大型風電齒輪傳動系統動態設計理論與方法 本書特色

黨的二十大報告提出“積極穩妥推進碳達峰碳中和”。碳達峰碳中和將是我國未來社會發展的主要戰略。能源結構正由“煤炭為主”向“多元化協同”轉變，能源發展驅動正由“高速增長”向“高質量增長”、由“傳統能源增長”向“新能源增長”轉變。風能作為一種經濟、綠色、可再生的清潔能源，在我國能源轉型中的作用日益顯著。目前，海上大功率風電已成為全球近幾年的風力發電裝機主要增長點，尤其是歐洲海上風電正引領著全球風電的發展方向。根據歐洲風能協會發布《2017年歐洲海上風電裝機統計數據及發展趨勢》報告顯示：2017年，歐洲海上風電新增裝機容量達到了創紀錄的3.148GW，增長率為25%。全球風機大型化趨勢確立，6MW 以上機型占據海上風電主導地位，8-10MW 研發和問世速度加快，產業競爭格局已經顛覆；海外陸上風電已經全面進入 4-6MW 級別，國內三北地區也逐步過渡到 3-4MW 機型。領先于大機型研發的維斯塔斯、西門子、GE、明陽智能、東方電氣等企業市場份額快速上升。統計數據表明，我國海上風電取得突破進展。總體來說，國內風力發電機組單機容量整體上繼續向大型化趨勢發展。
國內海上風電發展較晚，但發展迅速，海上風電5 MW及以上大型風電機組已正式運營，主要開發單位有海裝、明陽、金風、湘電、東汽等幾家。其中海裝和東汽是雙饋路線，明陽是半直驅，金風和湘電是直驅。隨著海上風電技術的成熟，中國海上風電5 MW及以上機型將是主流產品。緊湊型風電齒輪箱結構與傳統型風電齒輪箱差異較大，且包含部分整機設計內容，如風機主軸承、主軸承與輪轂連接、齒輪箱和電機連接等。半直驅緊湊型風力發電機成本優勢的逐漸顯露，已成為主要發展方向。而風電齒輪箱作為風電機組關鍵核心部件之一，由于研制及產業化相對于風電整機門檻更高，大型海上風電齒輪箱要求壽命≥25年，效率≥98%，工作環境溫度-35℃～ 50℃，并且需滿足海上鹽霧工作環境。
國外5MW及以上風電齒輪箱發展較早較快。國外5MW及以上大型風電齒輪箱制造商主要有ZF、Winergy等公司。ZF為MIH VESTAS 研發8-9.5MW風電齒輪箱并實現小批量應用，采用了齒輪箱與發電機集成設計構型。Winergy公司半直驅齒輪箱PZFG2456、PZFG2535采用兩級行星結構一體化緊湊結構，即將齒輪箱與發電機一體化設計，將兩級行星齒輪箱與永磁電機直接相連接，大約減少傳動鏈長度35%。2016年，Adwen和Winergy宣布研制出一種適用于Adwen的AD8-180海上風機的齒輪箱，該齒輪箱輸入轉矩接近10000 kNm，重約86噸。國外風電齒輪箱核心制造商有：ZF、Winegy、Moventas等，單機容量已達12 MW并已掛機運行。國內能夠真正自主研制大型風電齒輪箱的企業屈指可數，主要有南高齒、重齒、太原重工、南方宇航等幾家。
增速型風力發電機組傳動鏈主要技術路線方向為齒輪箱與發電機集成一體化設計，并向著大型化方向發展，對其關鍵核心部件—增速齒輪箱提出了“高可靠、高效率、高功率密度、低振動噪聲、復雜工況適應性”的需求。系統機電集成設計技術、動態設計與減振降噪技術、關鍵零部件抗疲勞制造與裝配技術、密封及潤滑技術、大型風電齒輪箱工業性驗證平臺研制技術，以及在線遠程監測、加速疲勞壽命試驗方法和綜合性能評價技術等，這些技術難題曾一度成為困擾國內齒輪箱制造企業的技術瓶頸與難題。黨的二十大報告提出“積極穩妥推進碳達峰碳中和”。碳達峰碳中和將是我國未來社會發展的主要戰略。能源結構正由“煤炭為主”向“多元化協同”轉變，能源發展驅動正由“高速增長”向“高質量增長”、由“傳統能源增長”向“新能源增長”轉變。風能作為一種經濟、綠色、可再生的清潔能源，在我國能源轉型中的作用日益顯著。目前，海上大功率風電已成為全球近幾年的風力發電裝機主要增長點，尤其是歐洲海上風電正引領著全球風電的發展方向。根據歐洲風能協會發布《2017年歐洲海上風電裝機統計數據及發展趨勢》報告顯示：2017年，歐洲海上風電新增裝機容量達到了創紀錄的3.148GW，增長率為25%。全球風機大型化趨勢確立，6MW 以上機型占據海上風電主導地位，8-10MW 研發和問世速度加快，產業競爭格局已經顛覆；海外陸上風電已經全面進入 4-6MW 級別，國內三北地區也逐步過渡到 3-4MW 機型。領先于大機型研發的維斯塔斯、西門子、GE、明陽智能、東方電氣等企業市場份額快速上升。統計數據表明，我國海上風電取得突破進展。總體來說，國內風力發電機組單機容量整體上繼續向大型化趨勢發展。
國內海上風電發展較晚，但發展迅速，海上風電5 MW及以上大型風電機組已正式運營，主要開發單位有海裝、明陽、金風、湘電、東汽等幾家。其中海裝和東汽是雙饋路線，明陽是半直驅，金風和湘電是直驅。隨著海上風電技術的成熟，中國海上風電5 MW及以上機型將是主流產品。緊湊型風電齒輪箱結構與傳統型風電齒輪箱差異較大，且包含部分整機設計內容，如風機主軸承、主軸承與輪轂連接、齒輪箱和電機連接等。半直驅緊湊型風力發電機成本優勢的逐漸顯露，已成為主要發展方向。而風電齒輪箱作為風電機組關鍵核心部件之一，由于研制及產業化相對于風電整機門檻更高，大型海上風電齒輪箱要求壽命≥25年，效率≥98%，工作環境溫度-35℃～ 50℃，并且需滿足海上鹽霧工作環境。
國外5MW及以上風電齒輪箱發展較早較快。國外5MW及以上大型風電齒輪箱制造商主要有ZF、Winergy等公司。ZF為MIH VESTAS 研發8-9.5MW風電齒輪箱并實現小批量應用，采用了齒輪箱與發電機集成設計構型。Winergy公司半直驅齒輪箱PZFG2456、PZFG2535采用兩級行星結構一體化緊湊結構，即將齒輪箱與發電機一體化設計，將兩級行星齒輪箱與永磁電機直接相連接，大約減少傳動鏈長度35%。2016年，Adwen和Winergy宣布研制出一種適用于Adwen的AD8-180海上風機的齒輪箱，該齒輪箱輸入轉矩接近10000 kNm，重約86噸。國外風電齒輪箱核心制造商有：ZF、Winegy、Moventas等，單機容量已達12 MW并已掛機運行。國內能夠真正自主研制大型風電齒輪箱的企業屈指可數，主要有南高齒、重齒、太原重工、南方宇航等幾家。
增速型風力發電機組傳動鏈主要技術路線方向為齒輪箱與發電機集成一體化設計，并向著大型化方向發展，對其關鍵核心部件—增速齒輪箱提出了“高可靠、高效率、高功率密度、低振動噪聲、復雜工況適應性”的需求。系統機電集成設計技術、動態設計與減振降噪技術、關鍵零部件抗疲勞制造與裝配技術、密封及潤滑技術、大型風電齒輪箱工業性驗證平臺研制技術，以及在線遠程監測、加速疲勞壽命試驗方法和綜合性能評價技術等，這些技術難題曾一度成為困擾國內齒輪箱制造企業的技術瓶頸與難題。
本書針對大型風電齒輪傳動系統設計與運維中的技術問題，主要涉及大型風電齒輪箱高功率密度設計理論與方法、大型風電齒輪傳動系統齒輪齒面修形技術、大型風電齒輪箱振動與噪聲控制技術、大型風電傳動鏈多柔體動力學設計及共振規避方法、大型風電齒輪箱行星輪系動態均載設計與測試技術、大型風電齒輪傳動系統時變可靠性評估與設計方法、大型風電齒輪箱結構件疲勞強度工程分析方法、大型風電齒輪傳動系統運行狀態監測與故障診斷等方面進行了詳細的闡述。
在目前市場上同類書里，本書是部全面介紹大型風電齒輪傳動系統動態設計理論與方法的著作，目前尚未有同類型的著作或相關資料。本書可作為從事大型風力發電齒輪傳動系統研發參考，也可以作為從事齒輪傳動核心基礎件設計制造的學生，以及從事本專業的科研人員與企業工程技術人員參考。