摘要：本文将简单介绍风力发电机偏航系统，分析偏航齿轮箱断齿原因，并就相应的防控方法展开探讨，但愿能为风力发电机的稳定运行起到帮助。
关键词：风电机组；偏航齿轮箱；断齿
前言：
风能作为一种可再生的绿色能源，其开发利用受到了广泛重视，风力发电机逐渐成为人类社会中的重要发电设备。不过风力发电机在运行时容易出现偏航齿轮箱断齿问题，严重影响发电机正常运行。必须加强管理，降低风电机组偏航齿轮箱断齿几率，为我国风力发电事业的发展创造有利条件。
一、风力发电机偏航系统概述
风力发电机一般由风轮叶片、桨距系统、轮毂、低速轴、齿轮箱、高速轴及其机械制动器、发电机、机架、偏航系统、防雷系统、控制和安全保护系统、电气系统、液压系统、冷却元件、塔架、风速计及风向标等组成，其中偏航系统是极其重要的部分。偏航系统能够在风电机组风速矢量发生变化时及时、准确确定风向，从而对风轮进行调整，充分利用风力推动风机高效运行。与此同时，风力发电机的偏航系统还能为风机提供良好的锁紧力矩，从而保障风机安全、稳定。风力发电机偏航装置中的液压制动器与偏航减速器十分重要，二者共同作用使得风机产生偏航运动并以塔筒为中心旋转。而偏航制动器和偏航制动盘也能在摩擦片的作用下进行结合，并在偏航制动器的带动下产生阻尼。
二、风电机组偏航齿轮箱断齿原因
（一）设计制造存在问题
风电机组偏航齿轮箱齿轮对设计及制造要求较高，当其设计或制造存在问题时，较易引发断齿事故。就设计层面来看，单个偏航齿轮箱小齿轮的极限转矩、LDD等效载荷及弯曲强度安全系数等都应当满足一定要求，才能保障齿轮运行安全、稳定，但凡其中任一项设计不达标，都有可能导致断齿。而从制造层面来看，在制造偏航齿轮箱齿轮时需要严格按照设计规范选用材料，确保材料技术达标，而且齿轮的金相组织、渗碳淬火硬化层深度等均需要达到一定要求。在材料因素或者制造工艺因素的影响下，同样可能导致断齿。风力发电机偏航系统的装配是偏航电机、偏航轴承、偏航减速器、偏航制动器、等作为一个整体，并且这个整体会在偏航电机的驱动下相对于偏航齿圈转动。如果偏航电机旋向不一致，那么会导致偏航输出小齿轮断齿，而且在首次偏航后就会出现问题。另外装配偏航轴承时需要进行严密调整，否则轴承外侧和偏航齿圈内侧非摩擦面理论间隙难以达标，导致机组运行时出现偏航偏心问题，对偏航轴承造成磨损，并进一步导致偏航齿轮箱断齿。
（二）偏航制动器液压问题
偏航制动器是确保偏航系统正常运行的基础部件，其是以液压方式进行运动。如果配置偏航制动器时没有充分考虑风机实际情况，很可能出现液压站压力过大的情况，从而使得偏航制动器动力远超正常范围，导致制动器损坏。如此一来，在风机长期运行的过程中，制动器压力会对齿轮产生作用，导致断齿。另外当偏航制动器液压油长时间未更换后，其容易变质且粘度提升，相应的抗磨、防腐等性能也会大受影性，难以有效保护偏航齿轮箱，使得齿轮容易因为过负载而断齿。
（三）偏航制动盘有杂质
在风力发电机长期运行的过程中，难免会有一些自然环境中的杂质进入其中并附着到偏航制动盘表面。如果相关工作人员没有及时对这些杂质进行清理，那么杂质会在风机运行过程中随偏航制动盘进入到制动盘和闸片之间。由于闸片具有较强的电吸附性，杂质会被吸附到闸片表面，导致闸片摩擦系数不断提高。在闸片摩擦系数超过正常范围后，摩擦温度升高会导致闸片磨损，偏航齿轮箱就很容易出现断齿现象。
（四）人工润滑不到位
风力发电机的正常运行需要确保偏航齿轮箱齿轮与塔筒偏航齿轮圈高度啮合。但是在风力发电机运行一段时间后，齿轮啮合会因为润滑油的减少而受到影响，这就要求相关人员定期添加润滑油，以保障风机正常运行。但是由于工作人员没有按时添加润滑油，添加的润滑油量偏少，添加的润滑油质量不过关等因素影响，人工润滑工作没有做到位，导致齿轮啮合深受影响，容易造成干磨现象。这不但会导致风机负载增大，也会影响齿轮寿命，增大了断齿问题发生几率。
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（五）风轮不平衡
风轮不平衡主要指质量不平衡以及气动不平衡。一般来说，风电机组叶片成套质量互差低于3%。如果风电机组叶片质量互差超过3%，那么会造成风轮质量不平衡，使得偏航功率波动幅值增大。风轮叶片安装角度偏差应当为0°，如果因为安装工艺原因导致叶片安装角度偏差大于0°，那么也会导致偏航功率发生波动，而且角度偏差越大，往往偏航功率波动范围也就越大。在风轮不平衡而导致偏航功率波动的情况下，偏航轴承上下的压力会减小，使得偏航偏心并最终导致干涉，令偏航齿轮箱输出小齿轮断齿。
三、防止风电机组偏航齿轮箱断齿的策略
（一）加强偏航齿轮箱设计与制造管理
在设计与制造风电机组偏航齿轮箱时，应当加强管理和监督，确保设计方案科学、合理，确保制造工艺符合相关标准及要求，最大程度避免因设计及制造原因而导致的断齿问题。设计人员应当对齿轮极限转矩、LDD载荷、弯曲强度安全系数乃至材料等进行严密设计，相关制造安装人员则需要对齿轮材料、热处理、金相组织、渗碳层厚度、偏航轴承角度与间距等进行严格控制，务必要保障制造质量。在安装完成后还需要对偏航电机旋向进行检查，以免旋向不一致而造成断偏航齿轮箱齿。另外需要根据风机实际情况合理配置偏航制动器，确保液压站压力始终处于正常范围。
（二）增强齿轮箱密封性能
为了防止杂质进入风力发电机并造成断齿问题，应当尽量增强齿轮箱密封性能。相关人员应当对齿轮箱密封情况进行严格检查，一旦发现密封性不足之处应当及时进行处理，保障密封效果。与此同时，工作人员还应当定期检查偏航制动盘，一旦发现盘面吸附有杂质应当及时进行清理，以免杂质随制动盘运动到闸片表面而造成断齿问题。
（三）制定科学巡检方案
制定科学合理的巡检方案并安排专业人员落实巡检工作，能够有效防止偏航齿轮箱断齿。工作人员需要根据巡检计划，定期对偏航系统各元件进行检查，重点检查是否存在物理损伤。一旦发现偏航系统中有元件存在物理损伤，应当及时进行更换，以免啮合干涉问题出现，有效保障风力发电机安全、稳定运行。而且还需要加强人工润滑管理，及时、足量地添加高质量润滑油，防止因润滑油不足而导致的啮合干涉现象。在巡检时还需要对偏航制动器液压油装填进行检查，及时更换，有效保护偏航齿轮箱。
（四）重视风轮管理
在组装风轮时应当对叶片质量进行严格检查，同时严格控制叶片安装角度，以免出现风轮质量或启动不平衡问题。在风轮组装完成后应当及时进行验收，进一步确保风轮叶片质量互差不超过允许范围，同时安装角度偏差也应当符合相应规范。
结束语：
综上可知，风电机组偏航齿轮箱容易在运行中出现断齿问题，严重影响风机正常运行，需要采取合理措施加以预防和解决。因此相关工作人员应当对断齿原因进行深度剖析，并针对性地采取加强齿轮箱设计与制造管理，增强齿轮箱密封性能，制定科学巡检方案，重视风轮管理等手段，有效防止偏航齿轮箱断齿，保障风机运行安全及稳定。
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论文作者:崔静
论文发表刊物:《电力设备》2019年第21期
论文发表时间:2020/3/16
标签：齿轮箱论文; 偏航论文; 风轮论文; 制动器论文; 齿轮论文; 机组论文; 风机论文; 《电力设备》2019年第21期论文;