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1、风电齿轮箱的故障分析和维护风力发电机组由叶片、增速齿轮箱、控制系统、发电机、塔架等组成。其中增速齿轮箱作为其传动系统起到动力传输的作用，使叶片的转速通过增速齿轮箱增速，使其转速达到发电机的额定转速，以供发电机能正常发电。 因此增速齿轮箱设计及制造相当关键。同时风力发电机组增速齿轮箱由于其使用条件的限制，要求体积小，重量轻，性能优良，运行可靠，故障率低。随着风电行业的发展， 更多更大功率的机组投入商业化运营，因而其维修费用更高。虽然世界上著明的齿轮箱制造企业，如德国的Renk公司，Fland 公司，Eickhoof公司以及一些中小企业在这方面都作了研究，并且有的企业也付出了很大的代价， 但目前世
2、界风电行业所用增速齿轮箱仍然事故较多。因此，采用先进技术，分析其失败的原因，总结和吸收以往开发其它项目齿轮箱成功的经验，研制高技术性能，高可靠性和良好的可维修性的增速齿轮箱是风力发电机组的关键技术保障。一、风电齿轮箱故障分析（一） 、齿轮传动的故障原因分析齿轮传动是机械设备中设备中最为常用的传动方式之一。风电齿轮箱运行状态的正常与否直接关系到整台机组的工作状况。据有关资料统计， 齿轮箱发生故障有 40的原因是由于设计、制造、装配及原材料等因素引起的，即是由制造单位设计制造引起的；另有43的原因是由于用户维护不及时和操作不当引起的；还有17的原因是由于相邻条件（如电机、联轴节等）的故障或缺陷引起
3、的。当然，风电齿轮箱故障原因是否有这比例关系，还要经过统计得出。由此可见，为了确保风电齿轮箱安全、正常地运行，提高齿轮传动的可靠性，一方面需要改进设计、 提高加工制造精度以及改善装配质量，另一方面则必须提高运行管理和维护水平，对齿轮传动装置进行状态监测和故障诊断。( 二). 齿轮箱中主要故障及其原因分析据统计 , 齿轮箱中其次是轴承，占20；再者是轴，占 10。最后是箱体和紧固件。由此可见， 在齿轮箱中齿轮本身的故障所占比重大。说明在齿轮传动系统中齿轮本身的制造、 装配质量及其运行维护水平是关键问题。齿轮在机械加工精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - -
4、- - -第 1 页，共 15 页中是一种高度复杂的成形零件，而在高速、 重载下运行的齿轮， 其工作条件又相对比其他零部件恶劣 , 特别是风电齿轮箱更是如此。下面我就把齿轮箱的故障特征和预估故障间的关系列出来： 1局部断齿 2磨损 1齿轮轮齿 3点蚀 4胶合 5齿根裂纹 1轮缘、腹板等损伤 2齿轮基体 2变形 3弹簧、螺杆折断声音异常振动增大 3轴, 联轴节, 键 1变形温升过高 2损伤漏油能耗增大 1变形其它 4轴承 2滚 动 体 3配 合 体 4保 持 架 1变形 5齿轮箱 2刚度不够 3密封不良 6其 它图一精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - -
5、- - -第 2 页，共 15 页 1断齿 1齿 轮 轮 齿 2严重胶合 3杂物进入 2齿 轮 基 体 1齿圈断裂 2变形损坏 3轴、联轴节、键 1损伤不能运转 1烧伤 4轴承 2滚柱脱落 3杂物进入 5齿 轮 箱严重损伤、变形 6动 力 源故障不能运转 7其它轴承、联轴节损坏图二齿轮箱的故障特征与预估故障间的关系齿轮箱的故障诊断方法大体上可分为两大类：（1）通过齿轮运转过程中所产生的振动、噪声和油温等动态信号, 运用信号处理方法来完成故障分析、诊断。（2）根据摩擦磨损理论，通过润滑油液分析来达到故障诊断的目的。主要是通过分析润滑油里金属的成分来预测是那一部分的材料。从而判断是否属于正常现象。
6、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 15 页目前另外一种灵敏度比较高的方法也逐渐被应用。它就是频谱分析方法被引入到了齿轮故障诊断中。 齿轮振动信号的频谱分析方法在齿面磨损、齿断裂等故障的诊断上面应用得比较成功。( 三) 齿轮的常见故障传动齿轮在运转时， 由于其本身制造不良、 操作维护不善等， 均可能导致齿轮产生故障。因此齿轮故障可划分为两大类：a. 由制造和装配等原因造成的，如齿轮误差、齿轮与内孔不同心、各部分轴线不对中、不平衡等；b. 齿轮由于长期运行而形成的， 通常轮齿的表面承受的载荷很大，两啮合轮齿之间既有相对滚动，又
7、有相对滑动，而且相对滑动的摩擦力在齿轮节点两侧的方向相反, 从而出现了力的脉动， 于是，在长期运行中将导致齿轮表面发生点蚀、疲劳剥落、磨损、塑性流动、胶合以及齿根裂纹, 甚至断齿等故障。据统计齿轮常见故障的发生比例为：断齿占 41的比例，点蚀为 31。 划痕和磨损各为 10， 其它原因为 8。由此可见断齿和点蚀是齿轮故障的主要方式。下图为齿轮主要故障形式及其原因：类零件损坏的百分比为：齿轮故障占60；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 15 页 1.疲劳 1. 局部断齿 2. 过载 3. 冲击 1. 过载 2. 磨损 2.
8、润滑剂不洁齿轮轮齿 1. 齿面硬度低 3. 点蚀 2. 过载损伤原因 3. 载荷不均 1. 供油不良 4. 胶合 2. 齿轮精度低 3. 温度过高 4. 齿面硬度低 1. 疲劳 5. 齿根疲劳裂纹 2. 过载 3. 齿根圆角处热处理或加工缺陷图三齿轮主要故障形式及其原因二、风电齿轮箱的维护使用风力发电机组中齿轮箱的运行维护是根据生产厂家的要求，需要进行日常和定期维护，特别是在齿轮箱运行过程中，对运行出现异常的齿轮箱，要及时记录有关运行数据，并与运行正常的齿轮箱相比较，这样，有利用问题的发现。问题能及时处理，从而会降低风力发电机组齿轮箱的运行维护费用。下面我们以我公司600KW 风电齿轮箱为例，
9、介绍说明风电齿轮箱在使用和维护时应该注意的一些问题。（一） 、技术参数表1、产品型号： FL600 2、额定功率： 645kW 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 15 页3、额定输入转速： 26.8r/min 4、额定输出转速： 1517r/min 5、传动比： 56.6 6、润滑油牌号： SHC320 7、总装油量： 230-250L 8、重量： 10000kg （二）齿轮箱结构简介齿轮箱的结构原理图见上图。 结构上采用行星平行轴混合传动的紧凑结构；低速级转速低，扭矩大，采用行星传动，且主要以太阳轮浮动均载为主。第二级、
10、第三级扭矩小得多， 采用斜齿传动， 能有效的保证叶尖高压油通道。其具体原理为：首先，通过风带动叶片转动，叶片轮毂把转速传到输入轴（1）上。通过输入轴（ 1）上的花键把力矩传到行星架（2）上，行星架通过内齿圈（3）行星轮（4）和太阳轮（ 5）组成的行星传动传到太阳轮（5）上，太阳轮（ 5）通过另一端的花键把力矩传到大齿轮（6）上，大齿轮（ 6）通过齿轮传动把力矩传到齿轮轴（7）上，齿轮轴（ 7）通过轴上的大齿轮把力矩传到输出轴（8）上。输出轴（8）通过输出轴轴伸端把力矩和转速传到发电机上，供发电机发电。（三）齿轮箱的使用要求精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -
11、- - - - -第 6 页，共 15 页齿轮箱交付时已放净润滑油齿轮箱内部涂有防锈油，当存放在干燥温度均匀的库房内有效期为六个月。齿轮箱外表明涂特殊油漆，法兰、轴端和精加工面涂有防锈油。输入转向和输出转向均有转向标牌，并用箭头表示。齿轮箱的可调部位在出厂前均已调定（如阀件、喷嘴、压力控制器等）；在特殊情况下，现场可作进一步调整。 未经许可擅自拆开齿轮箱而造成的任何损失，本公司恕不承担任何责任。（四）起吊、运输和安装a)起吊整台齿轮箱时必须同时用箱体上4 个专用吊耳进行起吊。b)齿轮箱存放时应水平放置并固定在支座上；运输时用专用销轴固定输入法兰，防止低速振荡对齿轮箱内部件的破坏。c)中间贮存时
12、，齿轮箱在露天存放必须棚布或顶棚遮盖。d)增速箱安装基础要有足够的刚度。（五）螺栓的拧紧力矩根据我公司厂内的标准，对大小不同、级别不同的螺栓，其扭紧力矩不同，下表为各种不同螺栓所给出的是用扭力搬手的力矩和用冲击传动搬手的力矩。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 15 页螺栓大小用扭力搬手的力矩N.m 用冲击传动搬手的力矩N.m 8.8 10.9 12.9 8.8 10.9 12.9 M8 21 30.4 36.3 19.6 27.9 34.3 M10 42.1 60.8 74.5 39.6 55.9 68.6 M12 73.
13、5 104.9 128.4 67.6 97 119.6 M14 114.7 166.6 203.8 107.8 154.8 189.1 M16 176.4 254.8 310.7 166.6 235.2 289.1 M18 250.8 356.7 431.2 233.2 331.2 401.8 M20 357.7 509.6 617.4 333.2 470.4 568.4 M22 480.2 676.2 833 441 637 774.2 M24 617 872.2 1058 568 813.4 980 M27 902 1284 1568 843 1196 1460 M30 1215 1735
14、 2127 1137 1617 1970 M36 2127 3018 3695 1970 2813 3440 M42 3391 4831 5929 3146 4488 5508 M48 5145 7321 8918 4782 6811 8330 M52 6615 9408 11466 6174 8771 10682 M56 8232 11760 14308 7644 10927 13328 M60 9996 14308 17444 9310 13279 16219 M64 12348 17542 21364 11466 16317 19894 M68 14896 21168 25872 138
15、18 19698 24010 （六）试运行所有齿轮箱均在本公司内经试车检验合格，控制装置和控制阀均调整好 （除电磁阀） 。交付时齿轮箱内存油以放净， 内部用防锈油保护。 该油可与齿轮箱润滑油混合而不影响使用性能。在试运转前注入规定牌子的润滑油，油位严格按齿轮箱上油标进行注油。注意加油严格防止异物进入齿轮箱。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 15 页（七）润滑要求1、润滑系统技术参数（1） 、供油装置公称流量： 45L/min 最大允许工作压力（旁通阀开启压力） ：10bar 工作压力： 45（2） 、油/ 风冷却装置型号：
16、 OK-EL6S/2.0M/690-50/1 电机： AC690V ，50Hz，1.1KW 工作压力： 10bar 2、润滑系统工作原理图参见系统图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 15 页 3 、润滑系统设备组成及安装润滑系统由供油装置、油 / 风冷却装置及中间连接胶管组成。安装时注意：（1） 、供油装置应安装在离齿轮箱附近，泵吸油胶管越短越好，其长度不大于 1 米为宜。（2） 、为保证冷却效果，油 / 风冷却装置应安装在通风处。（3） 、中间连接胶管按相关的液压、润滑安装规范进行安装，保证各连接处不泄漏。（4） 、供油
17、装置投入运行前， 必须确认齿轮箱内部清洁度达到NAS10级。4、使用与维护（1） 、首次启动时应注意电机转向是否正确（从电机风叶处观察为顺时针） 。（2） 、供油装置泵出口设有测压点，可用测压表（用户自备）检测泵的出口压力。（3） 、供油装置上装有滤油器污染发讯器，当滤油器进出油口压差达到 3bar 时，污染发讯器发出电讯号，同时污染发讯器上也有灯光精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 15 页显示，此时应及时更换滤芯。如果更换滤芯不及时，滤油器进出压差达到 4.5bar 时，滤油器旁通阀将会开启，此时滤油器将失去过滤作用。
18、（4） 、滤芯的更换过程：更换滤芯时必须确认供油装置处于停机状态，滤油器必须卸压（压力表显示0bar 状态） 。可以通过拧松滤筒底部的排油螺塞卸压（工作时螺塞必须拧紧） 。更换滤芯步骤：旋下滤筒，取出旧滤芯。清洗滤筒，把新滤芯装上，旋上滤筒。旋紧滤筒后，再回松1/4 圈。（5） 、 更换滤芯后，重新启动工作，注意观察压力表工作压力。（八）维护保养规范的维护要求：1、 润滑：不同型号的油品不可混用。用加油枪加注润滑脂时，不要使用油枪第一枪打出的油。加油前清洁油嘴。与液压油或润滑油接触时，应带上耐油橡胶手套，防止对人皮肤的腐蚀。每次上风机，检查油位是否正常。注意观察油脂的颜色， 如果颜色不正常 （
19、如呈铁锈色），则说明有问题。定期采油样分析，及时换油。将废油及时清理， 集中处理。 切勿随手丢弃， 注意保持环境清洁！2、 500 小时运行维护清单精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 15 页日 期：年月日项目内 容标准记录齿轮箱 / 支撑连接螺栓检查全部1400 Nm 齿轮油检查油位以油标尺、油位传感器为依据齿轮油过滤器检查无“91 Gear oil filter”闸盘连接螺栓检查全部295 Nm 刹车连接螺栓检查全部295 Nm 高速刹车闸垫检查、调整闸间隙闸 垫 厚 度 大 于2mm； 闸 间 隙0.8mm 3、25
20、00小时运行维护清单日 期：年月日项目内容标准记 录齿轮箱 / 底座连接螺栓要求同上M30 （46）T=1400Nm 齿轮箱底座 / 底板连接螺栓要求同上M30 （46）T=1900Nm 闸盘连接螺栓要求同上T=295Nm 闸盘支架 / 齿轮箱要求同上M20 （30）T=720Nm 备注： M16 （24）等括号中的内容指禁固螺栓时需要的扳手开口尺寸精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 15 页4、5000小时运行维护清单日 期：年月日项目内容标准记 录齿轮箱油位检查油位Mobilgear SHC XMP 320 每隔 3
21、年更换一次油，每隔 1 年检测油品的质量齿轮箱油过滤器如报故障须更换备注： M16 （24）等括号中的内容指禁固螺栓时需要的扳手开口尺寸5、齿轮箱润滑系统维护a)检查齿轮箱油位控制继电器齿轮箱油位的信息是靠油位控制继电器来反映的。定期检查油位控制继电器的功能：松开油位控制继电器的固定螺丝，将其提起20mm50mm，模拟油位的高低，观测触点的输出状态是否有变化。b)检查润滑泵站齿轮油润滑泵站结构紧凑，压差发讯器、安全阀、电机泵和过滤器集成在一个底座上，可靠性高。维护时应注意：检查泵站管路接头的泄漏情况。在电机 - 泵运转时注意是否有异常噪音。压差发讯器动作或滤芯使用12 个月后，需要更换滤芯。更
22、换滤芯先关断手阀，防止油泄漏。然后旋开过滤器上的4 个星形手柄螺丝，打开上盖，取出旧的滤芯更换新的滤芯。更换滤芯后记住将手阀打开。c)检查润滑油散热器检查润滑油散热器是否存在泄漏/ 裂纹等情况。检查散热风扇的运转是否正常。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 15 页d)齿轮油的取样检测应定期对油品进行检测（见定期检查表） 。需要时可随时进行齿轮油取样检测。准备好干净的取样瓶，贴注标签。采样时风机应持续运转，润滑泵站处于工作状态。用干净大布擦拭放油阀，取一废油盒放于放油阀下方，先放出少许齿轮油。将采样瓶置于放油阀下方，取出1
23、00 毫升齿轮油。填写标签内容，包括：风机号/ 齿轮箱编号 / 采样者姓名 / 采样日期 / 齿轮油服役小时数。将油样尽快送交油品供应商或专业的油品分析部门进行测试。应在 3 周内或最多在风机运行500 小时以内得到检测报告。e)齿轮油更换和添加如果测试结果表示需要更换齿轮油，或齿轮油的使用时间达到了3 年，则必须按照以下步骤进行换油。让风机运行较长时间，停机后尽快放油。将旧油排放干净后，加专用的清洗液50L，启动润滑泵站（手动K8）运行 1 分钟左右，重复几次，然后放掉清洗液。通过齿轮箱空气滤清器向箱体内加油，滤清器在箱体的上部。加好油后记住将滤清器盖子盖好。润滑油的加注量目前约为180L，
24、加油量只要满足油位控制继电器不报警即可。油位太高会影响传动效率，甚至引起严重泄漏。f)如何处理旧的润滑油润滑油中含有对人体有害的成分，应及时清洗粘在您皮肤上的油污。对于沾有油污的布要洗干净或妥善地处理掉。不要将旧油倒到垃圾桶里、地上、沟里或河流、湖泊等处，这样会严重威胁环境。应将其集中送到旧油回收利用处理的地方。g)检查齿轮箱弹性支撑检查齿轮箱弹性支撑橡胶元件是否出现龟纹、开裂等老化现象。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 15 页清除可能存在的油污。h)巡视检查齿轮箱周围是否存在泄漏情况。在齿轮箱运转时注意是否有异常噪音
25、，特别是周期性的异常响声。齿轮箱是否存在局部温度过高，特别是轴承部位。检查齿轮箱上的附件是否正常。i) 防雷碳刷的更换防雷碳刷头是易磨损件，出现磨损后要及时更换。j) 螺栓紧固齿轮箱与弹性支撑的联接螺栓（41 套筒） ，紧固力矩 1400Nm ；弹性支撑与机舱底座联接螺栓（46 套筒） ，紧固力矩 1900Nm 。以上是我在从事风电齿轮箱设计、制造、运行和售后服务过程中对风电齿轮箱的认识， 仅为抛砖引玉； 希望从事风力发电的同仁们携手起来，共同为风力机组齿轮箱发展提出更多更合理的建议。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 15 页
