我國風(fēng)電行業(yè)在政策的支持下發(fā)展迅速，但由于風(fēng)力資源開發(fā)起步較晚，缺乏經(jīng)驗(yàn)積累的過程，經(jīng)驗(yàn)豐富的從業(yè)人員較少，大功率的風(fēng)電齒輪箱更是主要依靠引進(jìn)，故而依然在設(shè)計(jì)能力和經(jīng)驗(yàn)上和國外GE、RENK等具有豐富設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的齒輪箱設(shè)計(jì)公司有著很大差距。近年來，由于海上風(fēng)場相較于陸地風(fēng)速更大且相對穩(wěn)定，能夠獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備向海上發(fā)展已成為風(fēng)電行業(yè)發(fā)展的趨勢，但由于安裝、維修更為不便，施工難度及對風(fēng)機(jī)設(shè)備可靠性的要求也隨之提高，所以風(fēng)電機(jī)組也逐步向著增大單機(jī)容量、提高齒輪箱功率密度和可靠性方向發(fā)展。目前風(fēng)電齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)的主流設(shè)計(jì)路線包含以下幾種。
傳統(tǒng)平行軸圓柱齒輪結(jié)構(gòu)
應(yīng)用于早期風(fēng)機(jī)單機(jī)容量小于1MW的齒輪箱中，結(jié)構(gòu)相對簡單且精度及制造難度都較低，二級(jí)平行軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該結(jié)構(gòu)由于目前主流技術(shù)對齒輪箱單機(jī)容量越來越高的要求，已基本被淘汰。
圖1 二級(jí)平行軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)
行星輪系與平行軸相結(jié)合的三級(jí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)
該種結(jié)構(gòu)主要分為一級(jí)行星輪系加兩級(jí)平行軸結(jié)構(gòu)與兩級(jí)行星輪系加一級(jí)平行軸兩種，主要適用于1.5MW-3MW的風(fēng)電機(jī)組，也是國內(nèi)風(fēng)電齒輪箱生產(chǎn)公司的主流產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。與兩級(jí)行星輪系加一級(jí)平行軸結(jié)構(gòu)相比，由于采用一組平行軸傳動(dòng)代替了一組行星輪系，一級(jí)行星輪系加兩級(jí)平行軸結(jié)構(gòu)對軸承的承載能力要求有所降低，齒輪箱整體在可靠性方面有所提升，但在整體體積及重量上有所增加。為了實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比和功率密度，兩級(jí)行星輪系加一級(jí)平行軸結(jié)構(gòu)則是采取兩組有行星架輸入轉(zhuǎn)矩并傳遞至太陽輪輸出額NGW行星輪系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以顯著的降低整體體積和重量，減小齒輪箱的直徑并提高其橫向比，但較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也給安裝及運(yùn)維增加了一定的難度。
圖2 行星輪系與平行軸相結(jié)合的三級(jí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)
德國RENK型復(fù)合行星齒輪結(jié)構(gòu)
與一般的NGW型行星輪系不同，德國RENK公司所研發(fā)的行星輪系特點(diǎn)在于由外齒圈輸入轉(zhuǎn)矩，從而使行星齒輪定軸傳動(dòng)，使軸承外圈可以與齒輪箱箱體固定，便于軸承的潤滑，大大的改善了軸承的工作環(huán)境。另外由于行星齒輪定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，有效的消除了NGW型行星輪系行星齒輪交變載荷的影響，提高了行星齒輪的可靠性。得益于該結(jié)構(gòu)優(yōu)秀的均載性能、結(jié)構(gòu)緊湊及傳動(dòng)比大的特點(diǎn)，RENK型齒輪箱通?？梢赃m用于2.5MW-5MW的風(fēng)電機(jī)組，且由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，該結(jié)構(gòu)的齒輪箱在維修方面十分方便，可以在塔上更換部件。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。不足之處在于該結(jié)構(gòu)只有三個(gè)承重齒輪，需要兩級(jí)行星輪系之間相互抵消軸向力，因而在配齒時(shí)需要精密的計(jì)算，給加工制造及裝配增加了難度。
圖3 RENK型復(fù)合行星齒輪結(jié)構(gòu)
美國GE型復(fù)合行星齒輪結(jié)構(gòu)
GE公司的復(fù)合行星齒輪結(jié)構(gòu)以第一季行星輪系的行星架為轉(zhuǎn)矩輸入點(diǎn)，與RENK公司的復(fù)合行星齒輪結(jié)構(gòu)一樣，具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、均載性能優(yōu)秀等特點(diǎn)并且消除了NGW型行星輪系行星齒輪交變載荷的影響，不足之處在于對潤滑系統(tǒng)的油路布置要求較高，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4 GE型復(fù)合行星齒輪結(jié)構(gòu)
功率分流技術(shù)路線
功率分流路線最具有代表性的是MAAG和BOSCH的齒輪箱，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。功率分流主要是指提高齒輪箱的功率密度，也就是在保證體積及重量不變的條件下提高齒輪箱的承載能力。這兩種功率分流結(jié)構(gòu)都采用了差速的行星輪系，多采用外齒圈及太陽輪的浮動(dòng)設(shè)計(jì)，有效的提高了機(jī)構(gòu)的均載性能，且功率分流技術(shù)很好的將載荷分散到不同的齒輪上，從而降低單個(gè)齒輪所受載荷，顯著的減小了齒輪的尺寸以達(dá)到提高功率密度的目的。這項(xiàng)技術(shù)路線由于技術(shù)水平及成本等因素，主要適用于單機(jī)容量在3MW及以上的整裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
圖5 MAGG式和BOSCH式功率分流技術(shù)路線
