張康

摘 要：風電機組傳統(tǒng)系統(tǒng)能否正常運行對電能質(zhì)量及發(fā)電效率有著直接影響，國內(nèi)眾多風機因為傳動系統(tǒng)發(fā)生故障無法正常運行，導(dǎo)致設(shè)備報廢，使得電力企業(yè)利益受損。在現(xiàn)階段材料質(zhì)量及加工工藝的制約下，風機故障隱患主要集中在主軸軸承和齒輪箱上，故對風機在進行日常維護外，尤其要注重對重點部件的定期檢修和維護，減少傳動系統(tǒng)因部件故障而不能正常運行的情況發(fā)生。

關(guān)鍵詞：風力發(fā)電；傳動系統(tǒng)；維護檢修

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）17-0071-02

1 風電機組傳動機構(gòu)常見故障舉例

風電機組的故障現(xiàn)象有很多種，不能直接斷定是哪一個零件的問題，但是我們可以根據(jù)故障現(xiàn)象間接判斷故障原因，再借助特定的檢測工具進行檢查，從而可以準確判定故障原因。如在交變載荷的影響下，承載設(shè)備會加快疲勞損傷，在疲勞狀態(tài)下首先出現(xiàn)微小裂紋，若機組依然工作，裂紋會持續(xù)擴大，致使承載部件發(fā)生斷裂。這種情況多見于軸承及齒輪等，一旦軸承或齒輪等傳動機構(gòu)的組成部件發(fā)生問題，將會導(dǎo)致整個傳動系統(tǒng)發(fā)生故障而不能正常工作。所以了解風機部件的失效形式和原因，規(guī)范傳動部件的日常維護和定期檢修對降低風機故障率有著重要意義。

1.1 齒輪故障類別

①斷齒：齒輪中齒面會持續(xù)承受交變載荷，所以齒根部位會承受最大的彎曲應(yīng)力，由于齒根過度區(qū)域截面形狀的改變，所以在齒根部位往往會出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而在齒根位置產(chǎn)生裂紋，裂紋逐漸擴大致使齒根處斷裂，發(fā)生斷齒現(xiàn)象。

②齒面膠合：在重載及速度較高的齒輪運行過程中，如果齒輪的潤滑度不夠，相嚙合的兩個齒面在相對滑動時，會出現(xiàn)油膜斷裂的狀況，此時相嚙合的齒面會在壓力及摩擦的作用下發(fā)熱導(dǎo)致溫度升高，使的嚙合面中發(fā)生局部的熔焊狀況，從而使嚙合面發(fā)生粘連，在這種情況下，如果齒輪繼續(xù)工作，齒面的嚙合區(qū)域會發(fā)生斷裂，該情況就是齒面膠合。

③齒面點蝕：齒面同樣在交變載荷作用下，因受力不均會在齒面呈現(xiàn)麻點形狀，此種現(xiàn)象就是“點蝕”。齒輪箱中的齒輪在交變載荷作用下，經(jīng)常出現(xiàn)點蝕，假如表層這種麻點不斷拓展銜接形成麻斑，就會引發(fā)大面積的金屬剝落，從而導(dǎo)致齒面斷裂。

④齒面磨損：在齒輪傳動過程中，因潤滑油供給不足或潤滑油不夠干凈，殘留在齒輪嚙合面處的金屬氧化物、微粒及其它雜質(zhì)會隨著齒輪的傳動，不斷聚集，當潤滑油中含有直徑超過30 pm的微粒時，會令齒輪齒面出現(xiàn)磨料損耗，這就是齒面磨損，該磨損會明顯改變齒廓形狀，增大嚙合側(cè)隙，并因為齒厚大幅度的變薄引發(fā)斷齒。

1.2 主軸軸承的故障類別

①腐蝕：主要分為在軸承內(nèi)有比較大的電流經(jīng)常性經(jīng)過引發(fā)的電腐蝕、軸承表層常因接觸水或潤滑油引發(fā)的銹蝕、軸頸中較小的相對運動可能誘發(fā)的微振性腐蝕等三種腐蝕。

②斷裂：在軸承熱處理過程中，不可避免的會出現(xiàn)殘余應(yīng)力較大的情況，若在軸承工作過程中沒有很好的潤滑，或承受了較大的交變載荷、疲勞載荷、負重過大等情況，都可能引發(fā)軸承中組件斷裂從而破壞軸承。

③膠合：軸承在潤滑不良或重載及高速情況下，因摩擦生熱使軸承零件在短時間內(nèi)溫度上升，零件表層個別部位會因此燒傷，或著軸承表層的金屬會粘在其他傳動件的表層，該情況就是膠合。

④疲勞剝落：軸承在交變載荷、沖擊載荷作用下，軸承的內(nèi)圈及外圈會出現(xiàn)周期性變化的對接應(yīng)力。這種應(yīng)力在作用一定的周期之后，在軸承接觸面會形成裂紋，之后逐步擴展至軸承的其它接觸面，最終使接觸面金屬面積脫落。同樣的應(yīng)力作用也會在滾動體或著滾動體與滾道的接觸面出現(xiàn)因疲勞發(fā)生金屬脫落。

⑤塑性形態(tài)變化：軸承在承受沖擊載荷或負載過重時，軸承滾道和滾子的摩擦表面因為受力不均會出現(xiàn)凹坑，這是因為摩擦表面的一些部位的應(yīng)力在材料屈服強度極限值之上，才會出現(xiàn)類似于凹坑的塑性變形。當軸承的轉(zhuǎn)速低于1 r/min，此類情況較易發(fā)生。

⑥磨損：當雜物進入滾道中，或滾動體和滾道發(fā)生相對滑動時均會引起表層磨損，假如潤滑不夠，就可能使得磨損加大，因為磨損的加大，導(dǎo)致滾動體和滾道接觸面變得粗糙，從而擴大了軸承游隙，進而使得軸承轉(zhuǎn)動精準降低，軸承組件振動和噪音增大。

2 風電機組傳動系統(tǒng)的故障診斷及日常維護

2.1 齒輪箱的故障診斷

齒輪箱常見故障主要有溫度過高、潤滑油、冷卻液異常、振動異常等。

2.1.1 溫度過高

如果表現(xiàn)為齒輪箱箱體溫度過高，原因是冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)問題，由于缺少冷卻液或冷卻泵停止工作導(dǎo)致溫度升高，如果是齒輪、軸承等轉(zhuǎn)動部件溫度升高，則是缺少潤滑油所導(dǎo)致。所以在診斷齒輪箱溫度過高時，不能一概而論，必要時需要進行溫度點的檢測加以確定。

2.1.2 潤滑油、冷卻液出現(xiàn)異常

如果表現(xiàn)為潤滑油、冷卻液消耗較快，則是齒輪箱某個部位出現(xiàn)滲漏，此時要對齒輪箱進行仔細觀察，找出滲漏點加以修補；如果表現(xiàn)為潤滑油變質(zhì)比正常時間要快，則是與齒輪箱溫度過高有關(guān)，此時應(yīng)從冷卻系統(tǒng)入手進行診斷，也有可能因為齒輪箱中的傳動部件發(fā)生磨損，使?jié)櫥椭械慕饘兕w粒增多從而導(dǎo)致潤滑油變質(zhì)，此時應(yīng)檢查齒輪箱中的易損部件，必要時進行更換。

2.1.3 齒輪箱振動異常

主要表現(xiàn)為在設(shè)備運行過程中振動劇烈，或在運轉(zhuǎn)過程中突然緊急制動等，此種情況的產(chǎn)生主要是齒輪軸的不平衡量超過規(guī)定范圍，或是齒輪軸受到過大的瞬時沖擊載荷作用，產(chǎn)生彎曲變形，也可能是齒輪軸在裝配時對中不夠精確，使齒輪軸長期在較大偏載工況下工作，由疲勞作用產(chǎn)生變形而導(dǎo)致，所以在診斷時需要借助對中儀、偏心儀等設(shè)備對齒輪軸進行分析，從而找準原因，對齒輪軸進行位置調(diào)整或進行部件更換。

總之，在整個風力發(fā)電機組的運維檢修過程中，齒輪箱的故障診斷很重要。對齒輪箱在運行過程中表現(xiàn)的異常情況，需要迅速進行排查，精準定位故障所在區(qū)域并進行排除，由此才能減小故障的影響范圍，規(guī)避及控制經(jīng)濟損害。

2.2 齒輪箱的日常維護及保養(yǎng)

風電機組齒輪箱的日常維護內(nèi)容主要包括：設(shè)備外觀檢查、潤滑油位檢查、電氣接線檢查等。

具體工作任務(wù)包括：運維人員對齒輪箱箱體表面進行清潔，檢查箱體及潤滑管路有無滲漏現(xiàn)象，注意箱底放油閥有無松動和滲漏，避免放油閥松動和滲漏導(dǎo)致的齒輪油大量外泄。

通過油標尺或油位窗檢查油位及油色是否正常，發(fā)現(xiàn)油位偏低應(yīng)及時補充，若發(fā)現(xiàn)油色明顯變深發(fā)黑時，應(yīng)進行油質(zhì)檢驗，并加強機組的運行監(jiān)視。遇有濾清器堵塞報警時應(yīng)及時檢查處理，在更換濾芯時應(yīng)徹底清洗濾清器內(nèi)部，有條件最好將濾清器總成拆下在車間進行清洗、檢查。

檢查齒輪油位、溫度、壓力、壓差、軸承溫度等傳感器和加熱器、散熱器的接線是否正常，導(dǎo)線有無磨損。在日常巡視檢查時還應(yīng)當注意機組的噪音有無異常，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患。

此外，還要定期對齒輪箱進行檢修和維護，定期檢修和維護的周期除根據(jù)當?shù)氐淖匀画h(huán)境開展外，其檢修維護項目還要根據(jù)齒輪箱制造廠家要求、風電場業(yè)主要求及風機運行維護手冊具體制定，在此不再累述。

2.3 主軸軸承的故障診斷

傳動系統(tǒng)的所有零部件里，軸承是最薄弱的環(huán)節(jié)之一，軸承工作部位不同、潤滑條件不同，發(fā)生失效的形式和原因不同。

行星架軸承失效的原因主要是當剎車是其他出現(xiàn)軸向載荷交替變換方向的工況時，主軸及其后面連接的行星架在軸向可能會有竄動，如果竄動量足夠大，則對圓柱滾子軸承會造成沖擊。行星輪軸承失效的原因主要是軸承外圈和行星輪內(nèi)孔之間過盈配合量不足，或是由于齒輪變形而使兩者接觸面積減少的情況下，出現(xiàn)外圈磨損。在高速和低載的情況下，圓柱滾子軸承容易出現(xiàn)滾子打滑和滾道滑傷，而球軸承可能會出現(xiàn)滑傷和微剝落的損傷，從而導(dǎo)致高速軸軸承的失效。

同時軸承的潤滑條件與軸承的早期故障也有很大關(guān)系，主要因為以下幾點：

①由于溫度過低，潤滑劑凝固，造成潤滑劑無法到達需潤滑部位而造成磨損。

②潤滑劑散熱不好，經(jīng)常過熱，造成潤滑劑提前失效而損壞嚙合表面。

③濾芯堵塞、油位傳感器污染，導(dǎo)致潤滑劑“中毒”而失效，會引起粘著磨損、腐蝕磨損、表面疲勞磨損、微動磨損和氣蝕。

這些磨損出現(xiàn)之后，輕則污染潤滑劑，影響功率傳遞，產(chǎn)生噪聲，造成齒面斷裂，軸承內(nèi)、外圈或滾動體損壞，嚴重時使機組無法轉(zhuǎn)動而徹底停機。

針對軸承的失效形式，目前采用對軸承的振動情況和潤滑油液情況進行在線監(jiān)測的方法，對軸承的故障進行分析診斷。

2.4 主軸軸承的日常維護及保養(yǎng)

在日常運維中，常采用聽、摸、看的檢查方法，同時要了解軸承在生產(chǎn)、運轉(zhuǎn)過程中的原理和保養(yǎng)維護常識。在日常巡檢工作中，要做到以下幾點：

①聽——采用聽針工具對設(shè)備在運轉(zhuǎn)中是否有卡澀現(xiàn)象，有無雜音，運轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)。

②摸——可用測溫儀測溫度，也可用手摸軸承的外殼溫度，是否在可控量程技術(shù)規(guī)范數(shù)值要求內(nèi)。

③看——潤滑油位的高度、油色及粘度，檢查加油記錄時間，油品，油脂添加的量及每臺設(shè)備軸承用油的型號規(guī)格是否正確。

除此以外，還要對軸承鏈接面進行清理，保證干凈，沒有雜物，軸承支座需要加固緊固，不能前后出現(xiàn)錯位。

3 結(jié) 語

傳動系統(tǒng)的維護是風電機組維護中的重要環(huán)節(jié)，傳動系統(tǒng)是否正常關(guān)系著風電場能否正常運行并產(chǎn)生經(jīng)濟效益，筆者認為：

①除對傳動系統(tǒng)進行日常維護外，還需要注意對其定期的檢修和巡查，尤其加強對齒輪箱、軸承等重要部件的檢查，建立規(guī)范的日常維護和定期檢修制度。

②針對自然條件較差，如多雨、多雷電、風場含沙量大、風向不穩(wěn)定等區(qū)域，要注意對軸承的振動情況和潤滑油液情況進行在線監(jiān)測，及時對異常數(shù)據(jù)進行分析，準確排除故障。

參考文獻：

[1] 馬婧華，湯寶平，韓延.風電機組傳動系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)設(shè)計[J].重慶大學學報，2015，（1）.

[2] 梁偉宸，許湘蓮，龐可，等.風電機組故障診斷實現(xiàn)方法探討[J].高壓電器，2011，（8）.

[3] 司文建，王武.風電機組傳動系統(tǒng)故障診斷平臺開發(fā)[J].機械設(shè)計與制造，2013，（9）.