摘要：風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔永續(xù)的能源利用方式，無燃料成本，發(fā)電成本低。目前，直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中最具有潛能的一個(gè)發(fā)展方向，為了節(jié)約土地，國(guó)家要求開發(fā)企業(yè)安裝大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)。直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)受制于永磁體制作工藝復(fù)雜，體積大，防護(hù)等級(jí)低，運(yùn)行年久后存在消磁現(xiàn)象，且大功率永磁同步發(fā)電機(jī)存在公路運(yùn)輸難度大等問題，各風(fēng)機(jī)制造商逐漸向半直驅(qū)和雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)方向發(fā)展?，F(xiàn)就主要針對(duì)海裝3.xMW雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱液壓彈性支撐故障問題進(jìn)行分析并提出改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;海裝3.xMW風(fēng)機(jī);彈性支撐;改進(jìn)措施

液壓式齒輪箱彈性支撐主要用于主傳動(dòng)鏈四點(diǎn)支撐系統(tǒng)中，在保證低約束剛度的同時(shí)，降低齒輪箱的結(jié)構(gòu)噪音，可獲得更高的扭轉(zhuǎn)剛度，承載更大的扭轉(zhuǎn)載荷，并且其扭轉(zhuǎn)剛度還可根據(jù)風(fēng)機(jī)機(jī)型大小和承載要求進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，從而大大拓寬了該種減振的應(yīng)用范圍。

橡膠墊是齒輪箱彈性支撐中最重要的部分，也是薄弱環(huán)節(jié)，起著吸收齒輪箱各種沖擊，衰減及吸收齒輪箱振動(dòng)載荷及噪聲的功能。3.xMW齒輪箱彈性支撐是通過高壓軟管交叉相連，通過防凍液與橡膠墊的聯(lián)合作用的液體復(fù)合彈簧總成。

一、齒輪箱彈性支撐主要組成及工作機(jī)理

1、主要組成部件

液壓式齒輪箱彈性支撐主要由缸體、橡膠墊、復(fù)合彈簧、連接管路、防凍液等部分組成。

2、液壓彈性支撐工作機(jī)理

3.xMW機(jī)組齒輪箱液壓彈性支撐安裝于齒輪箱兩側(cè)的扭轉(zhuǎn)臂上，主要承受齒輪箱的扭轉(zhuǎn)載荷，齒輪箱兩側(cè)的液體復(fù)合彈簧通過高壓軟管交叉相連，通過防凍液與橡膠體的聯(lián)合作用來吸收齒輪箱的各種沖擊，能衰減及吸收齒輪箱的振動(dòng)載荷及噪聲。

雙軸承機(jī)組齒輪箱彈性支撐的安裝結(jié)構(gòu)為并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，上彈性體形變 h1，對(duì)扭力臂作用力為 F1，下方彈性體形變 h2，對(duì)扭力臂作用力為 F2，安裝后兩個(gè)力大小相等。當(dāng)工作變形小于或等于預(yù)壓縮量時(shí)（h3

可得組隊(duì)后的彈性支撐剛度為K?= K1?+ K2?

結(jié)合理論分析，液壓彈性支撐的等效扭轉(zhuǎn)剛度為K=K1+K2+K3

其中， K1 為單件元件中充液后液壓腔部分的剛度

K2 為單件元件中橡膠板簧部分的剛度

K1+K2 為充液后扭轉(zhuǎn)等效剛度

K3 為組對(duì)產(chǎn)品中上橡膠部分剛度，近似未充液?jiǎn)蜗鹉z件剛度

液壓彈性支撐系統(tǒng)中橡膠主簧部分貢獻(xiàn)的剛度相對(duì)較?。ú怀湟簳r(shí)橡膠體組合剛度60kN/N.m，沖液后達(dá)到 300kN/N.m），在橡膠墊內(nèi)腔進(jìn)行充液后橡膠墊扭轉(zhuǎn)剛度將主要由內(nèi)腔中被壓縮的液體提供。

圖1為彈性支撐工作狀態(tài)原理圖。

二、故障原因分析

3.xMW機(jī)組鐵科齒輪箱液壓彈性支撐橡膠墊在運(yùn)行近一年時(shí)間出現(xiàn)橡膠墊裂紋、鼓包故障。主要原因有以下幾方面：

1、彈性支撐質(zhì)量問題

（1）新裝彈性支撐會(huì)經(jīng)歷一段時(shí)間的磨合期，在這段時(shí)間內(nèi)彈性支撐腔體在腔體內(nèi)部壓力和扭力臂外部壓力的共同左右下，腔體會(huì)增大一部分。此時(shí)，由于注液量一定，液壓管路壓力會(huì)適當(dāng)下降。但是，待腔體穩(wěn)定后，彈性支撐管路壓力將保持穩(wěn)定，再次補(bǔ)液后，可以穩(wěn)定運(yùn)行。

但從鐵科新裝機(jī)彈性支撐壓降來看，初次注液前10天，58#、64#機(jī)組壓力由125bar下降到75bar，100#機(jī)組下降至65bar。下降幅度為初次注液壓力的40%-48%。此時(shí)，彈性支撐壓力在此狀態(tài)下，整體剛度已經(jīng)低于設(shè)計(jì)剛度的下限值。彈性支撐已經(jīng)開始在低剛度下運(yùn)行。在注液10-20天，補(bǔ)液至額定壓力值后，仍然有20%左右的壓降，待到按照鐵科要求的補(bǔ)液時(shí)間（初次注液后三個(gè)月）補(bǔ)液時(shí)，橡膠墊已經(jīng)產(chǎn)生損傷。

（2）當(dāng)彈性支撐橡膠墊在初期低壓下被較長(zhǎng)時(shí)間壓縮后，受載側(cè)橡膠墊出現(xiàn)永久變形，同側(cè)上下橡膠墊形成高度差，此高度差無法通過重新補(bǔ)液來消除，進(jìn)而導(dǎo)致受載側(cè)橡膠墊高度越壓越低，最終出現(xiàn)裂紋、鼓包故障。

（3）彈性支撐橡膠墊的損壞主要是動(dòng)態(tài)載荷下的疲勞損壞，鐵科彈性支撐橡膠墊直徑小，腔體小，但是注液壓力高，腔體變形大，壓降速度快，這會(huì)導(dǎo)致橡膠墊在齒輪箱扭力臂動(dòng)態(tài)載荷作用下，抗疲勞性能較差，在較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，橡膠墊達(dá)到疲勞極限，會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)故障。

2、安裝維護(hù)問題

在鐵科彈性支撐安裝運(yùn)行的前期，由于壓力下降過快，彈性支撐整體剛度已經(jīng)降至設(shè)計(jì)剛度下限。現(xiàn)場(chǎng)在機(jī)組運(yùn)行半年以上才進(jìn)行第一次補(bǔ)液，此時(shí)，彈性支撐橡膠墊已經(jīng)產(chǎn)生累積損傷。由于彈性支撐在機(jī)組運(yùn)行過程中始終會(huì)壓縮受載側(cè)橡膠墊，橡膠墊在低剛度下持續(xù)被壓縮，已產(chǎn)生永久變形，補(bǔ)液后無法回彈至初始安裝高度。在此過程中，由于橡膠墊嚴(yán)重變形，內(nèi)部腔體膜出現(xiàn)破裂損壞，導(dǎo)致彈性支撐無法保壓。

3、機(jī)組控制問題

對(duì)于京能蘇尼特項(xiàng)目117#機(jī)組齒輪箱彈性支撐壓潰造成聯(lián)軸器和齒輪箱故障，對(duì)機(jī)組iBox運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，均存在異常頻率干擾機(jī)組正?？刂啤Ｒ罁?jù)經(jīng)驗(yàn)，該頻率由變流器帶來。該異常頻率的存在，大大增加了彈性支撐的應(yīng)力幅和循環(huán)次數(shù)，在彈性支撐液壓低的情況下，彈性支撐橡膠墊被壓潰。

三、故障分析結(jié)論

1、鐵科對(duì)自身彈性支撐沒有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，試驗(yàn)驗(yàn)證不充分，注液后內(nèi)部腔體膨脹過大，導(dǎo)致彈性支撐短期壓降超出預(yù)期，造成彈性支撐在前期就產(chǎn)生了不可逆的損傷。

2、彈性支撐前期由于壓降過快，在低壓下運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間，導(dǎo)致彈性支撐受載側(cè)橡膠墊壓縮至永久變形，同側(cè)橡膠墊形成高度差，且后期補(bǔ)液無法消除此高度差，導(dǎo)致彈性支撐使用壽命縮短。

3、鐵科彈性支撐橡膠墊直徑小，注液壓力高，壓降速度快，導(dǎo)致橡膠墊抗疲勞性能差，在齒輪箱扭力臂動(dòng)態(tài)載荷的作用下，橡膠墊在為達(dá)到設(shè)計(jì)的循環(huán)次數(shù)時(shí)，就已經(jīng)提前失效了。

四、對(duì)于液壓彈性支撐故障的改進(jìn)措施

1、對(duì)裝有鐵科齒輪箱彈性支撐的3.xMW機(jī)組，為了防止后續(xù)出現(xiàn)大規(guī)模批量問題，建議更換齒輪箱彈性支撐，備選廠家為株洲時(shí)代。

2、現(xiàn)場(chǎng)組織進(jìn)行株洲時(shí)代齒輪箱彈性支撐橡膠墊狀態(tài)（同側(cè)橡膠墊高度差、橡膠墊是否有鼓包）進(jìn)行檢查，對(duì)于出現(xiàn)鼓包的橡膠墊，立刻停機(jī)更換。

3、對(duì)于株洲時(shí)代同側(cè)橡膠墊高度差遠(yuǎn)大于2mm的彈性支撐，觀察橡膠墊是否發(fā)生損傷。若存在單個(gè)橡膠墊高度小于137mm（或者大于等于149mm），則更換整組橡膠墊。

4、復(fù)查彈性支撐液壓系統(tǒng)壓力值并對(duì)壓力低于標(biāo)準(zhǔn)壓力下限的彈性支撐進(jìn)行補(bǔ)液（見株洲時(shí)代彈性支撐注液溫度曲線），補(bǔ)液過程嚴(yán)格遵守彈性支撐注水流程和工藝。

5、對(duì)3.xMW機(jī)組iBox運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷是否存在干擾機(jī)組正?？刂频念l率存在，若存在，及時(shí)處理。

6、考慮在彈性支撐上裝配壓力表（壓力傳感器），用來監(jiān)測(cè)液壓彈性支撐壓力值。

結(jié)束語(yǔ)：

通過對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓彈性支撐損壞故障問題分析，得出故障主要是彈性支撐自身問題引發(fā)，彈性支撐橡膠墊直徑小，注液壓力高，壓降速度快，導(dǎo)致橡膠墊抗疲勞性能差，在齒輪箱扭力臂持續(xù)動(dòng)態(tài)載荷的作用下，橡膠墊在未達(dá)到設(shè)計(jì)的循環(huán)次數(shù)時(shí)，就已經(jīng)提前失效了，后期建議更換為株洲時(shí)代的同型號(hào)產(chǎn)品。

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作者簡(jiǎn)介：王有發(fā)（1981-）男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，學(xué)歷：本科，工程師，研究方向：電力工程