风电齿轮箱运行异常情况及对策

钟国松

（南京安维士传动技术股份有限公司，江苏 南京 210000）

0 引言

全球一体化发展的今天，各国为应对全球气候变化，推出一系列积极措施，风力发电作为21世纪低碳、环保的新型清洁能源，在国家能源结构中扮演越来越重要的角色。风力发电从初期的全部进口到现今的完全自主创新，“风电人”逐渐了解更多风力发电的知识，风电齿轮箱作为风力发电中重要的部件，将风机叶片受到的动力传递到发电机，伴随着叶片的低转速到发电机的高转速，从而使发电机进行发电。风电齿轮箱受到复杂的载荷工况，加上其所处的地理位置及产生故障的维修成本，使得风电齿轮箱的生产加工制造、质量控制比传统的工业齿轮箱更严格。

风电齿轮箱由齿轮、箱体、轴承、扭力臂等零部件进行组成，其中还有重要“纽带”-润滑油，不断对运转的轴承、齿轮进行润滑并带走其产生的热量。风电齿轮箱的运行故障也都由这些零部件产生，常见的典型异常情况可分为：齿轮箱运行外观异常情况、齿轮箱运行压力和温度异常情况、齿轮箱运行振动异常和异响情况、齿轮箱润滑油异常情况。风电齿轮箱的故障情况都是由小到大，逐步发展，往往可以通过一些监测手段先行发现，比如轴承温度过高、进油压力过小、振动异常甚至出现噪音等情况，我们需要根据异常情况进行分析，找出原因，在异常情况发生初期进行解决问题，保证齿轮箱持续、稳定运行。

1 齿轮箱运行外观异常情况及对策

风电齿轮箱运行产生的异常情况都可能会造成发电机组故障及安全问题，常见齿轮箱外观异常通过齿轮箱日常巡检进行发现，主要有以下几个方面：齿轮箱的渗漏油、空气滤清器变色、液位异常等。①齿轮箱的渗漏油，主要发生在齿轮箱外部管接头，球阀位置漏油，润滑系统的过滤器、散热器、软管位置漏油，箱体结合面、透盖位置漏油。由于齿轮箱长期承受不同载荷运行，零部件会产生相应的变形，同时，在运行过程中会产生振动，这就造成齿轮箱一些部位的漏油。找出漏油部位的原因，对管接头进行更换或者重新打力矩使之紧固、更换润滑系统损坏的元器件、结合面重新打胶并按力矩进行螺栓紧固等办法来解决漏油问题，并对齿轮箱外部的管接头、螺栓定期检查并按要求打力矩，降低齿轮箱发生漏油的风险概率；②空气滤清器变色情况检查，风电齿轮箱的空气滤清器是用来过滤空气中的水分和杂质，在运行过程中保持齿轮箱内外压力平衡，同时避免空气中的水分和杂质对齿轮箱运行产生影响，当空气滤清器发生变色情况，空气滤清器已经失效，这就提示用户需要及时进行更换；③液位异常情况，主要是齿轮箱内润滑油量过多或过少。润滑油起到润滑传动部件和冷却的作用，齿轮箱内润滑油过少会造成齿轮、轴承磨损加剧，温度偏高，润滑油失效；润滑油过多会造成透盖处漏油，同时降低齿轮箱传递效率。用户需要通过齿轮箱的指示标牌进行添加润滑油。

齿轮箱运行外观异常情况往往需要在风机进行查看，日常巡检人员定期对齿轮箱进行查看，在检查前需要制定详细的齿轮箱检查项计划，根据检查项要求对齿轮箱进行检查，发现异常情况，及时反馈并进行相应处理。随着技术的发展，已经有不少用户在风机上安装摄像头，在不减少定期巡检的同时，实时对机舱内的情况进行查看，“智慧风机，智慧运维”会越来越普及。

2 齿轮箱运行压力和温度异常情况及对策

风电齿轮箱运行压力和温度异常是通过元器件进行监测的，通过监测不同位置的压力和温度来保证齿轮箱正常运行。元器件异常情况，首先需要对元器件进行检查（元器件是否损坏、连接的线路是否可靠），排除这些硬件的干扰因素，再根据相应的异常情况对齿轮箱进行检查及解决问题。压力故障主要分为进油压力异常和过滤器压差异常，温度报警主要是轴承温度异常、油池温度异常和进油温度异常。压力和温度两者关系相互关联，密不可分。①出现过滤器压差异常，过滤器压差是监测润滑油通过过滤器前后的压力差。当齿轮箱在正常运行情况下，且齿轮箱油池温度在正常运行温度，出现过滤器压差异常，需对过滤器的滤芯进行检查，发现滤芯堵塞及时进行清洗或更换；②出现进油压力异常，进油压力监测是为了保证齿轮箱正常运行条件下有足够的润滑油进入齿轮箱。需对进油温度进行检查（相同条件下，进油温度高，进油压力变小；进油温度低，进油压力变大）；同时需要对润滑系统的供油能力进行检查，比如检查电机和齿轮泵是否损坏、是否发生溢流、散热片是否发生堵塞、影响散热能力、温控阀是否发生失效、润滑油是否失效等；③出现油池温度异常，油池温度监测是为了保证齿轮箱内零部件产生的热量和齿轮箱本体与空气的热交换、散热系统对润滑油进行散热达到平衡。主要检查润滑系统的供油能力、温控阀和散热系统的散热能力等；④出现进油温度异常，进油温度监测是保障供给适宜温度的润滑油给齿轮箱。需要查看温控阀是否失效、散热器是否发生堵塞、油池温度是否异常等；⑤出现轴承温度异常，轴承温度监测是为了查看轴承是否处于正常运行状态和运行产生的热量是否可以散去达到平衡。检查进油温度是否异常，油孔是否发生堵塞，查看对应的轴承是否有磨损，对应的轴承孔是否有跑圈情况[1]。

这其中最常见是温控阀故障引起压力和温度传感器报警，温控阀的作用是将通过过滤器的润滑油，根据不同的油温，将润滑油分配至油路分配器和散热器，当油温小于40℃时，温控阀不开启，过滤后的润滑油全部流向分配器至齿轮箱中；当油温在40~55℃之间时，温控阀处于半开启状态，一部分润滑油流向散热器，一部分润滑油流向分配器；当油温大于55℃时，此时温控阀处于完全开启状态，所有的润滑油都流向散热器。由于温控阀的结构设计及频繁使用情况，温控阀的故障概率会大大增加，它的故障直接影响进入齿轮箱润滑油温度状况，从而影响齿轮箱整体的运行。

齿轮箱运行温度和压力两者的关系紧密相连，对于产生异常情况时，需要同时结合所有对温度和压力的传感器数据，包括风机的运行数据情况，甚至需要同风场其他同型号的齿轮箱运行及监测数据进行对比，通过联合各个监测点数据，再结合实际检查情况，找出故障点，解决问题。

3 齿轮箱运行振动异常和异响情况及对策

齿轮箱在运行过程中会产生振动和声音，当齿轮箱内部出现异常情况，振动和声音最容易传递出异常情况。齿轮箱内传动的齿轮和轴承都有对应的频率，通过对内部异常信息的采集，异常频率对应到相应的齿轮和轴承，针对性找出故障点，并通过内窥镜等其他辅助设备对故障位置进行确认。常见的异常情况有：①齿轮箱的对中情况，当高速轴出现不对中，会造成齿轮箱的振动异常和异响；②内部齿轮损坏，出现凹坑、断齿、甚至凸点等其他失效情况，都会在运转过程中振动异常和异响；③齿轮副偏载，风机超载运行、齿轮副修形偏差、轴系两侧的轴承孔磨损、轴承磨损、轴径磨损都会造成齿轮副的偏载，从而造成振动异常和异响；④轴承损坏，轴承损坏后，在运转过程中会有异常的振动和噪音；⑤弹性支撑垫的失效，为减弱齿轮箱运行的振动，常在齿轮箱两侧安装弹性支撑垫，当出现弹性支撑垫位移、老化、裂纹等异常情况，会造成齿轮箱的异常振动，产生异响[2]。现在科技日新月异，各种监测手段应运而生，齿轮箱在线振动监测技术也越来越普及，由于风机大多安装在偏远的地区，齿轮箱在线振动监测系统也是顺应着时代发展的潮流，通过无线数据传输技术，齿轮箱厂家对数据进行分析，帮用户找出异常情况的故障点并给出解决对策。

4 齿轮箱润滑油异常情况及对策

齿轮箱内润滑油需要和齿轮、轴承保持长期共同运行，众所周知，齿轮和轴承都是金属零件，润滑油在零件上产生润滑油膜，避免金属零件在运转过程中直接接触，产生大量的磨损颗粒。润滑油异常的几种情况：①清洁度异常，当发现齿轮箱内齿轮和轴承表面出现磨损情况，需要及时更换润滑油和滤芯，同时检测润滑油中金属颗粒的成分；②齿轮箱内锈蚀、水油分离的情况，由于水分进入齿轮箱造成异常情况，需要将油液进行检测并更换润滑油和空气过滤器；③润滑油变色，润滑油使用时间过长，导致润滑油中的一些添加剂减少，润滑油氧化，大大降低润滑油的使用性能，此时需尽快更换润滑油；④润滑油混用，润滑油在换油过程中，没有将前面不同品牌、不同型号的润滑油冲洗干净，润滑油产生混用情况，需尽快更换润滑油[3]。

风电齿轮箱常见的润滑方式有油池搅油润滑和喷油润滑。油池搅油润滑是通过浸入油池中的旋转零件的转动，将润滑油带到啮合齿轮和轴承上；喷油润滑是通过润滑系统对各个啮合点齿轮和轴承进行润滑。润滑油在齿轮箱内是不断进行循环及流动的，一直影响齿轮及轴承的运行，当润滑油出现异常情况时，会持续不断地影响齿轮箱运行，此时，需要对润滑油进行检测并及时更换润滑油及滤芯。在风电齿轮箱运行过程中，用户需要定期更换齿轮箱内的润滑油[4]。

5 结语

齿轮箱故障往往不是突然产生的，在产生一些异常情况后，逐步累积，慢慢由异常情况变成齿轮箱故障，造成风机停机、齿轮箱维修甚至下架维修的情况。针对目前风电齿轮箱塔上运行异常情况多的状况，找出相应异常情况的原因并给出解决异常情况的对策。进一步让用户在日常巡检过程中，发现问题，防微杜渐，降低齿轮箱维修费用，保证齿轮箱可以平稳、高效运转，为国家能源产业结构调整，发展低碳、环保的绿色能源贡献自己的力量。