淺談風(fēng)電機(jī)組偏航軸承齒側(cè)間隙及調(diào)整

文 | 張新旺

淺談風(fēng)電機(jī)組偏航軸承齒側(cè)間隙及調(diào)整

文 | 張新旺

風(fēng)電機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行在風(fēng)沙大、溫度低的惡劣環(huán)境中，偏航軸承是風(fēng)電機(jī)組中重要的零部件之一，除了要承受整個(gè)機(jī)艙和葉輪的重量，還要承受軸向載荷、徑向載荷和傾翻力矩，將葉輪的氣動(dòng)力傳遞至塔架。機(jī)組運(yùn)行時(shí)為了對(duì)風(fēng)準(zhǔn)確、提高風(fēng)能利用效率，偏航減速器頻繁驅(qū)動(dòng)偏航軸承大齒圈旋轉(zhuǎn)使葉輪正對(duì)風(fēng)。偏航軸承側(cè)隙是指偏航軸承大齒輪與偏航減速器小齒輪嚙合時(shí)非工作齒面之間所形成的間隙。偏航軸承側(cè)隙不合理，將發(fā)生偏航減速器小齒輪和偏航軸承斷齒、小齒輪斷軸和機(jī)艙振動(dòng)等故障。齒側(cè)間隙的存在會(huì)產(chǎn)生齒間沖擊，影響齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性和載荷分布均勻性。通常風(fēng)電場(chǎng)地處于偏遠(yuǎn)、交通不便的荒漠、戈壁灘或山區(qū)，如果偏航軸承或偏航減速器損壞，那么不僅更換周期長(zhǎng)，而且費(fèi)用昂貴，這嚴(yán)重影響了風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。所以在風(fēng)電機(jī)組日常維護(hù)工作中，定期測(cè)量偏航軸承側(cè)隙是很有必要的。

風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)簡(jiǎn)介

通常情況下，大型機(jī)組的偏航制動(dòng)功能由偏航液壓制動(dòng)器和偏航電機(jī)電磁剎車這兩套系統(tǒng)來完成的。偏航軸承的外圈是大齒圈，剎車盤和偏航軸承外圈與塔架連接固定；偏航軸承內(nèi)圈與機(jī)艙底座連接，偏航制動(dòng)器安裝在底座下方，偏航減速器安裝在底座上方，驅(qū)動(dòng)大齒圈實(shí)現(xiàn)偏航功能。偏航制動(dòng)器鉗住剎車盤是機(jī)艙偏航制動(dòng)的第一套偏航制動(dòng)系統(tǒng)；電磁剎車通過鎖住電機(jī)軸而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)偏航減速器小齒輪，這是偏航制動(dòng)的第二套系統(tǒng)。

風(fēng)電機(jī)組偏航軸承側(cè)隙調(diào)整的必要性

風(fēng)電機(jī)組在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行一段時(shí)間后，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)偏航軸承側(cè)間隙比正常值小。其原因可能是：廠家裝配主機(jī)調(diào)整的偏航軸承側(cè)隙是處于空載狀態(tài)（未安裝葉輪），各零部件在重力的作用下處于一種平衡狀態(tài)，此時(shí)相互嚙合齒之間的側(cè)隙屬于機(jī)艙重力作用下的位置，調(diào)整出的側(cè)隙是合格的。機(jī)組在現(xiàn)場(chǎng)整機(jī)安裝完成后再運(yùn)行一段時(shí)間，當(dāng)齒輪傳遞動(dòng)力時(shí)，由于作用在齒輪上的力大于出廠前的力（現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組安裝后增加了葉輪重力和風(fēng)的作用力），會(huì)引起零部件的彈性變形等現(xiàn)象，于是由原來機(jī)艙自重作用下的狀態(tài)被破壞，使得側(cè)隙有所變化。

一、側(cè)隙小的危害

理論上來說，齒輪側(cè)隙應(yīng)該為零，但在齒輪的實(shí)際工作過程中齒形會(huì)隨著溫度的上升而不斷變大，導(dǎo)致零側(cè)隙齒輪嚙合時(shí)出現(xiàn)熱膨脹而卡死、咬合、無潤(rùn)滑油膜，所以偏航軸承側(cè)隙必須在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)，以保證齒輪正常工作及良好的潤(rùn)滑油膜，使風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài)。

二、側(cè)隙大的危害

有些風(fēng)電場(chǎng)由于某些特殊原因，機(jī)組安裝完幾個(gè)月甚至一年都未帶電，長(zhǎng)期處于失電停機(jī)狀態(tài)。偏航液壓系統(tǒng)內(nèi)泄是不可避免的，即使出廠前液壓系統(tǒng)已建起正常的壓力，但長(zhǎng)時(shí)間液壓系統(tǒng)內(nèi)泄和未補(bǔ)壓，偏航制動(dòng)器內(nèi)部壓力將會(huì)降低或者降為零，即偏航液壓制動(dòng)器處于失效狀態(tài)，盡管偏航電機(jī)電磁剎車（失電為常閉狀態(tài)）已處于制動(dòng)狀態(tài)，如果偏航軸承側(cè)隙大，在大風(fēng)的作用下機(jī)組處于連續(xù)的“晃動(dòng)”狀態(tài)，將造成偏航軸承上部的機(jī)艙隨風(fēng)做小幅度的擺動(dòng)（相對(duì)于靜止的偏航軸承大齒圈），嚙合齒之間一直處于往復(fù)碰撞沖擊狀態(tài)，齒面將會(huì)疲勞點(diǎn)蝕或甚至齒根斷裂。風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)中有許多主機(jī)（機(jī)艙）在現(xiàn)場(chǎng)放置較長(zhǎng)時(shí)間后才安裝，甚至有些主機(jī)出廠前偏航系統(tǒng)壓力為零，如果偏航軸承側(cè)隙過大都有可能對(duì)齒輪造成傷害。

風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)至少安裝了兩個(gè)偏航減速器，而且做雙向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如果偏航減速器小齒輪與偏航軸承側(cè)間隙過大，那么偏航啟動(dòng)時(shí)會(huì)形成一定的空載行程，進(jìn)而引起嚙合沖擊、自激振動(dòng)和噪聲等；減速器小齒輪側(cè)隙不同，還會(huì)造成偏航啟動(dòng)時(shí)小齒輪不同步的現(xiàn)象，這是非常不利的。所以，有許多風(fēng)電機(jī)組偏航啟動(dòng)的瞬間可以聽到較大的“咚”的沖擊聲，此時(shí)可能由于振動(dòng)過大，使機(jī)組報(bào)出機(jī)艙振動(dòng)加速度故障。

風(fēng)電機(jī)組解纜偏航時(shí)，偏航液壓制動(dòng)器處于不工作狀態(tài)（失壓），如果偏航軸承側(cè)隙過大，由于葉輪和機(jī)艙體積大、重量大、迎風(fēng)面積大，在大風(fēng)的作用下機(jī)艙會(huì)左右擺動(dòng)或產(chǎn)生一個(gè)慣性力矩，導(dǎo)致嚙合齒之間的沖擊力很大。

偏航制動(dòng)時(shí)偏航系統(tǒng)一般需要幾秒的時(shí)間才能建起額定壓力使制動(dòng)器產(chǎn)生有效的制動(dòng)力矩。由于機(jī)艙轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，雖然減速器小齒輪已被電磁剎車制動(dòng)，如果偏航軸承側(cè)隙過大，此時(shí)即使小齒輪不能自轉(zhuǎn)但相對(duì)偏航軸承大齒圈是可以左右小角度的擺動(dòng)，類似于“公轉(zhuǎn)”，使嚙合齒之間發(fā)生往復(fù)碰撞現(xiàn)象，這會(huì)引起沖擊載荷和加大某些部件的動(dòng)載效應(yīng)，造成的危害如上所述。

調(diào)整方法

一、調(diào)整方法分析

影響側(cè)隙的因素眾多，既有小齒輪的齒厚上下偏差、回轉(zhuǎn)支承的齒厚上下差、潤(rùn)滑不良，又有偏航減速器與偏航軸承中心距偏差等，這些因素都會(huì)影響到風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中的偏航軸承齒側(cè)間隙。要使偏航軸承齒側(cè)間隙保持在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，主要有兩種方法：一種方法是基中心制，即固定中心距的極限偏差，通過改變齒厚的上偏差得到不同的最小極限側(cè)隙，一般偏航軸承大齒圈有上百個(gè)齒，選配齒厚上下偏差使齒側(cè)間隙合理，這種方法難度非常大，在風(fēng)電場(chǎng)幾乎無法實(shí)現(xiàn)；另一種是基齒厚制，即固定齒厚的極限偏差，通過對(duì)偏航軸承與偏航減速器小齒輪的中心距進(jìn)行微量調(diào)整，即選擇適當(dāng)?shù)闹行木嗥?。無論是在工廠內(nèi)主機(jī)裝配還是現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組檢修，齒厚都是不能改變的，所以在風(fēng)電場(chǎng)只能通過微量調(diào)節(jié)齒輪副中心距的方法來調(diào)整減速器小齒輪與偏航軸承的嚙合間隙，必須采用基齒厚制。偏航減速器小齒輪與偏航軸承嚙合如圖1所示。

通常偏航減速器在設(shè)計(jì)時(shí)其輸出軸座安裝法蘭（止口）的圓心與小齒輪中心（偏航減速器中心軸線）設(shè)置一定距離。如圖2所示，O1為輸出軸座法蘭圓心，O2為偏航軸承圓心，O3為小齒輪圓心，△S為輸出軸座圓心與小齒輪中心的距離，D為偏航減速器輸出軸座安法蘭圓心與偏航軸承圓心之間的距離，L（θ）為偏航減速器小齒輪與偏航軸承的中心距：

L（θ）＝f（D, △S，θ）

從這個(gè)函數(shù)中可以看出，D和△S都是定值，θ為變量，調(diào)整減速器（輸出軸座）的安裝角度，即改變?chǔ)?，可以?shí)現(xiàn)偏航減速器小齒輪與偏航軸承的中心距L（θ）的改變，從而實(shí)現(xiàn)偏航軸承側(cè)隙的調(diào)整，使大小齒輪之間的側(cè)隙保持在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。

齒輪副的側(cè)隙檢測(cè)通常使用壓鉛絲法、打表法和塞尺法這三種方法，后兩種方法精度比較高，但由于風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性，其操作空間狹小，無法架表和塞尺測(cè)量，目前主要使用壓鉛絲法測(cè)量偏航軸承側(cè)隙。

二、某1.5MW風(fēng)電機(jī)組偏航軸承側(cè)隙調(diào)整實(shí)例

采用壓鉛絲法測(cè)量齒側(cè)間隙。具體步驟如下：先將兩個(gè)鉛絲在齒輪齒長(zhǎng)方向?qū)ΨQ放置，上下鉛絲距齒輪的上、下端面的距離均為L(zhǎng)＝20mm-30mm，如圖3所示。啟動(dòng)偏航電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏航小齒輪碾壓鉛絲，測(cè)量鉛絲的厚度。若間隙偏小，則將偏航減速器大端向遠(yuǎn)離大齒方向旋轉(zhuǎn)；若間隙偏大，則將偏航減速器大端向靠近大齒方向旋轉(zhuǎn)。由于偏航減速器的小齒輪的齒形被修正過，上測(cè)量點(diǎn)間隙大于下測(cè)量點(diǎn)間隙，并且每臺(tái)偏航減速器的齒側(cè)間隙要分別調(diào)整。

結(jié)論

目前，許多風(fēng)電場(chǎng)維護(hù)人員不重視偏航軸承側(cè)隙是否合理這個(gè)問題，該間隙一方面用于儲(chǔ)油，另一方面用于彌補(bǔ)熱膨脹空間。有些機(jī)組偏航軸承齒面存在鐵屑剝落和缺少潤(rùn)滑脂的現(xiàn)象，以及偏航齒之間嚙合異響等問題；風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行了較長(zhǎng)時(shí)間，都從未測(cè)量過偏航軸承側(cè)隙，即使偏航啟動(dòng)瞬間發(fā)出巨大的撞擊聲，也未查明問題的根源，這些問題很有可能是偏航軸承側(cè)隙不合理造成的。所以，建議維護(hù)人員按照風(fēng)電機(jī)組檢修技術(shù)要求的規(guī)定，定期檢測(cè)偏航軸承側(cè)隙及調(diào)整側(cè)隙，以提高機(jī)組的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)偏航軸承和偏航減速器的使用壽命。

（作者單位：新疆金風(fēng)科技股份有限公司）