风电齿轮箱主要故障形式及处理措施

黄正廷

摘要：在当前阶段，我国的风电场一般都设置在城市的郊区地带，同时风电机组的运行环境也处在自然环境当中。因此，其内部的零件经常会由于环境的影响，从而导致其内部出现故障。同时，又由于其地处位置较为偏僻，一旦发生故障，不仅设备维修困难，而且相应的设备配件运送也十分的困难。因此，为了减小风电齿轮箱出现故障的几率，就需要相关人员对其故障进行有效的分析，并提出相应的处理方式，以此才能够预防其故障的产生。

关键词：风电齿轮箱;故障原因;故障形式;改进措施

前言

近年来，随着我国对电能的需求不断加大，因此风电机组的装机量也在不断的加大。同時，随着风电机组运行时间的不断累积，其齿轮箱由于故障而引起的停运事件发生频率也越来越高。对此，这就需要相关维护人员在日常的检修工作当中，能够及时发现风电机组的异常运行的情况，进而采取相应的措施来保证风电机组的正常运行，这样才能够有效的保障风电场的整体经济效益不受损失。

一、风电齿轮箱主要故障

（一）齿轮的故障

因齿轮失效问题而导致的风电机组齿轮箱产生故障的问题，其主要的失效形式有齿面的点烛、磨损、胶合、塑性形变以及折断现象，由于其整体的磨损消耗属于同一类别，因此也可以说其整体齿面磨损的腐蚀磨损的化学反应与物理反应是相一致的[1]。对此，相关人员只需要对其进行有效的观察，再通过相应的技术手段应用就能实现对故障的甄别。其次，在最常见的故障当中，也包括了齿轮的齿轮性损伤。一般情况下，该损伤的形式主要有齿轮损伤以及齿轮折断。同时，由于其整体的作用力需要保证齿轮的承载极限力相同，因此当其齿轮承受的交变载荷力过大时，整体就会产生折断的现象。对此，这就需要相关设计人员设计好齿轮的极限应力，这样才能够保证其整体的运行状态。

（二）载荷故障

由于风电齿轮箱整体的工作环境处于自然环境当中，因此其承载的载荷情况非常复杂。对此，为了有效地保证齿轮箱的有效运行，就需要工作人员对其齿轮箱的整体设计进行相应的计算，这样才能够保证其载荷数据能够符合实际的情况。但是，由于我国当前缺少对于复杂载荷数据的有效处理，因此在风电机组实际的工作当中，经常会出现制动载荷与极限载荷交互出现的情况，这就会对其整体的设备造成一定的损伤，进而导致风电设备出现故障。

（三）轴承的故障

在当前阶段，我国的风电机组所应用的风电齿轮箱内部零件轴承全部选用进口轴承。因此，其整体性能以及相关技术手段都无法应用国内的技术手段来对其进行有效的处理。同时，国内兆瓦以上的设备所应用的轴承仍处于科技研发阶段。其中，洛轴是我国最早研制的相关生产风电轴承的主要企业，其在国内是首家开发出1.5兆瓦风电轴承的厂家。同时，根据数据表明，在早期阶段，齿轮箱故障大多数都是由内部轴承问题而引起的故障。随着技术的不断成熟，虽然当前风电齿轮箱由于轴承损坏引起的故障有所降低，但是仍有百分之五十的设备故障是由轴承损坏而造成的问题。因此，这就需要相关人员在设计和选用轴承时，能够跟踪齿轮箱的使用工况进行评估计算，这样才能够减少由于其内部受力变形而导致轴承内外圈不平行而导致的故障问题产生。

（四）箱体的故障

根据我国的最新规定，风电机组齿轮箱在运行的过程当中，其内部油温不能超过85摄氏度，这样才能够减少由于油温过高而导致内部故障现象的产生[2]。一般情况下，造成齿轮箱润滑油温度过高的因素有以下几种：首先，由于其内部润滑不充分，齿轮件或轴承得不到润滑，致使其零部件局部温度过高，加据齿轮的磨损。正常情况下，齿轮在运行的过程当中，很少会产生油温过高的现象，如果其温度出现异常升高，则需要对其进行有效分析，以此才能够判断其故障发生的原因。其次，由于其齿轮油箱内的油位过低，也会导致齿轮箱内油温过高。因为齿轮油位过低则会导致其整体的油位低于下限，齿轮箱运行后，致使齿轮油箱温度增高，从而导致机械设备产生误报的现象，温度传感器也就不能够正确进行报警。对此，这就需要相关人员对其整体的运行状态进行有效观察，才能够减少该现象的产生。

二、风电齿轮箱主要故障的改进措施

（一）优化设计

为了保证风电机组齿轮箱的正常运行，就需要对其进行优化设计。由于高速轴部位故障在风电齿轮故障当中占有较高的比例，因此就需要为其优化设计单独更换高速轴所需要的相应结构，这样才能够减少其后期维修成本的增加。同时，在进行风电齿轮箱设计的过程当中，其高速轴部必须具备可拆卸的条件，这样才能够有效地在可以在空中单独更换，而不需要整个齿轮箱下架维修，从而降低维修成本，同时也方便维修人员的维修工作顺利开展。

（二）做好装配工作

有研究表明，齿轮件的精加工以及修形工作可以有效的改善齿轮件间有效啮合。因此，在进行装配环节前，就需要相关人员对于其齿轮件进行精细加工。同时齿轮箱结构件在精加工的时候，也需要保证结构件上轴承孔、结合面、销孔等加工内容的精度。所有的结构件与齿轮件精加工完成后必须交检合格后才能投入到装配车间进行装配工作。在进行装配的过程当中，也需要相关人员对其进行有效的清洗工作，这样才能够改善齿轮之间的润滑条件，进而减少齿轮在应用过程当中的磨损情况，延长其整体运行的使用寿命。此外，在进行齿轮制造的过程当中，相应企业人员也可以应用先进的工艺手段来改变其整体的磨削和工艺参数，使其整体精磨的方式更接近最后的总体目标，以此才能够有效的提高齿轮的质量。

（三）做好日常维护

在进行日常维护的过程当中，需要相应的维护人员先检查其整体外箱的外观，然后对齿轮箱相关的电气元件等外部结构进行有效的检查，这样才能够有效地保证其整体运行的安全性。同时，维修人员也需要定期对齿轮箱外部管道接口进行检查，保证其接口的拧紧程度，这样才能够减少管接头松动现象而导致的渗漏问题产生。此外，维修人员也要检查齿轮箱的散热器是否有堵塞的情况，这样才能够减少由于温度过高而给机械设备带来的故障问题。

总结

随着我国当前风力发电设备行业发展的不断加快，这就需要相关人员着重于发电设备的零部件质量问题，这样才能够有效的减少由于设备零件损坏而导致的风电设备运行故障。

参考文献

[1]刘松松，孙佳.风电齿轮箱主要故障形式及处理建议[J].机械工程师，2014（05）：223-224.

[2]机械设备故障诊断实用技术[M]. 中国石化出版社 ， 杨国安， 2007

3]风力发电机组齿轮箱早期故障诊断方法研究[D]. 张亮.大连理工大学 2010

[4]风电齿轮箱常见故障及原因分析[J]. 翟晶，王曰辉.  现代机械. 2017（06）江苏省南京市江