浅谈风力发电机组齿轮箱常见故障分析及检测方法

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1、浅谈风力发电机组齿轮箱常见故障分析及检测方法摘要：近10a来我国风电进入快速增长阶段，随着运行时间不断增长，风力发电机组逐步进入疲劳寿命的中、前期。对于双馈型风力发电机组来说，如何在设备运行期间做好齿轮箱维护和故障分析显得尤为重耍。本文汇总风力发电机组齿轮箱在运行期间的常见故障，并有针对性的进行分析总结，提出具有可行性的检测和预防手段。关键词：风力发电机组；齿轮箱；故障分析中图分类号:TM315文献标识码:ADOI：10.11974/nyyjs.20151132019引言根据中国可再生能源学会风能专业

2、委员会对2014年中国风电装机情况进行的调研和统计结果显示，目前我国风电机组有近7万台齿轮箱处于运行期间，其中将近85%的齿轮箱处于疲劳寿命的中前期[1]。据统计齿轮箱故障约占风机故障总数40%[2],作为双馈型风电机组核心部件的齿轮箱，其损坏所带来的齿轮箱维修费用、运输费用、吊装费用以及电量损失是巨大的。所以对风力发电机组齿轮箱的常见故障做好分析和检测，提前预防故障的发生具有重要的意义。1风力发电机组齿轮箱概述风力发电机组的增速齿轮箱是整机的重耍机械部件，其主耍功能是将风轮在风力作用下所产牛的动力传

3、递给发电机并使其得到相应的转速。通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。作为风力发电机组主要传动关键部件，齿轮箱位于风轮和发电机之间传递动力提高转速，是一种在无规律变向载荷和瞬间强冲击载荷作用下工作的重载齿轮传动装置。由于风力发电机组齿轮箱长期处于这样的恶劣条件下，会岀现粘附蘑损、腐蚀蘑损、表面疲劳磨损、微动蘑损和气蚀等失效形式，轻则导致润滑油失效，重则轴、轴承、轮齿的断裂，导致风电机组的停机[3],在变速变载这样的情况下，还

4、会出现轮齿折断、齿面点蚀等的情况。2风力发电机组齿轮箱常见故障风力发电机组齿轮箱在运转过程中，由于齿面啮合时所承受的载荷不均匀以及轮齿啮入、啮出产牛的冲击，都会引起齿面点蚀、胶合、磨损和断齿等失效形式。根据实际运行维护经验，主要介绍磨损、胶合、点蚀、断齿、轴承损坏、渗漏油和油温高这些齿轮箱常见缺陷。2.1齿面磨损齿轮的蘑损部位主耍是渐开线工作面、齿的啮合处以及齿轮两端面。齿轮齿面磨损一般分为四种情况，第1种是由接触表面上的金属以一定的速率缓慢的损耗而造成的正常磨损或磨光，在预期寿命内，它将不影响齿轮的

5、正常使用；第2种是齿轮在长期的重负荷作用下发生的破坏，属于中度磨损，是金属的较快的损耗，这种磨损会产生破坏并降低齿轮的使用寿命；第3种是齿面的损坏，很容易降低轮齿的使用寿命，并导致平稳性受到破坏；第4是在齿轮高速运转的过程中，一些细颗粒进入到轮齿的啮合中引起损坏。2.2胶合胶合是相啮合齿面在啮合处的边界膜受到破坏，导致接触齿面金属融焊而撕落齿面上的金属的现象［4］。英产生的主要原因就是齿轮箱在重载和高速传动下，在齿面高温啮合区产生的润滑不良或者干涉，导致两个啮合的齿面熔焊在一起。2.3点蚀齿轮实际切合

6、过程中，在脉动力和重载荷的作用下齿面深处产生循环变化的剪应力，在超过轮齿材料的疲劳极限时，在齿烦的接触面上会产生疲劳裂纹，进而导致齿面细小金属片的剥落，形成小坑，这种现象称之为点蚀，严重时齿面上会形成大块金属连片剥落。2.4断齿轮齿折断常由根部细微裂纹在周期性应力作用下逐步扩展而成，齿轮在工作屮发生严重的冲击、偏载、局部应力过大、硬质异物落入啮合区、材料严重缺陷等问题也会引起断齿现象［5］。2.5轴承损坏轴承在运转过程中长期受到重载和交变载荷的影响，在交变冲击的作用下轴承可能发生各种损坏。另外，安装偏

7、心、润滑不良、油膜震荡、维护不周等方面的原因都可能引起轴承故障，主要表现形式为轴承外圈锈蚀、轴承内圈磨损、轴承滚动体故障等。2.6渗漏油渗漏油是齿轮箱传动系统中常见故障，漏油会影响齿轮、轴承等的润滑效果，使得各运动副零配件之间摩擦加剧，减少各零件的使用寿命，严重的漏油将使齿轮箱无法正常工作。在实际设备维护中，齿轮箱渗漏油主要是因为以下几个原因：密封件损坏或安装问题导致接合面密封不严；相对运动零件尺寸配合间隙过大或因为长期运动磨损使得间隙过大；箱体铸造有气孔、沙眼等缺陷；工作温度太高或润滑油黏度太低；润

8、滑油管变形或细微裂痕导致油管漏油[6]o2.7油温高齿轮箱汕温高一般是因为风力发电机组长时间处于满发状态，润滑油因齿轮箱发热而温度上升超过设定值。一般齿轮箱油温高的原因是综合性的，也可以是某个单一问题导致，总结起来大概有以下几点：齿轮箱油冷却回路堵塞、阀件损坏、散热器通风不畅；齿轮箱达到一定疲劳极限，效率下降严重超出冷却系统的设计极限；机舱内部温度较高，冷却效果急剧下降；润滑油润滑效果严重缺失，导致齿轮啮合效率下降，发热量增大；轮系布置不合理或轴系对屮效