风电齿轮箱的现状调查与损坏原因分析

随着风电机组运行时间的延长,由于风电场环境恶劣,齿轮箱的故障越来越频繁出现,诸如漏油,齿面点蚀、剥落、断齿、异常磨损,轴承跑圈、滚道点蚀、剥落等现象。

导致出现上述缺陷因素很多,包括制造因素:齿轮箱结构设计、载荷计算、轴承选型、材料选择、制造加工、出厂前的试车及清洁等;运行因素:控制策略、监控措施、维护方法;环境因素:气候、变化无常的风况;控制因素:任何一个环节控制不到位,均会导致隐患,从微小缺陷扩展成大缺陷,从而引起机械部分不可逆的损坏。

因此,风电机组齿轮箱从出厂到淘汰报废,我们要以全寿命周期管理理念,通过精心维护、科学管理来降低齿轮箱损坏率及下架率、缩短恢复时间,实现齿轮箱长寿命健康运行,提高机组利用率。

损坏原因概略分析

齿轮箱损坏下架的原因很多,通过调查及数据统计,缺陷主要表现为:齿轮断齿,齿面点蚀、磨损、剥落,内齿圈断裂,行星轮损坏卡死,轴承磨损、内外圈跑圈等。

引起这些缺陷的直接原因主要是因为齿部接触不良,出现偏载,局部应力过大、引起微裂纹并逐步扩展,致使齿面烧伤、点蚀、剥落,导致齿的局部断裂。而引起这些现象的间接原因与设计制造、材料及热处理、运行维护、控制策略、环境等因素都可能有关。每一台齿轮箱下架具体情况会不同,但一般来说,制造初始缺陷是潜在诱因,在使用过程中若载荷复杂、维护不当、不及时跟踪处理会加速缺陷扩展。

需停机处理的故障主要集中在管路漏油、高速轴、电动泵、油温油压报警、滤芯、冷却系统、轴承及异响。这些故障会直接造成齿轮、轴承润滑不良,若不及时处理会引起齿轮和轴承出现缺陷并扩展,甚至会导致下架。

全寿命周期内运行维护及管理要求

从出厂起,到运行维护、监控、故障处理、备件储备,以及结构优化等每个环节均需加强管理。做好前期控制,及时发现问题、尽早处理,预防为主、防治结合,严格执行齿轮箱专项检查,建立齿轮箱状态跟踪档案,不断完善故障处理方法。

一、出厂前的试验、清洁

齿轮箱装配完成,必须严格按照检验规范进行整箱检验,按试车规范进行加载试车。循环跑油后,尤其要保证出厂前的清洁度,达到齿轮箱清洁度要求,严格按采购方和制造方双方技术协议要求进行相应取样检测,严禁有大的金属铁屑、杂物残留在齿轮箱内,否则上天运行后,过滤系统在短时间内不能完成全部过滤,甚至某些残留物至始至终都不能通过过滤系统过滤。残留铁屑会在齿轮箱运行过程中对齿面、轴承滚道进行挤压,导致压痕、磨痕。

对新出厂齿轮箱加注新润滑油时,新油的清洁度需达到ISO440617/15/12标准,否则需经过过滤。由装配单位对每批次新齿轮箱润滑油的清洁度进行合适比例的抽检,抽检样本送具有资质的检测机构检验,并将所有检测结果进行建档。

二、存放和停机要求

(一)塔下存放

若齿轮箱出厂后需长时间放置,必需制定相关存放要求,并严格执行。

(1)环境要求:做好防水、防潮、防尘措施以及内外零件防腐蚀;

(2)定期进行内部油管、齿轮、轴承锈蚀的检查,空滤状态及失效检查;

(3)按规定做维护保养:齿轮箱存放一段时间后,按要求去除内部零件的灰尘、水汽、锈蚀后,润滑系统加油、通电,启动油泵进行泵油循环,并以适当速度盘动高速轴;

(二)塔上停机

当风电机组不发电时,如机组吊装完成后以及后期运行临时停机,需对齿轮箱做好相关保护。

(1)如果传动链必须被锁死,连续锁住时间不能太长,一般不超过一周。因为锁紧销与锁紧盘存在间隙,叶轮的晃动会导致齿轮副啮合齿的来回摆动,时间过久会在啮合处产生微动磨损。

(2)空转时,需限制转速,一般控制在300rpm以内,且保证齿轮箱内部零件的足够润滑。

三、加强日常运行维护管理

做好日常巡检、定期维护,是风电场目前降低齿轮箱故障率的主要手段。必须按照主机厂商作业指导书内容(如《风电机组齿轮箱全寿命周期内运行维护指导书》),保质保量地进行维护工作,确保齿轮箱良好润滑。按检查难度、周期性要求、齿轮箱结构特点制定维护项目,包括:日常巡检、每季度项目、半年检查项目与年度检查项目。

严禁屏蔽齿轮箱油温、油压、油位、滤芯堵塞等报警信号,遇到报警未查明原因和解决之前,禁止为保发电量而启机运行。在设计上报警不停机的信号,也需尽快处理,不能延误和遗忘。当风电机组报其它错误时,风电场运行人员首先尝试的处理方法为远程复位(夜间值班期间尤为突出)。这种做法并不合适。少量误报故障确实可通过复位消除,但频繁的自动复位动作只会增加对齿轮箱的冲击,加速齿轮、轴承的疲劳损坏,缩短齿轮箱服役时间。因此,出现报警信号时,应停机检查,及时找到问题原因并彻底处理。

 


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