风力发电机组齿轮箱故障分析及检修分解

风力发电机组齿轮箱故障分析及检修一、风力发电机组齿轮箱简单介绍二、常见一般故障的处理三、常见齿轮箱大修故障分析四、风电齿轮箱的使用、维护和检查（一）、风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要作用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。使齿轮箱的增速来达到发电机发电的要求。（二）、认识齿轮箱从铭牌开始每一台齿轮箱都会有一个铭牌，铭牌就是它的身份。从右下图可以看出它的生产厂家、生产地、传动比、出厂序列号、型号、功率、输入输出转速、齿轮油粘度指标、齿轮油质量、齿轮箱重量右上图是齿轮箱选用的油类型，加油量、加油时间一、风力发电机组齿轮箱简单介绍（三）、几种常见的风力机齿轮箱内部结构一级行星两级平行轴斜齿，齿轮箱分两个部分，行星齿箱部分与斜齿箱部分。箱体特点：体积小，传递功率大，运行平稳，加工困难。这样的齿轮箱有Vestas600kWHansen箱体，NegMicon750kWFlender箱体。三级平行轴斜齿，齿轮箱可以做成剖分式结构和焊接结构。箱体特点：体积较大，加工容易，装配方便，便于检修，功率不大，多用于小功率机组。这样的齿轮箱有Bonus300kWValemt箱体，NTk300kW箱体。一级斜齿二级分流三级人字齿平行轴，齿轮箱分两个部分，小箱体高速部分与大箱体低速部分。箱体特点：体积大，传递功率一般，装配困难，人字齿加工困难。这样的齿轮箱有Vestas600kWValmet箱体。两级行星轴一级平行轴圆柱齿轮（又叫做准行星与一级平行轴），箱体特点：体积小，传递功率一般，加工困难，装配困难。这样的齿轮箱有JF7500kWFLA800型箱体。（四）、按照齿轮箱方式分为两类：铸造箱体与焊接箱体，一般铸造箱体比较常见，因为统一了铸模后可以大规模生产。（五）、风力发电机组齿轮箱的两种润滑形式：飞溅润滑与强制润滑飞溅润滑齿轮油的使用量较大，NTK300箱体用油量215升，齿轮箱功率小，箱体内壁有回油槽对轴承进行润滑。强制性润滑齿轮油的使用量较小Vestas600箱体120升，齿轮箱功率大，箱体内有很多油管对高速部份的轴承齿轮进行润滑。在实际使用过程中两种方式都存在。强制润滑的控制信号有油压和温度监控，一般分大循环和小循环，大小循环的切换可以由油压和温度自然控制，负荷大时走大循环，负荷小时走小循环。同时都配有齿轮油散热器。为提高润滑效果在高寒地区还配有齿轮油加热装置。（六）、强制性润滑的两种形式：1、由压力阀控制大小循环；2、由温控阀控制大小循环。由油压控制大小循环由油温控制大不循环1、由压力阀控制大小循环从图中可以看出此齿轮箱有两个电机控制的两个单独的齿轮油循环系统，在Bonus600kWFlender的齿轮箱上我们把一个叫做在线循环（即油循环电机一直工作，而在NEGMicon750kW机组的Flender齿轮箱中没有加装这套系统，齿轮箱设计完成后，在实际运行过程中可以对其油路循环进行改造），另一个叫做离线循环（在风力机启动并网后电机才开始工作）。在离线循环系统中，当齿轮箱启动后在大循环系统中的油比较粘稠，造成了一定的齿轮油压力，齿轮油会通过压力阀从小循环向齿轮箱送油，当油温升高后，压力减小，油液就开始从大循环流动，当油温升高到50度时，大循环中的齿轮箱冷却系统启动，对齿轮油进行冷却。2、由温控阀控制大小循环。从图中可以看出它有此齿轮箱只有一个双速电机控制齿轮油冷却循环系统，在Vestas600kWHansen与Valmet的齿轮箱上在三轴轴端装配了一个与三轴同步的齿轮油泵，当风力机启动并网后齿轮油泵达到额定转速开始工作。在温控阀的作用下齿轮油循环，当油温达到45度时温控阀慢慢开启，冷却电机在低带状态下运行，此时大小循环同时存在。当油温达到55度时，大循环开启，冷却电机在高速下运行。此时齿轮油的压力在压力阀的控制下运行在0.5bar(+_0.2bar)的范围内，保证有一定的压力向齿轮啮合面与轴承喷射齿轮油。当温度下降时，冷却电机先向低速降速，同时温控阀也在向小循环过渡。当风力机停机后齿轮油循环停止。这样的系统非常智能化，比较节能。二、常见一般故障的处理1、电机故障所有齿轮油循环系统中电机都会出现故障，Bonus600kW机组中将所有电机信号串为一个信号，如果要报电机热保护故障，就需要登机对所有电机进行手动开启听声音辨别是否正常，Vestas机组中的所有电机都会有反馈信号，如果电机故障会报相应的电机故障名称。检查过程中要依据主电气图，认清电机的电气编号，一一检查。一般情况下更换电机接触器或者热保护接触器，如果电机声音有问题或转不动，就必须更换新的电机。如果冷却电机或冷却器不正常会报齿轮油温高，需要对冷却电机检查和对冷却器进行清洁，定检过程中要对各电机进行测试和冷却器进行清洁。2、温控阀或齿轮油回路故障Vestas机组的温控阀会因长时间使用灵敏度下降，失去调节循环的作用，此时会报齿轮油温高。温控阀有调节螺钉可以进行调节。各齿轮油管路接头和管路通畅会是重点的检查工作，发现管路接头密封不良有渗漏油必须进行处理。管路是否通畅可以通过观察油路喷头喷油的情况进行判断。3、齿轮油滤芯及齿轮油质量检查根据手册的要求要在每一次更换齿轮油的过程中更换齿轮油滤芯，更换过程中查看滤芯内铁屑的情况，如果有大量铁屑，那么就要对齿轮箱进行细致检查。同时查看齿轮油的颜色，有必要的情况下对齿轮油进行化验检查分析。齿轮油检查过程中要做好记录。三、常见齿轮箱大修故障分析损坏部件故障比例（%）损坏表现形式齿轮60断齿、点蚀、胶合、磨损、疲劳裂纹、其他轴承19烧伤、滚珠脱出、保持架变形轴10断裂、磨损箱体7变形、裂开紧固件3断裂油封1磨损•上表中列举了齿轮箱中各类零件损坏的百分比。由表可见，在齿轮箱中齿轮本身的故障所占比重大，为60%。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。1.疲劳1.局部断齿2.过载3.冲击1.过载2.磨损2.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示为齿轮主要故障形式及其原因1．断齿1．齿轮轮齿2．严重胶合3．杂物进入2．齿轮轮体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、联轴节损坏齿轮的故障特征预估障间的关系（一）磨损与点蚀磨损：当齿轮箱有铁屑或齿轮油中有脏污，齿轮油滤芯损坏没有过滤这些杂质时，这些杂质随着齿轮油循环流到齿面时，在齿轮硬度不高的情况下，杂质起磨粒作用而使齿面发生磨损。点蚀：点蚀与齿面的硬度有关。齿面硬度高，材料的塑性较差时，形成的点蚀容易扩大。现在随着齿轮油的发展，抗微点蚀的齿轮油也正成为风力机齿轮油的选择。磨损与点蚀的情况，在定检检查齿轮箱的过程中要对能够看见轮齿齿轮进行仔细检查，若发现有上述情况，一方面做好记录，以后跟踪检查，同时在运行过程中监听齿轮箱运行声音，做好大修的准备。（二）、崩齿由于磨损和破坏性点蚀的不断发展，最后就会造成轮齿崩齿。同时风力机的频繁紧急停机和大风天气过载也会造成齿轮箱的突然崩齿。崩齿后要对齿轮箱轮齿的具体情况进行判断，如果崩齿的小块面积占到啮合面积的10%以内，没有继续发展，不影响正常运行，可以坚持运行到大修期间为止，如果崩齿面积过大，那么就必须停机对齿轮箱进行大修，联系厂家对齿轮进行加工。（三）、轴承损坏一般齿轮箱在高速轴部分会加装高速轴承温度传感器，对高速轴承进行监控。如果报高速轴承温度高，就必须对高速轴承进行全面的检查，检查是否有铁屑，或轴承的保持架是否完好，滚子与滚道是否有磨损。其它轴承转速相对低没有安装温度传感器，可以进行外观检查。轴承的损坏都具有突然性，润滑不良，轴向窜动都会导致突然损坏。损坏后必须停机，进行大修，检查其它部件情况，并更换那些损坏的或质量已经不行的轴承。(四）、外壳开裂齿轮箱开裂一般很少见，我公司Bonus600kWFlender齿轮箱就出现过好几次齿轮箱开裂的故障，一般开裂部位在行星轮箱与平行轴箱的连接部位，从图中明显看出箱体强度薄弱的地方裂开。Bonus公司对这一批箱体进行的更换，总结情况箱体设计有问题。箱体开裂一般为不可修复故障，只能重新做一个新的箱。四、风电齿轮箱的使用、维护和检查•以1500KW齿轮箱为例说明：1、运行前的检查：•1.1安装完后，所有多余材料、工具、安装用的工装设备都应拿走。•1.2连接螺栓是否拧紧。•1.3齿轮箱壳体的连接螺栓是否拧紧。•1.4手动盘车有无阻滞现象。•1.5油量是否达到油标刻度。从减速箱的通气帽处加入规定的清洁润滑油，注油时用不少于80目的滤网过滤，以防杂物进入箱内。滑油用量约260L。2、试运转•齿轮箱出厂前已进行过空载试验，建议用户在齿轮箱首次运行前10小时内注意下列事项：–检查齿轮、轴承供油是否正常，吸油是否畅通。–在运转过程中，每30分钟记录一次油温及轴承部位温度。–注意齿轮箱有无异常声响，检查箱体各接合面和各可能的泄漏点是否渗油，并及时采取措施，排除故障。–在总计运行10小时后，检查机座螺栓和各连接部位螺栓，必要时予以紧固，检查所有可能的泄漏点；检查油位，必要时补充润滑油。3、润滑系统使用要求•润滑油牌号：MobilSHCXMP320•润滑系统由供油装置、过滤系统、油/风冷却装置及中间连接管路组成。•控制回路如下图：3.1控制要求：–机组未启动时若油温⑩低于10℃时，电加热器②启动，电动泵③每隔30分钟启动工作5分钟。油温⑩高于15℃，电加热器②停止加热，电动泵③工作，机组启动。–机组启动温度必须在油温⑩高于10℃。–电动泵③出口压力10bar，安全阀设定压力16bar，出口油压过高（超过16bar）时，安全阀打开。–过滤器⑤最高工作压力16bar，安全阀设定压力14bar，当过滤器⑤进口与出口压力差值超过3.5bar时（在油温⑩超过40℃时才测定，信号采集至少90分钟），传感器发出信号且红灯亮（绿灯表示工作正常）。–风冷器⑥工作压力25bar，最大允许流量140L/min，风冷器⑥的风扇电机在油温＞60℃或高速轴轴承温度⑾＞75℃时打开，油温回落至50℃且高速轴轴承温度⑾＜70℃时，风冷器⑥的风扇电机停止运转。–压力控制器⑦的压力监测范围为0.5-6bar，不在此范围内时报警（油温70℃时压力要求≥0.5bar，油温低于10℃时压力要求≤6bar），若压力＜0.5bar时，报警持续超过5秒则停机。–液位下降至设定值时液位开关⑨发出报警信号。–油温⑩温度不允许超过70℃，否则齿轮箱停机。–高速轴轴承温度⑾不允许超过80℃，否则齿轮箱停机。3.2安装要求•供油装置应安装在齿轮箱附近，泵吸油管越短越好，其长度以不大于1米为宜。•为保证冷却效果，油/风冷却装置应安装在通风处。•中间连接管路按相关的液压、润滑安装规范进行安装，保证各连接处不泄漏。•供油装置投入运行前，必须确认齿轮箱内部清洁度达到ISO440617/15/12级，润滑油清洁度等级达到ISO440617/15/12级。3.3使用与维护3.3.1首次启动时应注意油泵电机转向是否正确。•过滤系统入口处设有测压点，可用测压表（用户自备）检测泵的出口压力。•过滤系统上装有滤油器污染发讯器，当滤油器进出油口压差达到3.5bar时，污染法讯器发出电讯号，同时污染发讯器上也有灯光显示，此时应及时更换滤芯。如果更换滤芯不及时，滤油器进口压力达到14bar时，滤油器旁通阀将会开启，此时滤油器将失去过滤作用，齿轮箱必须停止运转！3.3.2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