风力发电机组齿轮箱的维护与监测

赵盈洁

摘要：风电特有的间歇性和波动性，受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，对于一个风场而言，如何降低发电成本，提高风电机组的可利用率，延长机组的使用寿命成为一个刻不容缓的问题。

中图分类号：TM315文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)04(a)-0000-00

风能做为一种清洁能源，越来越受到人们的重视，同时风力发电场建成周期短，在我国特别是近些年，风能的利用有了突飞猛进的发展。由于风电特有的间歇性和波动性，一般来说风力发电机组都安装在高山，荒野，海滩等大风地带，受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，所以对于一个风场而言，如何降低发电成本，提高风电机组的可利用率，延长机组的使用寿命成为一个刻不容缓的问题。

风力发电机组中齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功能是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速，通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所需求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。齿轮箱安装在塔顶的狭小空间里，一旦出现故障修复非常困难，我风厂的齿轮箱因故障损坏了三次，对发电量都有一定的影响，因为是老型号，有的工厂根本不生产，备件去维修就要停机几个月的时间，影响了风电量。所以对齿轮箱的可靠性和使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求，例如对构件材料的要求，除了常规状态下机械性能外，还应该具有低温平稳工作，防止振动和冲击，保证充分的润滑条件等。因此加强齿轮箱的研究，重视对其进行维护保养的工作，显得尤其重要。

1总体结构

我厂使用的齿轮箱来自两个不同的生产厂家，分别是芬兰VALMET和BROOX-HANSEN,让我们来共同探讨一下齿轮箱的总体结构：

1.1齿轮箱：当电机以同步速度转动时(即50HZ/500RPM)齿轮箱的比率选择的是低速轴转速以配合叶片的最佳叶尖速度。当风速在15—16米/秒和更高额定输出达到时，叶片叶尖速度和叶尖角度的组合保证了风机通过失速自动进行功率控制。

1.2、齿轮箱室：齿轮箱的负荷和作用力通过一边一个的支撑点传送到塔筒和地基，这些支撑点装有坚固的橡胶衬套，可进一步降低风机发出的噪音和振动。齿轮箱根据电机速度提升主轴转速和转子转速，刹车盘装在齿轮箱后端的高速轴上。一个分体套管固定了一个法兰，刹车盘用螺栓固定在法兰上，高速轴与电机通过一个揉性联轴器连接，在齿轮箱室的顶部有一个可移动的检查口。

1.3 轴和齿轮

齿轮箱的低速主轴是空心的，它包入了转子轴的后部，转子轴用高强度的分体套管固定。这个转子轴和齿轮箱的特殊连接，形成了一个简单的三点悬挂装置排除了校正的麻烦。

1.4 滚柱轴承

齿轮箱中的所有轴承都是高品质的，选用的轴承类型可以在轴向进行轴向移动，而没有轴不平行运动的危险，也不需要进行轴向调节，高速轴的尾部轴承上装有一个PT-100传感器，可提供轴承温度信息。

2 常规监测技术

检测齿轮箱等高频冲击类故障也可以用频谱分析法，虽然风力发电机组的设计使用寿

命一般是20年，但是据实际统计，齿轮箱的平均寿命仅为3-5年。齿轮箱的价格和维修费用也很高，还要加上停机所带来的损失。所以要通过各种间接手段，评估机组运行状态，在故障发生之前便发出警告，从而可以准确判断故障发生时间，合理制定维修计划，开展维修任务。即缩短了非计划停机的时间，又避免了关联部件的操作，同时节省不必要的备件成本、维修成本，从很大程度上提高了经济效益。

3日常的维护与保养

运行人员登机工作时应对齿轮箱箱体表面进行清洁，进行巡视检查时要注意齿轮箱的动静，如有异常立即登塔检查，象我公司2011年3月份10号风机发生的齿轮箱故障就是在例行的巡视检查中发现的。检查箱体及润滑管路有无渗漏，具体工作任务包括，外敷的润滑管路有无松动，由于风电机组振动较大，如果外敷管路固定不良将导致管路接头密封损坏甚至管路断裂。此外，还要注意箱底放油阀有无松动和渗漏，避免放油阀松动和渗漏导致的齿轮油大量外泄。

3.1 第一次换油应在首次投入运行500小时后进行，以后的换油周期为每5000-10000小时，在运行过程中也要注意箱体内油质的变化，定期取样化验，若油质发生变化，由油标尺或油位窗检查油位及油色是否正常，发现油位偏低应及时补充。若发现油色明显变深发黑时，应考虑进行油质检验，并加强机组的运行监视。遇有滤清器堵塞报警时应及时检查处理，在更换滤。芯时应彻底清洗滤清器内部，有条件最好将滤清器总成拆下在车间进行清洗、检查。安装滤清器外壳时应注意对正螺纹，均匀用力，避免操作螺纹和密封圈。

3.3取样

⑴停机10分钟内油温在40度以上自排油口取出油样0.5升。⑵避免停机时间过长，油内杂质产生沉淀，造成油样不准确。⑶记录：发电量/运行时间/取样时油温/编号

3.5定期保养维护

风电机组定期保养维护内容主要包括：齿轮箱连接螺栓的力矩检查、齿轮啮合及齿面磨损情况检查、传感器功能测试、润滑及散热系统功能检查、定期更换齿轮油滤清器，油样采集等。

4齿轮箱运行过程中常见故障的处理

4.1 齿轮油泵过载

常见故障原因：齿轮油泵过载多发生在冬季低温气象条件之下，当风电机组故障长期停机后齿轮箱温度下降较多，齿轮油粘度增加，造成油泵启动时负载较重，导致油泵电机过载。

处理办法：出现该故障后应使机组处于待机状态下逐步加热齿轮油至正常值后再启动风机，避免强制启动风电机组，以免因齿轮油粘度较大造成润滑不良，损坏齿面或轴承以及润滑系统的其它部件。

注意事项：新疆风电厂发生过冬季低温工况下，直接启动故障停机多日的机组，因齿轮油温度偏低，粘度增大，使润滑系统工作压力升高，波动较大，导致滤清器密封圈损坏，齿轮油外泄。

4.2 齿轮油温度过高

常见故障原因：齿轮油温度过高一般是因为风电机组长时间处于满发状态，润滑油因齿轮箱发热而温度上升超过正常值。处理方法：出现温度接近齿轮箱工作温度上限的现象时，可敞开塔架大门，增强通风降低机舱温度，改善齿轮箱工作环境温度。若发生温度过高导致的停机，不应进行人工干预，使机组自行循环散热至正常值后启动。有条件时应观察齿轮箱温度变化过程是否正常、连续，以判断温度传感器工作是否正常。根据已有风场运行经验，经常观察齿轮箱油温变化，可在一定程度上预知齿轮箱的潜在故障，以便及早发现，及时处理，以防止事故扩大。

4.3低温时，应考虑妥善的加热方法，以及良好的散热系统。

4.4应不断检查润滑部位是否充分得到润滑，以及润滑剂是否有杂质，是否已经失效。更新润滑油时，厂家提供的油品纯度（清洁度）不能满足风机齿轮箱的清洁度要求，应用过滤器进行过滤后，再注入齿轮箱。

5小结：

齿轮箱在风力发电机组中有很重要的作用，所以要加强对齿轮箱的运行管理及日常维护，把故障消灭在萌芽状态，从而提高风电机组的可靠率及降低发电成本，也大大地减少了维护成本。