1.引言

　　齒輪箱是風電機組中成本僅次于葉片的第二大部件，其重要程度不言而喻。但是，在葉片、主軸承、齒輪箱、發(fā)電機和變流器幾大部件中，齒輪箱又是被詬病最多的大部件。由于齒輪箱在風電機組中的功能，又是唯一可以或缺的，刪除齒輪箱之后的直接驅動技術已成為另一類主流技術路線。近年來中速傳動技術的興起，人們對齒輪箱又熱衷起來。齒輪箱在經歷了被采用-刪除-又被采用之后，未來又會怎樣?有必要漫談一番。

　　2. 技術路線演變中的齒輪箱

　　2.1 從高速齒輪箱到無齒輪箱

　　風電機組中引入齒輪箱，是為了匹配低轉速葉輪與高轉速發(fā)電機的特性。從早期的定軸輪系到后期的行星輪系與定軸輪系組合，再到多級行星輪系;額定功率從百千瓦到十多兆瓦;傳動比也從不足100到逼近200。

　　但是，齒輪箱也曾是風電機組中的最大困擾。曾有過最大失效率、曾拖垮過整機企業(yè)、曾一直被試圖徹底拋棄。以至于人們不得不另辟蹊徑，在風電機組中刪除齒輪箱，研發(fā)出無齒輪箱的直接驅動技術和產品。就在直接驅動機型以其特有的優(yōu)勢逐漸被認為將會取代高速雙饋機型時，成本和效率的劣勢也慢慢顯現(xiàn)出來，尤其是在機組大型化中。

　　2.2 從高速齒輪箱和無齒輪箱到中速齒輪箱

　　直接驅動技術的劣勢，讓人們將目光投向了既帶齒輪箱轉速又不高的中速傳動技術。于是，在整機企業(yè)中，過去走高速雙饋和直接驅動技術路線的都有轉向中速傳動技術的。在海上風電機組大型化中，中速傳動技術似乎已成為當前的潮流和未來的趨勢，熱度更大。不僅如此，還有人包裝了不少的概念充實到中速傳動技術中，正像有人描述的那樣——中速傳動的春天到了，一派百花齊放的景象。在這種背景下，風電齒輪箱的風頭不亞于當年直驅熱時的永磁發(fā)電機，成為新的關注熱點。

　　3. 大型化中的齒輪箱

　　早期的齒輪箱之所以經常出故障，除了所在風電機組的運行條件外，齒輪箱本身固有特性也起著重要作用。

　　齒輪箱是功率傳動的機械部件，具體分為傳遞運動(增速或減速傳動)和動力(扭矩)，動力傳遞的力度和運動傳遞的頻次疊加起來，使得接觸疲勞成為基本失效形式發(fā)生在齒輪(輪齒面)和軸承(滾道與滾動體)兩大齒輪箱零部件。因此齒輪箱的失效的基本原因就兩個：作用載荷的偏大和承載能力的較弱。風電齒輪箱常見的齒面和滾動體點蝕、齒輪斷齒、滾動軸承失效等無不與此相關，而齒輪箱的技術進步也基本是朝著降低載荷和提高承載能力兩個方向進行的。

　　風電機組的大型化要求齒輪箱也大型化，風電齒輪箱的大型化面臨的新挑戰(zhàn)是將面對如下的問題：

　　傳遞功率的增加——齒輪箱傳遞的功率始終高于機組的額定功率，而且隨著機組容量的增大，這種高于的程度越來越大。雖然傳遞這樣等級功率的齒輪箱能夠做出來，但畢竟越來越重的機頭對于整機系統(tǒng)尤其是海上機組系統(tǒng)帶來更多的新難題。

　　轉速下降扭矩增加——通常情況下，大型化機組的葉輪轉速更低，在功率提升的前提下，扭矩更大，對齒輪箱的承載能力提出更高的要求。這就導致齒輪箱將以更高的階次增加重量。設計壽命延長——面向海上風電的機組設計壽命至少是25年，這對于靠依次嚙合的齒輪輪齒和依次滾動接觸的軸承來說，都要求更高的承載能力。

　　支承能力要求增高——在風電機組中的齒輪箱在傳遞扭矩的同時，外殼需要支反力矩支撐，支撐能力的要求越來越高。

　　可靠性要求更高——海上風電機組的可靠性要求高，齒輪箱的可靠性要求就更高，而影響可靠性的作用載荷和承載能力并未得到有效解決。

　　綜上所述，中速傳動技術的春天是否來臨，不是取決于各式各樣的中速傳動機型，而是取決于齒輪箱。齒輪箱將是未來風電機組大型化的關鍵因素，甚至可以說，齒輪箱不成則中速傳動技術不成。

　　眾所周知，風電機組大型化的過程中，越來越多的風電大部件成為瓶頸，葉片、主軸承、齒輪箱哪一件成短板，都將拖機組大型化及海上風電的后腿。這樣的話，在常規(guī)技術之路上走下去，能走多遠?再進一步發(fā)問，齒輪箱是不是風電機組大型化的必選項嗎?

　　實際上，從海上風電興起的同時，國內外的同行們不僅在常規(guī)技術路線上行走，更是一直在致力于研發(fā)新型的風電裝備，來滿足未來海上風電的需求。如果回歸風電裝備的本質特征，只要一種裝備能最大限度捕獲風能并最經濟地轉化為電能，就是最有前途的新型風電裝備。一個自然的命題來了：有沒有一種技術，使得葉片、主軸承和齒輪箱不再成為制約因素而實現(xiàn)上述基本目標。

　　肯定有人在嘗試解此命題。

　　4. 結束語

　　風電機組中的齒輪箱有著獨特的作用——只是一個橋梁，傳遞運動和動力。帶齒輪箱時它很重要，刪除它也可以。

　　風電機組的大型化對諸如葉片、主軸承和齒輪箱之類的大部件提出了新的更高的要求。齒輪箱在扮演越來越重要角色的同時，也將會逐漸成為大型化風電機組的短板之一。

　　按照世間事物的發(fā)展規(guī)律，齒輪箱在風電機組中經歷過有-無-再有的過程之后，會不會在大型化機組中面臨新的被選擇。