风电机组齿轮箱齿轮故障分析及改进措施

风电机组齿轮箱齿轮故障分析及改进措施

席巴达拉呼

身份证号： 15232619831201**** 内蒙古通辽 028000

摘要：齿轮箱是整个风电机组传动链的核心部位之一，其内部结构十分复杂，在工作过程中，受到变速变窄的长期冲击，极易发生故障，在风电齿轮箱的实际运行和维护过程中，需要根据其具体工作情况进行定期的维护与检修。因此，文章对风力发电机齿轮箱的常见故障进行了分析，并提出了改进措施。

关键词：风电机组；齿轮箱；齿轮故障；改进措施

引言：

一般情况而言，风力发电机组的设置与建设场所通常是在野外海边等偏远地区，且由于其机舱空间较小，相关设备一旦发生故障，维修就十分困难，相应的维护保养费用较高，维修周期长，这样对于整体风力发电机的正常工作会产生严重影响，造成发电效率低，经济效益减少的情况。因此，为了减少风力发电机齿轮箱的故障发生率，对其进行运行维护时，需要重点考虑的方面。

一、齿轮损坏

对于齿轮箱而言，其故障主要包括齿轮损伤，轴断裂，轴承损坏，齿轮箱工作振动过大或出现异响，连接螺栓损伤，润滑系统故障等。对于要接受变载荷冲击的齿轮而言，其齿轮部位损伤是十分常见的，包括了断齿、点蚀、齿面胶合、齿面磨损等问题。

一般来说，断齿的发生都是由于齿轮承受的载荷超过了其额定载荷造成的，主要原因包括：电路故障、突发的强风，也可能是由风电系统故障引起的紧急制动造成。在整个齿轮设计的过程中，需要根据其运行环境的特点，对整体齿轮需要满足的最大载荷进行合理的规范与设计，同时应尽可能避免紧急刹车，减少对齿轮箱的冲击，同时要避免相关设备超负荷运行，防止疲劳的发生和断齿的出现。

在齿轮的各类损坏形式中，齿面损坏是最易发生的问题，可以从开始发生的点蚀逐步扩大，剥落或整体出现磨损，齿面损坏对于齿轮正常工作而言会产生很大影响，引起齿面损坏的原因也十分多样。目前使用的齿轮由于当前加工技术有限、材料限制、成本等众多问题的综合影响，其本身可能会存在一定的问题，这样就会使齿轮容易发生点蚀与磨损。在齿轮工作过程中会产生较大的局部应力，也是齿面发生故障的原因之一。点蚀是齿面损坏的重要原因之一，通过长期的观察与研究，可以注意到，通常而言的点蚀主要发生于齿轮箱的低速级。齿轮运作的过程中，润滑油的使用十分关键，受到本身的含水量，粘性等相关问题的影响，可能会造成局部应力过大，引起相应的点蚀，齿面粗糙度有限，润滑油在齿面表面分布不均匀，会使齿面的磨损和相关点十的发生进一步加剧。除此之外，由于齿轮具体的设计情况和热处理方式和结果等，同样会造成点蚀的发生，引起齿面损坏。

齿面胶合及齿轮两齿面之间出现互相粘连的情况，润滑不充分是导致齿面胶合的重要原因之一，如果齿轮是在低速重载的情况下工作，则其齿面之间的油膜形成会存在困难，且易被破坏，就会导致胶合现象的发生。而齿面间的磨损可能是润滑油出现了杂质，杂志随着润滑油进入池面之间，导致了齿面整体出现磨损。

对于齿面发生的故障而言，可以对相应的齿面粗糙度和工艺手段进行不断的改进，提高其表面粗糙度，采用更为先进的加工方式，改变工艺参数，为整个风电系统齿轮箱提供良好的硬件支持^[1]。

二、轴承损坏

齿轮箱中的轴承作为重要的传动部件，也是极易发生损坏的，根据其具体安装和选用类型，轴承本身会承受较大的载荷，长期使用会造成轴承损坏。风电机组由于其工作情况的特殊，其承受载荷也具有相应的复杂性，就多年的技术提高与改进轴承引起的故障，已经得到了相应的改善。对于齿轮箱而言，轴承的故障引起的齿轮箱损坏是灾难性的，润滑安装选型等众多因素都会引起轴承的损坏问题。轴承损坏的形式，包括轴承烧毁，滚子表面出现点蚀、裂纹引起轴承失效，轴承温度过高等情况。对于轴承来说，他本身需要承受径向载荷，如果存在选型不当，则会引起轴承打滑，如果润滑结构设计不到，会使润滑油量过小，使轴承温度过高，或引起滚子表面磨损，由于其轴承需要长时间运转，且需要与其他部件进行配合，容易造成轴承座轴引起的游隙变化。

对于齿轮箱而言，高速机轴承发生故障的状况较多，一旦轴承发生故障，齿轮箱必须进行下塔维修处理。在整个齿轮箱设计过程中，需要格外重视轴承的选型与应用，对轴承本身的质量要求需要在一定程度上进行提升^[2]。

三、润滑出现问题

对于齿轮箱而言，合理设置润滑系统非常关键，如果其相关部件出现问题，则会引起齿轮箱出现渗漏油，油温过高，油压异常的问题，造成齿轮箱损坏。

一般而言，渗漏油主要发生在各类零件的连接部位，例如箱盖与箱体的结合面，箱体与齿圈结合处，润滑系统接头处等。引起渗漏油的原因是多方面的，包括密封胶条选择不当密封件选择不当，管接头松动等，最后，由于密封件本身可能会存在的磨损，或由于杂物引起进入油道后，造成堵塞都会引起相应的润滑油渗漏现象。

在齿轮工作过程中，润滑系统除了润滑作用以外，还起到冷却作用，油温油压过高也是重要的故障之一。润滑油温过高的原因可能是由于设计问题导致，如果冷却器设置不当，通风结构设计不合理，都会引起齿轮箱内的油温偏高。同样也有可能是温控阀出现故障，导致润滑油未能经过有效冷却，便进入了齿轮箱中。

油压过高也是润滑系统常见的故障之一，润滑油本身温度过低或粘度过大都会引起这一问题，它可能是由于油泵电机过载造成的。

对于润滑系统而言，使润滑油的使用严格符合相应的国家标准，优化润滑油冷却系统，保持润滑油清洁度都是十分关键的。在日常机组运行过程中，需要定期对润滑油和滤芯进行更换与检查，保证润滑油的清洁程度，保证整个齿轮箱的有效工作^[3]。

四、齿轮箱震动

齿轮箱还可能会出现振动过大或存在异响的问题，引起这一故障的原因复杂众多，主要包括相关零部件加工精度不足，齿轮箱体强度结构不足，使用轴本身的刚度不足，长期使用引起的齿轮轴或齿轮本身发生的故障与变形。出现异响与震动异常也是检验齿轮箱故障与否的常用方法之一^[4]。

五、结束语

风力发电机组在我国已经得到了一定的推广与应用，而我国关于风力发电相关技术的研究也处于世界前列，要更好地对风力发电机本身的使用与技术进行进一步的提高与优化，对齿轮箱的相关故障研究和技术提升是必不可少的。

参考文献：

[1]刘家慧.风电机组齿轮箱高温问题处理分析[J].科技创新导报,2019,016(013):134-135.

[2]李永红.风电齿轮箱行星轮故障分析及结构改进设计[J].机械传动,2019(8):166-170.

[3]许增金,薛园园,杨永江,等.风电齿轮箱油温高原因分析及解决方法[J].太阳能学报,2020,041(003):74-79.

[4]王付岗,程林志,杨杨,等.风电机组增速齿轮箱第三级大齿轮失效分析[J].机械传动,2017,041(008):141-144.