(福建晋江天然气发电有限公司 362251)
摘要：风电场的风力发电机组运行的环境比较恶劣，它们或者要受日晒雨淋、或者要历经严寒酷署，有时还要接受狂风冰雹的侵袭。恶袭的环境会对风力发电机组的物理结构带来影响风机内部环境卫生也令人堪忧，环境卫生不佳导致偏航润滑油遭受污染，油脂加速失效。本次研究深入的研究了一次风电场偏航齿轮箱断齿故障，提出风电场偏航齿轮箱断齿故障产生的原因、分类及解决方法。
关键词：风电场；偏航；齿轮箱；轮齿断齿
某风电场采用XE82-2000风力发电机组，偏航齿轮箱采用意大利Reggiana Riduttori齿轮箱，偏航轴承采用徐州罗特艾德，偏航电机采用江麓电机厂的直流电动机，在发电时出现电机烧毁故障，经检查发现该故障出现的原因偏航齿轮箱断齿导致负载过大将电机烧毁。现以出现的故障说明电场偏航齿轮箱断齿故障产生的原因及避免方法。
1 风电场偏航齿轮箱断齿故障原因分析
齿轮断齿分为轮齿折断、齿面疲劳、齿面胶合、齿面磨损这四类。这四类故障的严重程度由重至轻。即开始为齿面发生局部磨损，当该故障未能排除时，齿面由局部运行故障发展为面积磨损，即发生胶合问题；当胶合问题未能即时排除时，便会发生齿轮轻微的断裂，因为齿轮在齿轮箱内部轻微的断裂，不容易发现，若再未即时处理，则会发生齿轮折断。一旦发生齿轮折断问题，则发电机组不能发电，必须全面检修，将故障排查后才能投入运行。
齿轮断齿问题产生的原因一般为齿轮箱轮齿的结构产生了变化。齿轮箱结构发生的原因比较多，比如齿轮箱的结构设计不科学、齿轮箱的质量出现故障、齿轮箱内部油脂失效，使用的方法不正确、受到较大的物理冲击都可能引发轴不对中、弯曲、不平衡的问题，在齿轮箱出现变形以后会出现轴的部分部位会在瞬间承受很大的载荷，加上油脂恶化又不能及时为齿轮足够润滑，造成齿轮干磨，胶合点蚀等问题，如果该问题持续产生，便会出现断齿现象。由于齿轮在齿轮箱内部无法窥视，工作人员在齿轮箱结构发生变化时未及时干预，做好维护工作，导致齿轮箱轮断齿的问题。
2 风电场偏航齿轮箱的断齿故障的分类分析
齿轮磨损的问题体现在三个方面：
第一，由于密封不良，磨损细粒的产生，在齿轮啮合的过程中，一个齿面上可能存在一个细小微粒状的点蚀，如果该点蚀持续扩大，则齿轮会发生裂纹变化。当齿轮发生裂纹后，细微的磨损可能会持续受到物理冲击或化学冲击，化学冲击会加快齿轮的磨损导致断裂。
第二，胶合现象的产生，当齿轮与齿轮之间互动时，可能会产生局部的粘合，这是由于齿轮受到磨损后它的油脂失效，无法起到保护齿轮的效果，令齿轮和齿轮之间形成相互磨损。胶合分为冷胶合和热胶合两种。冷胶合的物理磨损现象比较清晰，热胶合则让材质的性质改变，造成物理性状变形。当齿轮发生胶合现象时，齿轮在运作时会发生振动或异响。
第三，齿轮疲劳的现象产生，当齿轮大面积磨损后，表面会出现疲劳损伤点蚀，如果持续让齿轮运作，则会加快齿轮的损伤，部分齿轮材质会由于过于疲劳，不堪重荷出现剥落的现象。浅层疲劳剥落,它持续运作会转化为硬化层疲劳剥落，当出现硬化层疲劳剥落时，已经意味着齿轮材料的物理性能已经发生了极大的变化，这是将要发生偏航齿轮箱轮齿断故障的先兆。
第四，当齿轮出现硬化层疲劳剥落后，依然持续运转，已经发生物理性能变化的齿轮持续承受负荷后便会发生断齿故障，断齿故障分为整体断裂、局部断裂、裂纹断裂，无论出现哪种断裂，只要断齿的齿轮箱轮继续运行，偏航齿轮箱便会发生不能承受预定的负荷，烧毁电机的事故，本次研究的风电场偏航齿轮箱断齿便是没有做好断齿的故障分析工作。
3 风电场偏航齿轮箱故障判断及维修的方法分析
3.1 风电场偏航齿轮箱日常维护的方法
偏航齿轮箱中齿轮内圈的结构如同一个阶梯，小齿轮围绕着大齿齿旋转，齿轮旋转带来的动力让整个机舱旋转。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果齿轮箱中的运行出现问题，可能就会出现齿轮的故障隐患，日渐严重的齿轮隐患问题可能会带来断齿的结果，所以做好日常维护工作有由为重要。现说明做好风电场偏航齿轮箱日常维护、制订检修计划、做好故障判断的方法：
(一)定期检查螺栓和螺母
维护人员要定期检查齿轮箱外部的螺栓，避免螺栓松动造成，齿轮运转时出现偏移的现象。维护人员不能单凭肉眼判断齿轮箱外部是否松动，而要用扭力扳手和液压扳手执行定期详细的检查。
(二)检查油的密封情况
齿轮箱有时会出现密封不良情况，此时要即时做好维护工作，避免污染物渗进齿轮箱，齿轮箱中的润滑脂受到化学污染，以致油脂失效，无法为齿轮啮合形成油膜进行保护。
(三)检查部件的物理损伤
维护人员要做好日常的零部件物理损伤检查工作，如果发现一些主要部件出现损伤，则要即时处理，避免对齿轮箱中齿轮的运行产生影响。
(四)定期补加润滑油
为了强化齿轮箱的作业能力，避免轴齿发生故障，维护人员要定期为主轴承补加型号一致的润滑脂，并将油泥与污染物及时清理，以免造成齿轮磨损。
3.2 风电场偏航齿轮箱动态检修的方法
(一)规划齿轮箱油位检查的时间
如果齿轮箱内的油位不足，会造成齿轮润滑不充分，没有润滑油脂的保护，出现磨损过快的问题。每一台齿轮箱的运行情况不一样，维护人员要做好齿轮箱油位检查的规划，及时清洁齿轮箱的表面，做好润滑油补充与更换工作。
(二)定期检查润滑油的品质
润滑油在应用的过程中外部条件造成化学性能会产生变化，如果油液的质量不合格，污染物会加速齿轮箱轮齿磨损的问题。维护人员要制订油液品质检查的规划，拟订定期检查润滑油的指标，定期检查油液的品质，如果发现油液品质已经不符合标准的问题就要立刻更换油液。
(三)动态的检查齿轮和轴承
维护人员要制订齿轮箱的检修计划，发现异音及时打开偏航电机与齿轮箱连接螺栓，及时了解齿轮和轴承是否出现物理损伤，哪怕齿轮和轴承发生轻微的缺油或者污染，也要即时维护。
(四)定期做记录
维护人员每次登机巡检前应观察后台偏航电机的温度，电流，登机后暂时启动偏航系统，听电机和齿轮箱声音是否异常，并一一记录在台帐内，方便日后缺陷扩大成故障前，及时消缺。
3.3 风电场偏航齿轮箱故障处理的方法
(一)异常的噪音检查
如果齿轮箱在运行时出现噪音，便要注意齿轮箱的轴承及齿轮是否已经发生故障。一般异响发生是出现了齿面物理损伤的问题，维护人员可打开偏航电机，拆开外壳可以看到齿轮内部轮齿，检查齿面磨损的严重性，并检查发声源产生的位置，做好齿轮磨损严重地方及时更换。
(二)齿轮箱振动声音异常
齿轮箱振动声异常与齿轮轴承发现对中问题有关，这是因为齿轮发生对中问题时会产生不合谐震动产生共振，齿轮箱润滑油的缺失和失效导致齿面外观改变，产生异常的磨擦振动，维护人员要检查是否发生轴承对中问题、零件松动问题、润滑油品质问题。
(三)齿轮箱漏油
齿轮箱如果出现漏油问题一般是由于接头松动、橡胶圈破损或密封胶失效，如果箱体结合面漏油则是由于紧固件松动或密封胶漏油的问题。维护人员要检查是否发生油位过高的、管路连接、破损及密封问题。
总结
本次研究以江麓机电的偏航电机配合Reggiana Riduttori齿轮箱和徐州罗特艾德轴承组成偏航动力系统的故障为案例，深入的研究了一次风电场偏航齿轮箱轮齿断轴故障，提出风电场偏航齿轮箱断齿故障产生的原因、分类及解决方法。
参考文献
[1]陆俊华,李斌,朱如鹏.行星齿轮传动静力学均载分析[J]. 机械科学与技术. 2005(06).
[2]朱亦钢.一种随机变化载荷的疲劳损伤累计方法[J]. 机械强度. 2004(S1).
[3]钱桂安,王茂廷,王莲.用局部应力应变法进行高周疲劳寿命预测的研究[J].机械强度. 2004(S1).
论文作者:董欢欢
论文发表刊物:《电力设备》2016年第8期
论文发表时间:2016/7/19
标签：齿轮箱论文; 齿轮论文; 故障论文; 磨损论文; 偏航论文; 发生论文; 轮齿论文; 《电力设备》2016年第8期论文;