風機齒輪箱故障原因分析

王明超

摘要：風能作為一種產量高、可再生、綠色無污染的新能源，正在被世界各國所重視。風能在供電的同時，不會對人類賴以生存的環境造成污染，所以，風力發電的發展對解決能源匱乏、環境污染等問題有著重要的意義。近年來，風力發電在我國得到了長足發展，風力發電技術也取了得喜人的進步。目前的風電市場，仍是傳統的多級變速齒輪傳動型風機繼續主導市場。相比于幾年前的1MWe以下機型，現在流行機型是1.5～2MWe等機型，而且更大的機型也變得越來越普通。隨著風機單機容量增大，發電機組將面臨更大挑戰，即需要設計更可靠的、足以抵御可能承受的巨大壓力的齒輪箱。基于此，本文就風機齒輪箱故障原因展開了分析。

關鍵詞：風機；齒輪箱；故障；原因

1風機齒輪箱故障原因分析

1.1齒輪失效

在齒輪傳動過程中，如果輪齒發生折斷、齒面損壞等現象，則齒輪就失去了正常的工作能力，這種現象稱為齒輪失效。影響失效的原因很多，主要集中在齒輪上，常見的齒輪失效形式有齒面點蝕、齒面膠合、齒面磨損、齒面塑性變形等。（1）齒面點蝕是在很小的接觸面積，循環變化的情況下，齒面表層就會產生細微的疲勞裂紋或微粒剝落下來，形成不同程度的麻點，多發生在靠近節線的齒根表面，齒面點蝕可由提高齒面硬度解決。（2）齒面膠合是在齒輪箱高速重載的情況下，嚙合區溫度升高引起潤滑油失效，使得金屬表面直接接觸并互相黏連，而后在運動過程中，較軟的齒面被撕下而形成的溝紋，多發生在齒輪接觸表面。齒面膠合可通過采用黏度較大的和抗膠合的專為風電機組齒輪箱研發的復合潤滑油，同時，也要求輪齒在制造過程中表面足夠光滑，且保有必須的硬度系數。（3）齒面磨損是由于齒輪之問有一定空隙，接觸表面產生較大的相對滑動，多次重復摩擦產生的，多發生在齒輪接觸表面。齒面磨損同樣也需要輪齒提高硬度，但還需滿足降低輪齒粗糙度，提高潤滑效果，加大模數以及提高密封狀態。（4）齒輪塑面變形是由于齒輪低速運行但載荷過大，使得齒面壓力過大，多發生在輪齒部位。按照齒輪狀態可分為斷齒和齒面損傷兩大類。齒面塑性變形可通過減小齒輪所受載荷，減小齒輪所受的應力，同時減少風速較小時的啟動頻率。

1.2齒輪箱滲漏油、異響、振動大

（1）齒輪箱滲漏油。齒輪箱的滲漏油情況主要發生在箱體與齒圈結合面、端蓋與箱體結合面、低速軸和高速軸軸頸處、潤滑冷卻系統管接頭處等。箱體與齒圈結合面漏油的可能原因有箱體與齒圈連接螺栓松動、箱體與齒圈結合面安裝密封膠條的環槽設計不當，密封膠條選用不合適等。齒輪箱低速軸、高速軸軸頸處滲油、漏油主要原因有密封結構設計不合理導致回油不暢，采用盤根接觸式密封，盤根磨損后導致回油孔堵塞，密封件選用不合適等。潤滑系統管接頭處滲漏油主要原因有：管接頭松動或是沒有擰緊，管接頭安裝時沒有涂密封膠，管接頭本身密封效果不好等。（2）齒輪箱異響、振動大。齒輪箱異響總和振動相伴，齒輪箱異響及振動較大的情況較多，異響和振動產生的原因比較復雜，但是可以確定的是以下各因素都有可能導致齒輪箱產生異響和較大的振動：齒輪件和箱體加工精度不高，各部件裝配誤差較大；齒輪箱箱體強度不高，軸剛度不足，導致齒輪軸發生變形，影響齒輪嚙合產生異響和振動；齒輪傳動因摩擦磨損和疲勞點蝕、剝落使齒輪嚙合精度大為降低，亦會產生異響和振動。

1.3軸承溫度過高

（1）軸承進油量不足。打開后箱觀察蓋檢查軸承的出油情況，如出油很少則說明軸承的進油量不足。出現的原因主要有四點：一是進油孔設計太小導致進油不足；二是箱體進油孔與進油環進油槽錯位；三是油孔被雜質堵塞導致油量減少；四是進油孔油路未鉆通。根據實際情況檢查是否為以上原因，并進行相應的處理。（2）軸承徑向游隙過小。軸承的運轉必須保證一定的徑向游隙。當游隙過小時會導致滾子和滾道憋勁的現象，大量發熱而導致溫度上升。這種情況比較少見，可以用塞尺檢測軸承上端的徑向游隙。（3）齒輪噴油不足。齒輪噴油不足或者油孔沒有對準齒輪，會導致齒輪溫度高，繼而熱量傳導至距齒輪較近的軸承處使軸承溫度偏高。（4）油溫過高。冷卻不足的情況下油溫過高，使高速軸承溫度不能有效的卸去，導致軸承溫度過高。（5）軸承損壞。軸承的損壞會使滾子運行不平穩，特別是高速軸軸承轉速很高的情況下會大量發熱。（6）摩擦或盤根過緊。零件干涉摩擦以及盤根安裝過緊都會產生大量的摩擦熱，使軸承溫度升高。

2風機齒輪箱的優化運行建議

（1）強化齒輪件的精加工及修形。相關研究表明，較低的表面粗糙度對抑制齒面微點蝕的產生和改善齒面間的潤滑條件、減少磨損、降低摩擦、延長齒輪副的運行壽命及增強抗腐蝕疲勞的能力均有著十分明顯的作用。（2）優化設計齒輪箱。高速軸部套故障在風機齒輪箱故障中占有較高比例，是齒輪箱極易出現故障的部件，如若高速軸不具備可拆卸條件，高速軸部套出現故障后齒輪箱只能進行下塔維修，維修成本及維修周期將增加。因此，齒輪箱在設計過程中，高速軸部套須具備可拆卸的條件。早期設計的齒輪箱，大多齒輪箱高速軸不具備可拆卸的條件。在后續產品維修程中，高速軸單元須做進一步的優化，使高速軸具備可拆卸的條件。（3）加強齒輪箱的運行維護。為有效避免齒輪箱內部齒輪件出現生銹現象，對于庫存時間較長或長時間停止運行機組的齒輪箱須定期進行竄油，使齒輪件上的油膜再次形成以避免齒輪件銹蝕現象的出現。空氣過濾器可吸收空氣中的潮氣，除去空氣中的微塵等雜質，因此可減緩液壓系統中的氧化作用，延緩液壓油和整個設備的使用壽命，同時平衡齒輪箱與外界的氣壓平衡（齒輪箱內部壓力過大導致滲油），應定期檢查空氣過濾器的工作狀態。

3結束語

綜上所述，風機齒輪箱在運行過程中不可避免會出現故障，而當故障產生，就會影響正常的發電工作。輕微的故障需要進行排故、維修等操作；嚴重的故障則需要進行停機維護、部件更換等處理，這將造成重大的經濟損失，并且會造成嚴重的安全隱患。因此，對風機齒輪箱進行故障分析工作是保障風機安全穩定運行的重要前提。

參考文獻：

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（作者單位：中國大唐集團有限公司赤峰分公司）