风力发电机组偏航减速机驱动齿轮脱落原因分析及处理措施

风力发电机组偏航减速机驱动齿轮脱落原因分析及处理措施

李玉峰

一、概况

地处东南沿海某风电场所用风机为2MW直驱型风机，该风机所用偏航减速机制造厂家为重庆重齿风电公司，制动器为液压钳闸式制动器，偏航电机尾部制动器的制动力矩为40Nm。

二、偏航减速机驱动齿轮脱落原因分析

2.1偏航减速机承受载荷过大

2.1.1受瞬时风速的影响

风向变化频繁，此时的偏航载荷很大。如风向变化频繁，风机会频繁发出偏航动作，风机偏航齿轮与偏航轴承内齿圈啮合部位将承受很大的偏航载荷，如制动器无法有效降低机头动能，啮合部位的载荷会更大，可能导致偏航结构件损伤。

2.1.2受偏航制动时间的影响

因电气系统与液压系统功能试验的响应时间有一定差别，如同时发出指令，电机尾部的电磁制动器首先实现制动功能，而主制动液压系统的还未响应，即风机主制动器对机头的动能并未实施衰减，如制动时刻机头的动能及瞬时风对偏航系统的总作用效果对偏航齿轮箱具有的破坏性，且偏航电机尾部电磁制动器未有效打滑，偏航齿轮箱势必出现损伤，即出现偏航系统传动部分故障。另一方面，如风机偏航控制时序的设定值过小，即风机主制动器对机头的动能衰减时长过短，如电机尾部的电磁制动器实现制动指令时刻，制动时刻机头的动能及瞬时风对偏航系统的总作用效果对偏航齿轮箱具有的破坏性，且偏航电机机尾部电磁制动器未有效打滑，偏航齿轮箱势必也会出现损伤，即出现偏航系统传动部分故障。

2.2偏航减速机制造装配因素

2.2.1输出齿部分的支撑刚度不足

齿轮箱轴承装配游隙控制不当——合适的安装游隙有助于滚动轴承的正常工作。游隙过小，滚动轴承温度升高，无法正常工作，以至滚动体卡死;游隙过大，设备振动大，滚动轴承噪声大，轴承的支撑刚度不足，轴承的受力变形量大，并导致轴承附近的密封件变形量大，出现齿轮箱润滑油渗漏或泄露。润滑油掉落至偏航制动盘后，偏航主制动力大幅下降，加大偏航系统传动件载荷。齿轮箱内部选用轴承与载荷不匹配——轴承的承载能力低于实际载荷，导致轴承出现损坏和较大变形，并伴随出现齿轮箱润滑油渗漏或泄露，进而进一步恶化。

2.2.2轴承轴向定位因素

轴向定位摩擦面过多——摩擦面过多，各摩擦面间的抗滑移性能下降，无法有效承载齿轮箱的设计扭矩，导致齿轮箱内部的轴承的锁紧螺母松动并引起轴向失效。在风机频繁左、右偏航的共同作用下，轴承轴向锁紧螺母的失效概率大幅度提高，止动垫圈在长时间冲击下断裂，输出轴逐渐掉落，轴承游隙增大，轴承的支撑刚度不足，出现齿轮箱润滑油渗漏或泄露，进而进一步恶化。轴承轴向定位的可靠性——装配过程中，由于装配操作出现偏差，止动垫圈定位在输出轴部分可能早期出现裂纹损伤，在风机偏航制动过程中，传动件承受频繁的冲击载荷，加剧止动垫圈裂纹部分的扩展，并最终导致止动垫圈的失效，偏航齿轮箱内部状态不断恶化。

三、偏航减速机驱动齿轮脱落故障处理措施

偏航减速机整改示意图如下：（图1、图2）

3.1根据偏航减速机驱动齿轮下沉脱落原因分析，为了防止偏航减速机不再具有掉轴的风险，必须有效防止锁定螺母松动，偏航齿轮箱对应的具体整改措施如下：去掉圆螺母止动垫圈和挡尘板，减少摩擦面；加大圆螺母外径，使圆螺母与轴承配合端面接触面积增大；加大圆螺母的锁紧力矩，使圆螺母与轴承配合端面的摩擦力变大；更换圆螺母锁紧方式，采用螺钉对圆螺母进行锁紧。

3.2根据现场风机运维情况也相应做出整改排查：查找风机在大风工况下出现偏航过多的原因，进一步优化偏航控制时序，提高偏航系统的可靠性；对偏航齿轮箱、液压站等零部件进行重点排查，彻底解决漏油点异常问题，保障偏航制动盘与偏航制动器摩擦片间的摩擦系数；观察各偏航齿轮箱的联结螺栓位置螺栓的油漆是否开裂，如出现开裂需要按照齿轮箱厂家设定的力矩值进行紧定；对偏航齿轮箱进行排查，齿轮箱运转时是否存在异响，如有异响需立即整改或更换；出现偏航跳空开的故障，需检查齿轮箱运转时内部是否异响和卡滞，如存在异常需整改或更换后方可继续运行。

四、结束语

偏航减速机做为风机偏航系统中的重要部件，其安全可靠性事关风机的安全高效运行，此次直驱风机偏航减速机频发驱动齿轮下沉脱落故障，偏航减速机生产厂家现场进行相应改造，其运行效果还待进一步验证。但通过此事件，风机制造厂家也需进一步优化控制程序，避免大风强湍流风况对风机偏航系统的影响。