引言

 

我国风电行业已进入快车道10多年，随着运行寿命的增加，大多数风电机组的故障频率和类型也随之增加。本文以齿轮箱机械故障、高温故障、油压异常故障为分析对象，总结和完善可行的维护方案。为提高风机齿轮箱的稳定运行可靠性提供参考。

 

1、齿轮箱机械故障

 

双馈风电机组齿轮箱一般为两级行星一级平行轴齿轮结构，通常采用强制润滑和飞溅润滑。当齿轮箱润滑油清洁度不高，长期在高负荷、高温环境下运行时，齿轮啮合部分在接触应力、润滑油等反复作用下，齿轮齿表面或啮合表面产生小裂纹[[1]，如果不能及时维护小裂纹，在交变应力变化下会引起微疲劳，如果长期运行不能有效维护，频繁启停风机等齿轮啮合部分的裂纹会发展为齿面裂纹、齿面磨损、齿面烧伤、齿轮变形、齿面断裂等故障。

 

定期进行齿轮箱内窥镜检查，检查齿面是否有腐蚀、划痕等故障，及时掌握齿轮箱内部结构的潜在隐患，对发现和解决齿轮箱内部结构的机械故障具有预防和指导意义。定期检查齿轮箱油滤芯。当滤芯含有大量杂质或滤芯堵塞时，会导致齿轮箱油过滤不良，无法净化。因此，应定期检查齿轮箱油滤芯，并使用吸铁棒检查滤芯下部是否有金属杂屑。

 

由于主轴与齿轮箱低速输入轴采用膨胀套连接方式，当叶轮与主轴运行时，扭矩传递到齿轮箱行星轮，导致行星轮轴与齿圈、端盖摩擦，产生高温、异常噪音，同时产生金属碎屑污染齿轮油。如发现异常现象，应及时进行齿轮油试验。如果粘度、颗粒污染、酸值、水等指标超标，应更换齿轮油及其滤芯，防止内部金属摩擦部件恶化。定期使用便携式振动计进行振动监测或分析在线振动监测数据，并进一步检查异常数据的风扇。

 

2、齿轮箱温度高故障

 

齿轮箱温度高通常表现为齿轮箱油温高、齿轮箱驱动轴承和非驱动轴承温度高，高温故障也是齿轮箱最常见的故障之一。

 

齿轮箱油温高原是由多种原因引起的。齿轮箱油在系统中起到润滑和冷却的作用。当齿轮箱高负荷运行时，齿轮啮合部分之间的摩擦会产生高温，从而提高齿轮箱的油温。如果不能得到有效的散热效果，油温会一直升高，直到风扇报警，限制功率运行或停机。当温度达到一定值时，风力发电机组将停止或减少负荷运行，当温度降低到正常值时恢复正常运行，大大降低了风力发电机组的经济性。

 

齿轮箱油温高的可能原因如下：1、齿轮箱温控阀失效。常见的温控阀是机械结构。当齿轮油温低于45℃时，齿轮油不需要散热，温控阀内散热器的油路关闭；当齿轮油温高于45℃时，温控阀阀芯内膨胀材料体积逐渐增大，压缩阀体内的弹簧逐渐打开散热器的油路，齿轮箱内的油路逐渐关闭，总流量保持恒定；当温度达到50℃时，完全打开，使高温齿轮油通过散热器热交换回齿轮箱。温控阀的使用寿命为3万次。随着运行寿命的增加，容易出现内部元器件老化、阀芯膨胀材料泄漏等问题，导致温控阀失效。2、齿轮箱散热器翅片表面吸附棉絮和灰尘，导致散热器堵塞，减少流经散热器表面进行热交换的空气进气量，降低散热效果。清洗堵塞的散热器时，冷却器的散热功率可恢复到设计值的70%[2]。3、散热风扇的功率不能达到实际的散热效果，1.5MW风电机组齿轮箱的效率要求在97%以上，因此风机额定功率运行时产生的热量Q=1500kW×3%=45kW，因此齿轮箱散热风扇的功率应大于45kW。如果齿轮箱运行寿命增加，传动效率降低到97%以下，散热风扇的功率无法满足实际散热要求。4、根据传热的基本理论

 

 

 

公式：C是润滑油的比热容；M-润滑油质量流量；齿轮箱散热器进出口温差)

 

机舱内空气流通不畅，齿轮箱散热器波纹管损坏，机舱内温度过高，会降低散热器进出口温差。齿轮油粘度高、乳化会降低齿轮油流量，从而降低散热效果。5、齿轮箱温度传感器故障、PT100接线松动或长时间运行阻值变化等原因也会报告高温假故障。

 

齿轮箱驱动端和非驱动端轴承通过喷油管通过冷却齿轮油强制润滑冷却，因此齿轮油温度高也会导致驱动端和非驱动端轴承温度升高。此外，油路堵塞、齿轮油粘度高、齿轮油乳化等会堵塞喷油管，降低喷油量，无法达到有效的冷却效果。

 

为了降低齿轮箱的高温故障，可以从以下几个方面进行检查和改进，检查温控阀是否失效；散热器是否堵塞，定期清理散热器的灰尘和棉絮。散热器的翅片可更换为表面积较大、不易吸附灰尘和棉絮的波纹翅片，增加换热面积；定期检查更换齿轮油滤芯；增加散热器电机功率或增加一组散热器；检查散热器通风波纹管是否损坏，机舱内是否有其他异常加热设备；检查齿轮箱温度传感器是否故障，接线是否松动。

 

3、齿轮箱油压异常故障

 

双馈风电机组齿轮箱的油压是检测油路分配器中齿轮箱的油压。齿轮箱油泵电机低速运行时，齿轮箱油压应小于0.2MPa,油泵电机高速运行时，齿轮箱油压应在0.2-0.4MPa之间。当齿轮箱油压达到0.4MPa时，压力开关动作，报告齿轮箱油压低故障。齿轮箱油压低意味着进入齿轮箱润滑管的油量不足，导致润滑不良，进而导致高温。

 

齿轮箱油压异常的可能原因如下：1、齿轮箱各管接口、阀门开关、盖板密封故障、滤芯盖密封不良漏油，导致齿轮油不足；2、齿轮箱加热器故障，当环境温度低，机组长时间处于停机状态时，齿轮油温度低，粘度大；3、齿轮箱油泵电机过载、过流、绕组烧损等故障无法压制；4、齿轮油滤芯更定期更换，齿轮箱内含有油泥、杂质，堵塞齿轮箱管道等。5.、齿轮箱压力表漏油或压力表故障等。

 

4、齿轮箱运行维护建议

 

基于以上对齿轮箱故障的分析和进一步结合现场实际维护经验，对齿轮箱高温故障的处理提出以下建议。如有异响和金属磨屑增多，可检查主轴是否后逃位移，检查内部结构损伤程度，分析齿轮箱油，采取措施避免齿轮结构进一步恶化。如果没有这种情况，可以进一步检查齿轮箱散热系统中的冷却风扇功率是否满足要求，机舱内温度是否过高，空气流通布局是否合理，散热器翅片是否有附着物，翅片选型是否合理，温控阀是否失效，传感器是否正常运行，内部油路是否畅通。齿轮箱油压异常，可检查各管道、分配器、滤芯端盖是否漏油，齿轮箱油是否过于粘稠，齿轮箱加热器是否正常工作，压力表是否正常。