摘要：近年来我国风电企业进入快速增长阶段，随着运行时间不断增长，风力发电机组逐步进入疲劳寿命的中、前期。对于双馈型风力发电机组来说，如何在设备运行期间做好齿轮箱维护和故障分析显得尤为重要。本文汇总风力发电机组齿轮箱在运行期间的常见故障，并有针对性的进行分析总结，提出具有可行性的预防手段。
关键词：风力发电机组；齿轮箱；故障分析；
1 风力发电机组齿轮箱概述
风力发电机组的增速齿轮箱是整机的重要机械部件，其主要功能是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。作为风力发电机组主要传动关键部件，齿轮箱位于风轮和发电机之间传递动力提高转速，是一种在无规律变向载荷和瞬间强冲击载荷作用下工作的重载齿轮传动装置。风力发电机组俯视图如下。
2风力发电机组齿轮箱常见故障
2.1 齿面磨损
（1）接触表面上的金属以一定的速率缓慢的损耗而造成的正常磨损或磨光，在预期寿命内，它将不影响齿轮的正常使用
（2）齿轮在长期的重负荷作用下发生的破坏，属于中度磨损，是金属的较快的损耗，这种磨损会产生破坏并降低齿轮的使用寿命；
（3）齿面的损坏很容易降低轮齿的使用寿命，并导致平稳性受到破坏；
（4）在齿轮高速运转的过程中，一些细颗粒进入到轮齿的啮合中引起损坏。
2.2 胶合
胶合是相啮合齿面在啮合处的边界膜受到破坏，导致接触齿面金属融焊而撕落齿面上的金属的现象[4]。其产生的主要原因就是齿轮箱在重载和高速传动下，在齿面高温啮合区产生的润滑不良或者干涉，导致两个啮合的齿面熔焊在一起。
2.3 点蚀
齿轮实际切合过程中，在脉动力和重载荷的作用下齿面深处产生循环变化的剪应力，在超过轮齿材料的疲劳极限时，在齿面的接触面上会产生疲劳裂纹，进而导致齿面细小金属片的剥落，形成小坑，这种现象称之为点蚀，严重时齿面上会形成大块金属连片剥落。
2.4 断齿
轮齿折断常由根部细微裂纹在周期性应力作用下逐步扩展而成，齿轮在工作中发生严重的冲击、偏载、局部应力过大、硬质异物落入啮合区、材料严重缺陷等问题也会引起断齿现象。
2.5 轴承损坏
轴承在运转过程中长期受到重载和交变载荷的影响，在交变冲击的作用下轴承可能发生各种损坏。另外安装偏心、润滑不良、油膜震荡、维护不周等方面的原因都可能引起轴承故障。
2.6 渗漏油
渗漏油是齿轮箱传动系统中常见故障，漏油会影响齿轮、轴承等的润滑效果，使得各运动副零配件之间摩擦加剧，减少各零件的使用寿命，严重的漏油将使齿轮箱无法正常工作。在实际设备维护中，齿轮箱渗漏油主要是因为以下几个原因：
（1）密封件损坏或安装问题导致接合面密封不严；
（2）相对运动零件尺寸配合间隙过大或因为长期运动磨损使得间隙过大；
（3）箱体铸造有气孔、沙眼等缺陷；
（4）工作温度太高或润滑油黏度太低；润滑油管变形或细微裂痕导致油管漏油。
2.7 油温高
（1）齿轮箱油冷却回路堵塞、阀件损坏、散热器通风不畅；
（2）齿轮箱达到一定疲劳极限，效率下降严重超出冷却系统的设计极限；
（3）机舱内部温度较高，冷却效果急剧下降；
（4）润滑油润滑效果严重缺失，导致齿轮啮合效率下降，发热量增大；
（5）轮系布置不合理或轴系对中效果不好导致额外应力集中；
（6）温度传感器及传输回路本身问题或者其他设计缺陷。
3 风力发电机组齿轮箱常见故障的应对方法
3.1齿轮油压力低的解决措施
压力继电器故障或设定值有误时应更换压力继电器或修改设定值SM321模块故障时更换SM321模块。另外信号回路接线松动或脱落导致24V反馈信号丢失情况发生时可通过测量回路各个节点电压来查找故障点。最后如果散热器堵塞情况出现在油温上升到45℃以后，齿轮油经过45℃阀走散热器回路，由于油路堵塞，油分配器处没有压力导致。可更换散热器。
3.2 有效使用故障诊断技术
故障诊断技术始于机械设备，主要包含对设备的运行状态进行监测和在发生异常情况后对设备的故障进行分析、诊断两方面内容。风力机应具有一套独立于控制系统之外的保护系统，该保护系统在风力机超速、过载、过分振动等情况下应起作用。现在市场上技术比较成熟的齿轮箱故障诊断技术就是风电机组振动状态在线检测系统，其能够对设备的故障进行报警以及预测，有效评估机组机械传动部分运行状态，避免缺陷的扩大化，对设备的维护检修工作具有重要意义。
3.3轮油滤芯及齿轮油质量检查
根据手册的要求要在每一次更换齿轮油的过程中更换齿轮油滤芯，，并注意检查齿轮油质及齿轮箱运行过程中有无异常声音和现象。更换过程中查看滤芯内铁屑的情况，如果有大量铁屑，那么就要对齿轮箱进行细致检查。同时查看齿轮油的颜色，有必要的情况下对齿轮油进行化验检查分析。齿轮油检查过程中要做好记录，可通过测量回路各个节点电压来查找故障点。
3.4 齿面、轴承磨损状况处理
发电机组齿轮箱各零部件之间出现磨损状况是最常见的状况之一，齿面与轴承也不例外。磨损不可能完全不出现，我们能做的就是从磨损出现的原因上，减少磨损情况的出现。齿面、轴承出现磨损主要是由温度原因造成。一是因为温度过低时，其表面的润滑剂就会凝固，导致润滑失效，进而产生磨损；二是由于温度过高时，市面上的润滑剂的散热功能普遍不好，整个发电机组在高速运转过程中带来的热量会导致润滑剂失去原本润滑作用，也不能保护齿面与轴承。针对此状况，必须提高警觉，选择良好的润滑油，并且应提高齿面、轴承的润滑程度，以保证发电机组的运作都是在高强度润滑的作用之下。并且要时刻注意定期对润滑油的检查，定期更换润滑油等。
3.5轴承损坏处理
我国近些年在生产风力发电齿轮箱这一技术上取得了非常大的进步，但是存在的问题也非常多。齿轮箱的运作过程非常复杂，对各个零部件的质量要求也非常高，轴承作为至关重要的零部件之一，其安装过程和使用过程也要极其小心，不当使用会导致轴承的损坏和失效，进而影响其他零部件的正常运作。要想保护轴承，使齿轮箱一直处于高效率的工作范围，就应该从实际过程中统计的数据，选用承重系数较高的轴承，并定期更换不合格的轴承，避免轴承因负荷过重而导致损坏。
3.6齿轮箱振动故障处理
风力发电机的齿轮箱本身带有振动性质，其振动频率与齿轮箱发生故障紧密相连。在运作过程中，高强度的工作导致齿轮箱剧烈振动，进而引发齿轮偏心、断裂等状况，这些都将导致风力发电齿轮箱使用寿命的缩短。因此，我们必须从齿轮箱的特性着手考虑，使各零部件直接不会出现共振现象，并采取其他有效措施来减小振动，降噪。为了让齿轮箱振动合乎标准，安装减振支持设备是最简单直接的方式。减振支持可以减小冲击载荷，有良好的减振性能。
结束语
综上所述，风力发电机组齿轮箱的运行需要引起我们的重视，采取有效的手段正确预防设备故障和分析设备缺陷，是设备运行维护的重要环节。在风力发电机组中，齿轮箱是重要的机械传动部件，在预防故障发生时，相关人员应从风力发电机组运行管理方面，健全设备技术台账管理，有效开展技术监督管理，确保检测数据有效指导检修工作。
参考文献：
[1] 徐涛，2014中国风电装机容量统计[J].风能产业，2015（4）.
[2] 杨校生.风力发电技术与风电场工程[M].化学工业出版社，2012.
[3] 陈云花，大型风力发电机组运行状态检测研究[M].2009.
[4] 邵联合，风力发电机组运行维护与调试[M].化学工业出版社，2012.
[5] 马海泉，于洋.风机齿轮箱齿轮失效分析[J].材料工程，2009（11）.
论文作者:曹维斌
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/17
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