風力發電主齒輪箱質量控制技術要點的研究

劉超

南京高速齒輪制造有限公司 江蘇南京 211100

想要保證運行風電機組的有效壽命，就要對齒輪箱的整體質量做好保障。首先，穩健的設計可以確保齒輪箱在不同工況下都具備良好的可靠性；其次，控制零部件在制造過程中的質量，最后用合適的管理模式來保證上述要求均能夠被滿足和有效的實施，這些方式都為能夠安全有效運行風電機組打下基礎。

1 風電齒輪箱技術特點

風輪的轉速一定程度上影響著齒輪箱的轉速，為了確保整個機組在機構上的緊湊性，在設計時，采用行星轉動方式，與此同時還有平行軸齒輪的方式。在設計齒輪箱時，為了避免傳動比太高，優化實際方案，增強緊湊性，兆瓦級的風電機組多半選用了半直驅的方式。在齒輪箱中，幾個關鍵的產品性能指標有：1．頻率在0-200Hz，齒輪箱彈性支撐處的最大振動速度不能超過1．3mm/s；更高頻率時的振動速度不能超過0．75mm/s。2．兆瓦級以下噪音的控制小于88dB（A），兆瓦級以上最大噪音不能超過100dB（A）。3．機械效率大于97．5%。4．油液清潔度達到-/14/11的標準。齒輪箱這些關鍵性能指標的要求大大提高了裝配精度，但也增加了制作難度。風力發電機組一般情況下所用的齒輪箱傳動方式有，平行軸圓柱傳動、行星和平行軸傳動，還有功率混合傳動等。主要用來傳遞動力的構件有軸、齒輪、齒圈、齒輪軸、箱體等[1]。這些零件的材料各項指標和關鍵尺寸精度的控制要求必須達到標準，使其能夠承受機組各種惡劣的工況，延長機組的使用壽命。齒輪箱的工藝涉及材料熱處理、機械制造、動態仿真、3D檢測、噪聲與振動等方面的知識。一個齒輪是否能夠達到承載標準，是由外部載荷和內部對加工材料的工藝質量等條件決定的，所以，必須要對齒輪的制造和設計方面嚴格要求，用合理高效的控制方式來完成目標，從原材料控制、制造工藝控制、裝配實驗、油漆包裝運輸等等程序入手，嚴格把控細節。只有在大工業生產和完備的平臺下才能確保齒輪箱的質量安全穩定，與風力發電主機正常運行所要求的標準相符合。

1.1 齒輪箱制造過程質量控制

為了延長齒輪箱的使用壽命，確保風電機組安全穩定運行，就必須對齒輪箱的制造工藝嚴格管控[2]。

1.2 風電齒輪箱損壞類型分析

在實際中，齒輪箱使用時比較容易發生故障的部件是齒輪、齒軸和軸承，以及箱體和油封的密封。齒輪損壞時會出現點蝕、磨損以及產生裂紋等情況；而軸承損壞時會出現保持架變形，內部滾珠脫落，白點蝕等情況；軸如果發生損壞，會出現磨損和斷裂。作為高度復雜的組裝零件，它有著速度快，荷載大的特點，在實際運行中，因為密封不嚴密導致漏油或者潤滑油質量低導致在齒輪的內部會混入雜質，造成磨損[3]。

2 齒輪箱制造過程質量控制

首先，在控制齒輪箱制造所用的原材料質量方面，主要對鍛鋼和球墨鑄鐵件兩種材料的質量控制，從源頭把控材料化學成分、機械性能和探測其內部缺陷的大小和位置。其次，在熱處理方面，以滲碳層來說，要把握好其硬度、深度以及奧氏體級別等情況。以調質件來說，要控制好他的機械性能，檢查它的硬度。以氮化件來說，要對它的層深和硬度進行控制。無損檢測方面，調質件和行星架等都需要進行無損檢測，滲碳件粗加工之后要利用超聲波探傷或水浸探傷，磨后要利用磁粉探傷和酸洗侵蝕檢驗。再次，齒輪箱機械加工的控制，要注意在零部件在尺寸和形狀位置公差方面的控制，如行星架的安裝孔需要利用三坐標檢測其形位公差，齒輪、齒軸和齒圈需要利用齒輪檢查儀檢測齒輪精度各項指標，確保每個部件的精度等級符合標準要求。在裝配和試驗的質量控制，要按照圖紙和標準作業指導書，仔細檢查裝配間隙和配合的要求，重點監控著色和清潔度，在產品空載或加載試驗過程中，重點監控齒輪箱振動、噪音和溫升等性能指標，并記錄所有試驗數據。

3 大質量閉環管控

為實現上述產品技術性能指標和制造過程要求，齒輪箱制造商需要利用合理的管理體系對全過程質量進行整體的把控，這種質量管控不再僅僅限于生產和研發，而是整體產業各環節都應全面參與，在產品和服務流程中進行優化，在財務、員工成長、企業可持續發展和社會責任等方面進行權衡，以達到超越顧客期望的產品和服務的目的。為此，需要在以下幾方面進行大質量閉環管控。首先，在設計質量方面，應建立系統化的新產品開發流程，應用全生命周期管理系統從產品開發體系保證產品設計可靠性。其次，在風力發電主機廠商的客戶需求滿足層面，需時刻關注客戶滿意度，尋找持續改進的機會。通過PPAP嚴格控制新產品的質量風險，確保新品項目質量滿足客戶要求。在服務領域，需搭建高效的服務系統及專業化的服務團隊，提供全方位運維。再次，在產品過程控制方面，應建立了多層次的審核監督機制，保證過程及產品的有效性、穩定性。同時通過7M管理從人、機、料、法、環、測等環節確保每個過程的穩健。質量的改進關鍵在于預防，這方面需要引入信息化、智能化建設，對數據進行自動采集、分析，實現預防性的過程控制。

4 結語

齒輪箱作為整個風力發電機組中最為關鍵的零部件之一，需要對它的全過程進行嚴格把控、保證質量。齒輪箱質量控制包含很多方面，如原材料、零部件加工、裝配試車以及最終的噴涂包裝和運輸，這些環節都需要確保萬無一失。在了解齒輪箱的技術特點后，明確質量控制的各個環節要點，讓生產出來的齒輪箱可靠性更高，在風電機組中發揮出應有的作用。齒輪箱的高性價比是最終所追求的目標，這就需要積極地開展研究，在制造工藝上不斷完善，在設計和制造中積累經驗并及時總結，與風電主機廠商建立良好的溝通機制，增強對信息數據庫的應用來對生產實踐和整體質量控制進行指導才具有現實意義。