望江工業(yè)宋永樂：齒輪箱是機組迭代降本的關(guān)鍵一環(huán)

王芳

重慶望江工業(yè)有限公司（以下簡稱“望江工業(yè)”）風(fēng)電產(chǎn)業(yè)總工程師，國家特聘專家，中國齒輪協(xié)會專家委員會委員，中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會委員，研究員級高級工程師，重慶大學(xué)兼職教授，博士生導(dǎo)師。英國機械工程師院院士（FIMechE）和工業(yè)顧問（IndustrialAdvisor），英國工程院注冊工程師（CEng）。

隨著風(fēng)電平價時代的來臨，壓力也傳導(dǎo)至設(shè)備廠商。要提高齒輪箱的可靠性與技術(shù)水平，戰(zhàn)略定位、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)鏈合作，都要做出相應(yīng)的調(diào)整。

保障市場需求，推動持續(xù)發(fā)展

《風(fēng)能》：齒輪箱在風(fēng)電中占據(jù)怎樣重要的地位？從目前看，帶齒輪箱和不帶齒輪箱的機組發(fā)展狀況如何？隨著平價時代的來臨，齒輪箱的地位會發(fā)生怎樣的變化？

宋永樂：齒輪箱是風(fēng)電機組中應(yīng)用很廣泛的一個重要機械部件，其主要功用是將葉輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。齒輪箱承受來自葉輪的作用力和齒輪傳動時產(chǎn)生的反力，必須具有足夠的承載能力去承受力和力矩的作用，保證傳動質(zhì)量。主流的風(fēng)電機組大致可以分為帶齒輪箱和不帶齒輪箱兩大類。大家平時在風(fēng)電場看到的風(fēng)電機組，葉輪轉(zhuǎn)得很慢，如果用通常的風(fēng)電機組發(fā)電，就需要通過齒輪箱來增速，從而滿足發(fā)電機發(fā)電的轉(zhuǎn)速要求。風(fēng)電機組中，雙饋機組、高速或中速永磁機組是帶齒輪箱的風(fēng)電機組：直驅(qū)機組是不帶齒輪箱的機組，特點是發(fā)電機轉(zhuǎn)速低，發(fā)電機需要多電磁極設(shè)計。

過去大家經(jīng)常問到的一個問題：風(fēng)電機組是直驅(qū)的好，還是雙饋的好？或者直驅(qū)的和帶齒輪箱的風(fēng)電機組哪個更有優(yōu)勢？實際上全球業(yè)界也經(jīng)常爭論這個問題。從風(fēng)電機組的發(fā)展歷史看，在不同的時期二者各有優(yōu)劣。早期的風(fēng)電機組帶齒輪箱，但是由于在早期的風(fēng)電機組系統(tǒng)中工況及設(shè)計經(jīng)驗都不足，所以齒輪箱的故障率偏高，齒輪箱成了風(fēng)電機組中最薄弱的一環(huán)。為了克服這個缺陷，有的風(fēng)電機組廠商選擇了直驅(qū)方案，直驅(qū)不用齒輪箱，葉輪直接驅(qū)動發(fā)電機，避開了齒輪箱的薄弱環(huán)節(jié)，但是要考慮發(fā)電機重量的增加，以及成本的增加。

從市場份額看，帶齒輪箱的機組占主流，隨著風(fēng)電機組實際工況數(shù)據(jù)庫的完善，整機設(shè)計技術(shù)及控制技術(shù)的提高和齒輪箱設(shè)計與制造技術(shù)的進步，齒輪箱的故障率逐年降低。根據(jù)英國GH公司的全球故障率統(tǒng)計，近年來，齒輪箱已摘掉風(fēng)電機組中故障率最高的部件的帽子，被電氣部件取代了。從中國的市場來看，齒輪箱制造技術(shù)進步很大，可靠性逐年提高。將來風(fēng)電機組市場如何演變?nèi)Q于齒輪箱的可靠性，取決于齒輪的制造水平。如果齒輪箱的可靠性提升快，未來帶齒輪箱的機組的成本優(yōu)勢會凸顯出來。尤其在中國風(fēng)電市場的競爭中，價格是個很大的因素，將來平價上網(wǎng)后，成本問題將非常突出，而齒輪箱是降低風(fēng)電機組成本非常關(guān)鍵的一環(huán)。隨著國內(nèi)大型齒輪箱設(shè)計制造技術(shù)的進步，齒輪箱可靠性會大大提高，預(yù)計將來在風(fēng)電機組市場占據(jù)絕對份額的狀況會繼續(xù)保持或提高。

《風(fēng)能》：您認為。國際和國內(nèi)齒輪箱制造行業(yè)有哪些共同的發(fā)展趨勢？而國內(nèi)又呈現(xiàn)出哪些特殊性呢？

宋永樂：目前國際和國內(nèi)風(fēng)電齒輪箱行業(yè)的共同趨勢主要是向大兆瓦、向海上風(fēng)電發(fā)展，要求風(fēng)電機組具有更高的可靠性、更高的功率密度、更低的成本。

國內(nèi)情況比較特殊，面臨的成本壓力非常大。由于平價/競價上網(wǎng)的國家政策導(dǎo)向，風(fēng)電行業(yè)都在想方設(shè)法降低成本。從技術(shù)上看，過去整機廠商設(shè)計風(fēng)電機組時，會特別考慮如何保護齒輪箱免受意外的載荷沖擊，在布局時，讓齒輪箱僅受到純扭矩作用，這樣齒輪箱所受的載荷明確，設(shè)計的挑戰(zhàn)性小。但近年來，較多的整機廠商在成本壓力下，在機組布局中也把壓力傳導(dǎo)到齒輪箱身上。舉個例子，有較多的整機廠在設(shè)計傳動鏈時提出把主軸的兩個主軸承去掉一個，這樣就從過去的4點支撐變?yōu)?點支撐，齒輪箱就不光要承受扭矩，還要承受過去主軸承受的彎矩，行星架和齒圈都要直接承受輪轂傳過來的6個自由度的載荷，而不是過去只有扭矩一個自由度的載荷，這樣的布局對齒輪箱的設(shè)計提出了更高的要求。

加強基礎(chǔ)研究，推動技術(shù)創(chuàng)新

《風(fēng)能》：在發(fā)展風(fēng)電之時。望江工業(yè)在風(fēng)電齒輪箱制造上有哪些已有優(yōu)勢和基礎(chǔ)？在技術(shù)上有哪些突破？

宋永樂：望江工業(yè)是具有80多年軍工底蘊的大型央企，是大型特種重型機械的制造基地，長期擁有大型裝備研發(fā)、制造、系統(tǒng)集成和質(zhì)量保障的雄厚實力。風(fēng)電齒輪箱是公司的核心主業(yè)，并得到集團公司——中國兵器裝備集團的鼎力支持，風(fēng)電齒輪箱被確定為公司長遠發(fā)展的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。公司擁有國家級特聘專家領(lǐng)銜的創(chuàng)新技術(shù)團隊，設(shè)計團隊在英國和挪威全面參與過齒輪箱項目設(shè)計與培訓(xùn)，擁有國際領(lǐng)先的大兆瓦級齒輪箱設(shè)計研發(fā)平臺，完全掌握風(fēng)電齒輪箱的先進設(shè)計方法和手段，已先后完全自主研發(fā)了1.5MW、2MW、2.5MW、3.0MW、3.6 MW、4 MW、5 MW及6.2MW風(fēng)電齒輪箱，產(chǎn)品分布19個?。ㄊ校┎煌r的風(fēng)電場，其中2013年設(shè)計的5MW海上風(fēng)電齒輪箱，是當時國內(nèi)第一臺自主設(shè)計并通過GL認證的5MW風(fēng)電齒輪箱，運行性能優(yōu)異，重量與國際同類齒輪箱相當，比國內(nèi)同行齒輪箱輕10%以上，現(xiàn)已無故障安全運行超過6年，并已實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

《風(fēng)能》：為推動技術(shù)創(chuàng)新。公司采取了哪些有效機制？

宋永樂：為推動技術(shù)創(chuàng)新，公司積極鼓勵技術(shù)團隊開展技術(shù)研究、技術(shù)儲備，同時也不斷提高技術(shù)人員的實際水平。目前公司立項開展技術(shù)創(chuàng)新型基礎(chǔ)研究，例如齒輪微點蝕防止的技術(shù)、磨削加工及檢測技術(shù)的提高、齒輪熱處理性能提升的工藝研究等;開展8-10MW齒輪箱研發(fā)，應(yīng)用新型技術(shù)：建立博士后科研工作站，與重慶大學(xué)機械傳動國家重點實驗室聯(lián)合成立風(fēng)電研究中心，加強與高校聯(lián)合開展科研項目，例如緊湊型齒輪箱研究、高性能齒輪制造研究等，加強新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備“四新技術(shù)”的研究和應(yīng)用。在人才引進機制方面，特聘行業(yè)內(nèi)優(yōu)秀的人才加盟：同時推出技術(shù)人才的激勵機制，包括重大節(jié)點獎勵及批產(chǎn)銷售提成等。充分調(diào)動設(shè)計及制造團隊的主動性和積極性。

適應(yīng)平價壓力，堅定核心業(yè)務(wù)

《風(fēng)能》：隨著平價時代的來臨。低成本、高質(zhì)量、輕量化的市場需求帶來新的競爭。設(shè)備廠商面臨哪些壓力？

宋永樂：面臨多方面的壓力，一是設(shè)計方面，要面向成本和可靠性，傳統(tǒng)的設(shè)計方法已經(jīng)越來越難以滿足市場競爭的需求，急需新的技術(shù)突破：二是制造方面，高功率密度要求零部件尺寸盡可能小、精度盡可能高，而國內(nèi)原材料質(zhì)量相對較國外低，制造工藝必須提升，特別是熱處理工藝;三是資金壓力，平價時代更要快速響應(yīng)客戶，需要快速的資金周轉(zhuǎn)能力。

《風(fēng)能》：在面對這些變化和趨勢時。望江工業(yè)有哪些戰(zhàn)略調(diào)整和應(yīng)對舉措？

宋永樂：面對這些變化和趨勢，望江工業(yè)始終堅定將齒輪箱作為核心主業(yè)的長遠發(fā)展戰(zhàn)略定位。

在保有現(xiàn)在市場的前提下，望江工業(yè)充分發(fā)揮風(fēng)電齒輪箱設(shè)計團隊的技術(shù)優(yōu)勢，積極探索預(yù)研8～10MW創(chuàng)新型布局及新技術(shù)的運用，設(shè)計出新型大兆瓦海上風(fēng)電齒輪箱，具有高可靠性，低成本，維護成本低的高端重載齒輪箱。同時公司不斷投巨資進行制造與安裝技術(shù)的研究，提高熱處理工藝、磨削工藝，先進的安裝工藝，為將來大兆瓦齒輪箱研制和批量生產(chǎn)打下堅實的工藝技術(shù)基礎(chǔ)。產(chǎn)業(yè)鏈緊密合作，形成利益共同體

《風(fēng)能》：風(fēng)電具有高集成性的特點。您認為。應(yīng)如何加強產(chǎn)業(yè)鏈的聚合力？

宋永樂：風(fēng)電齒輪箱產(chǎn)品開發(fā)需要面向全生命周期，面向整機客戶，適應(yīng)最終用戶，了解客戶需求，提出針對性、系統(tǒng)性的解決方案。過去整機廠商的設(shè)計和部件廠商的設(shè)計基本分開，聯(lián)系不夠緊密。望江工業(yè)基于三維數(shù)字化研發(fā)平臺的精益研發(fā)體系，加強與整機企業(yè)的協(xié)同研發(fā)，堅持將齒輪箱設(shè)計納入整機系統(tǒng)考慮，強化風(fēng)電機組傳動鏈匹配性設(shè)計與優(yōu)化。整機和關(guān)鍵部件供應(yīng)商應(yīng)緊密合作，齒輪箱是整個風(fēng)電機組傳動鏈中的關(guān)鍵一環(huán)，齒輪箱設(shè)計的好壞直接影響整個風(fēng)電機組的質(zhì)量：反過來，整機傳動鏈的設(shè)計也影響齒輪箱的運行。舉個例子，風(fēng)電機組中，振動設(shè)計控制是很關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，風(fēng)電機組轉(zhuǎn)動時，當葉片經(jīng)過塔筒重疊時，扭矩會突變，叫做塔筒陰影效應(yīng)，這就會有一個扭轉(zhuǎn)振動激勵，在齒輪箱設(shè)計時就要避開這種激勵，同時齒輪箱轉(zhuǎn)動過程中，也會產(chǎn)生齒輪誤差引起的嚙合激勵，整機設(shè)計也要檢查避開這些激勵，否則風(fēng)電機組振動就會很大。齒輪箱開發(fā)中，也需要與供應(yīng)鏈廠商保持緊密協(xié)同，例如軸承，綜合考慮可靠性、成本、交貨期：開發(fā)的后期需要收集信息，建立完善的應(yīng)用數(shù)據(jù)庫，做好改進優(yōu)化工作，使產(chǎn)品更加可靠，維護更容易，并做好齒輪箱運維后市場的開拓。

在實踐過程中，有的風(fēng)電機組整機廠已深刻認識到這一點，合作非常緊密，目標是一起提高整機的可靠性，同時降低成本，但我們也遇到過有的整機廠信息分享不充分，對提高其風(fēng)電機組的整體技術(shù)非常不利。我們希望將來整機廠商和核心零部件供應(yīng)商之間能緊密合作，致力于形成利益共同體，建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，優(yōu)化供應(yīng)商管理體系，這樣對我國風(fēng)電整機技術(shù)水平的提高會有很大的幫助。