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一、風(fēng)電行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
2014-2019年我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)持續(xù)增長(zhǎng)，截至2019年底，全國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)2.1億千瓦、同比增長(zhǎng)14.0%，在新增裝機(jī)方面，風(fēng)電年度新增裝機(jī)2574萬千瓦，同比上漲22%。
從風(fēng)電結(jié)構(gòu)看，截至2019年底，全國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)2.1億千瓦中，陸上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)占主要比重，達(dá)到2.04億千瓦，占比97%;海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)593萬千瓦，占比3%。
陸上風(fēng)電雖然是我國(guó)風(fēng)力發(fā)電主導(dǎo)，但是海上風(fēng)電規(guī)模有望得到進(jìn)一步發(fā)展。2019年，海上風(fēng)電新增裝機(jī)198萬千瓦，海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)593萬千瓦，增幅明顯，2020年海上風(fēng)電新增裝機(jī)將持續(xù)上升，將突破200萬千瓦。
在裝機(jī)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大的同時(shí)，我國(guó)可再生能源利用水平也在不斷提高。2019年，全國(guó)風(fēng)電行業(yè)均實(shí)現(xiàn)了棄風(fēng)量、棄風(fēng)率的持續(xù)下降，加快推動(dòng)我國(guó)能源行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。2019年我國(guó)棄風(fēng)電量達(dá)169億千瓦時(shí)，同比減少108億千瓦時(shí)，全國(guó)平均棄風(fēng)率為4%，同比下降3個(gè)百分點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了棄風(fēng)電量和棄風(fēng)率的“雙降”。大部分棄風(fēng)限電地區(qū)的形勢(shì)進(jìn)一步好轉(zhuǎn)。表明我國(guó)風(fēng)電等可再生能源開發(fā)技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展。
在風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)，突破兩億千瓦，全國(guó)棄風(fēng)電量和棄風(fēng)率實(shí)現(xiàn)“雙降”時(shí)，我國(guó)年度風(fēng)電發(fā)電量也得到發(fā)展，2019年我國(guó)風(fēng)力年度發(fā)電量首次突破4000億千瓦時(shí)，全國(guó)風(fēng)電發(fā)電量達(dá)到4057億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)10.9%，占全部發(fā)電量的5.5%。
2016年，我國(guó)首部《中國(guó)風(fēng)電發(fā)展路線圖2050》正式發(fā)布，2050 年，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到 10 億千瓦，將成為電能主力。
2019年，我國(guó)風(fēng)電可再生能源裝機(jī)規(guī)模不斷擴(kuò)大，風(fēng)電發(fā)電量實(shí)現(xiàn)新高，風(fēng)電清潔能源利用水平得到提高。在2020年“十三五”規(guī)劃即將收官時(shí)，我國(guó)也將迎來可再生能源電力發(fā)展情況考核。預(yù)計(jì)2020年將進(jìn)一步全面推動(dòng)風(fēng)電可再生能源高質(zhì)量高水平發(fā)展，充分發(fā)揮其清潔能源替代作用。
風(fēng)電齒輪箱是風(fēng)能發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部分，隨著風(fēng)電的發(fā)展，風(fēng)電齒輪箱也獲得了良好的發(fā)展前景。國(guó)內(nèi)的企業(yè)還存在技術(shù)能力不足的問題， 需要了解齒輪箱制造的關(guān)鍵技術(shù)，提升技術(shù)水平，滿足市場(chǎng)需求。
二、風(fēng)機(jī)齒輪箱發(fā)展現(xiàn)狀
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的齒輪箱是一個(gè)重要的機(jī)械部件，其主要功用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。風(fēng)力發(fā)電受自然條件的影響，一些特殊氣象狀況的出現(xiàn)，皆可能導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組發(fā)生故障，而狹小的機(jī)艙不可能像在地面那樣具有牢固的機(jī)座基礎(chǔ)，整個(gè)傳動(dòng)系的動(dòng)力匹配和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的因素總是集中反映在某個(gè)薄弱環(huán)節(jié)上，大量的實(shí)踐證明，這個(gè)環(huán)節(jié)常常是機(jī)組中的齒輪箱。因此，加強(qiáng)對(duì)齒輪箱的研究，重視對(duì)其進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)的工作顯得尤為重要。
風(fēng)電齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中技術(shù)含量較高的部件之一，同時(shí)也是故障率比較高的部件之一，是我國(guó)風(fēng)電技術(shù)水平提升的主要瓶頸。目前，我國(guó)齒輪箱制造企業(yè)已經(jīng)具備獨(dú)立自主研發(fā)能力，可批量制造1.5MW、2MW、2.5MW、3MW、3.3MW、3.6MW、4.0MW、5MW、6MW等在內(nèi)的多種系列齒輪箱產(chǎn)品，可適應(yīng)高低溫、低風(fēng)速、高海拔、海上及其他特殊工況環(huán)境，可配套國(guó)內(nèi)主要整機(jī)制造企業(yè)的產(chǎn)品，基本滿足國(guó)內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，并有部分企業(yè)正在研發(fā)8MW、10MW系列海上風(fēng)電大兆瓦級(jí)齒輪箱。
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)風(fēng)場(chǎng)齒輪箱主要制造企業(yè)有：南京高精傳動(dòng)設(shè)備制造集團(tuán)有限公司、寧波東力股份有限公司、浙江通力重型齒輪股份有限公司、重慶齒輪箱有限責(zé)任公司、杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)股份有限公司、三一重型能源裝備有限公司、中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司、中車北京南口機(jī)械有限公司、中車福伊特傳動(dòng)技術(shù)（北京）有限公司、采埃孚(天津)風(fēng)電有限公司、湖南南方宇航高精傳動(dòng)有限公司、大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司、重慶望江工業(yè)有限公司、天津華建天恒傳動(dòng)有限責(zé)任公司、太原重工股份有限公司、弗蘭德傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司（威能極）、秦川機(jī)床工具集團(tuán)股份公司、寧夏銀星能源股份有限公司、美聞達(dá)傳動(dòng)設(shè)備(蘇州)有限公司等20家。
風(fēng)力資源十分豐富，風(fēng)能發(fā)電有著十分廣闊的發(fā)展前景，因此，風(fēng)機(jī)齒輪箱在未來有很廣闊的發(fā)展空間。目前市場(chǎng)上的主要風(fēng)力發(fā)電設(shè)備包括雙反饋發(fā)電和直驅(qū)發(fā)電，其中雙反饋發(fā)電是目前市場(chǎng)的主流發(fā)電技術(shù)，這種發(fā)電使用多重齒輪箱，承接風(fēng)能推動(dòng)葉片所帶來的動(dòng)力，之后齒輪箱提升轉(zhuǎn)速進(jìn)行發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，齒輪箱是十分重要的零部件，由于風(fēng)能發(fā)電的快速發(fā)展，所以齒輪箱市場(chǎng)存在供不應(yīng)求的現(xiàn)象。但是與此同時(shí)，我國(guó)的齒輪箱制造水平相對(duì)較低，產(chǎn)能不足，滿足不了市場(chǎng)需求。國(guó)外的風(fēng)機(jī)齒輪箱規(guī)模已經(jīng)很龐大， 很多低功率風(fēng)機(jī)都使用國(guó)產(chǎn)齒輪箱，但是在兆瓦級(jí)以上的齒輪箱，卻十分依賴于國(guó)外廠商。國(guó)外齒輪箱制造商的零部件更新比較快，型號(hào)更新速度也很快。同時(shí)，國(guó)外廠商在售后服務(wù)上也領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)，是國(guó)內(nèi)廠商的主要差距之一。
三、風(fēng)電齒輪箱關(guān)鍵技術(shù)
1、風(fēng)電齒輪箱軸承
從1983年在歐洲立起來的Growian3MW風(fēng)機(jī)以來。至今已經(jīng)30多年了，兆瓦級(jí)風(fēng)電主齒輪箱的傳動(dòng)形式經(jīng)過這些年來的發(fā)展，逐漸形成了自身的一些特點(diǎn)。
在風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行過程中，風(fēng)輪的受力狀況極為惡劣，經(jīng)常在急劇變化的重載荷下連續(xù)運(yùn)行數(shù)十小時(shí)，其所受到的各種載荷都通過主軸直接傳遞給齒輪箱的低速軸。而且，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)通常要求在無人值班運(yùn)行條件下工作長(zhǎng)達(dá)20年之久，因此齒輪箱的軸承在此受到了真正的考驗(yàn)。
軸承是齒輪箱中的關(guān)鍵零件，如果軸承存在問題，齒輪箱必然會(huì)出現(xiàn)故障。很多國(guó)外企業(yè)在齒輪箱軸承的技術(shù)水平比較高，軸承往往會(huì)有比較長(zhǎng)的壽命。同時(shí)為了能夠了解齒輪箱的情況，就需要了解軸承的壽命，及時(shí)對(duì)老化的軸承進(jìn)行更換，避免軸承出現(xiàn)故障之后導(dǎo)致齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)不暢。軸承損壞的原因有很多，在計(jì)算時(shí)需要針對(duì)不同的因素進(jìn)行綜合考慮， 這就導(dǎo)致不同的企業(yè)和國(guó)家都有自己的壽命計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，并沒有統(tǒng)一的理論基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)的廠商也在研究軸承壽命計(jì)算的相關(guān)技術(shù)，對(duì)提高軸承的應(yīng)用有很大的幫助。溫度、潤(rùn)滑油的粘度都對(duì)軸承的壽命有一定的影響，而且如果周圍環(huán)境不清潔，也會(huì)對(duì)軸承造成污染，導(dǎo)致軸承的運(yùn)行情況變差。在對(duì)軸承的壽命進(jìn)行計(jì)算時(shí)，這些方面的因素都要考慮進(jìn)去，從而獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。
軸承是風(fēng)電齒輪箱中的核心部件。在齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承支承零部件的旋轉(zhuǎn)并降低在工作時(shí)的摩擦。在一個(gè)軸系系統(tǒng)中，至少需要兩個(gè)及以上的軸承支撐并引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)的軸，在實(shí)際應(yīng)用過程中根據(jù)不同的應(yīng)用需求有三種基本配置方式：固定+浮動(dòng)的軸承配置、預(yù)調(diào)整的軸承配置、兩端浮動(dòng)的軸承配置。
2、風(fēng)電齒輪箱齒輪制造水平
齒輪箱的性能、穩(wěn)定性來自于齒輪的設(shè)計(jì)和制造水平，對(duì)于齒輪的制造而言，不僅要做好設(shè)計(jì)工作，同時(shí)也要在工藝上有足夠的保證。齒輪的制造需要在材料上滿足要求，避免因?yàn)椴牧闲阅懿蛔阌绊懥她X輪箱運(yùn)行的穩(wěn)定性。其次在制造的過程中，需要根據(jù)載荷計(jì)算來修正齒輪的齒形齒向，并且使用滲碳淬火工藝，有效對(duì)齒輪進(jìn)行熱處理。
風(fēng)電齒輪箱的故障中有很大一部分故障來自于齒輪，齒輪運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，長(zhǎng)時(shí)間超載，潤(rùn)滑不良，軸承或齒輪的錯(cuò)誤安裝，以及齒輪本身嚙合不良等原因都會(huì)導(dǎo)致齒輪故障，壽命減短。
振動(dòng)檢測(cè)是目前檢測(cè)風(fēng)電齒輪箱故障最全面最有效的檢測(cè)方式，只要運(yùn)用合適的振動(dòng)檢測(cè)儀器采集數(shù)據(jù)加以分析就能判斷出齒輪的運(yùn)行情況，對(duì)故障部件及時(shí)進(jìn)行維修更換以確保設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至在故障早期就加以預(yù)防，延長(zhǎng)部件壽命。下面介紹一下齒輪的主要故障形式及振動(dòng)表現(xiàn)：
齒輪磨損：齒輪磨損時(shí)其嚙合頻率的邊頻帶幅值會(huì)明顯增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)齒輪的固有頻率，并有轉(zhuǎn)頻調(diào)制。齒輪負(fù)荷大：一般情況下負(fù)載高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)很高的嚙合頻率及其諧頻。齒輪游隙或偏心：齒輪嚙合頻率及其諧波被轉(zhuǎn)頻調(diào)制，出現(xiàn)固有頻率振動(dòng)。齒輪不對(duì)中：齒輪不對(duì)中時(shí)一般會(huì)產(chǎn)生齒輪嚙頻率的高次諧波，且一倍頻幅值較低而二倍三倍較高。齒輪斷齒或裂紋：齒輪出現(xiàn)斷齒等嚴(yán)重?fù)p壞時(shí)會(huì)在該齒輪轉(zhuǎn)速頻率和固有頻率處產(chǎn)生較高振動(dòng)，且時(shí)域上會(huì)有明顯的沖擊。
振動(dòng)數(shù)據(jù)采集之后，根據(jù)齒輪齒數(shù)和轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)可以計(jì)算出齒輪的嚙合頻率，加上時(shí)域或頻譜中的特征可以對(duì)齒輪箱的故障進(jìn)行診斷。然而，實(shí)際應(yīng)用中，由于齒輪箱中有多組齒輪和軸承，轉(zhuǎn)速也并非一成不變，頻譜分析往往有各種頻率出現(xiàn)，有些頻率十分接近，辨認(rèn)比較困難。這時(shí)我們需要根據(jù)測(cè)點(diǎn)位置結(jié)合振幅大小分析，針對(duì)每個(gè)齒輪箱，在其工作狀態(tài)良好的情況下，采集得到基準(zhǔn)的頻譜，在狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷中通過與基準(zhǔn)頻譜進(jìn)行對(duì)比，來發(fā)現(xiàn)問題。對(duì)于軸承部位測(cè)量,如果各部位振動(dòng)都很大,一般可能是齒輪問題,如果個(gè)別軸承部位振動(dòng)大可能是軸承問題。
3、風(fēng)電齒輪箱齒輪箱潤(rùn)滑
風(fēng)電增速齒輪箱是雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部件，它將低轉(zhuǎn)速的風(fēng)輪所攜帶的功率轉(zhuǎn)換為與發(fā)電機(jī)匹配的高轉(zhuǎn)速低扭矩功率，其全壽命周期內(nèi)的使用性能直接影響整機(jī)的發(fā)電量。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般安裝在山區(qū)、戈壁、草原、近海等80多米的高空，且機(jī)艙內(nèi)部空間狹小，發(fā)生故障后維修成本十分高昂。因此風(fēng)電機(jī)組特別是齒輪箱的可靠性，早已成為業(yè)主招標(biāo)時(shí)的重點(diǎn)關(guān)注指標(biāo)。
潤(rùn)滑油是齒輪箱流動(dòng)的血液，其不僅起到潤(rùn)滑齒輪和軸承以及帶走摩擦熱量的作用，通過油樣分析，還可以及時(shí)診斷出齒輪箱的異常，從而為制定處理措施提供依據(jù)。目前國(guó)內(nèi)的整機(jī)廠商大多選擇國(guó)外知名品牌的潤(rùn)滑油，如美孚、嘉實(shí)多、殼牌、福斯等。在運(yùn)維水平不斷提高的環(huán)境下，需要關(guān)注潤(rùn)滑油全流程的質(zhì)量管控，保證齒輪箱在正常的工況下運(yùn)行，同時(shí)盡量延長(zhǎng)潤(rùn)滑油的使用壽命。
齒輪箱的潤(rùn)滑對(duì)于齒輪箱的運(yùn)轉(zhuǎn)十分重要， 尤其是需要對(duì)軸承、齒輪嚙合區(qū)、軸承等位置進(jìn)行噴油潤(rùn)滑，保證齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不會(huì)有過大的阻力，避免齒輪箱的失效。使用潤(rùn)滑油時(shí)，需要考慮潤(rùn)滑油的溫度，因?yàn)闀?huì)影響齒輪箱部件的疲勞，甚至?xí)斐上到y(tǒng)壽命降低。通常而言，要避免齒輪箱的油溫超過 80℃，一般情況下，運(yùn)行過程中，如果油溫超過了60℃，就必須要有冷卻系統(tǒng)進(jìn)行降溫，如果油溫過低，則需要停機(jī)然后加熱再開機(jī)。季節(jié)也是對(duì)溫度有重要影響的因素，風(fēng)電機(jī)在夏季通常都處于滿發(fā)的狀態(tài)，這就導(dǎo)致油溫很容易升高，同時(shí)如果有陽光的影響，更容易造成油溫的升高；而在一些嚴(yán)寒地區(qū)的冬天，過低的氣溫會(huì)導(dǎo)致齒輪機(jī)潤(rùn)滑油流動(dòng)不通暢，所以齒輪箱的齒輪、軸承難以得到充分的潤(rùn)滑，很多齒輪機(jī)會(huì)出現(xiàn)齒面嚴(yán)重磨損的情況。低溫也會(huì)導(dǎo)致齒輪箱的粘度增加，造成油泵啟動(dòng)的時(shí)候負(fù)載較重，于是就會(huì)導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)過載的問題。所以對(duì)于齒輪箱的潤(rùn)滑方面，需要充分考慮對(duì)潤(rùn)滑油的溫度控制，設(shè)計(jì)潤(rùn)滑油熱管理系統(tǒng)，控制潤(rùn)滑油的溫度。
行業(yè)內(nèi)大多是基于油品檢驗(yàn)結(jié)果判定潤(rùn)滑油的狀態(tài)，而非簡(jiǎn)單地根據(jù)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行決定。特別是運(yùn)動(dòng)黏度、元素含量、清潔度、水含量這幾項(xiàng)最能體現(xiàn)潤(rùn)滑油質(zhì)量的參數(shù)，它們是否超標(biāo)以及后續(xù)的抽樣復(fù)檢變化趨勢(shì)直接影響換油判斷。一般的風(fēng)電整機(jī)廠商會(huì)結(jié)合歷年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和不同品牌潤(rùn)滑油供應(yīng)商提供的參考換油限制值，制定適合本企業(yè)的換油標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)前，各風(fēng)電整機(jī)廠商和風(fēng)電業(yè)主方越來越重視油品檢驗(yàn)的規(guī)范性和檢驗(yàn)結(jié)果，一些業(yè)主設(shè)立了自己的油品分析中心，目的就是要及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組摩擦副所處的潤(rùn)滑冷卻狀態(tài)是否正常，將因潤(rùn)滑油使用維護(hù)不當(dāng)造成的故障消滅在萌芽之中，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的年發(fā)電量和機(jī)組的使用壽命。另外，通過定期的油品檢測(cè)實(shí)施按標(biāo)準(zhǔn)換油，節(jié)省了提前換油的費(fèi)用。這些應(yīng)用技術(shù)，對(duì)企業(yè)提升技術(shù)管理水平、降低成本、提高競(jìng)爭(zhēng)力具有積極作用。
4、 風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行監(jiān)測(cè)
隨著風(fēng)電的高速發(fā)展， 風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)數(shù)量不斷增加，且結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。風(fēng)場(chǎng)環(huán)境惡劣，風(fēng)電機(jī)組處于高空，運(yùn)維困難，往往達(dá)不到視情維護(hù)的效果，以致其關(guān)鍵故障嚴(yán)重、失效率占比增大、運(yùn)維成本比重增多，造成風(fēng)場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益減少，競(jìng)爭(zhēng)力降低。國(guó)外工作壽命至少 20 年的風(fēng)電機(jī)組運(yùn)維成本大約占風(fēng)場(chǎng)收入的 10%～15%， 海上風(fēng)電機(jī)組高達(dá) 20% ～25%; 而國(guó)內(nèi)風(fēng)電裝備通常在運(yùn)轉(zhuǎn) 5 年之內(nèi)出現(xiàn)關(guān)鍵故障，其中風(fēng)機(jī)齒輪箱最為嚴(yán)重，陸上和海上風(fēng)機(jī)齒輪箱失效率分別約占整機(jī) 14% 和 19%。在風(fēng)電齒輪箱運(yùn)維費(fèi)用方面，齒輪箱故障是機(jī)組停機(jī)的關(guān)鍵因素，齒輪箱問題占 1 /3，在歐洲占總運(yùn)維成本 12% ～ 30%; 而國(guó)內(nèi)則高達(dá) 40% 以上。巨大的運(yùn)維費(fèi)用降低風(fēng)電經(jīng)濟(jì)效益，可見發(fā)展風(fēng)機(jī)齒輪箱監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)，提高齒輪箱無故障運(yùn)行時(shí)間和發(fā)電效率具有重要意義。
快速發(fā)展的風(fēng)電行業(yè)存在的設(shè)備監(jiān)測(cè)困難，得到國(guó)內(nèi)外相關(guān)人員的高度重視，對(duì)其關(guān)鍵設(shè)備齒輪箱的運(yùn)行維護(hù)出現(xiàn)了多種監(jiān)測(cè)技術(shù)和診斷方法。但齒輪箱的運(yùn)行維護(hù)除了機(jī)械設(shè)備故障診斷的基礎(chǔ)問題外，還有齒輪箱自身特點(diǎn)的問題。
風(fēng)電系統(tǒng)的性能一定程度上決定于風(fēng)電齒輪箱的運(yùn)行情況，所以目前通過對(duì)風(fēng)電齒輪箱的運(yùn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)當(dāng)前風(fēng)電齒輪箱的振動(dòng)加速度、振動(dòng)速度、振動(dòng)位移、噪聲,齒輪箱轉(zhuǎn)速、功率,軸承油溫,壓力等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
齒輪箱系統(tǒng)屬于含有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的多相混合系統(tǒng)，且三相之間互相影響， 共同作用于壽命周期的多個(gè)階段，產(chǎn)生多種多態(tài)多維數(shù)據(jù)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者、用戶和第三方監(jiān)測(cè)公司使用的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷方法，缺乏互相支撐和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，需要三方協(xié)同推進(jìn)，促進(jìn)多種監(jiān)測(cè)技術(shù)和故障分析理論的集成融合，實(shí)現(xiàn)智能診斷和主動(dòng)運(yùn)維。
( 1) 選用或開發(fā)適當(dāng)?shù)亩鄳B(tài)信息傳感器，構(gòu)建相應(yīng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，強(qiáng)化和改善現(xiàn)有的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)和無線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控。
( 2) 監(jiān)測(cè)理論及技術(shù)研究。選用或研發(fā)合適的、簡(jiǎn)便的分析理論及技術(shù)，充分挖掘齒輪箱機(jī)制特征、磨損特征、理化特征和動(dòng)態(tài)特征等多維定性、定量信息，確定合適的因子及修正系數(shù)，建立齒輪箱零部件的溫度模型、磨損模型及油品模型。
( 3) 診斷技術(shù)集成研究。齒輪箱作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部件，在深入研究現(xiàn)象、機(jī)制及數(shù)據(jù)等的階段動(dòng)態(tài)性基礎(chǔ)上，通過量化定性信息和結(jié)果，根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)、油液分析和振動(dòng)分析等技術(shù)手段的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行深度融合。
( 4) 統(tǒng)一監(jiān)測(cè)方法， 建立用戶、供貨商及第三方機(jī)構(gòu)的聯(lián)合知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫和監(jiān)測(cè)方法庫。針對(duì)齒輪箱在不同階段的動(dòng)態(tài)多維監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)一這三方的數(shù)據(jù)處理、定性、定量分析和診斷方法， 集成用戶的大量數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)公司之間的運(yùn)維準(zhǔn)則，建立互相支撐的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。
( 5) 智能主動(dòng)診斷的軟硬件開發(fā)。應(yīng)用大數(shù)據(jù)、通過人工智能， 縱向結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，橫向類比同類齒輪箱，通過開發(fā)相應(yīng)的軟硬件，提升監(jiān)控系統(tǒng)、進(jìn)行云診斷，開發(fā)機(jī)器人進(jìn)行移動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)診斷，使設(shè)備能以語音或文字形式提前報(bào)警， 從而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)運(yùn)維。
四、結(jié)束語
通過設(shè)計(jì)來進(jìn)行齒輪箱的優(yōu)化可以提升齒輪箱的性能，以及延長(zhǎng)齒輪箱的壽命。比如可以使用數(shù)學(xué)模型來對(duì)齒輪箱進(jìn)行模擬，然后結(jié)合參數(shù)對(duì)齒輪箱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中需要考慮不同方面的優(yōu)化條件，提升齒輪箱的性能和保證齒輪箱的穩(wěn)定性。
另一方面，也需要結(jié)合齒輪箱的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行考慮，保證齒輪箱能夠滿足經(jīng)濟(jì)性要求。對(duì)于不同地區(qū)、齒輪箱的運(yùn)行環(huán)境不同， 所以優(yōu)化過程中也需要深入研究一些極端情況對(duì)于齒輪箱的影響，或者圍繞環(huán)境專門對(duì)齒輪箱重新設(shè)計(jì)。
風(fēng)電齒輪箱技術(shù)水平對(duì)風(fēng)能發(fā)電十分重要， 廠商需要充分考慮不同情況的需求，對(duì)風(fēng)電齒輪箱進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化。結(jié)合當(dāng)前技術(shù)上的關(guān)鍵問題進(jìn)行創(chuàng)新，提高風(fēng)電齒輪箱的技術(shù)水平。
2014-2019年我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)持續(xù)增長(zhǎng)，截至2019年底，全國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)2.1億千瓦、同比增長(zhǎng)14.0%，在新增裝機(jī)方面，風(fēng)電年度新增裝機(jī)2574萬千瓦，同比上漲22%。
從風(fēng)電結(jié)構(gòu)看，截至2019年底，全國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)2.1億千瓦中，陸上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)占主要比重，達(dá)到2.04億千瓦，占比97%;海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)593萬千瓦，占比3%。
陸上風(fēng)電雖然是我國(guó)風(fēng)力發(fā)電主導(dǎo)，但是海上風(fēng)電規(guī)模有望得到進(jìn)一步發(fā)展。2019年，海上風(fēng)電新增裝機(jī)198萬千瓦，海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)593萬千瓦，增幅明顯，2020年海上風(fēng)電新增裝機(jī)將持續(xù)上升，將突破200萬千瓦。
在裝機(jī)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大的同時(shí)，我國(guó)可再生能源利用水平也在不斷提高。2019年，全國(guó)風(fēng)電行業(yè)均實(shí)現(xiàn)了棄風(fēng)量、棄風(fēng)率的持續(xù)下降，加快推動(dòng)我國(guó)能源行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。2019年我國(guó)棄風(fēng)電量達(dá)169億千瓦時(shí)，同比減少108億千瓦時(shí)，全國(guó)平均棄風(fēng)率為4%，同比下降3個(gè)百分點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了棄風(fēng)電量和棄風(fēng)率的“雙降”。大部分棄風(fēng)限電地區(qū)的形勢(shì)進(jìn)一步好轉(zhuǎn)。表明我國(guó)風(fēng)電等可再生能源開發(fā)技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展。
在風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)，突破兩億千瓦，全國(guó)棄風(fēng)電量和棄風(fēng)率實(shí)現(xiàn)“雙降”時(shí)，我國(guó)年度風(fēng)電發(fā)電量也得到發(fā)展，2019年我國(guó)風(fēng)力年度發(fā)電量首次突破4000億千瓦時(shí)，全國(guó)風(fēng)電發(fā)電量達(dá)到4057億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)10.9%，占全部發(fā)電量的5.5%。
2016年，我國(guó)首部《中國(guó)風(fēng)電發(fā)展路線圖2050》正式發(fā)布，2050 年，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到 10 億千瓦，將成為電能主力。
2019年，我國(guó)風(fēng)電可再生能源裝機(jī)規(guī)模不斷擴(kuò)大，風(fēng)電發(fā)電量實(shí)現(xiàn)新高，風(fēng)電清潔能源利用水平得到提高。在2020年“十三五”規(guī)劃即將收官時(shí)，我國(guó)也將迎來可再生能源電力發(fā)展情況考核。預(yù)計(jì)2020年將進(jìn)一步全面推動(dòng)風(fēng)電可再生能源高質(zhì)量高水平發(fā)展，充分發(fā)揮其清潔能源替代作用。
風(fēng)電齒輪箱是風(fēng)能發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部分，隨著風(fēng)電的發(fā)展，風(fēng)電齒輪箱也獲得了良好的發(fā)展前景。國(guó)內(nèi)的企業(yè)還存在技術(shù)能力不足的問題， 需要了解齒輪箱制造的關(guān)鍵技術(shù)，提升技術(shù)水平，滿足市場(chǎng)需求。
二、風(fēng)機(jī)齒輪箱發(fā)展現(xiàn)狀
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的齒輪箱是一個(gè)重要的機(jī)械部件，其主要功用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。風(fēng)力發(fā)電受自然條件的影響，一些特殊氣象狀況的出現(xiàn)，皆可能導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組發(fā)生故障，而狹小的機(jī)艙不可能像在地面那樣具有牢固的機(jī)座基礎(chǔ)，整個(gè)傳動(dòng)系的動(dòng)力匹配和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的因素總是集中反映在某個(gè)薄弱環(huán)節(jié)上，大量的實(shí)踐證明，這個(gè)環(huán)節(jié)常常是機(jī)組中的齒輪箱。因此，加強(qiáng)對(duì)齒輪箱的研究，重視對(duì)其進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)的工作顯得尤為重要。
風(fēng)電齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中技術(shù)含量較高的部件之一，同時(shí)也是故障率比較高的部件之一，是我國(guó)風(fēng)電技術(shù)水平提升的主要瓶頸。目前，我國(guó)齒輪箱制造企業(yè)已經(jīng)具備獨(dú)立自主研發(fā)能力，可批量制造1.5MW、2MW、2.5MW、3MW、3.3MW、3.6MW、4.0MW、5MW、6MW等在內(nèi)的多種系列齒輪箱產(chǎn)品，可適應(yīng)高低溫、低風(fēng)速、高海拔、海上及其他特殊工況環(huán)境，可配套國(guó)內(nèi)主要整機(jī)制造企業(yè)的產(chǎn)品，基本滿足國(guó)內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，并有部分企業(yè)正在研發(fā)8MW、10MW系列海上風(fēng)電大兆瓦級(jí)齒輪箱。
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)風(fēng)場(chǎng)齒輪箱主要制造企業(yè)有：南京高精傳動(dòng)設(shè)備制造集團(tuán)有限公司、寧波東力股份有限公司、浙江通力重型齒輪股份有限公司、重慶齒輪箱有限責(zé)任公司、杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)股份有限公司、三一重型能源裝備有限公司、中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司、中車北京南口機(jī)械有限公司、中車福伊特傳動(dòng)技術(shù)（北京）有限公司、采埃孚(天津)風(fēng)電有限公司、湖南南方宇航高精傳動(dòng)有限公司、大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司、重慶望江工業(yè)有限公司、天津華建天恒傳動(dòng)有限責(zé)任公司、太原重工股份有限公司、弗蘭德傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司（威能極）、秦川機(jī)床工具集團(tuán)股份公司、寧夏銀星能源股份有限公司、美聞達(dá)傳動(dòng)設(shè)備(蘇州)有限公司等20家。
風(fēng)力資源十分豐富，風(fēng)能發(fā)電有著十分廣闊的發(fā)展前景，因此，風(fēng)機(jī)齒輪箱在未來有很廣闊的發(fā)展空間。目前市場(chǎng)上的主要風(fēng)力發(fā)電設(shè)備包括雙反饋發(fā)電和直驅(qū)發(fā)電，其中雙反饋發(fā)電是目前市場(chǎng)的主流發(fā)電技術(shù)，這種發(fā)電使用多重齒輪箱，承接風(fēng)能推動(dòng)葉片所帶來的動(dòng)力，之后齒輪箱提升轉(zhuǎn)速進(jìn)行發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，齒輪箱是十分重要的零部件，由于風(fēng)能發(fā)電的快速發(fā)展，所以齒輪箱市場(chǎng)存在供不應(yīng)求的現(xiàn)象。但是與此同時(shí)，我國(guó)的齒輪箱制造水平相對(duì)較低，產(chǎn)能不足，滿足不了市場(chǎng)需求。國(guó)外的風(fēng)機(jī)齒輪箱規(guī)模已經(jīng)很龐大， 很多低功率風(fēng)機(jī)都使用國(guó)產(chǎn)齒輪箱，但是在兆瓦級(jí)以上的齒輪箱，卻十分依賴于國(guó)外廠商。國(guó)外齒輪箱制造商的零部件更新比較快，型號(hào)更新速度也很快。同時(shí)，國(guó)外廠商在售后服務(wù)上也領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)，是國(guó)內(nèi)廠商的主要差距之一。
三、風(fēng)電齒輪箱關(guān)鍵技術(shù)
1、風(fēng)電齒輪箱軸承
從1983年在歐洲立起來的Growian3MW風(fēng)機(jī)以來。至今已經(jīng)30多年了，兆瓦級(jí)風(fēng)電主齒輪箱的傳動(dòng)形式經(jīng)過這些年來的發(fā)展，逐漸形成了自身的一些特點(diǎn)。
在風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行過程中，風(fēng)輪的受力狀況極為惡劣，經(jīng)常在急劇變化的重載荷下連續(xù)運(yùn)行數(shù)十小時(shí)，其所受到的各種載荷都通過主軸直接傳遞給齒輪箱的低速軸。而且，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)通常要求在無人值班運(yùn)行條件下工作長(zhǎng)達(dá)20年之久，因此齒輪箱的軸承在此受到了真正的考驗(yàn)。
軸承是齒輪箱中的關(guān)鍵零件，如果軸承存在問題，齒輪箱必然會(huì)出現(xiàn)故障。很多國(guó)外企業(yè)在齒輪箱軸承的技術(shù)水平比較高，軸承往往會(huì)有比較長(zhǎng)的壽命。同時(shí)為了能夠了解齒輪箱的情況，就需要了解軸承的壽命，及時(shí)對(duì)老化的軸承進(jìn)行更換，避免軸承出現(xiàn)故障之后導(dǎo)致齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)不暢。軸承損壞的原因有很多，在計(jì)算時(shí)需要針對(duì)不同的因素進(jìn)行綜合考慮， 這就導(dǎo)致不同的企業(yè)和國(guó)家都有自己的壽命計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，并沒有統(tǒng)一的理論基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)的廠商也在研究軸承壽命計(jì)算的相關(guān)技術(shù)，對(duì)提高軸承的應(yīng)用有很大的幫助。溫度、潤(rùn)滑油的粘度都對(duì)軸承的壽命有一定的影響，而且如果周圍環(huán)境不清潔，也會(huì)對(duì)軸承造成污染，導(dǎo)致軸承的運(yùn)行情況變差。在對(duì)軸承的壽命進(jìn)行計(jì)算時(shí)，這些方面的因素都要考慮進(jìn)去，從而獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。
軸承是風(fēng)電齒輪箱中的核心部件。在齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承支承零部件的旋轉(zhuǎn)并降低在工作時(shí)的摩擦。在一個(gè)軸系系統(tǒng)中，至少需要兩個(gè)及以上的軸承支撐并引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)的軸，在實(shí)際應(yīng)用過程中根據(jù)不同的應(yīng)用需求有三種基本配置方式：固定+浮動(dòng)的軸承配置、預(yù)調(diào)整的軸承配置、兩端浮動(dòng)的軸承配置。
2、風(fēng)電齒輪箱齒輪制造水平
齒輪箱的性能、穩(wěn)定性來自于齒輪的設(shè)計(jì)和制造水平，對(duì)于齒輪的制造而言，不僅要做好設(shè)計(jì)工作，同時(shí)也要在工藝上有足夠的保證。齒輪的制造需要在材料上滿足要求，避免因?yàn)椴牧闲阅懿蛔阌绊懥她X輪箱運(yùn)行的穩(wěn)定性。其次在制造的過程中，需要根據(jù)載荷計(jì)算來修正齒輪的齒形齒向，并且使用滲碳淬火工藝，有效對(duì)齒輪進(jìn)行熱處理。
風(fēng)電齒輪箱的故障中有很大一部分故障來自于齒輪，齒輪運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，長(zhǎng)時(shí)間超載，潤(rùn)滑不良，軸承或齒輪的錯(cuò)誤安裝，以及齒輪本身嚙合不良等原因都會(huì)導(dǎo)致齒輪故障，壽命減短。
振動(dòng)檢測(cè)是目前檢測(cè)風(fēng)電齒輪箱故障最全面最有效的檢測(cè)方式，只要運(yùn)用合適的振動(dòng)檢測(cè)儀器采集數(shù)據(jù)加以分析就能判斷出齒輪的運(yùn)行情況，對(duì)故障部件及時(shí)進(jìn)行維修更換以確保設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至在故障早期就加以預(yù)防，延長(zhǎng)部件壽命。下面介紹一下齒輪的主要故障形式及振動(dòng)表現(xiàn)：
齒輪磨損：齒輪磨損時(shí)其嚙合頻率的邊頻帶幅值會(huì)明顯增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)齒輪的固有頻率，并有轉(zhuǎn)頻調(diào)制。齒輪負(fù)荷大：一般情況下負(fù)載高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)很高的嚙合頻率及其諧頻。齒輪游隙或偏心：齒輪嚙合頻率及其諧波被轉(zhuǎn)頻調(diào)制，出現(xiàn)固有頻率振動(dòng)。齒輪不對(duì)中：齒輪不對(duì)中時(shí)一般會(huì)產(chǎn)生齒輪嚙頻率的高次諧波，且一倍頻幅值較低而二倍三倍較高。齒輪斷齒或裂紋：齒輪出現(xiàn)斷齒等嚴(yán)重?fù)p壞時(shí)會(huì)在該齒輪轉(zhuǎn)速頻率和固有頻率處產(chǎn)生較高振動(dòng)，且時(shí)域上會(huì)有明顯的沖擊。
振動(dòng)數(shù)據(jù)采集之后，根據(jù)齒輪齒數(shù)和轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)可以計(jì)算出齒輪的嚙合頻率，加上時(shí)域或頻譜中的特征可以對(duì)齒輪箱的故障進(jìn)行診斷。然而，實(shí)際應(yīng)用中，由于齒輪箱中有多組齒輪和軸承，轉(zhuǎn)速也并非一成不變，頻譜分析往往有各種頻率出現(xiàn)，有些頻率十分接近，辨認(rèn)比較困難。這時(shí)我們需要根據(jù)測(cè)點(diǎn)位置結(jié)合振幅大小分析，針對(duì)每個(gè)齒輪箱，在其工作狀態(tài)良好的情況下，采集得到基準(zhǔn)的頻譜，在狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷中通過與基準(zhǔn)頻譜進(jìn)行對(duì)比，來發(fā)現(xiàn)問題。對(duì)于軸承部位測(cè)量,如果各部位振動(dòng)都很大,一般可能是齒輪問題,如果個(gè)別軸承部位振動(dòng)大可能是軸承問題。
3、風(fēng)電齒輪箱齒輪箱潤(rùn)滑
風(fēng)電增速齒輪箱是雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部件，它將低轉(zhuǎn)速的風(fēng)輪所攜帶的功率轉(zhuǎn)換為與發(fā)電機(jī)匹配的高轉(zhuǎn)速低扭矩功率，其全壽命周期內(nèi)的使用性能直接影響整機(jī)的發(fā)電量。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般安裝在山區(qū)、戈壁、草原、近海等80多米的高空，且機(jī)艙內(nèi)部空間狹小，發(fā)生故障后維修成本十分高昂。因此風(fēng)電機(jī)組特別是齒輪箱的可靠性，早已成為業(yè)主招標(biāo)時(shí)的重點(diǎn)關(guān)注指標(biāo)。
潤(rùn)滑油是齒輪箱流動(dòng)的血液，其不僅起到潤(rùn)滑齒輪和軸承以及帶走摩擦熱量的作用，通過油樣分析，還可以及時(shí)診斷出齒輪箱的異常，從而為制定處理措施提供依據(jù)。目前國(guó)內(nèi)的整機(jī)廠商大多選擇國(guó)外知名品牌的潤(rùn)滑油，如美孚、嘉實(shí)多、殼牌、福斯等。在運(yùn)維水平不斷提高的環(huán)境下，需要關(guān)注潤(rùn)滑油全流程的質(zhì)量管控，保證齒輪箱在正常的工況下運(yùn)行，同時(shí)盡量延長(zhǎng)潤(rùn)滑油的使用壽命。
齒輪箱的潤(rùn)滑對(duì)于齒輪箱的運(yùn)轉(zhuǎn)十分重要， 尤其是需要對(duì)軸承、齒輪嚙合區(qū)、軸承等位置進(jìn)行噴油潤(rùn)滑，保證齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不會(huì)有過大的阻力，避免齒輪箱的失效。使用潤(rùn)滑油時(shí)，需要考慮潤(rùn)滑油的溫度，因?yàn)闀?huì)影響齒輪箱部件的疲勞，甚至?xí)斐上到y(tǒng)壽命降低。通常而言，要避免齒輪箱的油溫超過 80℃，一般情況下，運(yùn)行過程中，如果油溫超過了60℃，就必須要有冷卻系統(tǒng)進(jìn)行降溫，如果油溫過低，則需要停機(jī)然后加熱再開機(jī)。季節(jié)也是對(duì)溫度有重要影響的因素，風(fēng)電機(jī)在夏季通常都處于滿發(fā)的狀態(tài)，這就導(dǎo)致油溫很容易升高，同時(shí)如果有陽光的影響，更容易造成油溫的升高；而在一些嚴(yán)寒地區(qū)的冬天，過低的氣溫會(huì)導(dǎo)致齒輪機(jī)潤(rùn)滑油流動(dòng)不通暢，所以齒輪箱的齒輪、軸承難以得到充分的潤(rùn)滑，很多齒輪機(jī)會(huì)出現(xiàn)齒面嚴(yán)重磨損的情況。低溫也會(huì)導(dǎo)致齒輪箱的粘度增加，造成油泵啟動(dòng)的時(shí)候負(fù)載較重，于是就會(huì)導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)過載的問題。所以對(duì)于齒輪箱的潤(rùn)滑方面，需要充分考慮對(duì)潤(rùn)滑油的溫度控制，設(shè)計(jì)潤(rùn)滑油熱管理系統(tǒng)，控制潤(rùn)滑油的溫度。
行業(yè)內(nèi)大多是基于油品檢驗(yàn)結(jié)果判定潤(rùn)滑油的狀態(tài)，而非簡(jiǎn)單地根據(jù)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行決定。特別是運(yùn)動(dòng)黏度、元素含量、清潔度、水含量這幾項(xiàng)最能體現(xiàn)潤(rùn)滑油質(zhì)量的參數(shù)，它們是否超標(biāo)以及后續(xù)的抽樣復(fù)檢變化趨勢(shì)直接影響換油判斷。一般的風(fēng)電整機(jī)廠商會(huì)結(jié)合歷年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和不同品牌潤(rùn)滑油供應(yīng)商提供的參考換油限制值，制定適合本企業(yè)的換油標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)前，各風(fēng)電整機(jī)廠商和風(fēng)電業(yè)主方越來越重視油品檢驗(yàn)的規(guī)范性和檢驗(yàn)結(jié)果，一些業(yè)主設(shè)立了自己的油品分析中心，目的就是要及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組摩擦副所處的潤(rùn)滑冷卻狀態(tài)是否正常，將因潤(rùn)滑油使用維護(hù)不當(dāng)造成的故障消滅在萌芽之中，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的年發(fā)電量和機(jī)組的使用壽命。另外，通過定期的油品檢測(cè)實(shí)施按標(biāo)準(zhǔn)換油，節(jié)省了提前換油的費(fèi)用。這些應(yīng)用技術(shù)，對(duì)企業(yè)提升技術(shù)管理水平、降低成本、提高競(jìng)爭(zhēng)力具有積極作用。
4、 風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行監(jiān)測(cè)
隨著風(fēng)電的高速發(fā)展， 風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)數(shù)量不斷增加，且結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。風(fēng)場(chǎng)環(huán)境惡劣，風(fēng)電機(jī)組處于高空，運(yùn)維困難，往往達(dá)不到視情維護(hù)的效果，以致其關(guān)鍵故障嚴(yán)重、失效率占比增大、運(yùn)維成本比重增多，造成風(fēng)場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益減少，競(jìng)爭(zhēng)力降低。國(guó)外工作壽命至少 20 年的風(fēng)電機(jī)組運(yùn)維成本大約占風(fēng)場(chǎng)收入的 10%～15%， 海上風(fēng)電機(jī)組高達(dá) 20% ～25%; 而國(guó)內(nèi)風(fēng)電裝備通常在運(yùn)轉(zhuǎn) 5 年之內(nèi)出現(xiàn)關(guān)鍵故障，其中風(fēng)機(jī)齒輪箱最為嚴(yán)重，陸上和海上風(fēng)機(jī)齒輪箱失效率分別約占整機(jī) 14% 和 19%。在風(fēng)電齒輪箱運(yùn)維費(fèi)用方面，齒輪箱故障是機(jī)組停機(jī)的關(guān)鍵因素，齒輪箱問題占 1 /3，在歐洲占總運(yùn)維成本 12% ～ 30%; 而國(guó)內(nèi)則高達(dá) 40% 以上。巨大的運(yùn)維費(fèi)用降低風(fēng)電經(jīng)濟(jì)效益，可見發(fā)展風(fēng)機(jī)齒輪箱監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)，提高齒輪箱無故障運(yùn)行時(shí)間和發(fā)電效率具有重要意義。
快速發(fā)展的風(fēng)電行業(yè)存在的設(shè)備監(jiān)測(cè)困難，得到國(guó)內(nèi)外相關(guān)人員的高度重視，對(duì)其關(guān)鍵設(shè)備齒輪箱的運(yùn)行維護(hù)出現(xiàn)了多種監(jiān)測(cè)技術(shù)和診斷方法。但齒輪箱的運(yùn)行維護(hù)除了機(jī)械設(shè)備故障診斷的基礎(chǔ)問題外，還有齒輪箱自身特點(diǎn)的問題。
風(fēng)電系統(tǒng)的性能一定程度上決定于風(fēng)電齒輪箱的運(yùn)行情況，所以目前通過對(duì)風(fēng)電齒輪箱的運(yùn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)當(dāng)前風(fēng)電齒輪箱的振動(dòng)加速度、振動(dòng)速度、振動(dòng)位移、噪聲,齒輪箱轉(zhuǎn)速、功率,軸承油溫,壓力等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
齒輪箱系統(tǒng)屬于含有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的多相混合系統(tǒng)，且三相之間互相影響， 共同作用于壽命周期的多個(gè)階段，產(chǎn)生多種多態(tài)多維數(shù)據(jù)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者、用戶和第三方監(jiān)測(cè)公司使用的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷方法，缺乏互相支撐和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，需要三方協(xié)同推進(jìn)，促進(jìn)多種監(jiān)測(cè)技術(shù)和故障分析理論的集成融合，實(shí)現(xiàn)智能診斷和主動(dòng)運(yùn)維。
( 1) 選用或開發(fā)適當(dāng)?shù)亩鄳B(tài)信息傳感器，構(gòu)建相應(yīng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，強(qiáng)化和改善現(xiàn)有的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)和無線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控。
( 2) 監(jiān)測(cè)理論及技術(shù)研究。選用或研發(fā)合適的、簡(jiǎn)便的分析理論及技術(shù)，充分挖掘齒輪箱機(jī)制特征、磨損特征、理化特征和動(dòng)態(tài)特征等多維定性、定量信息，確定合適的因子及修正系數(shù)，建立齒輪箱零部件的溫度模型、磨損模型及油品模型。
( 3) 診斷技術(shù)集成研究。齒輪箱作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部件，在深入研究現(xiàn)象、機(jī)制及數(shù)據(jù)等的階段動(dòng)態(tài)性基礎(chǔ)上，通過量化定性信息和結(jié)果，根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)、油液分析和振動(dòng)分析等技術(shù)手段的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行深度融合。
( 4) 統(tǒng)一監(jiān)測(cè)方法， 建立用戶、供貨商及第三方機(jī)構(gòu)的聯(lián)合知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫和監(jiān)測(cè)方法庫。針對(duì)齒輪箱在不同階段的動(dòng)態(tài)多維監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)一這三方的數(shù)據(jù)處理、定性、定量分析和診斷方法， 集成用戶的大量數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)公司之間的運(yùn)維準(zhǔn)則，建立互相支撐的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。
( 5) 智能主動(dòng)診斷的軟硬件開發(fā)。應(yīng)用大數(shù)據(jù)、通過人工智能， 縱向結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，橫向類比同類齒輪箱，通過開發(fā)相應(yīng)的軟硬件，提升監(jiān)控系統(tǒng)、進(jìn)行云診斷，開發(fā)機(jī)器人進(jìn)行移動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)診斷，使設(shè)備能以語音或文字形式提前報(bào)警， 從而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)運(yùn)維。
四、結(jié)束語
通過設(shè)計(jì)來進(jìn)行齒輪箱的優(yōu)化可以提升齒輪箱的性能，以及延長(zhǎng)齒輪箱的壽命。比如可以使用數(shù)學(xué)模型來對(duì)齒輪箱進(jìn)行模擬，然后結(jié)合參數(shù)對(duì)齒輪箱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中需要考慮不同方面的優(yōu)化條件，提升齒輪箱的性能和保證齒輪箱的穩(wěn)定性。
另一方面，也需要結(jié)合齒輪箱的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行考慮，保證齒輪箱能夠滿足經(jīng)濟(jì)性要求。對(duì)于不同地區(qū)、齒輪箱的運(yùn)行環(huán)境不同， 所以優(yōu)化過程中也需要深入研究一些極端情況對(duì)于齒輪箱的影響，或者圍繞環(huán)境專門對(duì)齒輪箱重新設(shè)計(jì)。
風(fēng)電齒輪箱技術(shù)水平對(duì)風(fēng)能發(fā)電十分重要， 廠商需要充分考慮不同情況的需求，對(duì)風(fēng)電齒輪箱進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化。結(jié)合當(dāng)前技術(shù)上的關(guān)鍵問題進(jìn)行創(chuàng)新，提高風(fēng)電齒輪箱的技術(shù)水平。
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