我國(guó)在十幾年的風(fēng)電裝機(jī)容量快速增長(zhǎng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備已開(kāi)始逐漸進(jìn)入疲勞壽命的中期，而增速箱是雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的重要傳動(dòng)部件，本文主要對(duì)風(fēng)電機(jī)組增速箱的齒輪故障進(jìn)行淺層的分析說(shuō)明。

 

 

風(fēng)電機(jī)組增速箱是風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，位于葉輪和發(fā)電機(jī)之間，將葉輪受風(fēng)力作用產(chǎn)生的扭矩傳遞給發(fā)電機(jī)，同時(shí)將葉輪較低的輸入轉(zhuǎn)速(兆瓦級(jí)機(jī)組一般低于20r/min)變速為滿足發(fā)電機(jī)發(fā)電所需的轉(zhuǎn)速。因此，風(fēng)電機(jī)組增速箱是-種受隨機(jī)載荷的，在強(qiáng)陣風(fēng)的沖擊載荷條件下工作的低速、重載、增速齒輪傳動(dòng)裝置。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱長(zhǎng)期處于惡劣條件下，隨著運(yùn)行時(shí)間變長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)粘附磨損、腐蝕磨損、表面疲勞磨損、微動(dòng)磨損和氣蝕等問(wèn)題，輕則導(dǎo)致潤(rùn)滑油失效，重則導(dǎo)致軸、軸承、輪齒的斷裂，進(jìn)而風(fēng)電機(jī)組停機(jī)。在變速變載這樣的情況下，還會(huì)出現(xiàn)輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕等的情況。

 

 

一般增速齒輪箱主要故障為齒輪、軸承、軸、箱體、緊固件、油封等。齒輪故障約為50%，主要損壞形式有:斷齒、點(diǎn)蝕、膠合、磨損、疲勞裂紋等;軸承故障約為20%,主要損壞形式有：燒傷、滾珠脫落、保持架變形、磨損等；軸故障約為10%，主要損壞形式有：斷裂、磨損等；箱體故障約為10%，主要損壞形式有：變形、裂開(kāi)、磨損等，其余為緊固件及油封等，主要為斷裂、磨損等[2]。

 

 

增速箱的設(shè)計(jì)使用壽命雖為20年，但保證此壽命的前提肯定需要定期對(duì)增速箱做好保養(yǎng)和維護(hù)措施，所以及時(shí)診斷故障和對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)至關(guān)重要，可以從以下幾個(gè)方面預(yù)防齒輪箱缺陷發(fā)生和檢測(cè)增速箱的運(yùn)行狀態(tài)及劣化趨勢(shì)。

 

 

日常齒輪箱的維護(hù)主要是對(duì)整體外觀、附件、電氣接線、潤(rùn)滑油狀態(tài)、運(yùn)行工況等進(jìn)行檢查和處理。定期維護(hù)則需要輔助以器械、儀表及委托檢驗(yàn)的方式開(kāi)展維護(hù)，重點(diǎn)要做好齒輪箱的外觀和內(nèi)部檢查、SCADA數(shù)據(jù)故障統(tǒng)計(jì)分析、軸系對(duì)中校核、潤(rùn)滑油取樣化驗(yàn)。對(duì)發(fā)現(xiàn)有異常的增速箱，建議通過(guò)可以輔助內(nèi)窺鏡檢查和振動(dòng)分析儀的測(cè)量，強(qiáng)化齒輪箱內(nèi)部嚙合部件運(yùn)行狀況的檢查和測(cè)量。

 

 

風(fēng)電機(jī)組增速箱潤(rùn)滑油的主要污染包括顆粒物，水和氧化產(chǎn)物等污染物，風(fēng)機(jī)齒輪箱運(yùn)行時(shí)的清潔度等級(jí)要求達(dá)到ISO17/15/12標(biāo)準(zhǔn)，污染度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，舊需要更換新油或者使用更高精度的濾油裝置滿足需求。一般的風(fēng)機(jī)設(shè)備制造商都會(huì)應(yīng)用傳統(tǒng)的在線潤(rùn)滑過(guò)濾系統(tǒng)控制油中的顆粒污染，但濾除精度一般在10-50μm，對(duì)已生成的氧化物暫無(wú)有效清除，水分污染主要依靠帶除濕功能的空氣呼吸器防范和控制，未過(guò)濾掉的細(xì)小顆粒物進(jìn)入齒面和軸承間隙中會(huì)造成齒輪和軸承的磨損以及加速失效。可安裝精度更好、功能齊全的離線式精濾系統(tǒng)作為補(bǔ)充，可有效去除微小的顆粒物，去除已生成的氧化物，并有效控制水污染，保證潤(rùn)滑油的清潔度維持在正常水平，延遲油品和機(jī)型設(shè)備的壽命。

 

 

風(fēng)機(jī)所使用的齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其維護(hù)成本和故障率相對(duì)較高。在這樣的情況下，在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)夠有效、有針對(duì)性的對(duì)增速箱進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)、及時(shí)識(shí)別增速箱內(nèi)各個(gè)齒輪和軸承的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)故障的早期征兆，及時(shí)安排檢修。監(jiān)測(cè)產(chǎn)品除需具備基本的齒輪和軸承的故障特征頻率的采集和的包絡(luò)分析等基本手段之外，還能針對(duì)增速箱內(nèi)部齒輪嚙合產(chǎn)生的金屬粒子所引起的沖擊和沖擊能量等非常有價(jià)值的數(shù)據(jù)有捕捉能力，并能夠通過(guò)齒輪箱內(nèi)部的金屬顆粒所引起的沖擊和沖擊能量直接反應(yīng)出齒輪箱的磨損狀況和當(dāng)前的工作狀態(tài)。

 

 

由于增速箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，人工通過(guò)視孔蓋不能觀察到增速箱的所有齒輪和軸承部位，對(duì)于無(wú)法觀察到的部位可通過(guò)內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢查，建議運(yùn)行5年內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組至少保證一年一次和運(yùn)行5年以上機(jī)組保證一年兩次的全風(fēng)場(chǎng)增速箱內(nèi)窺鏡巡檢工作。內(nèi)窺鏡具有攜帶方便、清晰度高的特點(diǎn),利用探頭探測(cè)齒輪箱內(nèi)部的軸承及齒輪，停機(jī)打開(kāi)窺視孔，將探頭伸入箱體內(nèi)，逐一檢查部件,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障部位。

 

近十年來(lái)隨著風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)數(shù)量的不斷增加，機(jī)組投運(yùn)時(shí)間的累積，雙饋式風(fēng)電機(jī)組的增速箱是重要的機(jī)械傳動(dòng)部件，因其工況復(fù)雜，交互載荷變換頻繁，增速箱損壞的數(shù)量也不斷出現(xiàn)。通過(guò)增速箱常規(guī)檢測(cè)維護(hù)和新技術(shù)的不斷相結(jié)合，認(rèn)真進(jìn)行設(shè)備保養(yǎng)，預(yù)防和判斷設(shè)備故障發(fā)生的趨勢(shì)和劣化，可以有效降低齒輪箱故障的發(fā)生率，保障機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。
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