風力發(fā)電主齒輪箱質(zhì)量控制技術(shù)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(zhì)量做好保障。首先，穩(wěn)健的設(shè)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(zhì)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(chǔ)。

1 風電齒輪箱技術(shù)特點

風輪的轉(zhuǎn)速一定程度上影響著齒輪箱的轉(zhuǎn)速，為了確保整個機組在機構(gòu)上的緊湊性，在設(shè)計時，采用行星轉(zhuǎn)動方式，與此同時還有平行軸齒輪的方式。在設(shè)計齒輪箱時，為了避免傳動比太高，優(yōu)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(qū)的方式。在齒輪箱中，幾個關(guān)鍵的產(chǎn)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(guān)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(fā)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(gòu)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(guān)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(tài)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(nèi)部對加工材料的工藝質(zhì)量等條件決定的，所以，必須要對齒輪的制造和設(shè)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?shù)鹊瘸绦蛉胧?，嚴格把控細?jié)。只有在大工業(yè)生產(chǎn)和完備的平臺下才能確保齒輪箱的質(zhì)量安全穩(wěn)定，與風力發(fā)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(zhì)量控制

為了延長齒輪箱的使用壽命，確保風電機組安全穩(wěn)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(fā)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(xiàn)點蝕、磨損以及產(chǎn)生裂紋等情況；而軸承損壞時會出現(xiàn)保持架變形，內(nèi)部滾珠脫落，白點蝕等情況；軸如果發(fā)生損壞，會出現(xiàn)磨損和斷裂。作為高度復(fù)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(zhì)量低導致在齒輪的內(nèi)部會混入雜質(zhì)，造成磨損[3]。

2 齒輪箱制造過程質(zhì)量控制

首先，在控制齒輪箱制造所用的原材料質(zhì)量方面，主要對鍛鋼和球墨鑄鐵件兩種材料的質(zhì)量控制，從源頭把控材料化學成分、機械性能和探測其內(nèi)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(diào)質(zhì)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(diào)質(zhì)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(zhì)量控制，要按照圖紙和標準作業(yè)指導書，仔細檢查裝配間隙和配合的要求，重點監(jiān)控著色和清潔度，在產(chǎn)品空載或加載試驗過程中，重點監(jiān)控齒輪箱振動、噪音和溫升等性能指標，并記錄所有試驗數(shù)據(jù)。

3 大質(zhì)量閉環(huán)管控

為實現(xiàn)上述產(chǎn)品技術(shù)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(zhì)量進行整體的把控，這種質(zhì)量管控不再僅僅限于生產(chǎn)和研發(fā)，而是整體產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)都應(yīng)全面參與，在產(chǎn)品和服務(wù)流程中進行優(yōu)化，在財務(wù)、員工成長、企業(yè)可持續(xù)發(fā)展和社會責任等方面進行權(quán)衡，以達到超越顧客期望的產(chǎn)品和服務(wù)的目的。為此，需要在以下幾方面進行大質(zhì)量閉環(huán)管控。首先，在設(shè)計質(zhì)量方面，應(yīng)建立系統(tǒng)化的新產(chǎn)品開發(fā)流程，應(yīng)用全生命周期管理系統(tǒng)從產(chǎn)品開發(fā)體系保證產(chǎn)品設(shè)計可靠性。其次，在風力發(fā)電主機廠商的客戶需求滿足層面，需時刻關(guān)注客戶滿意度，尋找持續(xù)改進的機會。通過PPAP嚴格控制新產(chǎn)品的質(zhì)量風險，確保新品項目質(zhì)量滿足客戶要求。在服務(wù)領(lǐng)域，需搭建高效的服務(wù)系統(tǒng)及專業(yè)化的服務(wù)團隊，提供全方位運維。再次，在產(chǎn)品過程控制方面，應(yīng)建立了多層次的審核監(jiān)督機制，保證過程及產(chǎn)品的有效性、穩(wěn)定性。同時通過7M管理從人、機、料、法、環(huán)、測等環(huán)節(jié)確保每個過程的穩(wěn)健。質(zhì)量的改進關(guān)鍵在于預(yù)防，這方面需要引入信息化、智能化建設(shè)，對數(shù)據(jù)進行自動采集、分析，實現(xiàn)預(yù)防性的過程控制。

4 結(jié)語

齒輪箱作為整個風力發(fā)電機組中最為關(guān)鍵的零部件之一，需要對它的全過程進行嚴格把控、保證質(zhì)量。齒輪箱質(zhì)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(huán)節(jié)都需要確保萬無一失。在了解齒輪箱的技術(shù)特點后，明確質(zhì)量控制的各個環(huán)節(jié)要點，讓生產(chǎn)出來的齒輪箱可靠性更高，在風電機組中發(fā)揮出應(yīng)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(shè)計和制造中積累經(jīng)驗并及時總結(jié)，與風電主機廠商建立良好的溝通機制，增強對信息數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用來對生產(chǎn)實踐和整體質(zhì)量控制進行指導才具有現(xiàn)實意義。