風力發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。分析了齒輪箱出現故障的原因以及應采取的措施。
    關鍵詞：風電機 齒輪箱 軸承 狀態檢測 
    一、風電機組齒輪箱的結構及運行特征 
    我國風電場中安裝的風電機組多數為進口機組。近幾年來，一批齒輪箱發生故障，有些由廠家更換，也有的由國內齒輪箱專業廠進行了修理。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%。雖然齒輪箱發生損壞不僅僅在我國出現，全世界很多地方同樣出現過問題，但在我國目前風電機組運行出現的故障中已占了很大比重，應認真分析研究。
    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構，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構。由于風電機組容量不斷增大，輪轂高度增加，齒輪箱受力變得復雜化，這樣就造成有些齒輪箱可能在設計上就存在缺陷。
    2) 由于我國有些地區地形地貌、氣候特征與歐洲相比有特殊性，可能對標準設計的齒輪箱正常運行有一定影響。我國風電場多數處于山區或丘陵地帶，尤其是東南沿海及島嶼，地形復雜造成氣流受地形影響發生崎變，由此產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，經常出現超過其設計極限條件的情況。作為傳遞動力的裝置-齒輪箱，由于氣流的不穩定性，導致齒輪箱長期處于復雜的交變載荷下工作。由于設備安裝在幾十米高空，不可能容易地送到工廠檢修，因此經常進行狀態監視可以及時發現問題，及時處理，還可以分析從出現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，冬季氣溫很低，一些風場極端(短時)最低氣溫達到-40℃以下，而風力發電機組的設計最低運行氣溫在-20℃以上，個別低溫型風力發電機組最低可達到-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常發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