我國在十幾年的風電裝機容量快速增長，風力發電機組設備已開始逐漸進入疲勞壽命的中期，而增速箱是雙饋型風力發電機組中的重要傳動部件，本文主要對風電機組增速箱的齒輪故障進行淺層的分析說明。

 

 

風電機組增速箱是風電機組的關鍵部件，位于葉輪和發電機之間，將葉輪受風力作用產生的扭矩傳遞給發電機，同時將葉輪較低的輸入轉速(兆瓦級機組一般低于20r/min)變速為滿足發電機發電所需的轉速。因此，風電機組增速箱是-種受隨機載荷的，在強陣風的沖擊載荷條件下工作的低速、重載、增速齒輪傳動裝置。由于風力發電機組齒輪箱長期處于惡劣條件下，隨著運行時間變長會出現粘附磨損、腐蝕磨損、表面疲勞磨損、微動磨損和氣蝕等問題，輕則導致潤滑油失效，重則導致軸、軸承、輪齒的斷裂，進而風電機組停機。在變速變載這樣的情況下，還會出現輪齒折斷、齒面點蝕等的情況。

 

 

一般增速齒輪箱主要故障為齒輪、軸承、軸、箱體、緊固件、油封等。齒輪故障約為50%，主要損壞形式有:斷齒、點蝕、膠合、磨損、疲勞裂紋等;軸承故障約為20%,主要損壞形式有：燒傷、滾珠脫落、保持架變形、磨損等；軸故障約為10%，主要損壞形式有：斷裂、磨損等；箱體故障約為10%，主要損壞形式有：變形、裂開、磨損等，其余為緊固件及油封等，主要為斷裂、磨損等[2]。

 

 

增速箱的設計使用壽命雖為20年，但保證此壽命的前提肯定需要定期對增速箱做好保養和維護措施，所以及時診斷故障和對設備進行維護至關重要，可以從以下幾個方面預防齒輪箱缺陷發生和檢測增速箱的運行狀態及劣化趨勢。

 

 

日常齒輪箱的維護主要是對整體外觀、附件、電氣接線、潤滑油狀態、運行工況等進行檢查和處理。定期維護則需要輔助以器械、儀表及委托檢驗的方式開展維護，重點要做好齒輪箱的外觀和內部檢查、SCADA數據故障統計分析、軸系對中校核、潤滑油取樣化驗。對發現有異常的增速箱，建議通過可以輔助內窺鏡檢查和振動分析儀的測量，強化齒輪箱內部嚙合部件運行狀況的檢查和測量。

 

 

風電機組增速箱潤滑油的主要污染包括顆粒物，水和氧化產物等污染物，風機齒輪箱運行時的清潔度等級要求達到ISO17/15/12標準，污染度超過標準，舊需要更換新油或者使用更高精度的濾油裝置滿足需求。一般的風機設備制造商都會應用傳統的在線潤滑過濾系統控制油中的顆粒污染，但濾除精度一般在10-50μm，對已生成的氧化物暫無有效清除，水分污染主要依靠帶除濕功能的空氣呼吸器防范和控制，未過濾掉的細小顆粒物進入齒面和軸承間隙中會造成齒輪和軸承的磨損以及加速失效。可安裝精度更好、功能齊全的離線式精濾系統作為補充，可有效去除微小的顆粒物，去除已生成的氧化物，并有效控制水污染，保證潤滑油的清潔度維持在正常水平，延遲油品和機型設備的壽命。

 

 

風機所使用的齒輪箱內部結構復雜，其維護成本和故障率相對較高。在這樣的情況下，在線振動監測系統夠有效、有針對性的對增速箱進行狀態監測。監測、及時識別增速箱內各個齒輪和軸承的運行狀態，發現故障的早期征兆，及時安排檢修。監測產品除需具備基本的齒輪和軸承的故障特征頻率的采集和的包絡分析等基本手段之外，還能針對增速箱內部齒輪嚙合產生的金屬粒子所引起的沖擊和沖擊能量等非常有價值的數據有捕捉能力，并能夠通過齒輪箱內部的金屬顆粒所引起的沖擊和沖擊能量直接反應出齒輪箱的磨損狀況和當前的工作狀態。

 

 

由于增速箱內部結構緊湊，人工通過視孔蓋不能觀察到增速箱的所有齒輪和軸承部位，對于無法觀察到的部位可通過內窺鏡進行檢查，建議運行5年內的風電機組至少保證一年一次和運行5年以上機組保證一年兩次的全風場增速箱內窺鏡巡檢工作。內窺鏡具有攜帶方便、清晰度高的特點,利用探頭探測齒輪箱內部的軸承及齒輪，停機打開窺視孔，將探頭伸入箱體內，逐一檢查部件,可以及時發現故障部位。

 

近十年來隨著風電機組裝機數量的不斷增加，機組投運時間的累積，雙饋式風電機組的增速箱是重要的機械傳動部件，因其工況復雜，交互載荷變換頻繁，增速箱損壞的數量也不斷出現。通過增速箱常規檢測維護和新技術的不斷相結合，認真進行設備保養，預防和判斷設備故障發生的趨勢和劣化，可以有效降低齒輪箱故障的發生率，保障機組的安全可靠運行。
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