齒輪箱故障分析和維護使用

1、f9139c0342b29a719d1c9f1203ce89fd.pdf風電齒輪箱的故障分析和維護風力發(fā)電機組由葉片、增速齒輪箱、控制系統(tǒng)、發(fā)電機、塔架等組成。其中增速齒輪箱作為其傳動系統(tǒng)起到動力傳輸?shù)淖饔?，使葉片的轉速通過增速齒輪箱增速，使其轉速達到發(fā)電機的額定轉速，以供發(fā)電機能正常發(fā)電。因此增速齒輪箱設計及制造相當關鍵。同時風力發(fā)電機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，運行可靠，故障率低。隨著風電行業(yè)的發(fā)展，更多更大功率的機組投入商業(yè)化運營，因而其維修費用更高。雖然世界上著明的齒輪箱制造企業(yè)，如德國的Renk公司，F(xiàn)land公司，Eickhoof公司以及一些中小

2、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，但目前世界風電行業(yè)所用增速齒輪箱仍然事故較多。因此，采用先進技術，分析其失敗的原因，總結和吸收以往開發(fā)其它項目齒輪箱成功的經驗，研制高技術性能，高可靠性和良好的可維修性的增速齒輪箱是風力發(fā)電機組的關鍵技術保障。一、 風電齒輪箱故障分析（一）、齒輪傳動的故障原因分析齒輪傳動是機械設備中設備中最為常用的傳動方式之一。風電齒輪箱運行狀態(tài)的正常與否直接關系到整臺機組的工作狀況。據(jù)有關資料統(tǒng)計，齒輪箱發(fā)生故障有40的原因是由于設計、制造、裝配及原材料等因素引起的，即是由制造單位設計制造引起的；另有43的原因是由于用戶維護不及時和操作不當引起的；還有

3、17的原因是由于相鄰條件（如電機、聯(lián)軸節(jié)等）的故障或缺陷引起的。當然，風電齒輪箱故障原因是否有這比例關系，還要經過統(tǒng)計得出。由此可見，為了確保風電齒輪箱安全、正常地運行，提高齒輪傳動的可靠性，一方面需要改進設計、提高加工制造精度以及改善裝配質量，另一方面則必須提高運行管理和維護水平，對齒輪傳動裝置進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。 (二).齒輪箱中主要故障及其原因分析據(jù)統(tǒng)計,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。說明在齒輪傳動系統(tǒng)中齒輪本身的制造、裝配質量及其運行維護水平是關鍵問題。齒輪在機械加工中是一種高度復雜的成形零件，而在高

4、速、重載下運行的齒輪，其工作條件又相對比其他零部件惡劣,特別是風電齒輪箱更是如此。下面我就把齒輪箱的故障特征和預估故障間的關系列出來： 1局部斷齒 2磨 損 1齒輪輪齒 3點 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 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 1斷 齒 1齒 輪 輪 齒 2嚴重膠合 3雜物進入 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

5、轉 1燒 傷 4軸承 2滾柱脫落 3雜物進入 5齒 輪 箱 嚴重損傷、變形 6動 力 源 故障不能運轉 7其 它 軸承、聯(lián)軸節(jié)損壞圖二 齒輪箱的故障特征與預估故障間的關系齒輪箱的故障診斷方法大體上可分為兩大類：（1） 通過齒輪運轉過程中所產生的振動、噪聲和油溫等動態(tài)信號,運用信號處理方法來完成故障分析、診斷。（2） 根據(jù)摩擦磨損理論，通過潤滑油液分析來達到故障診斷的目的。主要是通過分析潤滑油里金屬的成分來預測是那一部分的材料。從而判斷是否屬于正?，F(xiàn)象。目前另外一種靈敏度比較高的方法也逐漸被應用。它就是頻譜分析方法被引入到了齒輪故障診斷中。齒輪振動信號的頻譜分析方法在齒面磨損、齒斷裂等故障的診斷

6、上面應用得比較成功。 (三) 齒輪的常見故障傳動齒輪在運轉時，由于其本身制造不良、操作維護不善等，均可能導致齒輪產生故障。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、齒輪與內孔不同心、各部分軸線不對中、不平衡等；b.齒輪由于長期運行而形成的，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滾動，又有相對滑動，而且相對滑動的摩擦力在齒輪節(jié)點兩側的方向相反,從而出現(xiàn)了力的脈動，于是，在長期運行中將導致齒輪表面發(fā)生點蝕、疲勞剝落、磨損、塑性流動、膠合以及齒根裂紋,甚至斷齒等故障。據(jù)統(tǒng)計齒輪常見故障的發(fā)生比例為：斷齒占41的比例，點蝕為31。劃痕和磨損各為10，其它原因

7、為8。由此可見斷齒和點蝕是齒輪故障的主要方式。下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； 1.疲 勞 1. 局部斷齒 2. 過 載 3. 沖 擊 1. 過 載 2. 磨 損 2. 潤滑劑不潔齒輪輪齒 1. 齒面硬度低 3. 點 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、 風電齒輪箱的維護使用風力發(fā)電機組中齒輪箱的運行維護是根據(jù)生產廠家的要求，需要進行日常和定期維護，特別是在齒

8、輪箱運行過程中，對運行出現(xiàn)異常的齒輪箱，要及時記錄有關運行數(shù)據(jù)，并與運行正常的齒輪箱相比較，這樣，有利用問題的發(fā)現(xiàn)。問題能及時處理，從而會降低風力發(fā)電機組齒輪箱的運行維護費用。下面我們以我公司600KW風電齒輪箱為例，介紹說明風電齒輪箱在使用和維護時應該注意的一些問題。（一）、技術參數(shù)表1、 產品型號： FL6002、 額定功率： 645kW3、 額定輸入轉速： 26.8r/min4、 額定輸出轉速： 1517r/min5、 傳動比： 56.66、 潤滑油牌號： SHC3207、 總裝油量： 230-250L8、 重量： 10000kg（二） 齒輪箱結構簡介齒輪箱的結構原理圖見上圖。結構上采用

9、行星平行軸混合傳動的緊湊結構；低速級轉速低，扭矩大，采用行星傳動，且主要以太陽輪浮動均載為主。第二級、第三級扭矩小得多，采用斜齒傳動，能有效的保證葉尖高壓油通道。其具體原理為：首先，通過風帶動葉片轉動，葉片輪轂把轉速傳到輸入軸（1）上。通過輸入軸（1）上的花鍵把力矩傳到行星架（2）上，行星架通過內齒圈（3）行星輪（4）和太陽輪（5）組成的行星傳動傳到太陽輪（5）上，太陽輪（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速傳到發(fā)電機上，供發(fā)電機發(fā)電。（三）

10、 齒輪箱的使用要求齒輪箱交付時已放凈潤滑油齒輪箱內部涂有防銹油，當存放在干燥溫度均勻的庫房內有效期為六個月。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。輸入轉向和輸出轉向均有轉向標牌，并用箭頭表示。齒輪箱的可調部位在出廠前均已調定（如閥件、噴嘴、壓力控制器等）；在特殊情況下，現(xiàn)場可作進一步調整。未經許可擅自拆開齒輪箱而造成的任何損失，本公司恕不承擔任何責任。（四） 起吊、運輸和安裝a) 起吊整臺齒輪箱時必須同時用箱體上4個專用吊耳進行起吊。b) 齒輪箱存放時應水平放置并固定在支座上；運輸時用專用銷軸固定輸入法蘭，防止低速振蕩對齒輪箱內部件的破壞。c) 中間貯存時，齒輪箱在露天存放必

11、須棚布或頂棚遮蓋。d) 增速箱安裝基礎要有足夠的剛度。（五） 螺栓的擰緊力矩根據(jù)我公司廠內的標準，對大小不同、級別不同的螺栓，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搬手的力矩。螺栓大小用扭力搬手的力矩N.m用沖擊傳動搬手的力矩N.m8.810.912.98.810.912.9M82130.436.319.627.934.3M1042.160.874.539.655.968.6M1273.5104.9128.467.697119.6M14114.7166.6203.8107.8154.8189.1M16176.4254.8310.7166.6235.2289.1

12、M18250.8356.7431.2233.2331.2401.8M20357.7509.6617.4333.2470.4568.4M22480.2676.2833441637774.2M24617872.21058568813.4980M279021284156884311961460M30121517352127113716171970M36212730183695197028133440M42339148315929314644885508M48514573218918478268118330M5266159408114666174877110682M568232117601430876

13、441092713328M609996143081744493101327916219M64123481754221364114661631719894M68148962116825872138181969824010（六） 試運行所有齒輪箱均在本公司內經試車檢驗合格，控制裝置和控制閥均調整好（除電磁閥）。交付時齒輪箱內存油以放凈，內部用防銹油保護。該油可與齒輪箱潤滑油混合而不影響使用性能。在試運轉前注入規(guī)定牌子的潤滑油，油位嚴格按齒輪箱上油標進行注油。注意加油嚴格防止異物進入齒輪箱。（七） 潤滑要求1、潤滑系統(tǒng)技術參數(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）

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

15、宜。（2）、為保證冷卻效果，油/風冷卻裝置應安裝在通風處。（3）、中間連接膠管按相關的液壓、潤滑安裝規(guī)范進行安裝，保證各連接處不泄漏。（4）、供油裝置投入運行前，必須確認齒輪箱內部清潔度達到NAS10級。4、使用與維護（1）、首次啟動時應注意電機轉向是否正確（從電機風葉處觀察為順時針）。（2）、供油裝置泵出口設有測壓點，可用測壓表（用戶自備）檢測泵的出口壓力。（3）、供油裝置上裝有濾油器污染發(fā)訊器，當濾油器進出油口壓差達到3bar時，污染發(fā)訊器發(fā)出電訊號，同時污染發(fā)訊器上也有燈光顯示，此時應及時更換濾芯。如果更換濾芯不及時，濾油器進出壓差達到4.5bar時，濾油器旁通閥將會開啟，此時濾油器將失

16、去過濾作用。（4）、濾芯的更換過程：更換濾芯時必須確認供油裝置處于停機狀態(tài)，濾油器必須卸壓（壓力表顯示0bar狀態(tài)）?？梢酝ㄟ^擰松濾筒底部的排油螺塞卸壓（工作時螺塞必須擰緊）。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，重新啟動工作，注意觀察壓力表工作壓力。（八） 維護保養(yǎng)規(guī)范的維護要求：1、 潤滑：1 不同型號的油品不可混用。2 用加油槍加注潤滑脂時，不要使用油槍第一槍打出的油。加油前清潔油嘴。3 與液壓油或潤滑油接觸時，應帶上耐油橡膠手套，防止對人皮膚的腐蝕。4 每次上風機

17、，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，及時換油。7 將廢油及時清理，集中處理。切勿隨手丟棄，注意保持環(huán)境清潔！2、 500小時運行維護清單日 期： 年 月 日項 目內 容標 準記 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尺、油位傳感器為依據(jù)齒輪油過濾器檢查無“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、調整閘間隙閘墊厚度大于2mm；閘間隙0.8mm3、 2500小時運行維護清單日 期： 年 月 日項 目內 容標 準記 錄齒輪箱

18、/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）等括號中的內容指禁固螺栓時需要的扳手開口尺寸4、 5000小時運行維護清單日 期： 年 月 日項 目內 容標 準記 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年檢測油品的質量齒輪箱油過濾器如報故障須更換備注：M16（24）等括號中的內容指禁固螺栓時需要的扳手開口尺寸5、 齒輪箱潤滑系統(tǒng)維護a) 檢查齒輪箱油位控制繼電器l 齒

19、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，觀測觸點的輸出狀態(tài)是否有變化。b) 檢查潤滑泵站齒輪油潤滑泵站結構緊湊，壓差發(fā)訊器、安全閥、電機泵和過濾器集成在一個底座上，可靠性高。維護時應注意：l 檢查泵站管路接頭的泄漏情況。l 在電機-泵運轉時注意是否有異常噪音。l 壓差發(fā)訊器動作或濾芯使用12個月后，需要更換濾芯。l 更換濾芯先關斷手閥，防止油泄漏。然后旋開過濾器上的4個星形手柄螺絲，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) 檢查潤滑油散熱器l 檢查潤滑油散熱器是否存在泄漏/裂紋等情況。l 檢查散熱風扇的運轉是否正常。d) 齒輪油的取樣檢測應定期對油品進行檢測（見定期檢查表）。需要時可隨時進行齒輪油取樣檢測。l 準備好干凈的取樣瓶，貼注標簽。l 采樣時風機應持續(xù)運轉，潤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 填寫標簽內容，包括：風機號/齒輪箱編號/采樣者姓名/采樣日期/齒輪油服役小時數(shù)。將油樣盡快送交油品供應商或專業(yè)的油品分析部門進行測試。l 應在3周內或最多在風機運行500小時以內得到檢測報告。 e) 齒輪油更換和添加如果測試結果表示需要更換齒輪