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【文字直播】技术与创新专题论坛专场——前进齿轮箱张萌:十年磨一剑-柔性销差动分流技术之成熟应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-11-24  来源:能见  浏览次数:41  
核心提示:非常感谢得到能和我一起交流我们的技术。也非常感谢机械峰会可以给我们一个平台交流杭齿这么多年风电齿轮箱的进程。今天演讲的题目是《柔性销差动分流技术之成熟应用》。分三个方面介绍:首先是介绍一下杭齿,但在座有新朋友,我就简单介绍一下杭齿;然后就是我们的重点柔性销差动分流技术及应用;最后会介绍一下我们的新产品。
  11月22-24日,“2017全国大型风能设备行业年会暨产业发展论坛” 在浙江杭州市召开,本届年会以“绿色制造 绿色发展 绿色未来”为主题。大会共邀请来自业内的四十余位专家、主题对话与分享,参会人数超500人。
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杭州前进齿轮箱集团股份有限公司副总经理张萌女士
  
  张萌:
  
  非常感谢得到能和我一起交流我们的技术。也非常感谢机械峰会可以给我们一个平台交流杭齿这么多年风电齿轮箱的进程。今天演讲的题目是《柔性销差动分流技术之成熟应用》。分三个方面介绍:首先是介绍一下杭齿,但在座有新朋友,我就简单介绍一下杭齿;然后就是我们的重点柔性销差动分流技术及应用;最后会介绍一下我们的新产品。
  
  一、杭齿集团简介
  
  杭齿是一家大型的国有上市公司,创建于1960年,是很老的企业,距离会场不远的杭州市萧山区,萧山有一个湖叫湘湖,我们在美丽的湘湖旁边。我们有56万方的生产基地,山南和山北在萧山区,临江和粉治厂在周边。山南和山北主要是生产潮汐齿轮箱和核电齿轮箱,这个生产基地是发电领域做的智能工厂。
  
  杭齿还是专业设计和制造齿轮箱的高新技术企业,我们主要的产品涉及领域主要是传动工程、风电和汽车行业。目前,目前船用和工程机械是比较大的两方面,船用在国内市场占有率排第一位,工程机械的变速箱也是国内主力制造商份额最大的企业。
  
  (PPT图示)这是我刚才讲的产品。我们的产品主要有船用工程、风电、汽车、农业机械变速箱、工业齿轮箱、摩擦材料及摩擦片,还有特种产品,就是大家在图片上看到的非民用的变速箱。
  
  (PPT图示)这里主要是讲每个领域里的发展历程,我们在60年代在周总理的关怀下成立了杭州齿轮箱厂,主要是以船用齿轮箱为主。到80年代,进入了工程机械变速箱,到90年代开始做汽车变速箱和兆瓦级以下250千瓦、360兆瓦级以下的齿轮箱,20世纪开始360兆瓦级,到目前的5.5兆瓦。现在我们有一些博士后工作站和国家技术中心,我们有各个领域14个研究所,还获得了两次“国家科技进步奖”。
  
  (PPT图示)这是一些产品的认证,我们在国际上各个领域、各个国家都有产品。
  
  二、柔性销差动分流技术及应用
  
  接下来就切入主题介绍一下柔性销差动分流技术的应用。
  
  1、杭齿新能源齿轮箱发展史。我们从90年代涉及风电齿轮箱,主要是小兆瓦级为主,说实话,那时候齿轮箱还没有国产,主要是国际上知名企业在我们齿轮箱的维修,他们出现了各种各样的问题,因为中国前期存在很多问题,我们主要是维修为主,把齿轮箱维修好送到工厂运行。到2006年开始,在这个过程中,我们做了200千瓦、300千瓦、600千瓦、850千瓦,一直到2006开始杭齿和行业内的专家一起起草了国家的第一个《风力发电机组齿轮箱》国家标准,一直在应用,一直到IE6114新标准发布之前,一直使用这个的标准。
  
  柔性销的技术是从德国的公司引进了这个技术,童年我们把这个工厂引进到国内,送到工厂。2010年我们拿到了中国2MW通过GL认证。2011年我们及拿到了3MW,以前还是传统的技术,柔性销还是在引进。2012年引进了5MW,三个技术的引进奠定了杭齿在柔性销上的基础。2014年我们又引进了新技术洋流齿轮箱,这是混合驱动,就是现在说齿轮箱和电机紧密结合的产品。2015年,齿轮箱交付到了欧洲的用户,产品主要是用于在欧洲英国的海域。同年我们又做了2MW柔性销差动分流技术在试验场的加速实验,成立了合资公司,这个技术非常好。我们看不到的损伤是在的,毕竟有生命周期,但表面上各个指标都非常好。2016年,洋流发电齿轮箱下水,经过半年多的实验,2016年就下水了。因为这个作品就是在洋流上六年免维护,我们对这块东西的要求非常高,所以要做半年的实验。今年有一款新的产品就是远程监控系统,年初成功下线了,今年下半年开始批量化。
  
  2、发展进程。这个是发展进程,就不详细阐述了。
  
  3、现有技术平台。这个齿轮箱本身的差动分流技术和无外圈轴承行星轮组件。(PPT图示)左边是传统的行星和平行轴结构,我们国家从风电一直应用非常广泛,杭齿也有这样的产品。但右边是差动分流的外圈轴承行星结构,都是两级行星加上电机平衡轴的传动。但是,大家可以看一下我们的产品,我们这个产品的行星架构是带柔性销技术。
  
  4、柔性销技术特点及应用。(PPT图示)这是向大家展示柔性销差动分流的行星机构在产品上的应用。大家很熟悉的图片就是常规NGW三行星的分布状态,但右边是柔性销差动分流技术应用的图片,它可以3个乃至10个行星的应用。在座对它感兴趣可能都是从事技术的,行星机构有3行星、4行星,做到5行星就很艰难,因为每个行星的载荷分布非常困难。但是这款产品上可以做到10个以上的行星,目前5MW就是10个行星,去年的展会上展出了我们行星组合的内部架构,就是柔性销加上行星结构,也是宣传了这个技术。
  
  (PPT图示)这是行星轮载荷分布均匀,这是2MW做的图片,它在行星上分布非常均匀,基本上出来以后,数值在一点零几左右,右边是一个形象的动画图片,从这张图片可以看出重点修改一个销子,我们称之为柔性销,这边的行星架是在右侧。柔性销是当行星轮受到载荷的不平衡的时候,柔性销会做曲线的调整或者是变形,增大或减少载荷,使得行星轮的载荷能够均匀的分布,而且受力均匀。如果是刚性的,当载荷大或者载荷小的时候,会直接变形,但这个载荷分布还是可以缓解它的。
  
  (PPT图示)这张图是在齿宽的分布,这也是实验的数值。我们Kβ值在1.1111左右。IEC61400规定,通过计算或试验的KHB最小取1.15,这是针对NGW常规行星的要求,但是在这款机型上可以把这个值渠到1.1。大家看一下我刚才说的Kβ,就是每个行星轮的负载情况,受力非常均匀。61400中有规定,不同的行星设计取值不同,当达到7行星的时候,载荷的分布系数已经取到了1.47,如果做技术或设计出身,都知道当载荷是500千牛的时候,计算的时候要用1.47倍计算,意味着出来是非常庞大的齿轮,就是这个产品不可能做早很小,而且承载能力很高,功率密切很大也做不到。大家可以看到它都是对载荷修正的技术,这个载荷放大,齿宽一定要放大。但用了柔性销差动分流之后,我们做了实验,在1.6的时候,载荷是3,传递过来的就是实际的功率。这是刚才说的8个,这8个是3兆瓦。4个行星轮是用在高数级,要求对高数级的行星齿轮要求不高,Kβ是1.02到1.03。
  
  5、差动分流技术和应用。这样就使机构更加紧凑,大家可以看到载荷的传递,当载荷传递过去以后,两个行星级同时接受载荷,而不是从第一个行星级传到第二个,我是同时接受的,有一路线到P2,有一路是P1,两路线都传递到发电机,特别是第一级承载的受力仅仅是现在2000千瓦,它仅仅是0.4左右,就是140千瓦,就是说它做到1400千瓦,但起码比2000千瓦的尺寸小很多,这样整个齿轮箱的尺寸都会小下来,所以我说我们一直追求功率更大,齿轮箱更轻,并不是以安全为代价,而是以新的方式、新的技术来突破和降低尺寸,减少重力。
  
  6、无外圈轴承行星轮组合。在这个产品里还有一个新技术,就是无外圈。大家都知道行星轮都是带外圈,带外圈和不带外圈各有利弊,但是我觉得不带外圈的利大于弊。我们看到不带外圈的内壁,在同样尺寸下,为了加大安全系列,可以把轴承加大。但加大轴承的时候,行星轮的轮沿加后,行星轮的黏性会增大,对安全起到更大的安全系数。大家在行星轮都在计算安全强度,可能行星轮都破坏了,可能就是高度没有达到。因为有时候大家对高度不太关注,这时候就会破坏,不是由于齿轮钢度引起的,而是高度引起的。
  
  说实话,大家看到无外圈行星轮设计、制造都比较简单,行星设计和齿轮设计都比较简单,但结合在一起,会对行星轮有很大的挑战。这个挑战就是内壁要满足轮道的要求,行星轮要满足粘合的要求,我们在热处理上有很大的技术突破,用了特殊热处理工艺,可以达到行星轮两种轮道的要求。说实话,2009年我们制造的时候,在老外的监督下,帮助下,以及在轴承公司的帮助下共同完成了这款行星轮的制造,至今已经用了很多年,效果非常好。
  
  7、产品。这是柔性销差动分流分流技术的应用,因为兆瓦越大优越性越高,因为小兆瓦结构上不能做得那么小,但大兆瓦级结构上会放宽,就会体现出优越性能。这是3兆瓦以上,这些都形成了系列产品,可以说全部都在风场运用了。
  
  8、小结。把技术做一个小结,柔性销、差动分流和无外圈技术在大兆瓦级别风电齿轮箱上,尤其是3MW及以上的风电齿轮箱有明显的优势,性能至少提高了20%。这是非常明显的结果。
  
  9、陆上装机概览。常规的技术不用说了,大家都在做,目前为止,兆瓦级已经有1000台,从最早开始用起已经八年了,我们一直在关注,运行八年的齿轮箱非常完好,包括各种指标都表现得非常优秀,没有辜负我们的期望。还有就是目前做的国家示范性工厂张北风场,在早期一期二期都有应用。
  
  三、新产品
  
  1、混合驱动—超级紧凑型产品。这是我刚才介绍的1.5MW洋流发电齿轮箱,虽然是洋流齿轮箱发电,但和风电长得差不多。这款齿轮箱随着洋流发电向已经在英国的苏格兰海域运行了一年多,目前状态非常稳定,运行特别好。这款齿轮箱就是一个薄薄的顶,它和和发电机在一起,这就是紧凑型。目前很多企业都在开发紧凑型,但我们已经真正应用了。虽然看起来是1.5MW,但目前和2.5MW和3MW之间差不多,所以这款机型目前就推到了3MW的齿轮箱上。
  
  (PPT图示)这是一个3MW的风电混合齿轮箱的技术,它就是和风力发电主轴。右边是是发电机的主轴,直接和发电机相联,中间是齿轮箱,绿色的是发电机。为什么这个齿轮箱叫超级紧凑呢?一部分在发电机里,还有一部分在主轴里,中间只有一级行星在齿轮箱的外壳上。3MW的齿轮箱只有18.5吨,大家目前在应用的齿轮箱都是高速双轨的齿轮箱,我们自己也有一款,也是柔性销差动分流,在27吨的样子。常规的NGW的齿轮箱基本上是20多吨,所以这是目前我们和主机厂联合开发的齿轮箱。
  
  2、远程监控及智能专家诊断系统。还有一款新产品,它不是齿轮箱,是齿轮箱的辅助品,我们叫“远程监控及智能专家诊断系统”。为什么要做这个东西呢?当时做这个东西不是赶时髦,假如齿轮箱出现了问题,对发电量的影响很大,而且周期也非常长。所以,我们想做这款产品,主要是想帮助主机厂业主早期发现齿轮箱的故障,而提前做一些准备。因为大家都知道齿轮箱由于工艺的原因,整个制造周期非常长。从开始投料到后期没有三个月风电齿轮箱出不去,因此我们想如果客户已经预知了这样的状态,会提前做准备,我们会计划性的做维修。
  
  2014年我们开始做实验,一直到现在已经三年了,实验的过程非常艰难,生产现场的实验以及风场的实验。从2014年开始我们就和浙江大学合作,做出了这款东西。这款一开始是在试验台上,因为试验台和风场不一样,风场一定是小卡和低成本的运用它。我们的赫兹密度、润滑油的清洁度等指标进行采集,生成了比对,形成我们的内测数据。后来我们就上台做外测数据,这个外测数据可能还比较少,因为今年我们刚刚开始批量。
  
  因为说实话,我们是做机械的,对这些东西也不是非常的精通,但通过三年和专家团队一起探讨,我们的产品特点:
  
  一是基于人工智能技术的深度数据应用,我们是对数据进行建模、分析和优化,实现了数据的深度应用。
  
  二是智慧运维系统。我们建立了生产制造过程中的数据,因为齿轮箱和实际的制造密切相关,并不是说图纸上有多少精度,毕竟有个区间,包括温差都有区间,但它和实际制造的状态进行了数据的交换,最后形成了数据中心,对齿轮箱进行分析。所以,我们是生产过程中的实时数据,行业里的数据分析,加上业务辅助,就是真正的齿轮箱专家们对产品环节的指导,最后形成了三位一体的智慧运维系统。
  
  三是系统集成及服务。这个平台主要还是以智能为主,兼顾其他平台。现在我们把这个系统大数据可视化,物联网和云计算技术,但毕竟这款APP还是给内部的客户应用,因为风电场的数据还是禁止的,所以我们的数据仅仅对客户开放。
  
  总结一下我们的远程监控系统。我们的智能专家诊断系统以预知性的维护为核心,要先知齿轮箱的状态,而且对齿轮箱的驱动链进行实时监控。对监控数据通过人工神经网络模型进行分析,判定风机驱动链运行状态,得知风机的驱动链是否健康,或者有哪些地方有问题需要处理。当驱动链某一个环节出现异常的时候,我们可以及时提醒,而且是自动完成诊断和状态评估,并向客户提出维护建议。现在是大风期不能维护,但风期过了可以做维护。一旦我们的产品应用好之后,可以真真正正对齿轮箱进行故障运维到计划运维,可以降低损失,特别是发电损失。主机厂一直期望发电量越高越好,设计得很好,产品频频出故障,会影响发电量。希望我们这款产品可以帮助主机厂提高效益和效率。
  
  我的PPT交流就到这里,我们和大家一样,非常愿意在新能源做一些事情,追求卓越,把这个产品不断做好、做完美。谢谢大家!
 
关键词: 前进齿轮箱
 
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