閆云強(qiáng)

（國(guó)電電力內(nèi)蒙古新能源開(kāi)發(fā)有限公司，010030）

　　摘　要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的齒輪箱是一個(gè)重要的機(jī)械部件，其主要功用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。通常風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速很低，遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)電機(jī)發(fā)電所要求的轉(zhuǎn)速，必須通過(guò)齒輪箱齒輪副的增速作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，保證齒輪箱中齒輪正常工作對(duì)于風(fēng)電機(jī)組尤為重要。

　　關(guān)鍵詞：齒輪；斷裂；故障
　　1.概述
　　風(fēng)能是太陽(yáng)能的一種轉(zhuǎn)換形式，是一種重要的自然能源。據(jù)估計(jì)到達(dá)地球的太陽(yáng)能中雖然只有大約2%轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，但其總量仍是十分可觀的。全球的風(fēng)能約為2.74×10⁹MW，其中可利用的風(fēng)能為2×10⁷MW，比地球上可開(kāi)發(fā)利用的水能總量還要大10倍。風(fēng)能作為一種無(wú)污染、可再生的綠色能源，它對(duì)于解決全球性的能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)有著重要的意義。由于科學(xué)水平的進(jìn)步，和風(fēng)能自身清潔、環(huán)保的特點(diǎn)，風(fēng)能被應(yīng)用到發(fā)電行業(yè)。因此，風(fēng)力發(fā)電成為各國(guó)學(xué)者研究的重點(diǎn)。
　　2.風(fēng)電機(jī)組齒輪箱常見(jiàn)故障及排除方法
　　2.1齒輪損傷
　　齒輪損傷的影響因素很多，包括選材、設(shè)計(jì)、加工、熱處理、安裝調(diào)試、潤(rùn)滑和使用維護(hù)等。常見(jiàn)的齒輪損傷有齒面損傷和輪齒折斷兩類。輪齒折斷（斷齒）常由細(xì)微裂紋逐步擴(kuò)展而成。根據(jù)裂紋擴(kuò)展的情況和斷齒原因斷齒可分為過(guò)載折斷（包括沖擊折斷）、疲勞折斷以及隨機(jī)斷裂等。過(guò)載折斷總是由于作用在輪齒上的應(yīng)力超過(guò)其極限應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋迅速擴(kuò)展，常見(jiàn)的原因有突然沖擊超載、軸承損壞、軸彎曲或較大硬物擠入嚙合區(qū)等。斷齒斷口有呈放射狀花樣的裂紋擴(kuò)展區(qū)，有時(shí)斷口處有平整的塑性變形，斷口副常可拼合。仔細(xì)檢查可看到材質(zhì)的缺陷齒面精度太差，輪齒根部未作精細(xì)處理等。疲勞折斷發(fā)生的根本原因是輪齒在過(guò)高的交變應(yīng)力重復(fù)作用下，從危險(xiǎn)截面（如齒根）的疲勞源起始的疲勞裂紋不斷擴(kuò)展，使輪齒剩余截面上的應(yīng)力超過(guò)其極限應(yīng)力，造成瞬時(shí)折斷。產(chǎn)生的原因是設(shè)計(jì)載荷估計(jì)不足，材料選用不當(dāng)，齒輪精度過(guò)低熱處理裂紋，磨削燒傷，齒根應(yīng)力集中等。
　　隨機(jī)斷裂的原因通常是材料缺陷、點(diǎn)蝕、剝落或其他應(yīng)力集中造成的局部應(yīng)力過(guò)大，或較大的硬質(zhì)異物落人嚙合區(qū)引起。齒輪疲勞是在過(guò)大的接觸應(yīng)力和應(yīng)力循環(huán)作用下，輪齒表面或其表層下面產(chǎn)生疲勞裂紋并進(jìn)一步擴(kuò)展而造成的齒面損傷，其表現(xiàn)形式有早期點(diǎn)蝕、破壞性點(diǎn)蝕、齒面剝落和表面壓碎等。特別是破壞性點(diǎn)蝕，常在齒輪嚙合線部位出現(xiàn)，并且不斷擴(kuò)展，使齒面嚴(yán)重?fù)p傷，磨損加大，Z終導(dǎo)致斷齒失效。
　　膠合是相嚙合齒面在嚙合處的邊界膜受到破壞，導(dǎo)致接觸齒面金屬融焊而撕落齒面上金屬的現(xiàn)象，很可能是由于潤(rùn)滑條件不好或有干涉引起，適當(dāng)改善潤(rùn)滑條件和及時(shí)排除干涉起因，調(diào)整傳動(dòng)件的參數(shù)，清除局部載荷集中，可減輕或消膠合現(xiàn)象。
　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的潤(rùn)滑，是齒輪箱持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的保證。齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)如果工作不正常，由于齒面潤(rùn)滑油膜減少而熱量增加，將造成齒面點(diǎn)蝕、膠合、磨損和軸承的損壞。特別是在我國(guó)北方，冬季溫度過(guò)低，潤(rùn)滑油品容易凝固，粘度增大，如果齒輪箱潤(rùn)滑部位不能得到充分潤(rùn)滑，長(zhǎng)期運(yùn)行將會(huì)導(dǎo)致嚙合齒面有點(diǎn)蝕、膠合及軸承內(nèi)部滾針磨損現(xiàn)象；夏季溫度過(guò)高，如果齒輪箱散熱不好，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定功率下運(yùn)行時(shí)，齒輪箱內(nèi)油品溫度上升較快，那么會(huì)造成嚙合齒面油膜變薄，齒面受力增大，容易出現(xiàn)點(diǎn)蝕、膠合現(xiàn)象，因此，較好地解決齒輪箱的潤(rùn)滑，也是保證齒輪箱穩(wěn)定運(yùn)行的條件。
　　齒輪箱潤(rùn)滑油品的維護(hù)和使用壽命受油品的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境決定，在油品運(yùn)行過(guò)程中，分解產(chǎn)生的各種物質(zhì)，可能會(huì)引起潤(rùn)滑油品的老化、變質(zhì)，特別是在高溫、高濕及高灰塵等條件下運(yùn)行，將會(huì)進(jìn)一步加速油品老化、變質(zhì)，這些都是影響潤(rùn)滑油品使用壽命的重要因素，會(huì)對(duì)油品的潤(rùn)滑能力產(chǎn)生很大的影響，降低潤(rùn)滑油品的潤(rùn)滑效果，從而影響齒輪箱的正常運(yùn)行。
　　2.2齒輪箱油溫高
　　如果齒輪箱出現(xiàn)異常高溫現(xiàn)象，能是由于風(fēng)力發(fā)電規(guī)組長(zhǎng)時(shí)間出力過(guò)高或者是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組本身散熱系統(tǒng)工作不正常等因素造成。這時(shí)要根據(jù)具體情況，分析造成齒輪箱油溫過(guò)高的原因。首先檢查齒輪箱在運(yùn)行時(shí)，是否有異常，是否在運(yùn)行時(shí)伴有間歇聲音等，必須立刻停止風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，通過(guò)齒輪箱本體的各個(gè)觀測(cè)孔，仔細(xì)檢查齒輪箱各個(gè)齒面、軸承情況、各傳動(dòng)零部件有無(wú)卡滯現(xiàn)象，前后連接接頭是否松動(dòng)，如果正常，要檢查潤(rùn)滑油供應(yīng)是否充分，特別是在各主要潤(rùn)滑點(diǎn)處，必須要有足夠的油液潤(rùn)滑和冷卻。同時(shí)應(yīng)該采集油樣，進(jìn)行油品分析，油品是否變質(zhì)，及時(shí)更換潤(rùn)滑油品；其次，有可能由于本身機(jī)組在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組散熱考慮的疏忽，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，機(jī)艙內(nèi)散熱性能較差，從而造成齒輪箱油溫度上升較快，出現(xiàn)這種情況，只有改善機(jī)艙內(nèi)部散熱，才有可能減少齒輪箱油溫度上升較快問(wèn)題，另外，還可以加裝齒輪箱潤(rùn)滑油品外循環(huán)系統(tǒng)。
　　2.3齒輪油位低
　　齒輪箱油位的監(jiān)測(cè)，通常是依靠一個(gè)安裝在保護(hù)管中的磁電位置開(kāi)關(guān)來(lái)完成的，它可以避免油槽內(nèi)擾動(dòng)而引起開(kāi)關(guān)的誤動(dòng)作。同時(shí)設(shè)定一個(gè)浮動(dòng)開(kāi)關(guān)點(diǎn)，避免由于潤(rùn)滑油品隨溫度而改變引起油品的粘度和體積波動(dòng)，不會(huì)導(dǎo)致油位開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組顯示齒油位低時(shí)，應(yīng)及時(shí)登機(jī)檢查齒輪箱及潤(rùn)滑管路是否滲漏，油位開(kāi)關(guān)工作是否正常，接線是否有松動(dòng)，如果出現(xiàn)滲漏，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行處理。另外，由于油溫較高，潤(rùn)滑油在齒輪箱外設(shè)管路循環(huán)時(shí)，可能造成齒輪箱本體內(nèi)油位下降，這種情況一般多出現(xiàn)于新投入的機(jī)組，需要補(bǔ)加適量潤(rùn)滑油品，但不能補(bǔ)加過(guò)量，過(guò)量地補(bǔ)加潤(rùn)滑油品會(huì)造成潤(rùn)滑油從高速輸出軸或其它部位滲漏。
　　2.4齒輪油泵過(guò)載
　　這類故障多出現(xiàn)在北方的冬季，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，齒輪箱加熱元件不能完全加熱潤(rùn)滑油品，造成潤(rùn)滑油品粘度變大，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)，齒輪泵工作時(shí)，電機(jī)過(guò)負(fù)荷。出現(xiàn)該類故障后應(yīng)使機(jī)組處于待機(jī)狀態(tài)，逐步加熱齒輪油至正常值后再啟動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，避免由于強(qiáng)制啟動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組時(shí)，齒輪油粘度較大造成潤(rùn)滑不良，而損壞嚙合齒面或軸承等傳動(dòng)部件。另一常見(jiàn)原因是由于部分使用年限較長(zhǎng)的機(jī)組，齒輪油泵電機(jī)輸出軸油封老化，導(dǎo)致齒輪油品進(jìn)入接線端子盒，造成端子接觸不良，三相電流不平衡，出現(xiàn)齒輪油泵過(guò)載故障，更嚴(yán)重的情況是齒輪油品會(huì)大量進(jìn)入齒輪油泵電機(jī)繞組，破壞繞組氣隙，造成齒輪油泵過(guò)載。出現(xiàn)上述情況后應(yīng)更換油封，清洗接線端子盒及電機(jī)繞組，并加溫干燥后重新恢復(fù)齒輪泵運(yùn)行。
　　2.5軸承損壞
　　軸承是齒輪箱中Z為重要的零件，其失效常常會(huì)引起齒輪箱災(zāi)難性的破壞。軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，套圈與滾動(dòng)體表面之間經(jīng)受交變負(fù)荷的反復(fù)作用，由于安裝、潤(rùn)滑、維護(hù)等方面的原因，而產(chǎn)生點(diǎn)蝕、裂紋、表面剝落等缺陷，使軸承失效，從而使齒輪副和箱體產(chǎn)生損壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在影響軸承失效的眾多因素中，屬于安裝方面的原因占16%，屬于污染方面的原因也占16%，而屬于潤(rùn)滑和疲勞方面的原因各占34%。使用中70%以上的軸承達(dá)不到預(yù)定壽命。因而，重視軸承的設(shè)計(jì)選型，充分保證潤(rùn)滑條件，按照規(guī)范進(jìn)行安裝調(diào)試，加強(qiáng)對(duì)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的監(jiān)控是非常必要的。通常在齒輪箱上設(shè)置了軸承溫控報(bào)警點(diǎn)，對(duì)軸承異常高溫現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)控，同一箱體上不同軸承之間的溫差一般也不超過(guò)15℃，要隨時(shí)隨地檢查潤(rùn)滑油的變化，發(fā)現(xiàn)異常立即停機(jī)處理。
　　3.結(jié)束語(yǔ)
　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的日常維護(hù)與維修技術(shù)是保障大型風(fēng)電機(jī)組可靠運(yùn)行，降低大型維修成本、延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命的重要技術(shù)手段。對(duì)于我國(guó)積極發(fā)展風(fēng)力發(fā)電新能源的今天熟知風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的維護(hù)方法和齒輪箱常見(jiàn)故障及排除方法尤為重要。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]姚興佳，宋俊風(fēng)力發(fā)電機(jī)組原理與應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.
　　[2]張志英.風(fēng)能與風(fēng)力發(fā)電技術(shù)[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

來(lái)源：《科學(xué)與財(cái)富》2015年第19期