《关注风电齿轮技术 推动企业技术进步》由会员分享，可在线阅读，更多相关《关注风电齿轮技术 推动企业技术进步（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、行业聚 焦 I F o “ - _ - _ - - 关注风电齿轮技术 推动企业技术进步 中国齿轮专业协会热处理技术委员会 陈国民主任 近几年，我国风 电行业得到快速发展 ，按照相关 规划 ，到2 0 1 0 年我 国风 电装机 容量达4 0 0 万k W ， 2 0 2 0 年达2 0 0 0 万k W ， 在风能资源丰富的地区建成若干 个百万千瓦级风电基地。目前从7 6 万k W lJ 4 0 0 万k W仅 风电齿轮箱的产值约为e 5 L，从4 0 0 万k w2 o o o 万k W 风电齿轮箱的产值约为1 4 O , L。 1 风电齿轮箱的技术特点 风电齿轮箱在技术上有如下一些特点：
2、( 1 )服役条件严酷 由于机组安装在高山、荒 野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向、变负荷的 风力作用及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温 差的影响，加之所处自然环境交通不便，齿轮箱在狭小 的机舱不可能像在地面那样具有牢固的机座基础，整个 传动系的动力匹配和扭转振动的因素总是集中反映在某 个薄弱环节上。大量的实践证明，这个环节常是机组中 的齿轮箱。 ( 2 )功率大主流风电机组已达到兆瓦级，丹麦 的主流风机为2 0 3 O MW，美国主流风机为1 5 MW， 在2 0 0 4 年的汉诺威工博会上4 5 MW的风电机组也已面 世。 ( 3 )速差大 风力发电机组中的齿轮箱，其主要 功用是
3、将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电 机，并使其得到相应的转速。通常风轮的输入转速很 低 ，约1 2 0 r mi n ，远达不到发电机转子所要求的1 5 0 0 1 8 0 0 r mi n 的转速，必须通过齿轮多级增速传动来实现。 ( 4 )精度高齿轮箱内用作主传动的齿轮精度， 外齿轮不低于5 级 ( GB T 1 0 0 9 5 )，内齿轮不低于6 级。 齿部的最终加工是采用磨齿工艺，尤其内齿轮磨齿难度 甚高。 ( 5 )使用寿命要求长 由于自然环境条件恶劣， 交通又不方便 ， 齿轮箱在数十米高塔顶部的狭小空间 I 箜 ! 垫 丝 型 磊 工热 加 工 ww me ta l wo r
4、 k i n g1 9 50 c o rn 。 内，安装和维修相当困难 ，所以要求使用寿命最少2 0 年。 ( 6 )可靠性要求高与使用寿命都提出了比一般 机械高得多的要求。对构件材料，除了常规状态下力学 性能外，还应该具有低温状态下抗冷脆性等特性 ：对齿 轮箱，工作要平稳 ，防止振动和冲击等。 设计中要根 据载荷谱进行疲劳分析，对齿轮箱整机及其零件的设计 极限状态和使用极限状态进行动力学分析、极限强度分 析、疲劳分析 ，以及稳定性和变形极限分析。 2 热处理生产中的主要技术难度 由于风 电齿轮的服役条件苛刻，技术要求高，在 美国A Ns I A GMA A wE A6 0 0 6 一 A 0
5、 3 风力发电机齿轮箱 设计规范 的5 2 项质量控制项 目中， 材料热处理就占2 0 项。 强调材料热处理的重要性就是要保证齿轮的疲劳 强度和加工精度。一方面，由于风力发电机所受风载频 繁变化，而且带冲击，所以齿轮表面常产生微动点蚀而 早期失效，这种失效与接触精度和硬化表层物理冶金因 素有关。另一方面，由于齿轮箱变速比大 ，所以采用平 行传动+ 行星传动方式，而在行星齿轮中，为了提高齿 轮强度、传动平稳性及可靠性，同时减小尺寸和重量， 内齿圈也要求采用渗碳淬火磨齿工艺。 从 目前我 国风力发电齿轮的生产来看，要保证2 0 年使用寿命，这一关道路漫长，尚待考验，而对于内齿 圈的渗碳淬火变形，由
6、于直接影响生产已经成为热处理 中的一大难题。 3 风电齿轮的热处理质量标准 为了提高风机齿轮的疲劳强度 ，保证2 0 年的可靠 寿命，齿轮生产厂应当按：I S O 6 3 3 6 5 ( G B T 3 4 8 0 5 ) 齿轮强度和材料质量渗碳齿轮最高级别ME 的要求 来控制材料的热处理质量，见附表。 序号 项目 ML MQ ME 渗 层深 度e ram I G O um 渗层深度e mm) I GO la m 对非磨削面晶界 内氧化 e 0 7 5 1 7 e 0 7 5 l 2 ( I GO)要求 ，对未腐蚀 0 7 5 3 00 6 0 e 30 0 3 0 若超差 ，可与用户协调采用
7、控制喷丸或其他合适的措 施进行 补救 不 允许有 表面裂纹 ， 在不影 响齿轮 裂 纹 。用 磁 不 允许有裂纹 ，按AS T M E 1 4 4 4 对 不允许有裂纹 ，按AS T M E1 4 4 4 1 1 完整性并 经用 户同意可去 粉 探 伤或 干 5 0 零 件进行 磁粉探 伤。根据 批量进 全部 零件 进行 磁粉探 伤 。批 量 5 除表面缺 陷 粉 渗 析法 抽 行抽查 件可抽查 样检查 缺陷最大尺寸 缺陷最大尺寸 模数mm 模数 m m m m ， m m 齿部磁粉探伤 ，AS T M 2 5 1 6 2 _5 0 8 1 2 不规定 E1 4 4 4 25 8 3 0 8
8、2_4 所 有 功 能 2 5 功能部 位( F B2 ) 允许B级 回火。 1 0 功能部位( F B 2 ) 允许B 级 回火。 磨削 回火控制 ，按G B 部位( F B 3 ) 允 要求抽查 要求抽查 l 3 许B级 回火 ， T 1 7 8 7 9 硝酸溶液腐蚀 建议 不 要 求 抽查 若超 差，可 与用户协调采用控制喷丸进行补救 心部显微组织 ( 位置同 马 氏体 ，针状铁素体及贝氏体， 不允许 马氏体 ，针 状铁素 体及 贝氏体 不 1 4 不规 定 允许 有块 状铁 素体 ，按 6 5 检 查代 第8 项 ) 有块状铁素体( 见第8 项) 表性试棒 注： 对于碳氮共渗钢目 前在
9、标准中还未给出。 齿轮生产厂只有通过这种综合严格的质量控制 ， 才能保证齿轮的疲劳极限，同时也为齿轮的热处理变形 控制奠定良好的基础。 对于热处理设备及工艺材料生产厂 ，建议拓宽思 路，不只限于提高自己产品的质量水平，还应去了解风 机齿轮热处理生产中有何特殊要求，由此开发新产品， 既推动齿轮热处理工艺水平的提高，又可开拓新的产品 市场。近年来齿轮加工设备制造厂，如重庆机床厂、秦 川机床厂瞄准风电齿轮开发大型、高精的滚齿机和磨齿 机，从而开拓出新的市场局面。 4 影响齿轮的热处理变形的因素 齿轮热处理变形，特别是渗碳淬火变形是齿轮生 产中的最大技术难题之一。 齿轮热处理变形之所以难于控制，主要是
10、因为影 响变形的因素太多，见表2 。而且，这些控制因素还具 有以下特点： 设 计 材 料 锻造毛坯 机械加工 渗 碳 淬火 结构 形状 ， 化学成分 ，材料纯 锻造 比 ，锻 造 夹具 设计，装夹方 加热设备 ，淬火 材 料 选 择 ，热 度 ，淬 透 性 ，晶 粒 工 艺 ， 锻 后 冷 材料加工性能 ， 却 ， 锻 后 热 处 刀具 质量 ，切 削规 法 ，摆放位 置，渗碳 工 艺 ，参 数控制 ， 处理技术条件 度 ，夹杂物 偏析 范 ，加工残余应力 工艺 ，使 用设备 ，参 淬 火 介 质 ， 淬 火 理 ，预备热处理 数控制 槽 ，油温 ，搅拌 l兰 生 笪 ! 垫 竺 磊 工 热
11、加 工 www me ta l wo r k i n g1 9 5 0 c o m 。 ( 下转第l 3 页) 廖 嘲 风力发电设备回转支承件的热 j u - r 萨伊感应设备 ( 上海)有限公司 姚 勇 随着我国大量发展风力发 电项 目，我国的风力发 电设备零件的供应结构正逐渐发生变化。从纯粹的进口 重点零件，逐步转向自主化生产高端重点零件的生产， 回转支撑轴承就是一个典型的高端重点零件。 作为一项专业性和技术性很强的加工技术 ，感应 淬火设备被广泛应用在回转支承零件和齿轮零件的生 产中。近几年，在国家政策导向，以及财政政策的支持 下 ，我国风电设备的制造产业规模得到快速扩张 ，逐渐 在规模
12、上赶超西方发达国家。但 目前的瓶颈问题是 ，如 何解决高端重点零部件生产供应问题。以往国外主要的 设备生产厂家由于产品供不应求，不愿意将最先进的技 术机型卖给中国。所以国内部分厂家只能引进国外的一 些二类机型产品，以满足市场需求。与此同时，国内感 应设备制造企业的高速发展 ，也补充了市场需求的部分 空白。 风电设备有 自己独特的特点：由于长期的野外工 作，环境恶劣，维修条件差，所有要求风机运行稳定性 强。在正常连续工作的情况下， 风电设备零件要求都 是必须保证有2 0 年以上无故障的运行寿命，假如某零件 在短期内失效，每次的更换维修费用将在千万元人民币 以上 。 S a e t 感应加热设备所
13、生产的回转支承产品，已经在 世界各地多数的风力发电厂恶劣环境下，经受了连续运 行2 0 年以上实际运行的考验 ，被风力发电行业广泛认 可。而国内感应设备生产的回转支承，还没有通过2 0 年 以上无故障的运行的实际考验。 S a e t 是一家有着4 6 年感应加热设备生产经验的企 业，是最早研发风电回转支承感应设备的企业之一。到 目前为止 ，S a e t 公司已经能够提供全系列的回转支承设 备，共有3 大系列的机床解决方案，覆盖所有的大轴承 淬火需要。在欧美等发达 国家的市场中，S a e t 的回转支 承感应设备占有较大比重。例 ll S a e t 公司的8 m 大型回转 支承淬火设备现
14、 已完成供货7 台。 在高端感应设备的研究和开发方面 ，S a e t 公司充分 利用先进的计算机模拟感应加热技术，依托感应加热 国家实验室的技术实力，不断推出新产品和新工艺。近 来，S a e t 公司提出的无软带滚道淬火技术，以及大型齿 圈一次淬火 ( 直径2 4 m)，体现了s a e t 在感应加热设备 方面的领跑地位。 多年来，S a e t 公司一直致力于为客户提供创新的解 决方案，通过利用仿真模拟工具示范的探索方案，以及 对设备性价比的准确判断 ， 来不断地满足客户的需求， 因此也赢得了世界各地众多的客户。目前 ，在中国国 内，S a e t 感应加热设备在徐州罗特艾德回转支承有
15、限公 司、方圆支承有限公司、德凤丹有限公司等企业的回转 支承加工中都得到了成功的应用。 ( 上接第1 O 页) ( 1 ) 从技术的角度，涉及多学科。 ( 2 ) 从生产的角度，涉及各道工序。 ( 3 )从管理的角度，涉及多部门、多环节。 ( 4 )从措施的角度，涉及生产成本。 正因如此，在2 0 0 1 年德国组织的一项大型变形研究 课题便名谓 “ 畸变工程”，可见，热处理变形不是单纯 的一项技术，而是一项 “ 系统工程”。 除了以上的讨论内容外，我想还应对热处理变形 这一项 “ 系统工程”的内涵和理念进行讨论和理解。 另外 ，根据我 国的生产实践 ，讨论提出若干项带 行业性的关键控制技术，比如，近年来我国在齿轮毛坯 预处理中采用等温正火工艺，这对减小齿轮变形很有实 效 ，已被齿轮行业认可。MW ( 2 0 0 9 0 8 2 0 ) 参珈 旺
