風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行異常情況及對(duì)策

鐘國(guó)松

（南京安維士傳動(dòng)技術(shù)股份有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

全球一體化發(fā)展的今天，各國(guó)為應(yīng)對(duì)全球氣候變化，推出一系列積極措施，風(fēng)力發(fā)電作為21世紀(jì)低碳、環(huán)保的新型清潔能源，在國(guó)家能源結(jié)構(gòu)中扮演越來(lái)越重要的角色。風(fēng)力發(fā)電從初期的全部進(jìn)口到現(xiàn)今的完全自主創(chuàng)新，“風(fēng)電人”逐漸了解更多風(fēng)力發(fā)電的知識(shí)，風(fēng)電齒輪箱作為風(fēng)力發(fā)電中重要的部件，將風(fēng)機(jī)葉片受到的動(dòng)力傳遞到發(fā)電機(jī)，伴隨著葉片的低轉(zhuǎn)速到發(fā)電機(jī)的高轉(zhuǎn)速，從而使發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。風(fēng)電齒輪箱受到復(fù)雜的載荷工況，加上其所處的地理位置及產(chǎn)生故障的維修成本，使得風(fēng)電齒輪箱的生產(chǎn)加工制造、質(zhì)量控制比傳統(tǒng)的工業(yè)齒輪箱更嚴(yán)格。

風(fēng)電齒輪箱由齒輪、箱體、軸承、扭力臂等零部件進(jìn)行組成，其中還有重要“紐帶”-潤(rùn)滑油，不斷對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承、齒輪進(jìn)行潤(rùn)滑并帶走其產(chǎn)生的熱量。風(fēng)電齒輪箱的運(yùn)行故障也都由這些零部件產(chǎn)生，常見(jiàn)的典型異常情況可分為：齒輪箱運(yùn)行外觀異常情況、齒輪箱運(yùn)行壓力和溫度異常情況、齒輪箱運(yùn)行振動(dòng)異常和異響情況、齒輪箱潤(rùn)滑油異常情況。風(fēng)電齒輪箱的故障情況都是由小到大，逐步發(fā)展，往往可以通過(guò)一些監(jiān)測(cè)手段先行發(fā)現(xiàn)，比如軸承溫度過(guò)高、進(jìn)油壓力過(guò)小、振動(dòng)異常甚至出現(xiàn)噪音等情況，我們需要根據(jù)異常情況進(jìn)行分析，找出原因，在異常情況發(fā)生初期進(jìn)行解決問(wèn)題，保證齒輪箱持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 齒輪箱運(yùn)行外觀異常情況及對(duì)策

風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行產(chǎn)生的異常情況都可能會(huì)造成發(fā)電機(jī)組故障及安全問(wèn)題，常見(jiàn)齒輪箱外觀異常通過(guò)齒輪箱日常巡檢進(jìn)行發(fā)現(xiàn)，主要有以下幾個(gè)方面：齒輪箱的滲漏油、空氣濾清器變色、液位異常等。①齒輪箱的滲漏油，主要發(fā)生在齒輪箱外部管接頭，球閥位置漏油，潤(rùn)滑系統(tǒng)的過(guò)濾器、散熱器、軟管位置漏油，箱體結(jié)合面、透蓋位置漏油。由于齒輪箱長(zhǎng)期承受不同載荷運(yùn)行，零部件會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，同時(shí)，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，這就造成齒輪箱一些部位的漏油。找出漏油部位的原因，對(duì)管接頭進(jìn)行更換或者重新打力矩使之緊固、更換潤(rùn)滑系統(tǒng)損壞的元器件、結(jié)合面重新打膠并按力矩進(jìn)行螺栓緊固等辦法來(lái)解決漏油問(wèn)題，并對(duì)齒輪箱外部的管接頭、螺栓定期檢查并按要求打力矩，降低齒輪箱發(fā)生漏油的風(fēng)險(xiǎn)概率；②空氣濾清器變色情況檢查，風(fēng)電齒輪箱的空氣濾清器是用來(lái)過(guò)濾空氣中的水分和雜質(zhì)，在運(yùn)行過(guò)程中保持齒輪箱內(nèi)外壓力平衡，同時(shí)避免空氣中的水分和雜質(zhì)對(duì)齒輪箱運(yùn)行產(chǎn)生影響，當(dāng)空氣濾清器發(fā)生變色情況，空氣濾清器已經(jīng)失效，這就提示用戶需要及時(shí)進(jìn)行更換；③液位異常情況，主要是齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑油量過(guò)多或過(guò)少。潤(rùn)滑油起到潤(rùn)滑傳動(dòng)部件和冷卻的作用，齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑油過(guò)少會(huì)造成齒輪、軸承磨損加劇，溫度偏高，潤(rùn)滑油失效；潤(rùn)滑油過(guò)多會(huì)造成透蓋處漏油，同時(shí)降低齒輪箱傳遞效率。用戶需要通過(guò)齒輪箱的指示標(biāo)牌進(jìn)行添加潤(rùn)滑油。

齒輪箱運(yùn)行外觀異常情況往往需要在風(fēng)機(jī)進(jìn)行查看，日常巡檢人員定期對(duì)齒輪箱進(jìn)行查看，在檢查前需要制定詳細(xì)的齒輪箱檢查項(xiàng)計(jì)劃，根據(jù)檢查項(xiàng)要求對(duì)齒輪箱進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)反饋并進(jìn)行相應(yīng)處理。隨著技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有不少用戶在風(fēng)機(jī)上安裝攝像頭，在不減少定期巡檢的同時(shí)，實(shí)時(shí)對(duì)機(jī)艙內(nèi)的情況進(jìn)行查看，“智慧風(fēng)機(jī)，智慧運(yùn)維”會(huì)越來(lái)越普及。

2 齒輪箱運(yùn)行壓力和溫度異常情況及對(duì)策

風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行壓力和溫度異常是通過(guò)元器件進(jìn)行監(jiān)測(cè)的，通過(guò)監(jiān)測(cè)不同位置的壓力和溫度來(lái)保證齒輪箱正常運(yùn)行。元器件異常情況，首先需要對(duì)元器件進(jìn)行檢查（元器件是否損壞、連接的線路是否可靠），排除這些硬件的干擾因素，再根據(jù)相應(yīng)的異常情況對(duì)齒輪箱進(jìn)行檢查及解決問(wèn)題。壓力故障主要分為進(jìn)油壓力異常和過(guò)濾器壓差異常，溫度報(bào)警主要是軸承溫度異常、油池溫度異常和進(jìn)油溫度異常。壓力和溫度兩者關(guān)系相互關(guān)聯(lián)，密不可分。①出現(xiàn)過(guò)濾器壓差異常，過(guò)濾器壓差是監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油通過(guò)過(guò)濾器前后的壓力差。當(dāng)齒輪箱在正常運(yùn)行情況下，且齒輪箱油池溫度在正常運(yùn)行溫度，出現(xiàn)過(guò)濾器壓差異常，需對(duì)過(guò)濾器的濾芯進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)濾芯堵塞及時(shí)進(jìn)行清洗或更換；②出現(xiàn)進(jìn)油壓力異常，進(jìn)油壓力監(jiān)測(cè)是為了保證齒輪箱正常運(yùn)行條件下有足夠的潤(rùn)滑油進(jìn)入齒輪箱。需對(duì)進(jìn)油溫度進(jìn)行檢查（相同條件下，進(jìn)油溫度高，進(jìn)油壓力變??；進(jìn)油溫度低，進(jìn)油壓力變大）；同時(shí)需要對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的供油能力進(jìn)行檢查，比如檢查電機(jī)和齒輪泵是否損壞、是否發(fā)生溢流、散熱片是否發(fā)生堵塞、影響散熱能力、溫控閥是否發(fā)生失效、潤(rùn)滑油是否失效等；③出現(xiàn)油池溫度異常，油池溫度監(jiān)測(cè)是為了保證齒輪箱內(nèi)零部件產(chǎn)生的熱量和齒輪箱本體與空氣的熱交換、散熱系統(tǒng)對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行散熱達(dá)到平衡。主要檢查潤(rùn)滑系統(tǒng)的供油能力、溫控閥和散熱系統(tǒng)的散熱能力等；④出現(xiàn)進(jìn)油溫度異常，進(jìn)油溫度監(jiān)測(cè)是保障供給適宜溫度的潤(rùn)滑油給齒輪箱。需要查看溫控閥是否失效、散熱器是否發(fā)生堵塞、油池溫度是否異常等；⑤出現(xiàn)軸承溫度異常，軸承溫度監(jiān)測(cè)是為了查看軸承是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行產(chǎn)生的熱量是否可以散去達(dá)到平衡。檢查進(jìn)油溫度是否異常，油孔是否發(fā)生堵塞，查看對(duì)應(yīng)的軸承是否有磨損，對(duì)應(yīng)的軸承孔是否有跑圈情況[1]。

這其中最常見(jiàn)是溫控閥故障引起壓力和溫度傳感器報(bào)警，溫控閥的作用是將通過(guò)過(guò)濾器的潤(rùn)滑油，根據(jù)不同的油溫，將潤(rùn)滑油分配至油路分配器和散熱器，當(dāng)油溫小于40℃時(shí)，溫控閥不開(kāi)啟，過(guò)濾后的潤(rùn)滑油全部流向分配器至齒輪箱中；當(dāng)油溫在40~55℃之間時(shí)，溫控閥處于半開(kāi)啟狀態(tài)，一部分潤(rùn)滑油流向散熱器，一部分潤(rùn)滑油流向分配器；當(dāng)油溫大于55℃時(shí)，此時(shí)溫控閥處于完全開(kāi)啟狀態(tài)，所有的潤(rùn)滑油都流向散熱器。由于溫控閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及頻繁使用情況，溫控閥的故障概率會(huì)大大增加，它的故障直接影響進(jìn)入齒輪箱潤(rùn)滑油溫度狀況，從而影響齒輪箱整體的運(yùn)行。

齒輪箱運(yùn)行溫度和壓力兩者的關(guān)系緊密相連，對(duì)于產(chǎn)生異常情況時(shí)，需要同時(shí)結(jié)合所有對(duì)溫度和壓力的傳感器數(shù)據(jù)，包括風(fēng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)情況，甚至需要同風(fēng)場(chǎng)其他同型號(hào)的齒輪箱運(yùn)行及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)聯(lián)合各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，再結(jié)合實(shí)際檢查情況，找出故障點(diǎn)，解決問(wèn)題。

3 齒輪箱運(yùn)行振動(dòng)異常和異響情況及對(duì)策

齒輪箱在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和聲音，當(dāng)齒輪箱內(nèi)部出現(xiàn)異常情況，振動(dòng)和聲音最容易傳遞出異常情況。齒輪箱內(nèi)傳動(dòng)的齒輪和軸承都有對(duì)應(yīng)的頻率，通過(guò)對(duì)內(nèi)部異常信息的采集，異常頻率對(duì)應(yīng)到相應(yīng)的齒輪和軸承，針對(duì)性找出故障點(diǎn)，并通過(guò)內(nèi)窺鏡等其他輔助設(shè)備對(duì)故障位置進(jìn)行確認(rèn)。常見(jiàn)的異常情況有：①齒輪箱的對(duì)中情況，當(dāng)高速軸出現(xiàn)不對(duì)中，會(huì)造成齒輪箱的振動(dòng)異常和異響；②內(nèi)部齒輪損壞，出現(xiàn)凹坑、斷齒、甚至凸點(diǎn)等其他失效情況，都會(huì)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中振動(dòng)異常和異響；③齒輪副偏載，風(fēng)機(jī)超載運(yùn)行、齒輪副修形偏差、軸系兩側(cè)的軸承孔磨損、軸承磨損、軸徑磨損都會(huì)造成齒輪副的偏載，從而造成振動(dòng)異常和異響；④軸承損壞，軸承損壞后，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)有異常的振動(dòng)和噪音；⑤彈性支撐墊的失效，為減弱齒輪箱運(yùn)行的振動(dòng)，常在齒輪箱兩側(cè)安裝彈性支撐墊，當(dāng)出現(xiàn)彈性支撐墊位移、老化、裂紋等異常情況，會(huì)造成齒輪箱的異常振動(dòng)，產(chǎn)生異響[2]?，F(xiàn)在科技日新月異，各種監(jiān)測(cè)手段應(yīng)運(yùn)而生，齒輪箱在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)也越來(lái)越普及，由于風(fēng)機(jī)大多安裝在偏遠(yuǎn)的地區(qū)，齒輪箱在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也是順應(yīng)著時(shí)代發(fā)展的潮流，通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，齒輪箱廠家對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，幫用戶找出異常情況的故障點(diǎn)并給出解決對(duì)策。

4 齒輪箱潤(rùn)滑油異常情況及對(duì)策

齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑油需要和齒輪、軸承保持長(zhǎng)期共同運(yùn)行，眾所周知，齒輪和軸承都是金屬零件，潤(rùn)滑油在零件上產(chǎn)生潤(rùn)滑油膜，避免金屬零件在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中直接接觸，產(chǎn)生大量的磨損顆粒。潤(rùn)滑油異常的幾種情況：①清潔度異常，當(dāng)發(fā)現(xiàn)齒輪箱內(nèi)齒輪和軸承表面出現(xiàn)磨損情況，需要及時(shí)更換潤(rùn)滑油和濾芯，同時(shí)檢測(cè)潤(rùn)滑油中金屬顆粒的成分；②齒輪箱內(nèi)銹蝕、水油分離的情況，由于水分進(jìn)入齒輪箱造成異常情況，需要將油液進(jìn)行檢測(cè)并更換潤(rùn)滑油和空氣過(guò)濾器；③潤(rùn)滑油變色，潤(rùn)滑油使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致潤(rùn)滑油中的一些添加劑減少，潤(rùn)滑油氧化，大大降低潤(rùn)滑油的使用性能，此時(shí)需盡快更換潤(rùn)滑油；④潤(rùn)滑油混用，潤(rùn)滑油在換油過(guò)程中，沒(méi)有將前面不同品牌、不同型號(hào)的潤(rùn)滑油沖洗干凈，潤(rùn)滑油產(chǎn)生混用情況，需盡快更換潤(rùn)滑油[3]。

風(fēng)電齒輪箱常見(jiàn)的潤(rùn)滑方式有油池?cái)囉蜐?rùn)滑和噴油潤(rùn)滑。油池?cái)囉蜐?rùn)滑是通過(guò)浸入油池中的旋轉(zhuǎn)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)，將潤(rùn)滑油帶到嚙合齒輪和軸承上；噴油潤(rùn)滑是通過(guò)潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)各個(gè)嚙合點(diǎn)齒輪和軸承進(jìn)行潤(rùn)滑。潤(rùn)滑油在齒輪箱內(nèi)是不斷進(jìn)行循環(huán)及流動(dòng)的，一直影響齒輪及軸承的運(yùn)行，當(dāng)潤(rùn)滑油出現(xiàn)異常情況時(shí)，會(huì)持續(xù)不斷地影響齒輪箱運(yùn)行，此時(shí)，需要對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行檢測(cè)并及時(shí)更換潤(rùn)滑油及濾芯。在風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行過(guò)程中，用戶需要定期更換齒輪箱內(nèi)的潤(rùn)滑油[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

齒輪箱故障往往不是突然產(chǎn)生的，在產(chǎn)生一些異常情況后，逐步累積，慢慢由異常情況變成齒輪箱故障，造成風(fēng)機(jī)停機(jī)、齒輪箱維修甚至下架維修的情況。針對(duì)目前風(fēng)電齒輪箱塔上運(yùn)行異常情況多的狀況，找出相應(yīng)異常情況的原因并給出解決異常情況的對(duì)策。進(jìn)一步讓用戶在日常巡檢過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，防微杜漸，降低齒輪箱維修費(fèi)用，保證齒輪箱可以平穩(wěn)、高效運(yùn)轉(zhuǎn)，為國(guó)家能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，發(fā)展低碳、環(huán)保的綠色能源貢獻(xiàn)自己的力量。