齒輪箱故障分析和維護(hù)使用

1、風(fēng)電齒輪箱的故障分析和維護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由葉片、增速齒輪箱、控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、塔架等組成。其中增速齒輪箱作為其傳動(dòng)系統(tǒng)起到動(dòng)力傳輸?shù)淖饔茫谷~片的轉(zhuǎn)速通過增速齒輪箱增速，使其轉(zhuǎn)速達(dá)到發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，以供發(fā)電機(jī)能正常發(fā)電。因此增速齒輪箱設(shè)計(jì)及制造相當(dāng)關(guān)鍵。同時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組增速齒輪箱由于其使用條件的限制，要求體積小，重量輕，性能優(yōu)良，運(yùn)行可靠，故障率低。隨著風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展，更多更大功率的機(jī)組投入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，因而其維修費(fèi)用更高。雖然世界上著明的齒輪箱制造企業(yè)，如德國(guó)的Renk公司，F(xiàn)land公司，Eickhoof公司以及一些中小企業(yè)在這方面都作了研究，并且有的企業(yè)也付出了很大的代價(jià)，但目前世界風(fēng)電行

2、業(yè)所用增速齒輪箱仍然事故較多。因此，采用先進(jìn)技術(shù)，分析其失敗的原因，總結(jié)和吸收以往開發(fā)其它項(xiàng)目齒輪箱成功的經(jīng)驗(yàn)，研制高技術(shù)性能，高可靠性和良好的可維修性的增速齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)保障。一、 風(fēng)電齒輪箱故障分析（一）、齒輪傳動(dòng)的故障原因分析齒輪傳動(dòng)是機(jī)械設(shè)備中設(shè)備中最為常用的傳動(dòng)方式之一。風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行狀態(tài)的正常與否直接關(guān)系到整臺(tái)機(jī)組的工作狀況。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，齒輪箱發(fā)生故障有40的原因是由于設(shè)計(jì)、制造、裝配及原材料等因素引起的，即是由制造單位設(shè)計(jì)制造引起的；另有43的原因是由于用戶維護(hù)不及時(shí)和操作不當(dāng)引起的；還有17的原因是由于相鄰條件（如電機(jī)、聯(lián)軸節(jié)等）的故障或缺陷引起的。當(dāng)然，風(fēng)

3、電齒輪箱故障原因是否有這比例關(guān)系，還要經(jīng)過統(tǒng)計(jì)得出。由此可見，為了確保風(fēng)電齒輪箱安全、正常地運(yùn)行，提高齒輪傳動(dòng)的可靠性，一方面需要改進(jìn)設(shè)計(jì)、提高加工制造精度以及改善裝配質(zhì)量，另一方面則必須提高運(yùn)行管理和維護(hù)水平，對(duì)齒輪傳動(dòng)裝置進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷。 (二).齒輪箱中主要故障及其原因分析據(jù)統(tǒng)計(jì),齒輪箱中其次是軸承，占20；再者是軸，占10。最后是箱體和緊固件。由此可見，在齒輪箱中齒輪本身的故障所占比重大。說明在齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪本身的制造、裝配質(zhì)量及其運(yùn)行維護(hù)水平是關(guān)鍵問題。齒輪在機(jī)械加工中是一種高度復(fù)雜的成形零件，而在高速、重載下運(yùn)行的齒輪，其工作條件又相對(duì)比其他零部件惡劣,特別是風(fēng)電齒輪箱

4、更是如此。下面我就把齒輪箱的故障特征和預(yù)估故障間的關(guān)系列出來：推薦精選 1局部斷齒 2磨 損 1齒輪輪齒 3點(diǎn) 蝕 4膠 合 5齒根裂紋 1輪緣、腹板等損傷 2齒輪基體 2變 形 3彈簧、螺桿折斷 聲音異常 振動(dòng)增大 3軸,聯(lián)軸節(jié),鍵 1變 形 溫升過高 2損 傷漏 油 能耗增大 1變 形 其 它 4軸 承 2滾 動(dòng) 體 3配 合 體 4保 持 架 1變 形 5齒輪箱 2剛度不夠 3密封不良 6其 它圖一推薦精選 1斷 齒 1齒 輪 輪 齒 2嚴(yán)重膠合 3雜物進(jìn)入 2齒 輪 基 體 1齒圈斷裂 2變形損壞 3軸、聯(lián)軸節(jié)、鍵 1損 傷不能運(yùn)轉(zhuǎn) 1燒 傷 4軸承 2滾柱脫落 3雜物進(jìn)入 5齒 輪

5、箱 嚴(yán)重?fù)p傷、變形 6動(dòng) 力 源 故障不能運(yùn)轉(zhuǎn) 7其 它 軸承、聯(lián)軸節(jié)損壞圖二 齒輪箱的故障特征與預(yù)估故障間的關(guān)系齒輪箱的故障診斷方法大體上可分為兩大類：（1） 通過齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲和油溫等動(dòng)態(tài)信號(hào),運(yùn)用信號(hào)處理方法來完成故障分析、診斷。（2） 根據(jù)摩擦磨損理論，通過潤(rùn)滑油液分析來達(dá)到故障診斷的目的。主要是通過分析潤(rùn)滑油里金屬的成分來預(yù)測(cè)是那一部分的材料。從而判斷是否屬于正?，F(xiàn)象。推薦精選目前另外一種靈敏度比較高的方法也逐漸被應(yīng)用。它就是頻譜分析方法被引入到了齒輪故障診斷中。齒輪振動(dòng)信號(hào)的頻譜分析方法在齒面磨損、齒斷裂等故障的診斷上面應(yīng)用得比較成功。 (三) 齒輪的常見故障傳動(dòng)

6、齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于其本身制造不良、操作維護(hù)不善等，均可能導(dǎo)致齒輪產(chǎn)生故障。因此 齒輪故障可劃分為兩大類：a.由制造和裝配等原因造成的，如齒輪誤差、齒輪與內(nèi)孔不同心、各部分軸線不對(duì)中、不平衡等；b.齒輪由于長(zhǎng)期運(yùn)行而形成的，通常輪齒的表面承受的載荷很大，兩嚙合輪齒之間既有相對(duì)滾動(dòng)，又有相對(duì)滑動(dòng)，而且相對(duì)滑動(dòng)的摩擦力在齒輪節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的方向相反,從而出現(xiàn)了力的脈動(dòng)，于是，在長(zhǎng)期運(yùn)行中將導(dǎo)致齒輪表面發(fā)生點(diǎn)蝕、疲勞剝落、磨損、塑性流動(dòng)、膠合以及齒根裂紋,甚至斷齒等故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)齒輪常見故障的發(fā)生比例為：斷齒占41的比例，點(diǎn)蝕為31。劃痕和磨損各為10，其它原因?yàn)?。由此可見斷齒和點(diǎn)蝕是齒輪故障的主要方式。下

7、圖為齒輪主要故障形式及其原因：類零件損壞的百分比為：齒輪故障占60； 推薦精選 1.疲 勞 1. 局部斷齒 2. 過 載 3. 沖 擊 1. 過 載 2. 磨 損 2. 潤(rùn)滑劑不潔齒輪輪齒 1. 齒面硬度低 3. 點(diǎn) 蝕 2. 過 載損傷原因 3. 載荷不均 1. 供油不良 4. 膠 合 2. 齒輪精度低 3. 溫度過高 4. 齒面硬度低 1. 疲 勞 5. 齒根疲勞裂紋 2. 過 載 3. 齒根圓角處熱處理或加工缺陷圖三齒輪主要故障形式及其原因二、 風(fēng)電齒輪箱的維護(hù)使用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中齒輪箱的運(yùn)行維護(hù)是根據(jù)生產(chǎn)廠家的要求，需要進(jìn)行日常和定期維護(hù)，特別是在齒輪箱運(yùn)行過程中，對(duì)運(yùn)行出現(xiàn)異常的齒輪箱

8、，要及時(shí)記錄有關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并與運(yùn)行正常的齒輪箱相比較，這樣，有利用問題的發(fā)現(xiàn)。問題能及時(shí)處理，從而會(huì)降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。下面我們以我公司600KW風(fēng)電齒輪箱為例，介紹說明風(fēng)電齒輪箱在使用和維護(hù)時(shí)應(yīng)該注意的一些問題。（一）、技術(shù)參數(shù)表1、 產(chǎn)品型號(hào)： FL6002、 額定功率： 645kW推薦精選3、 額定輸入轉(zhuǎn)速： 26.8r/min4、 額定輸出轉(zhuǎn)速： 1517r/min5、 傳動(dòng)比： 56.66、 潤(rùn)滑油牌號(hào)： SHC3207、 總裝油量： 230-250L8、 重量： 10000kg（二） 齒輪箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介齒輪箱的結(jié)構(gòu)原理圖見上圖。結(jié)構(gòu)上采用行星平行軸混合傳動(dòng)的緊湊結(jié)構(gòu)；

9、低速級(jí)轉(zhuǎn)速低，扭矩大，采用行星傳動(dòng)，且主要以太陽(yáng)輪浮動(dòng)均載為主。第二級(jí)、第三級(jí)扭矩小得多，采用斜齒傳動(dòng)，能有效的保證葉尖高壓油通道。其具體原理為：首先，通過風(fēng)帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片輪轂把轉(zhuǎn)速傳到輸入軸（1）上。通過輸入軸（1）上的花鍵把力矩傳到行星架（2）上，行星架通過內(nèi)齒圈（3）行星輪（4）和太陽(yáng)輪（5）組成的行星傳動(dòng)傳到太陽(yáng)輪（5）上，太陽(yáng)輪（5）通過另一端的花鍵把力矩傳到大齒輪（6）上，大齒輪（6）通過齒輪傳動(dòng)把力矩傳到齒輪軸（7）上，齒輪軸（7）通過軸上的大齒輪把力矩傳到輸出軸（8）上。輸出軸（8）通過輸出軸軸伸端把力矩和轉(zhuǎn)速傳到發(fā)電機(jī)上，供發(fā)電機(jī)發(fā)電。（三） 齒輪箱的使用要求推薦精選齒輪

10、箱交付時(shí)已放凈潤(rùn)滑油齒輪箱內(nèi)部涂有防銹油，當(dāng)存放在干燥溫度均勻的庫(kù)房?jī)?nèi)有效期為六個(gè)月。齒輪箱外表明涂特殊油漆，法蘭、軸端和精加工面涂有防銹油。輸入轉(zhuǎn)向和輸出轉(zhuǎn)向均有轉(zhuǎn)向標(biāo)牌，并用箭頭表示。齒輪箱的可調(diào)部位在出廠前均已調(diào)定（如閥件、噴嘴、壓力控制器等）；在特殊情況下，現(xiàn)場(chǎng)可作進(jìn)一步調(diào)整。未經(jīng)許可擅自拆開齒輪箱而造成的任何損失，本公司恕不承擔(dān)任何責(zé)任。（四） 起吊、運(yùn)輸和安裝a) 起吊整臺(tái)齒輪箱時(shí)必須同時(shí)用箱體上4個(gè)專用吊耳進(jìn)行起吊。b) 齒輪箱存放時(shí)應(yīng)水平放置并固定在支座上；運(yùn)輸時(shí)用專用銷軸固定輸入法蘭，防止低速振蕩對(duì)齒輪箱內(nèi)部件的破壞。c) 中間貯存時(shí)，齒輪箱在露天存放必須棚布或頂棚遮蓋。d)

11、 增速箱安裝基礎(chǔ)要有足夠的剛度。（五） 螺栓的擰緊力矩根據(jù)我公司廠內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)大小不同、級(jí)別不同的螺栓，其扭緊力矩不同，下表為各種不同螺栓所給出的是用扭力搬手的力矩和用沖擊傳動(dòng)搬手的力矩。推薦精選螺栓大小用扭力搬手的力矩N.m用沖擊傳動(dòng)搬手的力矩N.m8.810.912.98.810.912.9M82130.436.319.627.934.3M1042.160.874.539.655.968.6M1273.5104.9128.467.697119.6M14114.7166.6203.8107.8154.8189.1M16176.4254.8310.7166.6235.2289.1M18250.

12、8356.7431.2233.2331.2401.8M20357.7509.6617.4333.2470.4568.4M22480.2676.2833441637774.2M24617872.21058568813.4980M279021284156884311961460M30121517352127113716171970M36212730183695197028133440M42339148315929314644885508M48514573218918478268118330M5266159408114666174877110682M5682321176014308764410927

13、13328M609996143081744493101327916219M64123481754221364114661631719894M68148962116825872138181969824010（六） 試運(yùn)行所有齒輪箱均在本公司內(nèi)經(jīng)試車檢驗(yàn)合格，控制裝置和控制閥均調(diào)整好（除電磁閥）。交付時(shí)齒輪箱內(nèi)存油以放凈，內(nèi)部用防銹油保護(hù)。該油可與齒輪箱潤(rùn)滑油混合而不影響使用性能。推薦精選在試運(yùn)轉(zhuǎn)前注入規(guī)定牌子的潤(rùn)滑油，油位嚴(yán)格按齒輪箱上油標(biāo)進(jìn)行注油。注意加油嚴(yán)格防止異物進(jìn)入齒輪箱。（七） 潤(rùn)滑要求1、潤(rùn)滑系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)（1）、供油裝置公稱流量：45L/min最大允許工作壓力（旁通閥開啟壓力）：10

14、bar 工作壓力：<10bar油溫范圍：-560潤(rùn)滑油牌號(hào)：Mobilgear SHC XMP320電機(jī)：AC690V，50Hz，4KW濾芯：過濾精度20旁通閥開啟壓力4.5bar污染發(fā)訊器報(bào)警壓力：3bar 電壓DC24V溫控閥開啟溫度：>45（2）、油/風(fēng)冷卻裝置型號(hào)：OK-EL6S/2.0M/690-50/1電機(jī)：AC690V，50Hz，1.1KW工作壓力：10bar2、潤(rùn)滑系統(tǒng)工作原理圖參見系統(tǒng)圖推薦精選 3、潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)備組成及安裝 潤(rùn)滑系統(tǒng)由供油裝置、油/風(fēng)冷卻裝置及中間連接膠管組成。 安裝時(shí)注意：（1）、供油裝置應(yīng)安裝在離齒輪箱附近，泵吸油膠管越短越好，其長(zhǎng)度不大于1米

15、為宜。（2）、為保證冷卻效果，油/風(fēng)冷卻裝置應(yīng)安裝在通風(fēng)處。（3）、中間連接膠管按相關(guān)的液壓、潤(rùn)滑安裝規(guī)范進(jìn)行安裝，保證各連接處不泄漏。（4）、供油裝置投入運(yùn)行前，必須確認(rèn)齒輪箱內(nèi)部清潔度達(dá)到NAS10級(jí)。4、使用與維護(hù)（1）、首次啟動(dòng)時(shí)應(yīng)注意電機(jī)轉(zhuǎn)向是否正確（從電機(jī)風(fēng)葉處觀察為順時(shí)針）。（2）、供油裝置泵出口設(shè)有測(cè)壓點(diǎn)，可用測(cè)壓表（用戶自備）檢測(cè)泵的出口壓力。（3）、供油裝置上裝有濾油器污染發(fā)訊器，當(dāng)濾油器進(jìn)出油口壓差達(dá)到3bar時(shí)，污染發(fā)訊器發(fā)出電訊號(hào)，同時(shí)污染發(fā)訊器上也有燈光顯示，此時(shí)應(yīng)及時(shí)更換濾芯。如果更換濾芯不及時(shí)，濾油器進(jìn)出壓差達(dá)到4.5bar時(shí)，濾油器旁通閥將會(huì)開啟，此時(shí)濾油器將

16、失去過濾作用。推薦精選（4）、濾芯的更換過程：更換濾芯時(shí)必須確認(rèn)供油裝置處于停機(jī)狀態(tài)，濾油器必須卸壓（壓力表顯示0bar狀態(tài)）。可以通過擰松濾筒底部的排油螺塞卸壓（工作時(shí)螺塞必須擰緊）。更換濾芯步驟：· 旋下濾筒，取出舊濾芯。· 清洗濾筒，把新濾芯裝上，旋上濾筒。· 旋緊濾筒后，再回松1/4圈。（5）、 更換濾芯后，重新啟動(dòng)工作，注意觀察壓力表工作壓力。（八） 維護(hù)保養(yǎng)規(guī)范的維護(hù)要求：1、 潤(rùn)滑：1 不同型號(hào)的油品不可混用。2 用加油槍加注潤(rùn)滑脂時(shí)，不要使用油槍第一槍打出的油。加油前清潔油嘴。3 與液壓油或潤(rùn)滑油接觸時(shí)，應(yīng)帶上耐油橡膠手套，防止對(duì)人皮膚的腐蝕。4

17、每次上風(fēng)機(jī)，檢查油位是否正常。5 注意觀察油脂的顏色，如果顏色不正常（如呈鐵銹色），則說明有問題。6 定期采油樣分析，及時(shí)換油。7 將廢油及時(shí)清理，集中處理。切勿隨手丟棄，注意保持環(huán)境清潔！2、 500小時(shí)運(yùn)行維護(hù)清單推薦精選日 期： 年 月 日項(xiàng) 目?jī)?nèi) 容標(biāo) 準(zhǔn)記 錄齒輪箱/支撐連接螺栓檢查全部1400 Nm齒輪油檢查油位以油標(biāo)尺、油位傳感器為依據(jù)齒輪油過濾器檢查無(wú)“91 Gear oil filter”閘盤連接螺栓檢查全部295 Nm剎車連接螺栓檢查全部295 Nm高速剎車閘墊檢查、調(diào)整閘間隙閘墊厚度大于2mm；閘間隙0.8mm3、 2500小時(shí)運(yùn)行維護(hù)清單日 期： 年 月 日項(xiàng) 目?jī)?nèi) 容

18、標(biāo) 準(zhǔn)記 錄齒輪箱/底座連接螺栓要求同上 M30（46）T=1400Nm齒輪箱底座/底板連接螺栓要求同上 M30（46）T=1900Nm閘盤連接螺栓要求同上T=295Nm閘盤支架/齒輪箱要求同上 M20（30）T=720Nm備注：M16（24）等括號(hào)中的內(nèi)容指禁固螺栓時(shí)需要的扳手開口尺寸推薦精選4、 5000小時(shí)運(yùn)行維護(hù)清單日 期： 年 月 日項(xiàng) 目?jī)?nèi) 容標(biāo) 準(zhǔn)記 錄齒輪箱油位檢查油位Mobilgear SHC XMP 320 每隔3年更換一次油，每隔1年檢測(cè)油品的質(zhì)量齒輪箱油過濾器如報(bào)故障須更換備注：M16（24）等括號(hào)中的內(nèi)容指禁固螺栓時(shí)需要的扳手開口尺寸5、 齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)維護(hù)a) 檢查

19、齒輪箱油位控制繼電器l 齒輪箱油位的信息是靠油位控制繼電器來反映的。定期檢查油位控制繼電器的功能：松開油位控制繼電器的固定螺絲，將其提起20mm50mm，模擬油位的高低，觀測(cè)觸點(diǎn)的輸出狀態(tài)是否有變化。b) 檢查潤(rùn)滑泵站齒輪油潤(rùn)滑泵站結(jié)構(gòu)緊湊，壓差發(fā)訊器、安全閥、電機(jī)泵和過濾器集成在一個(gè)底座上，可靠性高。維護(hù)時(shí)應(yīng)注意：l 檢查泵站管路接頭的泄漏情況。l 在電機(jī)-泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)注意是否有異常噪音。l 壓差發(fā)訊器動(dòng)作或?yàn)V芯使用12個(gè)月后，需要更換濾芯。l 更換濾芯先關(guān)斷手閥，防止油泄漏。然后旋開過濾器上的4個(gè)星形手柄螺絲，打開上蓋，取出舊的濾芯更換新的濾芯。更換濾芯后記住將手閥打開。c) 檢查潤(rùn)滑油散熱器

20、推薦精選l 檢查潤(rùn)滑油散熱器是否存在泄漏/裂紋等情況。l 檢查散熱風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。d) 齒輪油的取樣檢測(cè)應(yīng)定期對(duì)油品進(jìn)行檢測(cè)（見定期檢查表）。需要時(shí)可隨時(shí)進(jìn)行齒輪油取樣檢測(cè)。l 準(zhǔn)備好干凈的取樣瓶，貼注標(biāo)簽。l 采樣時(shí)風(fēng)機(jī)應(yīng)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，潤(rùn)滑泵站處于工作狀態(tài)。l 用干凈大布擦拭放油閥，取一廢油盒放于放油閥下方，先放出少許齒輪油。l 將采樣瓶置于放油閥下方，取出100毫升齒輪油。l 填寫標(biāo)簽內(nèi)容，包括：風(fēng)機(jī)號(hào)/齒輪箱編號(hào)/采樣者姓名/采樣日期/齒輪油服役小時(shí)數(shù)。將油樣盡快送交油品供應(yīng)商或?qū)I(yè)的油品分析部門進(jìn)行測(cè)試。l 應(yīng)在3周內(nèi)或最多在風(fēng)機(jī)運(yùn)行500小時(shí)以內(nèi)得到檢測(cè)報(bào)告。 e) 齒輪油更換和添加如果測(cè)試結(jié)果表示需要更換齒輪油，或齒輪油的使用時(shí)間達(dá)到了3年，則必須按照以下步驟進(jìn)