風力發(fā)電機組齒輪箱故障診斷

    摘要:通過對不同齒輪箱振動頻譜的檢測結(jié)果的分析，論述了判斷齒輪箱由于長期處于某些惡劣條件下，如交變載荷或潤滑油失效，引起的齒輪和軸承損壞的檢測方法。分析了齒輪箱出現(xiàn)故障的原因以及應(yīng)采取的措施。
    關(guān)鍵詞：風電機 齒輪箱 軸承 狀態(tài)檢測 
    一、風電機組齒輪箱的結(jié)構(gòu)及運行特征 
    我國風電場中安裝的風電機組多數(shù)為進口機組。近幾年來，一批齒輪箱發(fā)生故障，有些由廠家更換，也有的由國內(nèi)齒輪箱專業(yè)廠進行了修理。有的風場齒輪箱損壞率高達40~50%，極個別品牌機組齒輪箱更換率幾乎接近100%。雖然齒輪箱發(fā)生損壞不僅僅在我國出現(xiàn)，全世界很多地方同樣出現(xiàn)過問題，但在我國目前風電機組運行出現(xiàn)的故障中已占了很大比重，應(yīng)認真分析研究。
    1)  過去小容量風電機組齒輪箱多采用平行軸斜齒輪增速結(jié)構(gòu)，后來為避免齒輪箱造價過高、重量體積過大，500kW以上的風電機組齒輪箱多為平行軸與行星輪的混合結(jié)構(gòu)。由于風電機組容量不斷增大，輪轂高度增加，齒輪箱受力變得復(fù)雜化，這樣就造成有些齒輪箱可能在設(shè)計上就存在缺陷。
    2) 由于我國有些地區(qū)地形地貌、氣候特征與歐洲相比有特殊性，可能對標準設(shè)計的齒輪箱正常運行有一定影響。我國風電場多數(shù)處于山區(qū)或丘陵地帶，尤其是東南沿海及島嶼，地形復(fù)雜造成氣流受地形影響發(fā)生崎變，由此產(chǎn)生在風輪上除水平來流外還有徑向氣流分量。我國相當一部分地區(qū)氣流的陣風因子影響較大，對于風電機組機械傳動力系來說，經(jīng)常出現(xiàn)超過其設(shè)計極限條件的情況。作為傳遞動力的裝置-齒輪箱，由于氣流的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致齒輪箱長期處于復(fù)雜的交變載荷下工作。由于設(shè)備安裝在幾十米高空，不可能容易地送到工廠檢修，因此經(jīng)常進行狀態(tài)監(jiān)視可以及時發(fā)現(xiàn)問題，及時處理，還可以分析從出現(xiàn)故障征兆到徹底失效的時間，以便及時安排檢修。
     3) 在我國北方地區(qū)，冬季氣溫很低，一些風場極端(短時)最低氣溫達到-40℃以下，而風力發(fā)電機組的設(shè)計最低運行氣溫在-20℃以上，個別低溫型風力發(fā)電機組最低可達到-30℃。如果長時間在低溫下運行，將損壞風力發(fā)電機組中的部件，如齒輪箱。因此必須對齒輪箱加溫。齒輪箱加溫是因為當風速較長時間較低或停風時，齒輪油會因氣溫太低而變得很稠，尤其是采取飛濺潤滑部位，無法得到充分的潤滑，導(dǎo)致齒輪或軸承短時缺乏潤滑而損壞。如果機艙溫度也很低，那么管路中潤滑油也會發(fā)生流動不暢的問題，這樣當齒輪箱油不能通過管路到達散熱器，齒輪油溫會不斷上升直至停機。
    歸納起來，我們可以分析在我國風電場經(jīng)常發(fā)生齒輪箱故障可能主要有以下原因：
    1、齒輪箱潤滑不良造成齒面、軸承過早磨損