風力發(fā)電齒輪箱生產(chǎn)工藝技術(shù)研究

【摘要】隨著地球上資源的不斷消耗，現(xiàn)在的能源問題越發(fā)突出。新能源、清潔能源變成了人們關(guān)注的焦點問題，風力發(fā)電作為清潔可再生能源的有效利用形式也被業(yè)內(nèi)人員充分肯定，風力發(fā)電的相關(guān)技術(shù)得到了一定的發(fā)展。風力發(fā)電的齒輪箱作為輪機組的重要組成部分，在制造時候的材料要求和生產(chǎn)工藝要求都非常高，國內(nèi)的齒輪箱在剛剛國產(chǎn)化不就，產(chǎn)品的質(zhì)量相對國際先列產(chǎn)品還有一定差距。本文介紹的就是風力發(fā)電齒輪箱的生產(chǎn)工藝，希望我國國內(nèi)的風力發(fā)電齒輪箱生產(chǎn)技術(shù)能夠更快更好地發(fā)展下去。

【關(guān)鍵詞】風力發(fā)電、齒輪箱、生產(chǎn)工藝

1、前言

在21世紀，能源成了所有國家所共同關(guān)注的焦點話題。由于對化石能源的過分依賴和化石能源的儲備不足，越來越多的能源研究人員將目光對準了新能源的開發(fā)和清潔能源的有效利用上。風能是一種清潔的、可再生的能源，近年來風力發(fā)電的項目在國際上都有較為重要的突破。我國的最初風力發(fā)電廠成立于上個世紀80年代，但是我國由于沒有風力發(fā)電相關(guān)的主要硬件，所以大部分都依賴于進口。隨著我國經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，本世紀國內(nèi)對于風力發(fā)電的設(shè)備的研究逐漸取得成效，今天，我國已經(jīng)掌握了兆瓦以下的風力發(fā)電增速箱的設(shè)計和制造技術(shù)，但是對于風力發(fā)電齒輪箱的制造技術(shù)還很缺乏，這是我國的風力發(fā)電國產(chǎn)化項目顯而易見的薄弱環(huán)節(jié)。

2、風力發(fā)電齒輪箱功能以及技術(shù)現(xiàn)狀

2.1齒輪箱的功能

風力發(fā)電項目的關(guān)鍵在于風力發(fā)電機，風力發(fā)電機將空氣動能也就是風能轉(zhuǎn)化為電能供人類利用。最早的風能利用是一種叫做風力提水機的設(shè)備，在此基礎(chǔ)上，風力發(fā)電的技術(shù)才得到了之后的發(fā)展?，F(xiàn)在的風力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)結(jié)合了先進的計算機管理系統(tǒng)，使風力發(fā)電的安全性、效益都有了顯著提升?？傮w來說，風力發(fā)電已經(jīng)具有了與常規(guī)發(fā)電并網(wǎng)運行的資格，而且總能源清潔性和經(jīng)濟效益來講都非常不錯。

常規(guī)的普通發(fā)電機組都需要達到一定的轉(zhuǎn)速才能試運轉(zhuǎn)發(fā)電，但是風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速由于風力原因顯然不高，所以風力發(fā)電機的風輪軸需要經(jīng)過增速箱增速才能達到發(fā)電機的轉(zhuǎn)速要求，而齒輪箱就是傳遞風輪動力并且使轉(zhuǎn)速明顯提升的關(guān)鍵設(shè)備。風輪的轉(zhuǎn)速越低，齒輪箱的增速比要求也就越高，相應的復雜性、造價都會有很大的提升。所以齒輪箱是希望風輪的轉(zhuǎn)速越高越好的。但是現(xiàn)在國際上風力發(fā)電的基本趨勢是風輪為三葉片，而且葉越來越長，風輪的半徑越來越大，這就要求了齒輪箱的技術(shù)越來越復雜與精密。

2.2齒輪箱技術(shù)現(xiàn)狀

我國的風力發(fā)電機組的相關(guān)技術(shù)是從國外引進并發(fā)展的，但是從國外引進的相關(guān)技術(shù)中并沒有風力發(fā)電齒輪箱的相關(guān)制造技術(shù)，所以我國的風力發(fā)電齒輪箱制造技術(shù)沒有實際的技術(shù)借鑒，全靠研究人員按照電機組的技術(shù)規(guī)范自行研究和制造，所以齒輪箱制造技術(shù)不算很高。另一個尷尬的現(xiàn)實是，我國對風力發(fā)電的技術(shù)研究起步很晚，國內(nèi)缺少對于風力發(fā)電技術(shù)特別精通的相關(guān)專業(yè)人才，相關(guān)的教育基礎(chǔ)也比較低，種種原因都限制了我國的風力發(fā)電齒輪箱制造技術(shù)的快速發(fā)展?，F(xiàn)在的齒輪箱產(chǎn)品離滿足市場需求還有很長的路要走。

3、齒輪箱生產(chǎn)工藝

3.1齒輪箱生產(chǎn)的常見困難

目前我國生產(chǎn)的齒輪箱大多數(shù)都會遇到相同的困難，這些常見的困難有：（1）軸承的使用壽命問題。齒輪箱的軸承屬于高損耗的部件，國內(nèi)生產(chǎn)的軸承大多數(shù)使用壽命低于平均水平，容易過早的疲損。（2）齒輪箱的設(shè)計計算方法拙計。國內(nèi)的齒輪箱因為成本的考慮大多數(shù)使用直齒，而國外先進的生產(chǎn)廠家大多數(shù)使用斜齒，而且精度也足夠。（3）齒輪的原材料問題。國內(nèi)的材料質(zhì)量稍遜于國外，而且仿制的齒輪箱在加工水平上也明顯不如原廠。國內(nèi)的實際情況也決定了從國外引進的技術(shù)并不是全部適合，因此齒輪箱的制造必須自主設(shè)計研發(fā)，包括材料、工藝等。

3.2齒輪箱的生產(chǎn)工藝

3.2.1部件。齒輪箱由多個部件構(gòu)成，其中的一些關(guān)鍵部件嚴重影響齒輪箱的壽命和質(zhì)量問題，在制造是應該給與一些部件重點關(guān)注。首先是齒輪。涉及齒輪的過程中要尤其注意減速傳動和增速傳動的差異，變位系數(shù)的選定必須考慮到降低滑差，然后參考實際需要設(shè)計齒向和齒廓。內(nèi)齒圈輪緣厚度要3倍于模數(shù)，外齒輪以滲碳淬火配合磨齒，齒輪精度要求不低于6級。另外齒輪的計算問題要尤其重視，齒輪的疲勞強度要參考實際使用時候的載荷譜在經(jīng)過詳細的計算才能獲得，齒輪的工作載荷很難確定，而且工作中的變化很多，致使計算工作很復雜。然后是軸承。和齒輪類似，因為風力工作環(huán)境的不確定性和載荷難以控制的問題，風力發(fā)電機軸承非常脆弱。這就要求了齒輪箱在設(shè)計的時候要注重軸承的類型選擇以及潤滑措施的制定，重點研究提升軸承的使用壽命。

3.2.2工藝改進。傳統(tǒng)的齒輪箱的制造工藝流程分為鍛造、正火、高溫回火、粗加工、去毛刺清洗、滲碳淬火、清理拋丸、磨齒、檢驗等步驟。這種傳統(tǒng)的齒輪箱適合船舶等高安全系數(shù)的制造中，但是近些年在一些從國外引進的某些產(chǎn)品或者某些科技前沿的產(chǎn)品中使用時發(fā)現(xiàn)了容易失效的問題。而近些年出現(xiàn)了一些改進之后的工藝流程，改進后的工藝流程分為鍛造、正火、高溫回火、較高精度粗加工、去毛刺清洗、預熱、重行奧氏體化滲碳淬火、清理拋丸、少余量緩進給磨齒、檢驗等步。這一工藝流程比較符合國產(chǎn)化的齒輪箱的制造現(xiàn)狀，該工藝過程提高了粗加工精度，增加了滲碳前的預先熱處理工藝，這是為了減少滲碳淬火過程的變形并減少磨削余量。磨削過程中了采用少余量緩進給磨削，使齒面保留較大的壓應力狀態(tài)并提高精度與粗糙度。采用重行奧氏體化滲碳淬火工藝能夠提高齒輪的耐磨性和承載能力。

3.2.3工藝參數(shù)設(shè)計。齒輪的承載能力非常重要，所以工藝參數(shù)要仔細選定。滲碳層的含碳量除只有存在嚴重的沖擊載荷時才需要考慮低周疲勞問題。在滲碳工藝中經(jīng)過對工廠成本和滲層內(nèi)氧化現(xiàn)象的綜合考慮之后，含碳量應該在0.77到1個百分點之間。表面碳濃度過高可能會導致表面出現(xiàn)大量碳化物和殘余奧氏體的情況，但是低的含碳量卻有可能造成貧碳的非馬氏體組織，這兩種情況都會降低齒輪的接觸疲勞性能。接著，滲碳溫度提高會使齒輪的加工時間變短，既提高生產(chǎn)的效率，也能有效降低成本，但是同時這也可能導致變形加大、滲層不均的問題；但是溫度過低、保溫時間長則會導致成本的提升。淬火溫度的提高則會很明顯的影響表面組織和芯部硬度。淬火溫度和滲碳溫度需要考慮具體的原材料性能來決定才能使效果達到最佳。

總的來說，想要加速提升齒輪箱的生產(chǎn)工藝和質(zhì)量，我們要做的不只是重視齒輪和軸承的設(shè)計、工藝參數(shù)的選擇和工藝改進，還需要擁有完整的研究數(shù)據(jù)、專業(yè)的高素質(zhì)人才、大型的測試和實驗裝置以及與市場的相互交流等等。所以說提升不是速成，我們還需要做出更多的努力，付出更多的汗水才能最終收獲完整的先進齒輪箱生產(chǎn)工藝。中國，加油！

參考文獻

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