工业润滑｜风力发电机组增速箱齿轮失效预防

 

我国在十几年的风电装机容量快速增长，风力发电机组设备已开始逐渐进入疲劳寿命的中期，而增速箱是双馈型风力发电机组中的重要传动部件，本文主要对风电机组增速箱的齿轮故障进行浅层的分析说明。

 

 

风电机组增速箱是风电机组的关键部件，位于叶轮和发电机之间，将叶轮受风力作用产生的扭矩传递给发电机，同时将叶轮较低的输入转速(兆瓦级机组一般低于20r/min)变速为满足发电机发电所需的转速。因此，风电机组增速箱是-种受随机载荷的，在强阵风的冲击载荷条件下工作的低速、重载、增速齿轮传动装置。由于风力发电机组齿轮箱长期处于恶劣条件下，随着运行时间变长会出现粘附磨损、腐蚀磨损、表面疲劳磨损、微动磨损和气蚀等问题，轻则导致润滑油失效，重则导致轴、轴承、轮齿的断裂，进而风电机组停机。在变速变载这样的情况下，还会出现轮齿折断、齿面点蚀等的情况。

 

 

一般增速齿轮箱主要故障为齿轮、轴承、轴、箱体、紧固件、油封等。齿轮故障约为50%，主要损坏形式有:断齿、点蚀、胶合、磨损、疲劳裂纹等;轴承故障约为20%,主要损坏形式有：烧伤、滚珠脱落、保持架变形、磨损等；轴故障约为10%，主要损坏形式有：断裂、磨损等；箱体故障约为10%，主要损坏形式有：变形、裂开、磨损等，其余为紧固件及油封等，主要为断裂、磨损等[2]。

 

 

增速箱的设计使用寿命虽为20年，但保证此寿命的前提肯定需要定期对增速箱做好保养和维护措施，所以及时诊断故障和对设备进行维护至关重要，可以从以下几个方面预防齿轮箱缺陷发生和检测增速箱的运行状态及劣化趋势。

 

 

日常齿轮箱的维护主要是对整体外观、附件、电气接线、润滑油状态、运行工况等进行检查和处理。定期维护则需要辅助以器械、仪表及委托检验的方式开展维护，重点要做好齿轮箱的外观和内部检查、SCADA数据故障统计分析、轴系对中校核、润滑油取样化验。对发现有异常的增速箱，建议通过可以辅助内窥镜检查和振动分析仪的测量，强化齿轮箱内部啮合部件运行状况的检查和测量。

 

 

风电机组增速箱润滑油的主要污染包括颗粒物，水和氧化产物等污染物，风机齿轮箱运行时的清洁度等级要求达到ISO17/15/12标准，污染度超过标准，旧需要更换新油或者使用更高精度的滤油装置满足需求。一般的风机设备制造商都会应用传统的在线润滑过滤系统控制油中的颗粒污染，但滤除精度一般在10-50μm，对已生成的氧化物暂无有效清除，水分污染主要依靠带除湿功能的空气呼吸器防范和控制，未过滤掉的细小颗粒物进入齿面和轴承间隙中会造成齿轮和轴承的磨损以及加速失效。可安装精度更好、功能齐全的离线式精滤系统作为补充，可有效去除微小的颗粒物，去除已生成的氧化物，并有效控制水污染，保证润滑油的清洁度维持在正常水平，延迟油品和机型设备的寿命。

 

 

风机所使用的齿轮箱内部结构复杂，其维护成本和故障率相对较高。在这样的情况下，在线振动监测系统够有效、有针对性的对增速箱进行状态监测。监测、及时识别增速箱内各个齿轮和轴承的运行状态，发现故障的早期征兆，及时安排检修。监测产品除需具备基本的齿轮和轴承的故障特征频率的采集和的包络分析等基本手段之外，还能针对增速箱内部齿轮啮合产生的金属粒子所引起的冲击和冲击能量等非常有价值的数据有捕捉能力，并能够通过齿轮箱内部的金属颗粒所引起的冲击和冲击能量直接反应出齿轮箱的磨损状况和当前的工作状态。

 

 

由于增速箱内部结构紧凑，人工通过视孔盖不能观察到增速箱的所有齿轮和轴承部位，对于无法观察到的部位可通过内窥镜进行检查，建议运行5年内的风电机组至少保证一年一次和运行5年以上机组保证一年两次的全风场增速箱内窥镜巡检工作。内窥镜具有携带方便、清晰度高的特点,利用探头探测齿轮箱内部的轴承及齿轮，停机打开窥视孔，将探头伸入箱体内，逐一检查部件,可以及时发现故障部位。

 

近十年来随着风电机组装机数量的不断增加，机组投运时间的累积，双馈式风电机组的增速箱是重要的机械传动部件，因其工况复杂，交互载荷变换频繁，增速箱损坏的数量也不断出现。通过增速箱常规检测维护和新技术的不断相结合，认真进行设备保养，预防和判断设备故障发生的趋势和劣化，可以有效降低齿轮箱故障的发生率，保障机组的安全可靠运行。
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