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1、風電齒輪箱結(jié)構(gòu)類型與工作原理及其維護、使用和故障分析,重慶重齒風力發(fā)電齒輪箱有限責任公司 劉其勇 2006.12.7,概述,風力發(fā)電機組由葉片、增速齒輪箱、風葉控制系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、發(fā)電機、塔架等組成。其中增速齒輪箱作為其傳動系統(tǒng)起到動力傳輸?shù)淖饔?，使葉片的轉(zhuǎn)速通過增速齒輪箱增速，使其轉(zhuǎn)速達到發(fā)電機的額定轉(zhuǎn)速，以供發(fā)電機能正常發(fā)電。因此增速齒輪箱設(shè)計及制造相當關(guān)鍵。同時風力發(fā)電機組增速齒輪箱由于其使用條件的限制，要求體積小，重量輕，性能優(yōu)良，運行可靠，故障率低。,隨著風電行業(yè)的發(fā)展，更多更大功率的機組投入商業(yè)化運營，因而其維修費用更高。雖然世界上著明的齒輪箱制造企業(yè)

2、，如德國的Renk公司，F(xiàn)lender公司，JA/KE公司，Eickhoof公司以及一些中小企業(yè)在這方面都作了研究，并且有的企業(yè)也付出了很大的代價，但目前世界風電行業(yè)所用增速齒輪箱仍然事故較多。因此，采用先進技術(shù)，分析其它企業(yè)失敗的原因，總結(jié)和吸收以往開發(fā)其它項目齒輪箱成功的經(jīng)驗，研制高技術(shù)性能，高可靠性和良好的可維修性的增速齒輪箱是兆瓦級風力發(fā)電機組的關(guān)鍵技術(shù)保障。,一、風電齒輪箱的傳動結(jié)構(gòu)類型與工作原理,600KW齒輪箱1,600KW齒輪箱2,800KW齒輪箱1,800KW齒輪箱2,1000KW齒輪箱,1500KW齒輪箱,齒輪箱工作原理（以600KW齒輪箱為例）,齒輪箱的結(jié)構(gòu)原理圖見上圖。

3、結(jié)構(gòu)上采用行星平行軸混合傳動的緊湊結(jié)構(gòu)；低速級轉(zhuǎn)速低，扭矩大，采用行星傳動，且主要以太陽輪浮動均載為主。第二級、第三級扭矩小得多，采用斜齒傳動，能有效的保證葉尖高壓油通道。其具體原理為：首先，通過風帶動葉片轉(zhuǎn)動，葉片把轉(zhuǎn)速傳到輸入軸（1）上。通過輸入軸（1）上的花鍵把力矩傳到行星架（2）上，行星架通過內(nèi)齒圈（3）行星輪（4）和太陽輪（5）組成的行星傳動傳到太陽輪（5）上，太陽輪（5）通過另一端的花鍵把力矩傳到大齒輪（6）上，大齒輪（6）通過齒輪傳動把力矩傳到齒輪軸（7）上，齒輪軸（7）通過軸上的大齒輪把力矩傳到輸出軸（8）上。輸出軸（8）通過輸出軸軸伸端把力矩和轉(zhuǎn)速傳到發(fā)電機上，供發(fā)電機發(fā)電。

4、,二、齒輪、軸承潤滑機理,齒輪和軸承在轉(zhuǎn)動過程中它們實際都是非直接接觸，這中間是靠潤滑油建成油膜，使其形成非接觸式的滾動和滑動，這時油起到了潤滑的作用。雖然它們是非接觸的滾動和滑動，但由于加工精度等原因使其轉(zhuǎn)動都有相對的滾動摩擦和滑動摩擦，這都會產(chǎn)生一定的熱量。如果這些熱量在它們轉(zhuǎn)動的過程中沒有消除，勢必會越集越多，最后導(dǎo)致高溫燒毀齒輪和軸承。因此齒輪和軸承在轉(zhuǎn)動過程中必須用潤滑油來進行冷卻。所以潤滑油一方面起潤滑作用，另一方面起冷卻作用。,對于風電齒輪箱，對于所有的齒輪和軸承我們都要采用強制潤滑。原因有： 1、強制潤滑可以進行監(jiān)控，而飛濺潤滑是監(jiān)控不了的。從安全性考慮采用強制潤滑。 2、現(xiàn)在

5、風電齒輪箱功率越來越大，其功率損耗也越來越大，因此飛濺潤滑已經(jīng)滿足不了冷卻的作用。這是需要進行強制潤滑。 下為潤滑實例：（以1500KW齒輪箱為例）,三、風電齒輪箱的損壞類型及其判斷,上表中列舉了齒輪箱中各類零件損壞的百分比。由表可見，在齒輪箱中齒輪本身的故障所占比重大，為60%。說明在齒輪傳動系統(tǒng)中齒輪本身的制造、裝配質(zhì)量及其運行維護水平是關(guān)鍵問題。齒輪在機械加工中是一種高度復(fù)雜的成形零件，而在高速、重載下運行的齒輪，其工作條件又相對比其他零部件惡劣。,四、風電齒輪箱的使用、維護和檢查,以1500KW齒輪箱為例說明： 1 、運行前的檢查： 1.1安裝完后，所有多余材料、工具、安裝用的工裝設(shè)備

6、都應(yīng)拿走。 1.2連接螺栓是否擰緊。 1.3齒輪箱殼體的連接螺栓是否擰緊。 1.4手動盤車有無阻滯現(xiàn)象。 1.5油量是否達到油標刻度。從減速箱的通氣帽處加入規(guī)定的清潔潤滑油，注油時用不少于80目的濾網(wǎng)過濾，以防雜物進入箱內(nèi)?；陀昧考s260L。,2 、試運轉(zhuǎn) 齒輪箱出廠前已進行過空載試驗，建議用戶在齒輪箱首次運行前10小時內(nèi)注意下列事項： 檢查齒輪、軸承供油是否正常，吸油是否暢通。 在運轉(zhuǎn)過程中，每30分鐘記錄一次油溫及軸承部位溫度。 注意齒輪箱有無異常聲響，檢查箱體各接合面和各可能的泄漏點是否滲油，并及時采取措施，排除故障。 在總計運行10小時后，檢查機座螺栓和各連接部位螺栓，必要時予以緊固

7、，檢查所有可能的泄漏點；檢查油位，必要時補充潤滑油。,3、潤滑系統(tǒng)使用要求 潤滑油牌號：Mobil SHC XMP 320 潤滑系統(tǒng)由供油裝置、過濾系統(tǒng)、油/風冷卻裝置及中間連接管路組成。 控制原理圖如圖：,3.1控制要求： 機組未啟動時若油溫低于10時，電加熱器啟動，電動泵每隔30分鐘啟動工作5分鐘。油溫高于15，電加熱器停止加熱，電動泵工作，機組啟動。 機組啟動溫度必須在油溫高于10。 電動泵出口壓力10bar，安全閥設(shè)定壓力16bar，出口油壓過高（超過16bar）時，安全閥打開。 過濾器最高工作壓力16bar，安全閥設(shè)定壓力14bar，當過濾器進口與出口壓力差值超過3.5bar時（在油

8、溫超過40時才測定，信號采集至少90分鐘），傳感器發(fā)出信號且紅燈亮（綠燈表示工作正常）。,風冷器工作壓力25bar，最大允許流量140L/min，風冷器的風扇電機在油溫60或高速軸軸承溫度75時打開，油溫回落至50且高速軸軸承溫度70時，風冷器的風扇電機停止運轉(zhuǎn)。 壓力控制器的壓力監(jiān)測范圍為0.5-6bar，不在此范圍內(nèi)時報警（油溫70時壓力要求0.5bar，油溫低于10時壓力要求6bar），若壓力0.5bar時，報警持續(xù)超過5秒則停機。 液位下降至設(shè)定值時液位開關(guān)發(fā)出報警信號。 油溫溫度不允許超過70，否則齒輪箱停機。 高速軸軸承溫度不允許超過80，否則齒輪箱停機。,3.2安裝要求 供油裝置

9、應(yīng)安裝在齒輪箱附近，泵吸油管越短越好，其長度以不大于1米為宜。 為保證冷卻效果，油/風冷卻裝置應(yīng)安裝在通風處。 中間連接管路按相關(guān)的液壓、潤滑安裝規(guī)范進行安裝，保證各連接處不泄漏。 供油裝置投入運行前，必須確認齒輪箱內(nèi)部清潔度達到ISO4406 17/15/12級，潤滑油清潔度等級達到ISO4406 17/15/12級。,3.3使用與維護 3.3.1首次啟動時應(yīng)注意油泵電機轉(zhuǎn)向是否正確。 過濾系統(tǒng)入口處設(shè)有測壓點，可用測壓表（用戶自備）檢測泵的出口壓力。 過濾系統(tǒng)上裝有濾油器污染發(fā)訊器，當濾油器進出油口壓差達到3.5bar時，污染法訊器發(fā)出電訊號，同時污染發(fā)訊器上也有燈光顯示，此時應(yīng)及時更換濾

10、芯。如果更換濾芯不及時，濾油器進口壓力達到14bar時，濾油器旁通閥將會開啟，此時濾油器將失去過濾作用，齒輪箱必須停止運轉(zhuǎn)！,3.3.2濾芯的更換過程： 更換濾芯時必須確認供油裝置處于停機狀態(tài)，濾油器必須卸壓（壓力表顯示0bar狀態(tài)）?？梢酝ㄟ^擰松濾筒底部的排油螺塞卸壓（工作時必須擰緊）。 更換濾芯步驟： 旋下濾筒，取出舊濾芯。 清洗濾筒，把新濾芯裝上，旋上濾筒。 旋緊濾筒，再回松1/4圈。 更換濾芯后，重新啟動工作，注意觀察壓力表工作壓力。,3.3.3旁路過濾 當齒輪箱長時間運行后，箱體內(nèi)部潤滑油會逐漸污染，底部沉淀顆粒狀污染物。為提高潤滑系統(tǒng)清潔度，延長過濾器使用壽命，可對齒輪箱進行旁路沖

11、洗過濾。旁路過濾裝置由用戶自備，箱體上預(yù)留有安裝接口。,3.3.4低溫啟動 冬季低溫狀態(tài)時機組啟動必須考慮油液的加熱。當油溫低于-10時可通過電加熱器將油溫升到10以上；當油溫低于-10至-30時由于潤滑油粘度太大，則應(yīng)采用專用的低溫旁路加熱系統(tǒng)加熱油液。低溫旁路加熱系統(tǒng)由用戶自備，箱體上預(yù)留有安裝接口,該接口與旁路過濾裝置接口共用。,4、齒輪箱維護 4.1 檢查螺栓和螺母是否緊固 所有在表（一）中列出的螺栓聯(lián)接必須檢查是否緊固。在表（一）中包括這些螺栓的相關(guān)數(shù)據(jù)，例如扭矩和扳手尺寸。 并不是所有的螺栓都需要一一檢查，要檢查的數(shù)目在表中也有指出。 如果在齒輪箱中重復(fù)出現(xiàn)相同規(guī)格的螺栓，那么在表

12、中只列出一次。 檢查螺栓聯(lián)接必須使用經(jīng)過校正的扭力扳手和液壓扳手。 如果被檢查的螺栓數(shù)目少于實際數(shù)目，那么在這些檢查過的螺栓上必須作標記，下次檢查其它的螺栓。 如果在檢查的螺栓中有一個因松動而達不到指定扭矩，那么所有的螺栓都必須檢查。,4.2 腐蝕狀況和泄漏情況檢查 檢查所有部件的腐蝕狀況。如果發(fā)現(xiàn)外表面有腐蝕，必須立刻按照覆蓋層說明書對該部件進行處理。 檢查所有部件，特別是齒輪箱、液壓系統(tǒng)、剎車和油液泄漏。必須排除泄漏并找出到泄漏原因。必須更換損壞部件并清理被污染的區(qū)域。,4.3 運行的異常噪音檢查 必須檢查運行部件的異常噪音，要特別注意主軸軸承、剎車裝置在運行中的噪音。,4.4 齒輪箱 在

13、維護齒輪箱之前，必須使風機安全停機，并確保不會因為誤操作而啟動（確保剎車可靠和風輪鎖緊）。,4.4.1 檢查齒輪箱是否有異常噪音 運行時是否有異常的噪音。 4.4.2 檢查油位 從油標檢查齒輪箱的油位。 4.4.3 檢查齒輪箱是否有泄漏 檢查所有的凹槽、迷宮環(huán)和泄漏油液的流跡。,4.4.4 檢查油液狀況 在500小時后必須進行油液的抽樣檢查，不管運行狀況如何抽樣的時間不能遲于一年。抽樣檢查油液對于評定各種油液的特性（粘性、老化水融性等）是非常重要的。油液檢查后的結(jié)果應(yīng)該告訴你的油液供應(yīng)商。,更換油液 如果使用礦物油必須每2年更換一次，如果使用人工合成油必須每3年更換一次；油液若從外觀上就發(fā)現(xiàn)變

14、性，應(yīng)該立即更換。 油液更換時，必須使用和先前同一牌號的油液。不允許使用混合油或不同生產(chǎn)廠家的油液。要特別指出的是，人工合成油并不是不同礦物油或其它不同油液的簡單混合。如果從礦物油換到合成油，或是從合成油換到礦物油，在注入新油液之前必須徹底清洗齒輪箱。 在更換油液時，為了清除箱底的雜質(zhì)、鐵屑和殘留油液，齒輪箱必須用新油液進行沖洗。高粘度的油液必須進行預(yù)熱。新油液應(yīng)該在齒輪箱徹底清洗后注入。 注意： 舊的油液應(yīng)該在停機后齒輪箱冷卻之前盡快排出。,換油步驟： 在放油球閥下放置合適的積油容器。 卸下箱體頂部的空氣濾清帽。 把油槽及凹處的殘留油液吸出，或用新油進行沖洗，這樣也可以把油槽中的雜質(zhì)清除干凈

15、。 清潔位于放油堵頭處的磁鐵。 擰緊放油堵頭（檢查油封： 堵頭處受壓的油封可能失效，必要時可更換油封）。 卸下觀察蓋板進行檢查。 將新的油液過濾后注入齒輪箱 (過濾精度: 30 m以上) 。 必須使油液液位達到液位計的標注刻度處，以保證可以軸承和齒輪潤滑可靠。 檢查油位(油液必須加到油標的中部)。 蓋上觀察蓋板，裝上空氣濾清帽。,4.4.5 檢查齒輪 檢查有可能損傷的齒輪嚙合面。 4.4.6 清潔空氣濾清帽 必須每年清潔空氣濾清帽，先擰下空氣濾清帽，然后用清洗劑進行清洗，待干燥后在擰上。 4.4.7 檢查齒輪箱的彈性支撐是否有損傷 必須檢查彈性支撐的磨損狀況，是否有裂縫以及老化情況。如果發(fā)現(xiàn)有

16、明顯的老化痕跡，必須予以更換。,4.4.8 潤滑冷卻循環(huán)系統(tǒng) 4.4.8.1 檢查系統(tǒng)是否有泄漏 檢查所有的接頭和油管是否有泄漏。 必須排除所有的泄漏并找到泄漏原因。 4.4.8.2 檢查軟管是否老化 檢查在潤滑冷卻循環(huán)系統(tǒng)中的軟管是否老化，是否有裂紋。 如果發(fā)現(xiàn)軟管的表面有老化痕跡和過多的裂紋，必須進行更換。 4.4.8.3 檢查各傳感器開關(guān)是否工作正常 如果傳感器失靈或損壞，請立即更換。,4.4.9 安全剎車 4.4.9.1 檢查剎車圓盤的外表面以及上面是否有油污 必須確保剎車圓盤上沒有油污。如果發(fā)現(xiàn)有油污，必須找到原因并加以排除。并且必須更換制動塊。 4.4.9.2 檢查圓盤表面：必須保

17、證圓盤表面平整，圓盤邊緣沒有條紋狀裂紋，如果發(fā)現(xiàn)有問題，圓盤和制動塊必須更換。 4.4.9.3 檢查制動塊 必須定期檢查制動塊的磨損情況，確保各制動塊有1mm的摩擦層（也就是說保證圓盤和制動塊之間有2.25mm的間隙）。 4.4.9.4檢查剎車夾鉗 檢查剎車夾鉗是否有油污，或者其它黏附物，任何污染物都必須清除。 檢查剎車夾鉗的腐蝕狀況。如果發(fā)現(xiàn)有腐蝕地方必須清除，并對腐蝕區(qū)域加以防護 。,附錄 運行維護表附表一 500小時運行維護清單 日 期： 年 月 日,附表二 2500小時運行維護清單 日 期： 年 月 日,附表三 5000小時運行維護清單 日 期： 年 月 日,謝謝！,