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摘要：齿轮箱是风力发电机组中的重要机械部件，而在其运行使用期间常出现漏油现象，导致风电机不能安全的运转。针对于此，本文结合具体实例，对风电机组齿轮箱高速端漏油原因进行系统研究分析，并提出相关有效处理措施，以优化齿轮箱结构，提高其运行效率。
关键词：风电机组；高速端；漏油；原因；处理
1、前言
随着国家对能源需求和环保要求力度的不断加大，风能因其洁净、无污染、可再生等特点，成为了当下社会中极具应用价值的绿色新型能源。风力发电的优势和经济性、实用性等优点的显现，使得风能被应用于发电行业的研究已成为各国学者的研究重点，而在未来的发展中，风力发电将持续为人类社会提供能源支持。
风力发电机组齿轮箱漏油现象在风电机的运行中时常发生，齿轮箱油液的渗漏不仅对机舱环境造成污染，更严重的是影响风机的正常安全运转，如不能及时处理，将会带来连锁故障，必须予以重视。
2、泄漏原因分析
图1 齿轮箱
齿轮箱是风力发电机组最为关键的部件之一，其工作环境十分恶劣，在运行过程中经受载荷的大小和方向都难以预测，瞬间载荷、随时间变化的变幅交变载荷的大量不确定性等导致风力发电机组极易发生故障，作为风力发电机组中主要传动部件，齿轮箱是目前风力发电机组最容易产生故障的零部件之一。
风力发电机组一般安装在荒郊野外、山口、海边等偏远地区，增速箱、发电机等部件安装在几十米到一百多米高度的狭小的机舱内，因为机舱空间有限、环境恶劣、交通不便、齿轮箱一旦出现故障，修复十分困难。另外，齿轮箱故障如果无法在线维修需要整体吊装返厂维修，维修成本非常高，且整个维修周期较长，势必严重影响风场的经济效益。因此减小风力发电机组齿轮箱故障的几率，提供风电齿轮箱在线维修方案，将是风电齿轮箱设计及运维过程重点考虑的问题。
图2 齿轮箱高速轴密封结构
图3 齿轮箱高速轴密封结构设计图
风电齿轮箱常见故障有齿轮损伤、轴承损坏及运转异常、断轴、齿轮箱渗漏油、齿轮箱异响、振动较大、油温油压异常、连接螺栓损坏、润滑系统故障等。
本文主要介绍齿轮箱渗漏油，齿轮箱的渗漏油情况主要发生在箱体与齿圈结合面、端盖与箱体结合面、低速轴和高速轴轴颈处、润滑冷却系统管接头处等。箱体与齿圈结合面漏油可能是由于箱体与齿圈连接螺栓松动、箱体与齿圈结合面安装密封胶条的环槽设计不当，密封胶条选用不合适等原因导致。齿轮箱低速轴、高速轴轴颈处渗油，漏油主要原因为密封结构设计不合理所致。低齿轮箱速轴一般采用传统迷宫环与V型端面密封的组合形式；高速轴采用V型端面密封，该密封结构不具备耐压能力，在齿轮箱运行一段时间后，油温升高，内部产生油压，V型端面密封无法承受压力，将会导致齿轮内部的油液泄漏。润滑系统管接头处渗漏油的原因主要是管接头松动或是没有拧紧、管接头安装时没有涂密封胶、管接头本身密封效果不好等。
如下图2和图3所示的某型号齿轮箱高速轴密封结构为传统迷宫密封外加盘根辅助密封，通过在高速轴外圈加装端盖，将高速轴旋转时所携带的润滑油挡住，避免油液外漏，从而起到密封作用。但此密封结构存在严重的渗漏油风险，甩油环甩出的油液易附着在端盖面上，有可能造成齿轮油从端面上重新滴落到轴上。另外，密封件（盘根）易被磨损，磨损产生的颗粒杂质随油液进入回油通道将其堵塞，从而影响回油导致高速轴渗漏油。
根据风场目前使用的现状，基本上都出现了高速轴端泄漏的现象，使整个风机底盘都是泄漏的油污，不仅污染环境，增加成本又存在安全隐患。
3、处理方案
根据上述对泄漏原因的系统分析，从以下几个方面进行优化设计，从而实现齿轮箱高速轴密封形式的优化，达到良好的密封效果。
3.1结构设计
如图4所示：
与轴连接，同轴一起旋转，静环与端盖相连静止不动。齿轮箱内部的甩油环甩出的飞溅油经过动环上的泄压沟槽泄压，这样极少的飞溅油再经过静环上的循环回油槽回到齿轮箱内部，没有外漏通道，这样既不会磨损高速轴又就解决了高速轴泄漏的问题。
考虑到在线安装问题，将产品设计为剖分结构，便于现场的安装调试。
3.2材料选择
橡胶材料的选择：首先，该部位产品需要长寿命，免维护等要求，所以橡胶部分，选用耐老化性能高的橡胶产品。
金属材料的选择：金属材料应选择耐磨性能高的材料，也方便与安装的。根据以上要求，可选择铝合金和铜合金材料。
4、应用结果
通过实地测量，针对每台齿轮箱进行量身定制，采用上述内漏式密封结构进行在线优化改进。该结构产品使用以后，解决了高速轴泄漏问题，为客户节约了大量的维护成本和润滑油成本，同时解决了风机安全隐患。
第一，油液的泄漏，造成用油量的增加。改进前为每隔2个月需要加注50升齿轮油，采用该内漏式密封结构优化改进后，每半年加注齿轮油10升。这样极大的节约了润滑油成本。
第二，泄漏的油液散落于机舱底面，甚至是塔筒内侧以及爬梯上，极大的增加了机组维护人员的滑倒和坠落的风险，危及人身安全。通过该密封结构的优化改进后，几乎无泄漏，对于正常的发电机箱维护增加了安全感。
第三，清理漏油工作量大，工作环境差，增加人工维护成本。改进后大大缩短了机舱的正常风机巡视、维护时间。
第四，油液泄漏过多，油液将从机舱底部流动污染整个塔筒外侧上部，不仅仅影响美观，长此以往这些油液将会对塔筒寿命造成不利影响，通过该内漏式密封结构优化改进后，只存在轻微的渗漏甚至无泄漏，从而不会影响塔筒的使用寿命。
第五，泄漏的油液附着在设备上，增大了电气漏电的安全隐患，以及传感器的误报。泄漏的油液、油污将会覆盖设备表面，不利于设备热量的散发，容易造成设备局部温度过高，甚至有可能引发机舱失火，并最终导致风机烧毁事件的发生。通过新型密封结构优化改进后，机舱内部将不会存在积存的油液和油污，大大降低了因油液泄露引起安全事故的风险。
5、结语
综上所述，以上针对风电机齿轮箱进行的针对性密封处理措施，能有效解决出现的泄漏问题，在保证无外来物质进入齿轮箱的同时，进一步提高了齿轮箱轴的使用寿命，极大的提高了风电机的安全性和运行性能，值得推广借鉴。
参考文献：
[1]吴丽媛、周振阳、韩溪.浅谈风电齿轮箱早期的故障形式[J].黑龙江科技信息；2011（13）.
[2]靳晓东.关于风机齿轮箱常见故障的分析与改进[J].电子技术与软件工程.2013（09）.
论文作者:万绪有
论文发表刊物:《基层建设》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/9
标签：齿轮箱论文; 漏油论文; 机舱论文; 风电论文; 结构论文; 管接头论文; 在线论文; 《基层建设》2017年第19期论文;