摘要：针对我风电场风力发电机两种型号齿轮箱结构，以及出现的齿轮箱故障。分析了齿轮箱齿轮损坏、轴承失效、箱体开裂、轴窜动、空心管渗油等故障的原因。提出了齿轮箱故障的诊断方法及预防措施。
关键词：风力发电机；齿轮箱；齿轮；轴承；空心管；油质
我风电场建于2007年，运行至今已有7年之久，齿轮箱是整套机组中非常重要的传动部件，已出现明显的裂化趋势。由于风力发电机组的特殊性，齿轮箱维修难度大、费用高，所以对风力发电机组的齿轮箱故障诊断和预防就显得更加迫在眉睫。
一、齿轮箱的结构
我风电场1MW、1.5 MW风力发电机齿轮箱由一级行星齿轮和两级平行轴齿轮传动组成，是一种典型的传动装置。齿轮箱利用其前箱盖上的两个突缘孔内的弹性套支撑在支架上。齿轮箱低速级的行星架通过涨紧套与机组的大轴连接，三个一组的行星轮将动力传至太阳轮，再通过内齿联轴节传至位于后箱体内的第一级平行轴齿轮，再经过第二级平行轴齿轮传至高速级的输出轴，通过柔性联轴节与发电机相联。齿轮箱输出轴端装有制动法兰供安装系统制动器用。
该齿轮箱结构紧凑、拆卸方便，低速级转速低、扭矩大。平行轴圆柱齿轮传动，可合理分配减速比，提高传动效率。胀紧套连接传递的扭矩大．太阳轮质量小、惯性小、浮动灵活、结构简单。
二、齿轮箱部件损坏形式及原因分析
齿轮箱的运行环境比较恶劣，受力随风速变化而变化，很容易因润滑不充分、密封老化等原因引发故障。针对我风场齿轮箱故障原因分析总结如下：
1、齿轮断齿损坏
图1
齿轮是一种复杂的机械零件，它的制造工艺、安装以及运行维护都是较为复杂的，而这一系列工作过程控制得是否严格，都对齿轮的寿命有很大的影响。造成齿轮损坏的主要原因如下：
1）风机在高转速运转时，突然紧急停机，高速刹车动作，风机传动链振动晃动较大，轴承串动，齿轮咬合间隙变小，受力瞬间增大，造成齿轮断齿。
2）齿轮箱齿轮材质、热处理质量存在问题，齿轮长时间疲劳运行，超过疲劳载荷后，齿轮断裂。
3）齿轮箱装配工艺存在问题，导致齿轮箱齿轮咬合间隙不均匀，长时间存在局部受力过大的齿面，造成断齿。
4)油位低，油质差，杂质多造成齿轮箱齿轮不能很好的形成油膜，润滑不良造成断齿。
5)、齿轮箱同轴度偏差，导致齿轮箱齿轮咬合间隙不均匀，长时间存在齿面局部受力过大，造成断齿
6)、齿轮箱中速齿轮轴承磨损，导致齿轮箱齿轮咬合间隙不均匀，长时间存在齿面局部受力过大，造成断齿。
7)、齿轮箱弹性支撑固定螺栓松动，造成齿轮箱高速运转时振动较大，与发电机轴承不同轴，齿轮受到应力较大，造成断齿。
2、轴承失效
滚动轴承在使用过程中，由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时，就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、保持架损坏等。造成轴承失效的主要原因如下：
1）轴承制造工艺不合格，造成轴承运行过程中受力不均匀，轴承寿命降低。
2）润滑、密封不良，使杂质进入轴承内部，引起不正常的摩擦磨损，并产生大量的热量，加速润滑油脂劣化，造成轴承无法达到正常使用寿命提前失效。
3）风机长期过载运行，可能造成轴承变形过大，轴承游隙增大，导致提前失效。
4）齿轮箱同轴度偏差，导致轴承运行过程中受力不均匀，造成损坏。
3、箱体开裂
箱体开裂部位
齿轮箱箱体开裂的主要部位为齿轮箱齿圈。导致齿轮箱开裂原因有：
1）齿轮箱材质不合格。
2）齿轮箱安装工艺问题。
3）齿轮箱行星齿轮断裂、卡塞，导致齿圈开裂。
4、轴窜动
经检查分析，造成轴窜动的主要原因为轴承失效，轴承内皮出现打滑、轴承锁紧套松动、轴承定位销断裂等造成轴向窜动。
5、空心管渗油
齿轮箱空心管随着低速轴转动，润滑油会经过空心管密封端盖渗出。导致空心管渗油主要有两方面原因：
1）空心管密封圈老化或失去弹性．密封不严，使齿轮箱内部的润滑油向外泄漏。
2）空心管处回油孔堵塞，导致回油不畅，从空心管端盖渗出。
三、齿轮箱故障预防措施
齿轮箱设计使用寿命通常为20年，目前国内外产品都达不到此要求，所以及时诊断故障和进行设备维护至关重要。下面介绍几种齿轮箱故障预防措施。
1、齿轮箱同轴度检查
利用半年度维护对发电机与齿轮箱的同轴度进行检查，发现同轴度不合格，及时调整，以保证齿轮箱轴承及齿轮使用寿命。
2、回油孔检查
利用定期维护，对齿轮箱空心管端盖上的回油孔进行清理，防止回油孔阻塞，空心管端盖渗油。
3、齿轮箱过滤器检查更换
观察齿轮箱入口压力是否正常，如果低于报警值时需要检查过滤器是否堵塞；如果没有报警需每年或在压差传感器状态信息发出后10 天内更换一次滤芯。
4、油化验
齿轮和轴承在转动过程中它们实际都是非直接接触，这中间是靠润滑油建成油膜，使其形成非接触式的滚动和滑动，这时油起到了重要的润滑、冷却作用。
齿轮油主要化验项目：外观分析、40℃粘度、总酸值TAN测试、含水量、磨损金属/ICP分析。通过对以上指标检测对比，分析油品状况，对检测正常的油品定期进行过滤，对严重超标的油品进行换油。
5、内窥镜检查齿轮箱
内窥镜具有携带方便、清晰度高的特点，利用探头探测齿轮箱内部的轴承及齿轮。设备出现振动、噪声增大、温度升高等情况时，可停机打开观察孔． 使用内窥镜检查齿轮啮合情况和齿轮箱底部是否有异物存在，这样的检查方式能够非常直观地表现齿轮箱内部的情况。
四、结语
随着齿轮箱运行时间的增长，故障也会越来越多，通过加强对齿轮箱运行参数的监控，按时进行设备维护保养，可以有效的降低齿轮箱故障率，保障机组安全稳定的运行。
作者简介
王俊磊（1988-09-04），男，汉族，籍贯：山东烟台，当前职务：技术员，当前职称：高级工，学历：本科，研究方向：风力发电。
论文作者:王俊磊
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/14
标签：齿轮箱论文; 齿轮论文; 轴承论文; 同轴论文; 故障论文; 箱体论文; 受力论文; 《电力设备》2018年第3期论文;