风电机组齿轮箱维护与检修案例分析.docx

摘要：随着风电行业的发展，国内第一批变桨距异步风电机组普遍已装机运行超过十年，其中齿轮箱作为传动系统中最重要的一环，长期工作在大扭矩、高转速并伴有阵风冲击过载的工况下，对齿轮箱的维护与检修成为其延长使用寿命，保证安全稳定运行的关键。

Abstract:Withthedevelopmentofthewindpowerindustry,thefirstbatchofvariablepitchasynchronouswindturbinesinChinahavegenerallybeeninstalledandoperatedformorethantenyears.Asthemostimportantpartofthetransmissionsystem,thegearboxoperatesunderhightorque,highspeed,andgustoverloadconditionsforalongtime.Maintenanceandrepairofthegearboxhavebecomethekeytoextendingitsservicelifeandensuringsafeandstableoperation.

关键词：海岛风电；齿轮箱；维护与检修；维修案例。

Keywords:Islandwindpower;Gearbox;Maintenanceandrepair;Repaircases.

在我国的能源结构不断优化的背景下，新能源发展迅速，尤其是风力发电这一主要新能源的发展尤其引人注目。因风电机组通常安装在高山、旷野、海滩、海岛等区域，受到随机变化的风力、大风、酷暑高温、冬季低温以及极端温差等多种因素的共同作用，再加上恶劣的自然环境、恶劣的交通条件，齿轮箱安装在塔楼顶部狭窄的区域，发生事故后维修难度大，因此对其可靠性与服役寿命均有较高的要求。比如，部件的材质不仅要满足在正常条件下的力学性质，还要满足在较低温度时的耐冷脆等特征；要使传动盒运转顺畅，不受震动、震动；保持足够的润滑状态，如此类推。冬季和夏季温度差异较大的区域，应设置适当的供暖、冷却设备。此外，还可以建立监测站点，便于远程控制操作及对其润滑状况进行观测。

一、齿轮箱情况简介

（一）一级行星两级平行轴结构。该结构主要应用于2兆瓦及以下风力发电机组增速齿轮箱。它是一级行星轮与二级并联轴轮系组合而成的一种典型变速器。该齿轮箱采用前箱盖板上两个法兰孔中的弹性套筒支承在托架上，变速箱低速级的托架由膨胀套连接到机组的大轴上，每三个行星轮把动力传递给太阳轮，然后由内啮合传动装置把动力传递到后箱内的一阶平行轴，然后由第二级并联轴传动到高转速的输出轴，最后通过挠性联轴器与发电机相连。齿轮箱输出轴端装有制动法兰供安装系统制动器用

该结构降低了行星齿轮及轴承的失效风险，增强了齿轮箱整体的可靠性，高精度的啮合运行也对轮齿制作工艺及装配精度提出了更高的要求。但不足之处在于增加了齿轮箱的体积与重量。

两级行星一级平行轴结构。该结构主要应用于2兆瓦及以上风力发电机组增速齿轮箱。它结合了行星传动和定轴传动两种形式的优势，使得整个齿轮箱体积小、质量小、结构紧凑，载重容量大，传动比大，运转平稳，抗冲击、抗震动性能较好。

二、齿轮箱常见故障及原因分析

主齿轮箱设计寿命为20年，但这是在理想条件下。由于现实工况复杂，实际使用寿命与设计寿命存在较大差异。风力发电机齿轮箱的主要故障有：润滑系统失效、齿轮损坏、油渗漏、机油压力不正常、变速箱异响、振动过大、轴承损坏、运行不正常、轴断裂、连接螺栓损坏等。

（一）轮齿损伤

齿轮的损伤形式有：齿面腐蚀、表面粘结、大面积磨损、表面剥落、断裂等。针对齿轮的损伤，各种研究机构及业内人士均有比较统一的观点，认为在服役过程中，最常见的损伤形式仍然是齿面损伤，由早期的微点蚀发展至大范围的点蚀、剥落或磨损。

微点蚀一般多发生于低速级，其它级发生的情况偏少。其产生的根源往往与转速、负载等工况条件相关，面对突然的强阵风，变桨系统控制逻辑存在延迟，无法实时收桨控制风轮扭矩，导致齿轮箱输入载荷突变，造成齿面损伤。另外，齿面的粗糙度以及润滑油的清洁度、水分含量、粘度和油脂的粘度等也会对微点蚀的形成起到一定的作用[2]。不完全的润滑还会使齿面之间的润滑状况变差，从而导致轮齿表面的磨擦加重及微点蚀的产生。由于齿轮的强度设计不合理、加工工艺达不到标准、齿面硬度程度不高，均会造成轮齿表面腐蚀。

图一为长白风场机组内窥镜检查发现的高速轴齿面剥落情况。

图一高速轴齿面剥落

断齿往往是从细小的裂缝中逐渐发展出来的。突然的大风