风电机组偏航系统 · 多级行星传动

齿轮箱/减速器

偏航减速机装在机舱底座上,用末级开式齿轮驱动偏航轴承齿圈,让机舱随风向正反转。选型先定扭矩口径和驱动台数,再定开式齿轮、法兰和电机制动器。

讲风电机组偏航用多级行星减速机:怎样读懂各家不同叫法的扭矩、按机组容量配台数、定开式齿轮与法兰,以及出厂和型式试验做什么;变桨减速机只作对比,主齿轮箱和工程机械回转减速机另行选型。

齿轮箱/减速器应用场景

偏航减速机在机舱里做什么

产品作用

水平轴风电机组靠偏航系统让风轮对准来风方向。偏航电机经偏航减速机大幅降速、放大扭矩,再由减速机输出端的开式齿轮带动偏航轴承齿圈,机舱随之转动。宁夏机械工程学会《偏航减速器》团体标准征求意见稿把开式齿轮定义为与偏航轴承齿圈啮合的减速器输出轴齿轮,并规定减速器采用多级行星齿轮传动,可随风向变化正反向旋转。[1] 一台机组通常装多台偏航减速机,沿齿圈圆周分布、共同驱动:邦飞利中文风电样本按机组容量列出的偏航驱动数量从2台到16台不等。[2]

工作原理

每一级行星传动由太阳轮、行星轮、行星架和内齿圈组成,内齿圈固定,太阳轮输入,行星架输出并带动下一级太阳轮;末级行星架带动开式齿轮输出。[1] 邦飞利700TW系列按所需总速比采用3~5个减速级,每级均为行星结构,每级3~4个行星轮分担载荷。[2] 多级串联后总速比可达上千:征求意见稿表4中P308型的传动比为1743.6,配用电机额定转速940 r/min。[1] 示例计算:940÷1743.6≈0.54 r/min,即开式齿轮每分钟约转半圈;3.0 kW、940 r/min电机的轴端扭矩约9550×3.0÷940≈30.5 N·m,乘以速比约为53,000 N·m(未计传动损失),与该型号45,220 N·m的额定输出扭矩处在同一量级。[1]

从电机法兰到开式齿轮的六类零部件

材料一栏优先引用《偏航减速器》团体标准征求意见稿和邦飞利样本中的牌号与热处理要求;征求意见稿允许采用力学性能相当或更高的材料,具体牌号以中标厂家的图纸为准。

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部件作用材料与配置
箱体(壳体)固定各级内齿圈、容纳润滑油,并通过法兰止口和螺栓孔装到机舱底座上。法兰位置分低法兰、高法兰两种结构,外形尺寸各不相同。[1] 邦飞利样本另列F(低法兰)、N(高法兰)、U(齿轴支撑)三种输出方式。[2]征求意见稿推荐低温球墨铸铁QT400-18L(正火后120–175 HBW),也可用锻件42CrMoA调质至270–305 HBW。[1] 邦飞利700TW输出壳体为球墨铸铁。[2]
输入轴与电机接口把偏航电机(常带制动器)的转矩传给第一级太阳轮。邦飞利700TW支持IEC、NEMA和紧凑型电机输入,也有同轴式和直角式两种布置。[2]接套可用40Cr调质241–269 HBW;花键精度为内花键7级、外花键6级(GB/T 3478.1)。[1]
输出轴与开式齿轮末级行星架带动输出轴,轴端开式齿轮与偏航轴承齿圈啮合,承受全部输出扭矩和啮合径向力。征求意见稿表2、表4中开式齿轮模数16–24、齿数13或14、齿宽125–245 mm、变位系数+0.5、压力角20°。[1] 输出端轴承采用脂润滑,出厂前加满规定润滑脂。[1]20CrMnMo锻件渗碳淬火,齿面58–62 HRC、芯部32–40 HRC;热处理质量达到ISO 6336-5渗碳钢MQ级,齿根喷丸强化。[1]
行星齿轮组太阳轮、行星轮、行星架和内齿圈组成每一级行星传动,多级串联实现上千的总速比。[1] 精度要求:太阳轮、行星轮7级,开式齿轮、内齿圈8级(GB/T 10095.1)。[1]齿轮用20CrMnMo渗碳淬火;行星架可用QT500-7、QT600-3、QT700-2球铁或42CrMoA。[1] 邦飞利样本:太阳轮和行星轮渗碳淬火,内齿圈感应淬火。[2]
轴承支撑行星轮、行星架和输出轴,其中输出端轴承承受开式齿轮的啮合力。征求意见稿要求轴承按GB/T 4662、GB/T 6391设计,寿命与减速器寿命匹配。[1] 邦飞利行星轮采用滚珠轴承或满装滚子轴承。[2]滚动轴承钢;输出端两轴承的轴向间隙用圆螺母调整,按图样规定执行。[1]
密封件防止齿轮油和输出端润滑脂外漏,阻挡水分、沙尘进入箱体。征求意见稿把密封件列为易损件,更换周期不少于5年,并要求与接触的油脂和邻近材料相容。[1]按所用齿轮油、润滑脂和-40 ℃低温存放条件选择的弹性体唇形密封;接合面另涂密封胶,牌号由厂家在图纸中给出。[1]

规格表上的十一项指标,逐项落到型号实例

下面的数值都写明出自哪份资料、哪个型号。三份资料对扭矩的叫法不同:团体标准征求意见稿分“额定输出扭矩”和“极限输出扭矩”,Ever-Power分“额定”和“峰值静态”,邦飞利样本给“峰值静态扭矩”、网页给“堵转扭矩范围”,比较报价时按同一口径对齐。

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参数资料与范围选型含义
额定输出扭矩征求意见稿低法兰型号22,130–48,530 N·m,高法兰型号22,000–53,310 N·m;两表极限输出扭矩55,000–167,000 N·m。[1] Ever-Power EP705L4–EP709L4额定输出扭矩5,000–18,000 N·m,峰值静态输出扭矩10,000–30,000 N·m。[4]额定扭矩对应长期偏航运行,极限或峰值静态扭矩对应阵风、制动和静载工况。两项分别写进技术协议,按整机载荷谱除以驱动台数后取值。
减速比征求意见稿各型号传动比1,234.8–2,044.0。[1] 邦飞利样本:偏航驱动速比600–3,000,变桨驱动100–250。[2] Ever-Power EP7系列速比203–2,045,按型号不同。[4]速比由电机转速和要求的机舱偏航速度倒推,同时决定电机扭矩需求。偏航和变桨的速比区间差别很大,同一系列下单时注明用途。
输入转速征求意见稿配套电机额定转速为940、960或1,410 r/min(随型号)。[1]输入转速取电机额定转速;采用变频调速时,把最高、最低运行频率一并给减速机厂家,用于核算温升和润滑。
传动效率征求意见稿型式试验要求各级效率不低于97%,按GB/T 14231测定;效率测试在额定转速下、热平衡10 min后进行,并绘制扭矩—效率曲线。[1]级数越多总效率越低,电机功率按总效率折算。效率作为型式试验项目验证,出厂试验不逐台测。
回程间隙(背隙)按偏航定位和多台驱动同步的要求提出,由厂家给出测量方法和数值。齿轮精度可参照征求意见稿:太阳轮、行星轮7级,开式齿轮、内齿圈8级。[1]多台偏航减速机同时啮合一个齿圈时,各台间隙差会影响载荷分配,装机时按整机厂的调整方法统一处理。
环境温度征求意见稿:生存环境温度-40~+60 ℃,工作环境温度-30~+50 ℃,相对湿度不大于95%。[1]低温机型要同时选低温球铁箱体、低温润滑油和低温密封;征求意见稿推荐低温用ISO VG 150、常温用VG 320齿轮油。[1]
防护等级与防腐电机侧实例:邦飞利BN系列标准IP55,带制动器时标准IP54,可选至IP65;集成式Agile偏航变频器为IP65。[2] 减速机本体按征求意见稿做防腐,不低于GB/T 30790.2的C3级,喷漆前除锈达到Sa2.5级。[1]IP代码标在电机、制动器和变频器上;减速机本体靠密封和防腐涂层,海上机组单独提出更高的防腐等级。
箱体材料征求意见稿推荐QT400-18L低温球墨铸铁,或锻件42CrMoA调质270–305 HBW。[1] 邦飞利700TW输出壳体为球墨铸铁。[2]在-20 ℃以下工作的机组,箱体材料要有低温冲击要求:征求意见稿给QT400-18L规定了-20 ℃夏比V型缺口冲击功。[1]
重量征求意见稿表2、表4所列减速器重量为315–940 kg。[1] 邦飞利偏航驱动706T约120 kg,718T约2,100 kg。[2]重量用于机舱底座设计、吊装和维修时的起吊工具选择。
齿轮强度安全系数与设计寿命征求意见稿:疲劳强度SH≥1.0、SF≥1.15,静强度SF≥1.1;陆上设计寿命不少于20年,海上不少于25年,按ISO 6336-6变载荷方法计算。[1]风电偏航按整机载荷谱计算寿命和安全系数,具体寿命写进订货技术文件。
噪声与振动征求意见稿型式试验:额定转速下空载噪声≤75 dB,加载≤85 dB(GB/T 6404.1);表面振动≤8 mm/s(GB/T 6404.2);箱体最高温升≤80 ℃。[1]这几项在型式试验中测定;需要逐台测量时在合同中单独约定。

同一台减速机,三种扭矩叫法

比较报价时,容易把含义不同的扭矩放在一起比。下表把三份资料的同类数据并排列出。

邦飞利网页在“堵转扭矩范围”标题下列出711TW偏航型为90,000 N·m,中文风电样本偏航驱动表中711T的“峰值静态扭矩”为80,000 N·m。[3][2] 两份资料的数值和名称都有差别,询价时请厂家写明报价型号对应哪一种扭矩、在什么工况下定义。

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资料与型号长期运行扭矩短时或静态扭矩速比
团体标准征求意见稿 P308(高法兰)[1]额定输出 45,220 N·m极限输出 100,000 N·m1,743.6
团体标准征求意见稿 P353(低法兰)[1]额定输出 35,500 N·m极限输出 147,000 N·m1,665.2
Ever-Power EP705L4 [4]额定输出 5,000 N·m峰值静态输出 10,000 N·m278–1,866
Ever-Power EP709L4 [4]额定输出 18,000 N·m峰值静态输出 30,000 N·m278–1,856
邦飞利 711T 偏航型 [2]样本表中未列峰值静态 80,000 N·m600–3,000

按机组容量配几台偏航驱动

机组越大,偏航力矩越大,驱动台数和单台规格都随之增加。邦飞利中文风电样本按机组容量给出了偏航驱动的配置区间(样本注明数据仅供参考)。[2]

NGC在2023年1月的新闻稿中把电机、减速机、偏航轴承和制动系统作为一个整体来设计偏航系统,并提供偏航驱动数量、规格和偏航轴承参数的优化服务。[5] 台数与单台扭矩一起由整机载荷计算确定,减速机厂家按分配到单台的载荷谱校核。

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机组容量偏航驱动台数减速机型号区间最大静态扭矩配套电机功率
≤1.0 MW2–4706T–709T15–55 kN·m0.75–2.2 kW
1.0–1.5 MW2–4709T–712T55–110 kN·m1.1–4.0 kW
1.5–2.0 MW4–6709T–714T55–150 kN·m2.2–5.5 kW
3.0–4.0 MW4–8710T–714T60–150 kN·m3.0–9.2 kW
5.0–6.0 MW6–8714T–716T150–250 kN·m7.5–15.0 kW
7.0–8.0 MW6–10716T–718T250–400 kN·m9.2–22.0 kW
9.0–12.0 MW8–16716T–718T250–400 kN·m9.2–22.0 kW

开式齿轮和安装法兰决定能不能装上

偏航减速机的开式齿轮要和已有的偏航轴承齿圈啮合,模数、齿数、变位系数和齿宽都由齿圈参数和中心距决定。团体标准征求意见稿列出的型号中,开式齿轮模数为16、18、20、22或24,齿数13或14,变位系数均为+0.5,压力角20°。[1] Ever-Power的EP7系列页面写明小齿轮参数按客户数据制作。[4] 邦飞利样本给出每个规格可选的小齿轮模数,例如714T为20~24,718T为30~36。[2]

法兰分低法兰和高法兰两种,外形尺寸分列在征求意见稿表3和表5。[1] 以高法兰P308为例,外形总长1,512 mm,安装孔30-φ20均布,配合直径为φ400h8和φ425h8。[1] 示例计算:P308开式齿轮分度圆直径为20×14=280 mm,在45,220 N·m额定扭矩下,啮合切向力约为2×45,220÷0.28≈323 kN,这部分载荷由输出端轴承和机舱底座共同承受。[1]

征求意见稿要求箱体外部螺栓不低于8.8级,并给出拧紧力矩:M16(10.9级)为300 N·m±10%,M12(8.8级)为90 N·m±10%。[1]

阵风过载时,靠什么保护齿轮

偏航系统在强阵风、制动或卡滞时会出现远超额定值的扭矩。各厂家的做法不同,选型时要写清楚报价方案带哪一种。

邦飞利700TW可选扭矩限制器:限制器装在集成于蜗轮内的套筒中,达到扭矩极限时停止传动,可单独拆换而保留整台减速机;这一方案仅适用于直角式减速机。[2] 另一种是集成测力传感器,装在电机与第一级行星之间,实时测量扭矩,可自动关断电机或通过变频器降低输入功率,并把信号送给机组PLC。[2] 两种方案的额定扭矩范围都是2,500~150,000 N·m,峰值扭矩4,500~400,000 N·m。[2]

NGC在2023年发布的新一代偏航驱动在过载后自动卸载,偏航系统不会卡死,以此保护电机、减速机和偏航轴承;新闻稿称其偏航减速机扭矩密度最高可达300 N·m/kg。[5] NGC风电页面称其偏航变桨行星模块扭矩覆盖10~300 kN·m,速比可按用户要求定制。[6]

出厂检验、型式试验和随货资料

团体标准征求意见稿把试验分两类:每台都做的出厂检验,以及新产品定型、设计或工艺有重大改变、客户有特殊要求时做的型式试验。[1] 型式试验由供方进行,需方见证,双方会签试验大纲;静载试验把减速器加载到极限扭矩,正反向各运转10秒,试验后全面拆检,齿根附近磨损量不超过模数的4%。[1]

出厂时,20 ℃下油位应在油标的1/2~2/3之间;新加和试验用润滑油清洁度不低于ISO 4406 -/18/15;标牌上要写明润滑剂类型和牌号,并装有旋向箭头。[1] 随机文件至少包括产品合格证、使用维护说明书和检验报告单。[1]

询价和验收时,请供货方一并提供:报价型号的额定、极限(或峰值静态)扭矩及其定义;开式齿轮参数和与齿圈的啮合校核;法兰外形图;按整机载荷谱的寿命计算书;型式试验报告(含效率、噪声、振动和拆检记录);所用齿轮油、润滑脂牌号和低温适用范围;过载保护方式及其触发值和复位方法。

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试验项目出厂检验型式试验要求(征求意见稿)
油位每台做20 ℃时位于油标1/2~2/3
外观及包装每台做防水防潮,重心居中靠下
气密性每台做通入1~2 bar压缩空气,保压5 min压力不变
空载运转每台,正反转各3 min正反转各≥30 min紧固件不松动,不渗漏,运转平稳无冲击
传动效率免检做各级效率≥97%
加载运转免检做每10 min记录转速、负载和温度
静载免检做加载至极限扭矩,正反向各10 s

关联的应用系统与部件

以下入口来自产品关系,用于继续查阅;具体机型的装配和兼容性仍需对应型号资料。

应用系统

关联部件

资料来源与适用范围

核对日期:2026-10-17。型号参数主要来自宁夏机械工程学会《偏航减速器》团体标准征求意见稿(起草单位含银川威力传动、东方电气风电等)和邦飞利中文风电样本;征求意见稿的数值可能在正式发布时调整,样本数据厂家注明仅供参考。各来源均于2026年10月17日打开阅读。

  1. 宁夏机械工程学会团体标准《偏航减速器》T/NXJX 征求意见稿全文18页,含表1–表5型号参数与外形尺寸、材料、润滑密封、防腐和试验要求。用于定义、部件表、参数和试验一节。
  2. 邦飞利《风能应用解决方案》中文样本(TR_CAT_WIND_STD_CNM_R04_0)第8–12页700TW结构、偏航/变桨参数、配置表和BN电机;第20–23页测力传感器与扭矩限制器。用于原理、驱动台数和过载保护。
  3. Bonfiglioli 700TW series yaw and pitch drives(产品网页)“Stall Torque Range”下的偏航、变桨型号扭矩。用于扭矩口径对比。
  4. HangZhou Ever-Power:Planetary GearBoxes For Yaw Drive EP705L4EP705L4–EP709L4的额定与峰值静态扭矩、速比和法兰尺寸。用于参数表和扭矩对比。
  5. NGC:新一代带过载保护的偏航驱动(2023-01-05新闻)过载后自动卸载、扭矩密度和驱动数量优化。用于驱动台数和过载保护。
  6. NGC:Wind Energy 产品页MPP偏航变桨行星模块的扭矩范围和定制速比。用于过载保护一节。

齿轮箱/减速器相关厂家

比较厂家官网列出的产品系列,在本页查看资料、准备采购需求。

3 家 · 产品来源可查

Hangzhou HZPT Machinery

杭州 Ever-Power 传动(官网 china-reducers.com)列出EP705L4、EP706L4、EP707L4、EP709L4偏航/变桨用四级行星减速机,额定输出扭矩5,000–18,000 N·m,开式小齿轮按客户数据制作;同时供应蜗轮、行星、斜齿等通用减速机。

查看产品资料依据
官网产品分类
杭州 Ever-Power · EP7系列偏航/变桨行星减速机
资料核查日期
2026-10-17

Varitron Engineering (Taiwan) Co., Ltd.

台湾 Varitron 官网列出300系列工业行星减速机和减速电机,提供法兰、底脚等安装方式,扭矩覆盖165–64,000 N·m;其FAQ页面介绍了采用行星轮系的风机偏航齿轮驱动。

查看产品资料依据
官网产品分类
Varitron · 300系列工业行星减速机
产品来源
c-var.com ↗
资料核查日期
2026-10-17

Jiangsu Guomao Reducer Co., Ltd.

江苏 · 常州

江苏国茂减速机官网的行星减速机类目列有太阳能光伏跟踪回转减速机、GTN系列通用型行星驱动(0.25–20 kW,速比3.4–290,最大250 kN·m)、GTR-T行走驱动和GTR-B卷扬驱动;风电偏航专用型号需向厂家询问。

查看产品资料依据
官网产品分类
江苏国茂 · 行星减速机与回转减速机
资料核查日期
2026-10-17

采购需求由 CNFX 接收处理。厂家认领标识与产品资料来源分别展示;具体型号、供货及交期以双方确认为准。

常见问题

偏航减速机和变桨减速机可以通用吗?

要看具体型号。邦飞利中文风电样本把偏航驱动速比定在600~3,000,变桨驱动只有100~250,两个区间不重叠(来源2)。Ever-Power的EP7系列则把同一型号标为偏航和变桨两用(来源4)。下单时写明安装位置,并按该用途的速比和扭矩选型。

一台风机要装几台偏航减速机?

按机组容量和单台规格定。邦飞利样本的参考配置是:1.5~2.0 MW机组4~6台,3.0~4.0 MW机组4~8台,9~12 MW机组8~16台(来源2)。最终台数由整机厂按偏航载荷计算确定。

偏航减速机用什么润滑油,多久换一次密封?

团体标准征求意见稿推荐齿轮部分浸油润滑,常温用ISO VG 320、低温用VG 150齿轮油,开式齿轮输出端轴承用润滑脂;密封件更换周期不少于5年(来源1)。实际牌号以减速机标牌和使用维护说明书为准。

极限输出扭矩一般是额定扭矩的几倍?

各型号差别较大。征求意见稿中P308为45,220 N·m和100,000 N·m,约2.2倍;P803为25,120 N·m和167,000 N·m,约6.6倍(来源1)。Ever-Power EP705L4的峰值静态扭矩是额定扭矩的2倍(来源4)。按整机给出的极限载荷选,单看倍数容易选错。

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