風力發電機組齒輪箱的維護與監測

趙盈潔

摘要：風電特有的間歇性和波動性，受無規律的變向變負荷的風力作用以及強陣風的沖擊，常年經受酷暑嚴寒和極端溫差的影響，對于一個風場而言，如何降低發電成本，提高風電機組的可利用率，延長機組的使用壽命成為一個刻不容緩的問題。

中圖分類號：TM315文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2012)04(a)-0000-00

風能做為一種清潔能源，越來越受到人們的重視，同時風力發電場建成周期短，在我國特別是近些年，風能的利用有了突飛猛進的發展。由于風電特有的間歇性和波動性，一般來說風力發電機組都安裝在高山，荒野，海灘等大風地帶，受無規律的變向變負荷的風力作用以及強陣風的沖擊，常年經受酷暑嚴寒和極端溫差的影響，所以對于一個風場而言，如何降低發電成本，提高風電機組的可利用率，延長機組的使用壽命成為一個刻不容緩的問題。

風力發電機組中齒輪箱是一個重要的機械部件，其主要功能是將風輪在風力作用下所產生的動力傳遞給發電機并使其得到相應的轉速，通常風輪的轉速很低，遠達不到發電機發電所需求的轉速，必須通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實現，故也將齒輪箱稱之為增速箱。齒輪箱安裝在塔頂的狹小空間里，一旦出現故障修復非常困難，我風廠的齒輪箱因故障損壞了三次，對發電量都有一定的影響，因為是老型號，有的工廠根本不生產，備件去維修就要停機幾個月的時間，影響了風電量。所以對齒輪箱的可靠性和使用壽命都提出了比一般機械高得多的要求，例如對構件材料的要求，除了常規狀態下機械性能外，還應該具有低溫平穩工作，防止振動和沖擊，保證充分的潤滑條件等。因此加強齒輪箱的研究，重視對其進行維護保養的工作，顯得尤其重要。

1總體結構

我廠使用的齒輪箱來自兩個不同的生產廠家，分別是芬蘭VALMET和BROOX-HANSEN,讓我們來共同探討一下齒輪箱的總體結構：

1.1齒輪箱：當電機以同步速度轉動時(即50HZ/500RPM)齒輪箱的比率選擇的是低速軸轉速以配合葉片的最佳葉尖速度。當風速在15—16米/秒和更高額定輸出達到時，葉片葉尖速度和葉尖角度的組合保證了風機通過失速自動進行功率控制。

1.2、齒輪箱室：齒輪箱的負荷和作用力通過一邊一個的支撐點傳送到塔筒和地基，這些支撐點裝有堅固的橡膠襯套，可進一步降低風機發出的噪音和振動。齒輪箱根據電機速度提升主軸轉速和轉子轉速，剎車盤裝在齒輪箱后端的高速軸上。一個分體套管固定了一個法蘭，剎車盤用螺栓固定在法蘭上，高速軸與電機通過一個揉性聯軸器連接，在齒輪箱室的頂部有一個可移動的檢查口。

1.3 軸和齒輪

齒輪箱的低速主軸是空心的，它包入了轉子軸的后部，轉子軸用高強度的分體套管固定。這個轉子軸和齒輪箱的特殊連接，形成了一個簡單的三點懸掛裝置排除了校正的麻煩。

1.4 滾柱軸承

齒輪箱中的所有軸承都是高品質的，選用的軸承類型可以在軸向進行軸向移動，而沒有軸不平行運動的危險，也不需要進行軸向調節，高速軸的尾部軸承上裝有一個PT-100傳感器，可提供軸承溫度信息。

2 常規監測技術

檢測齒輪箱等高頻沖擊類故障也可以用頻譜分析法，雖然風力發電機組的設計使用壽

命一般是20年，但是據實際統計，齒輪箱的平均壽命僅為3-5年。齒輪箱的價格和維修費用也很高，還要加上停機所帶來的損失。所以要通過各種間接手段，評估機組運行狀態，在故障發生之前便發出警告，從而可以準確判斷故障發生時間，合理制定維修計劃，開展維修任務。即縮短了非計劃停機的時間，又避免了關聯部件的操作，同時節省不必要的備件成本、維修成本，從很大程度上提高了經濟效益。

3日常的維護與保養

運行人員登機工作時應對齒輪箱箱體表面進行清潔，進行巡視檢查時要注意齒輪箱的動靜，如有異常立即登塔檢查，象我公司2011年3月份10號風機發生的齒輪箱故障就是在例行的巡視檢查中發現的。檢查箱體及潤滑管路有無滲漏，具體工作任務包括，外敷的潤滑管路有無松動，由于風電機組振動較大，如果外敷管路固定不良將導致管路接頭密封損壞甚至管路斷裂。此外，還要注意箱底放油閥有無松動和滲漏，避免放油閥松動和滲漏導致的齒輪油大量外泄。

3.1 第一次換油應在首次投入運行500小時后進行，以后的換油周期為每5000-10000小時，在運行過程中也要注意箱體內油質的變化，定期取樣化驗，若油質發生變化，由油標尺或油位窗檢查油位及油色是否正常，發現油位偏低應及時補充。若發現油色明顯變深發黑時，應考慮進行油質檢驗，并加強機組的運行監視。遇有濾清器堵塞報警時應及時檢查處理，在更換濾。芯時應徹底清洗濾清器內部，有條件最好將濾清器總成拆下在車間進行清洗、檢查。安裝濾清器外殼時應注意對正螺紋，均勻用力，避免操作螺紋和密封圈。

3.3取樣

⑴停機10分鐘內油溫在40度以上自排油口取出油樣0.5升。⑵避免停機時間過長，油內雜質產生沉淀，造成油樣不準確。⑶記錄：發電量/運行時間/取樣時油溫/編號

3.5定期保養維護

風電機組定期保養維護內容主要包括：齒輪箱連接螺栓的力矩檢查、齒輪嚙合及齒面磨損情況檢查、傳感器功能測試、潤滑及散熱系統功能檢查、定期更換齒輪油濾清器，油樣采集等。

4齒輪箱運行過程中常見故障的處理

4.1 齒輪油泵過載

常見故障原因：齒輪油泵過載多發生在冬季低溫氣象條件之下，當風電機組故障長期停機后齒輪箱溫度下降較多，齒輪油粘度增加，造成油泵啟動時負載較重，導致油泵電機過載。

處理辦法：出現該故障后應使機組處于待機狀態下逐步加熱齒輪油至正常值后再啟動風機，避免強制啟動風電機組，以免因齒輪油粘度較大造成潤滑不良，損壞齒面或軸承以及潤滑系統的其它部件。

注意事項：新疆風電廠發生過冬季低溫工況下，直接啟動故障停機多日的機組，因齒輪油溫度偏低，粘度增大，使潤滑系統工作壓力升高，波動較大，導致濾清器密封圈損壞，齒輪油外泄。

4.2 齒輪油溫度過高

常見故障原因：齒輪油溫度過高一般是因為風電機組長時間處于滿發狀態，潤滑油因齒輪箱發熱而溫度上升超過正常值。處理方法：出現溫度接近齒輪箱工作溫度上限的現象時，可敞開塔架大門，增強通風降低機艙溫度，改善齒輪箱工作環境溫度。若發生溫度過高導致的停機，不應進行人工干預，使機組自行循環散熱至正常值后啟動。有條件時應觀察齒輪箱溫度變化過程是否正常、連續，以判斷溫度傳感器工作是否正常。根據已有風場運行經驗，經常觀察齒輪箱油溫變化，可在一定程度上預知齒輪箱的潛在故障，以便及早發現，及時處理，以防止事故擴大。

4.3低溫時，應考慮妥善的加熱方法，以及良好的散熱系統。

4.4應不斷檢查潤滑部位是否充分得到潤滑，以及潤滑劑是否有雜質，是否已經失效。更新潤滑油時，廠家提供的油品純度（清潔度）不能滿足風機齒輪箱的清潔度要求，應用過濾器進行過濾后，再注入齒輪箱。

5小結：

齒輪箱在風力發電機組中有很重要的作用，所以要加強對齒輪箱的運行管理及日常維護，把故障消滅在萌芽狀態，從而提高風電機組的可靠率及降低發電成本，也大大地減少了維護成本。