风电齿轮箱发展趋势

1 大型化集成化趋势

随着海上风电和风机单机功率向大型化发展，为使风机的传动链结构紧凑，通常会将齿轮箱、主轴甚至发电机集成于一体，从而降低风机重量和成本。机组的大型化对风电齿轮箱的可靠性、可维护性及重量提出了特殊要求。

图1 Winnergy齿轮箱与电机一体化

2 行星级功率分流趋势

齿轮箱功率大型化发展的同时，将使得行星级的体积不断增加，为了使行星级结构更紧凑，减小齿轮箱外径，使用差速行星进行功率分流成为众多齿轮箱专业厂的一种选择。

图2 Bosch Rexroth行星差速齿轮箱

3 变速比齿轮箱趋势

在风力发电机中，由于风速的变化，导致齿轮箱的输入转速(叶轮转速)也在不断变化。由于传统的风电齿轮箱速比是恒定的，所以其输出转速(发电机转速)是变化的。变速比齿轮箱利用自身速比的改变使输出端(发电机)得到恒定的转速，常用的方法是使用液力变矩器来改变速比，也有使用差速行星和拆分齿轮结构来进行变速的。

图3 Voith WinDrive 液力变速齿轮箱

4 多输出轴趋势

为减小风力发电机组中发电机的体积，将一个发电机分为2个或更多个发电机成为一种选择，风电齿轮箱也需相应设计为2个或更多个输出轴结构。

图4 Winergy 6.5MW两输出轴齿轮箱

5 轴承关联设计趋势

轴承是风电齿轮箱中最重要的部件之一，合理的选择轴承类型并对与轴承关联的部件进行恰当地设计是保证齿轮箱可靠性的关键。Flexpin和MultiLife轴承分别通过改善行星轮轴承的载荷分布和磨损分布来提高轴承的使用寿命。Flexpin是将行星轮轴承安装在弹性销轴上，通过弹性销的变形使各行星轮的载荷均等;MultiLife轴承是通过一个附加装置使得轴承内圈的磨损均匀。

图5 Flexpin与轴承一体化设计

小结：风电齿轮箱无论如何发展，都是为了提高可靠性，减小全生命周期内的成本。提高可靠性不仅要求设计人员使用先进的CAE、NVH等方法进行设计，还要求使用HALT、HASS方法去验证设计的可靠性。减小成本要求设计人员清楚的认识到自己更多的是在从事“商品设计”，而不是“产品设计”。