胡殿昊 李佳明 高偉
[摘要]目前,齒輪箱故障在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障占據(jù)著很大部分,齒輪箱作為雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部件,其損壞不僅會大大增加維修費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用和吊裝費(fèi)用,還會帶來巨大的電量損失。因此,對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱常見的故障進(jìn)行分析和檢測,對提前預(yù)防故障具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。據(jù)此本文對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱常見的故障及檢測方法進(jìn)行了具體分析。
[關(guān)鍵詞]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組;齒輪箱;故障分析;檢測方法
一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱常見的故障
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,受齒面嚙合時承受的荷載不均勻和輪齒嚙入、嚙出的沖擊,都會直接導(dǎo)致故障。據(jù)此,筆者對一些常見的故障進(jìn)行了具體分析。
(一)膠合
膠合是相嚙合齒面在嚙合處的邊界膜被破壞,導(dǎo)致接觸齒面金屬熔焊而撕落齒面上的金屬現(xiàn)象。導(dǎo)致其產(chǎn)生的原因主要是因?yàn)樵谥剌d和高速傳動下,齒輪箱在齒面高溫嚙合區(qū)產(chǎn)生的潤滑不良或者干澀,導(dǎo)致嚙合的齒面熔焊在一起。
(二)點(diǎn)蝕
在齒輪實(shí)際切合的過程中,受脈動力和重載荷的作用,齒面深處會產(chǎn)生循環(huán)變化的剪應(yīng)力,在超過輪齒材料的疲勞極限時,齒面的接觸面就會產(chǎn)生疲勞裂紋,從而導(dǎo)致齒面細(xì)小金屬片的剝落,形成小坑,即為點(diǎn)蝕,更為嚴(yán)重時,還會導(dǎo)致齒面形成大塊金屬連片脫落。
(三)斷齒
輪齒折斷大多情況下,是由根部細(xì)微裂紋在周期性應(yīng)力作用下逐步擴(kuò)展形成的,齒輪在運(yùn)作過程中,出現(xiàn)嚴(yán)重的沖擊、偏載或局部應(yīng)力過大等問題,都會導(dǎo)致斷齒現(xiàn)象發(fā)生。
(四)滲漏油
滲漏油是齒輪箱傳動系統(tǒng)中常見的故障,漏油會對齒輪和軸承等的潤滑效果造成不良影響,導(dǎo)致各運(yùn)動零配件之間的摩擦加劇,從而減少零件的使用壽命,更有甚者會直接導(dǎo)致齒輪箱不能正常運(yùn)作。在設(shè)備維護(hù)工作中,齒輪箱滲漏油的主要原因有很多,即密封件損壞或安裝問題,導(dǎo)致接合面密封不嚴(yán):相對運(yùn)動的零件尺寸配合間隙過大,或由于長期運(yùn)動磨損,導(dǎo)致間隙過大;箱體鑄造存在氣孔和沙眼等缺陷:工作溫度過高,潤滑油管變形或存在裂縫,導(dǎo)致油管漏油。
(五)油溫高
齒輪箱油溫高是由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組長時間處于滿發(fā)狀態(tài),潤滑油因齒輪箱發(fā)熱而溫度上升超過設(shè)定值。一般齒輪箱油溫高是由多種原因共同導(dǎo)致的,也可以是單一問題導(dǎo)致。總之,造成油溫高的主要原因有很多,即齒輪箱油冷卻回路堵塞、閥件損壞、散熱器通風(fēng)不暢;齒輪箱達(dá)到一定疲勞極限,效率下降嚴(yán)重超出冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)極限;機(jī)艙內(nèi)部溫度較高,冷卻效果急劇下降;潤滑油潤滑效果嚴(yán)重缺失,導(dǎo)致齒輪嚙合效率下降,發(fā)熱量增大;輪系布置不合理,軸系對中效果不好,導(dǎo)致額外應(yīng)力集中;溫度傳感器及傳輸回路本身問題或者其他設(shè)計(jì)缺陷。
(六)齒面磨損
齒輪的磨損部位為漸開線工作工作面、齒的嚙合處以及齒輪兩端面。齒輪齒面磨損一般主要分為四種情況,其一是由接觸表面上的金屬以一定的速率緩慢的損耗,導(dǎo)致正常磨損或磨光,在預(yù)期壽命內(nèi),將不會對齒輪的正常使用造成影響。其二是受長期重負(fù)荷作用的影響,齒輪發(fā)生破壞,屬于中度磨損,是金屬的損耗,這種磨損會嚴(yán)重影響齒輪的使用壽命。其三是齒面的損壞,很容易導(dǎo)致齒輪的使用壽命大大降低,并嚴(yán)重影響其平穩(wěn)性。其四是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,一些細(xì)顆粒進(jìn)入齒輪的嚙合中,導(dǎo)致?lián)p壞。
(七)軸承損壞
在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,軸承長期受重載和交變載荷的影響,在交變沖擊作用下,軸承很有可能造成各種損壞。同時,安裝偏心、潤滑不良和油膜震蕩等問題,都會導(dǎo)致軸承發(fā)生故障,主要的表現(xiàn)形式是軸承外圈銹蝕、內(nèi)圈磨損、滾動體故障等等。
二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱常見故障的檢測方法
大多數(shù)情況下,齒輪箱發(fā)生故障都是能夠采取相應(yīng)的合理手段加以解決、甚至避免的,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和國內(nèi)大型風(fēng)機(jī)廠家技術(shù)革新,可以采取以下有效措施,對齒輪箱缺陷的發(fā)生進(jìn)行預(yù)防,并檢測齒輪箱的運(yùn)行狀態(tài)和劣化趨勢。
(一)安裝離線式濾油裝置
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的齒輪箱潤滑油主要污染包括顆粒物、水和氧化產(chǎn)物等污染物,其對潤滑油和設(shè)備本身,會大大增加齒輪和軸承疲勞、磨損等風(fēng)險。風(fēng)機(jī)齒輪箱在運(yùn)行過程中,清潔度需要符合ISO17/15/12的標(biāo)準(zhǔn),污染程度如果超出標(biāo)準(zhǔn),就必須及時進(jìn)行新油更換,或者使用高精度的濾器,以此滿足相關(guān)要求。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的齒輪箱附帶線過濾器,精度大多在10-50μm。但是一般中型載荷的油系統(tǒng)中,10μm以上的顆粒物只占了10%左右,大約70-80%的顆粒物大約在1-5μm之間。因此,齒輪箱附帶線的過濾器根本不能起到有效的保護(hù)作用,這些小顆粒物進(jìn)入齒面和軸承間隙中,就會知道導(dǎo)致齒輪和軸承的磨損,甚至失效。為了滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的潤滑油清潔度要求,加強(qiáng)齒輪系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,可以使用高精度、功能齊全的離線精濾器,以此有效吸附顆粒物、水分和氧化物,確保潤滑油的清潔度維持在良好水平,從而延長油品和機(jī)械設(shè)備的壽命。
(二)合理使用故障診斷技術(shù)
故障診斷技術(shù)始于機(jī)械設(shè)備,主要包括監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),在發(fā)生異常情況后,分析和診斷設(shè)備的故障。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB-18451.1《風(fēng)力機(jī)安全要求》中進(jìn)行了明確要求,即風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有屬于自己的一套獨(dú)立于控制系統(tǒng)外的保護(hù)系統(tǒng),保護(hù)系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)超速、過載和過分振動等情況下起作用。目前,在市場上技術(shù)比較成熟的齒輪箱故障診斷技術(shù),就是風(fēng)電機(jī)組振動狀態(tài)在線檢測系統(tǒng),能夠警報和預(yù)測設(shè)備的故障,并有效評估機(jī)組機(jī)械傳動部分運(yùn)行狀態(tài),從而避免缺陷被擴(kuò)大化,這對設(shè)備的維護(hù)和檢修工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
(三)建立完善的維護(hù)檢修標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)GBT1907-32008《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱》的相關(guān)規(guī)定,即為確保齒輪箱正常運(yùn)行,必須隨機(jī)監(jiān)控和定期檢查齒輪箱的工程。在運(yùn)轉(zhuǎn)三天內(nèi)進(jìn)行首次檢測,在試運(yùn)行1000h后,再進(jìn)行復(fù)測,在運(yùn)行6個月后,再進(jìn)行檢測,隨后按照規(guī)定進(jìn)行間隔性檢測。定期對齒輪箱工作溫度、清潔度、噪聲、振動等級、軸承及齒輪的工作情況、油液及整體運(yùn)行情況等進(jìn)行檢查。定期清理濾清器,更換潤滑油。在平時,齒輪箱的維護(hù)主要是檢查和處理整體外觀、附件、電氣接線和潤滑油狀態(tài)等。對齒輪箱進(jìn)行定期維護(hù),需要借助器械、儀表和委托檢驗(yàn)的方式進(jìn)行維護(hù),關(guān)鍵做好齒輪箱的螺栓力矩檢查,軸系對中校核和潤滑油取樣化驗(yàn),特別要根據(jù)有化驗(yàn)的數(shù)據(jù)參數(shù)建立油品分析臺賬,建立橫向和縱向分析機(jī)制。有條件的企業(yè)可以輔助內(nèi)窺鏡檢查和振動分析儀的測量,加強(qiáng)齒輪箱內(nèi)部嚙合部件運(yùn)行工況的檢查和測量。
三、結(jié)語
綜上所述,齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要機(jī)械傳動部件,由于運(yùn)行工況比較復(fù)雜,交互載荷變換十分頻繁,零件數(shù)量繁多,運(yùn)行檢測數(shù)據(jù)過大,因此必須切實(shí)結(jié)合常規(guī)檢測維護(hù)手段和新技術(shù),全面預(yù)防和判斷設(shè)備故障發(fā)生的趨勢和劣化的可能,從而確保風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)得以正常運(yùn)行。