风力发电机组齿轮箱故障分析及检修

任务：风力发电机组齿轮箱故障分析及检修主讲人：任小勇2011年9月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、风力机齿轮箱拆缷吊装的几种方法五、风力机齿轮箱解体及装配六、风力机齿轮箱相关部件检查加工（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（一）、点蚀现象（二）、崩齿（三）、轴承损坏（四）、外壳开裂（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、风力机齿轮箱拆卸吊装的几种方法（二）、主轴与齿轮箱的连接情况及齿轮箱拆缷方式：1、主轴双支点齿轮箱双支点2、主轴单支点齿轮箱双支点3、主轴双支点齿轮箱单支点（一）、风力发电机组齿轮箱常见的几种安装：1、弹性垫片双支点固定安装。2、弹性套双支点固定安装。3、悬臂单支点两侧弹性支撑安装。常见的滚动体（一）、风力发电机组齿轮箱常见的几种安装：1、弹性垫片双支点固定安装。（图1）2、弹性套双支点固定安装。（图2）3、悬臂单支点两侧弹性支撑安装。（图3）图1图2图3在具体吊装过程中，视机舱内空间而定，如果主轴与齿轮箱分开后，齿轮箱在机舱内向后的空间不足以移出箱体，那只能将机舱整体吊下来。（如果只吊主轴与齿轮箱，那就存在安装过程中齿轮箱与主轴两个安装平面调整的困难）1、主轴双支点齿轮箱双支点（二）、主轴与齿轮箱的连接情况及齿轮箱拆缷方式：在具体吊装过程中，由于主轴是单支点，当主轴与齿轮箱分开后，主轴会向机舱内落下，必须将主轴用枕木垫成水平（要不会损坏主轴轴承），视机舱内空间而定，如果主轴与齿轮箱分开后，齿轮箱在机舱内向后的空间可以移出箱体，那就可以只将齿轮箱吊下来，典型的吊装Bonus300\450\600系列机组，Bonus600的主轴与叶轮是弹性连接，齿轮箱后面有空间，只将齿轮箱拆缷下来。Bonus300机舱重量20吨左右轻，高度31米，可以将机舱吊下来，在车间内组装调整。2、主轴单支点齿轮箱双支点在具体吊装过程中，视机舱内空间而定，如果主轴与齿轮箱分开后，齿轮箱在机舱内向后的空间可以移出箱体，那只将齿轮箱吊下来。Vestas600齿轮箱拆缷。3、主轴双支点齿轮箱单支点五、风力机齿轮箱解体及装配在大修前准备工作：一般在风力机供货商提供风力机后，都会给运行维护单位一份风力机主要部件的组装图纸，方便以后进行维护。如果装配图纸不全，你又是第一次进行维护，那你就要对每个零部件做好记号，拆一个记一个，并将他们以轴为基本单位放好，齿轮箱上的其它附属部件也分类放好。（一）、典型的3种风力机齿轮箱基本拆缷（二）、齿轮箱组装的基本认识（三）、齿轮箱拆缷组装工具的基本认识（四）、齿轮箱轴承基本拆缷组装（五）、齿轮箱组装完成后基本调整（一）、典型的3种风力机齿轮箱基本拆缷1、剖分式结构齿轮箱（铸造），NTK300齿轮箱2、焊接箱（二轴分流式，三级斜齿）3、一级行星轮两级斜齿1、剖分式结构齿轮箱（铸造），NTK300齿轮箱从端面看箱体的一轴与四都在剖分截面上，因此四轴与一轴在上半部分箱体拆除吊缷完成后，可以直接从箱体内取出。在拆解齿轮箱之前仔细查看该齿轮箱的组装图，确定齿轮箱以轴为单位，取四根轴的先后顺序。齿轮箱在拆解过程中同时要以轴为单位将各零部件进行标号，写在轴端或齿轮箱的端面上，如果有必要还在做好方向标记。NTK300kW齿轮箱拆解基本顺序，1、将齿轮箱与主轴从机舱内拆缷下来，将齿轮箱一端用枕木在地面放置水平，将主轴一端用行车水平悬吊起来，用液压千斤将主轴与齿轮箱分离，分离后主轴水平放置平整。2、先将齿轮箱的上部分箱体与下部分箱的连接螺栓拆缷掉，然后将四轴与一轴轴承端盖螺栓拆缷下来，将所有螺栓放好。用行车将箱体上半部分吊起来，放好。3、分别将一轴与四轴取出。轴承拆缷用液压千斤或拉马可分别拆缷。一轴与四轴拆缷完成后，箱体内只剩下二轴与三轴，下半部分箱体内二轴与三轴都是在通孔内，明显两端都有轴承端盖，因此两个先拆那一个都可以。一般先拆二轴先将箱竖直放置，用枕木垫好后，如果你采用的是向下压轴就将齿轮箱内二轴的齿轮轴端向下，用垫衬的钢套管放置在二轴大齿轮的下方，套管可以根据拆缷时需要自己制作。同时为了防止中间箱壁受力，还可以将中间箱壁的下半部分用长套管延力的方向垫好。先将齿轮一侧定位的卡簧取下，齿轮与轴是过盈配合（紧配合），要先将齿轮用喷灯进行加热，当齿轮的温度达到60度时，从上向下用液压千斤向下压二轴，轴缓慢向下移动，当移过轴台时，齿轮与轴脱离，将轴上的定位平键取下。同理拆缷三轴。NTK300kW齿轮箱的装配过程与拆缷过程相反，装本顺序如下：三轴、二轴、一轴、四轴。当四根轴全部装配完成后，对四根轴的轴向间隙进行测量，测量根据手册要求，如果测量不符合要求，就要对轴进行轴向调整2、焊接箱（二轴分流式，三级斜齿）右图是因为主轴与齿轮箱在风力机上拆不下来后，将机舱整体拆缷下来移到车间，在车间拆缷。实际在风力机上拆方法一样，先将收缩盘螺栓解松，将齿轮箱的弹性支撑固定解开，用液压千斤将齿轮箱与主轴