摘要
本文介紹一種由美國的科羅拉多州的國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）最早研究的，用來改善風(fēng)力發(fā)電機(jī)變速箱可靠性的新的研究和發(fā)展倡議。該方法涉及到了國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的工作人員、專家顧問和那些工作在風(fēng)能產(chǎn)業(yè)中而且有興趣改善變速箱可靠性的合作伙伴，由他們共同協(xié)作完成。隨著這項(xiàng)工程變得更加明確，參與人越來越多，但我們的意圖是包括從運(yùn)營商、業(yè)主、風(fēng)力渦輪機(jī)制造商、變速箱制造商、軸承制造商、顧問、與潤滑產(chǎn)業(yè)的代表。我們預(yù)想該項(xiàng)目將是一個(gè)多年的全面測試和分析工作。該項(xiàng)目包括對功率為600到750千瓦的風(fēng)電機(jī)和齒輪箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室以及實(shí)地測試，該測試展示了多數(shù)風(fēng)電機(jī)的可靠性問題。該項(xiàng)目針對設(shè)計(jì)過程中導(dǎo)致多數(shù)設(shè)計(jì)使用壽命不足的缺陷。將開發(fā)新的設(shè)計(jì)分析工具以模擬測試結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。這些工具包含使用多缸體動(dòng)態(tài)分析模擬風(fēng)電機(jī)載荷，以及齒輪箱的內(nèi)部載荷和變形。該測試模型沒有準(zhǔn)確復(fù)制任何制造商的風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型，因此將知識(shí)產(chǎn)權(quán)沖突的可能性降到最低，但該模型體現(xiàn)了普遍結(jié)構(gòu)。
背景
風(fēng)能行業(yè)從一開始就經(jīng)歷著變速箱的高故障率[1]。早期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)充滿了基本變速箱設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，而對工作負(fù)荷的長期低估使問題更加復(fù)雜。在過去二十年里，風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的人士從這些問題中總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，渦輪機(jī)制造商，設(shè)備設(shè)計(jì)師，軸承制造商，顧問和潤滑工程師共同的努力改進(jìn)了負(fù)荷預(yù)測，設(shè)計(jì)，制造和操作。這個(gè)合作導(dǎo)致了國際公認(rèn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)箱設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生[2]。盡管合理遵守了這些公認(rèn)的設(shè)計(jì)做法，但是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱尚未實(shí)現(xiàn)其二十年的壽命目標(biāo)，大多數(shù)的系統(tǒng)要經(jīng)過大量的修理或大修之后才能達(dá)成其預(yù)定的20年的設(shè)計(jì)壽命[3,4,5]。因?yàn)辇X輪傳動(dòng)箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)最昂貴的組成部分，這些高于預(yù)期的故障率所花費(fèi)的費(fèi)用被增加到了風(fēng)能的費(fèi)用中。此外，變速箱的預(yù)期壽命未來的不確定性造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)價(jià)格逐步上升。風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商在銷售價(jià)格中加入了大量的風(fēng)險(xiǎn)保單費(fèi)用，這是由于傳動(dòng)箱過早的失敗的可能性的保單費(fèi)用。此外，業(yè)主和經(jīng)營者增加了應(yīng)急資金到項(xiàng)目的財(cái)務(wù)和預(yù)期收入中，用來應(yīng)對在保單到期以后體現(xiàn)出來的問題。為了使風(fēng)能的成本回歸到越來越少的軌道上面來，齒輪箱長期的可靠性的顯著增加顯得越來越重要了。