劉海斌

（華能酒泉風(fēng)電有限責(zé)任公司，甘肅酒泉 736100）

1 風(fēng)電機(jī)組主齒輪箱的結(jié)構(gòu)和作用

風(fēng)機(jī)增速齒輪箱的第一級(jí)為行星架輸入，內(nèi)齒圈固定，太陽(yáng)輪浮動(dòng)。采用太陽(yáng)輪浮動(dòng)，是因?yàn)樘?yáng)輪質(zhì)量輕，慣性小，浮動(dòng)靈敏，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造。此級(jí)的行星架與輸入軸設(shè)計(jì)為一體，太陽(yáng)輪輸出端用鼓形齒與第二級(jí)安裝有齒輪的主動(dòng)軸內(nèi)花鍵聯(lián)結(jié)。第二級(jí)的主動(dòng)齒輪用過盈配合聯(lián)接在傳動(dòng)軸上與被動(dòng)齒輪軸嚙合；安裝在第二級(jí)被動(dòng)齒輪軸上的第三級(jí)傳動(dòng)的主動(dòng)大齒輪與輸出軸設(shè)計(jì)為一體的小齒輪嚙合，將扭矩傳出。

某型雙饋發(fā)電機(jī)組通過齒輪箱1:104 的增速作用，達(dá)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電所要求的轉(zhuǎn)速。

2 運(yùn)行情況

齒輪箱由于設(shè)計(jì)不足、運(yùn)行環(huán)境惡劣、運(yùn)行振動(dòng)、工作在極高應(yīng)力下等原因，造成齒輪箱故障卡死。發(fā)生故障后先進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

（1）齒輪箱、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化對(duì)比，通過機(jī)組后臺(tái)1000 ms故障快照以及狀態(tài)碼可以看出，齒輪箱、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?481 r/min起開始快速下降，經(jīng)過4 s 后齒輪箱、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不一致，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速334 r/min、齒輪箱轉(zhuǎn)速85 r/min（圖1）。

圖1 故障快照（齒輪箱與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)比）

（2）停機(jī)時(shí)的葉片角度變化，通過1000 ms 故障快照數(shù)據(jù)分析故障時(shí)刻后機(jī)組執(zhí)行緊急收槳，以9°/s 左右的速度將槳葉收回至限位開關(guān)位置。

（3）主軸轉(zhuǎn)速變化，查看后臺(tái)1000 ms 故障快照（圖2）以及狀態(tài)碼可以看出，故障前齒輪箱轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1481 r/min 與1480 r/min，主軸轉(zhuǎn)速14.18 r/min；故障時(shí)刻后7 s 時(shí)機(jī)組齒輪箱轉(zhuǎn)速降為0 r/min，故障時(shí)刻后4 s 時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與齒輪箱轉(zhuǎn)速出現(xiàn)較大偏差，判斷此刻發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器已發(fā)生損壞，主軸轉(zhuǎn)速在故障時(shí)刻3 s 后，數(shù)據(jù)一直未發(fā)生變化，初步判斷此刻主軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)記錄異常。

圖2 故障快照（齒輪箱高速軸、低速軸、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速記錄）

（4）變頻器故障排查。查看變頻器故障記錄，4：55，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速突然減低至并網(wǎng)轉(zhuǎn)速以下，變頻器內(nèi)部檢測(cè)出發(fā)電機(jī)運(yùn)行欠速，主控報(bào)出變頻器自動(dòng)運(yùn)行未準(zhǔn)備好故障，變頻器脫網(wǎng)，而主軸轉(zhuǎn)速在并網(wǎng)轉(zhuǎn)速之上，主控仍認(rèn)為風(fēng)機(jī)在并網(wǎng)狀態(tài)，因此風(fēng)機(jī)首先報(bào)出變頻器故障。

（5）確認(rèn)齒輪箱低速端故障。

3 更換方案

3.1 4 種拆除方案

齒輪箱低速端故障后，因安裝在數(shù)十米的高空，無(wú)法就地維修，需拆卸吊裝返廠維修，若卡死后，拆除存在風(fēng)險(xiǎn)，以下探討4種拆除方案。

方案1：在葉片支點(diǎn)位置拴風(fēng)繩，再將吊帶拴至葉片根部，用吊車提慢慢加噸位，看能不能盤動(dòng)車。如果仍然不動(dòng)，繼續(xù)下一方案。

方案2：將風(fēng)機(jī)鎖緊盤螺絲慢慢松開，再用吊車提到葉輪吊裝位置，再轉(zhuǎn)的過程中將輪轂在吊裝位置所打不上的主軸螺絲卸掉，到吊裝位置掛上吊帶，吊車提到輪轂的噸位，開始拆剩余的輪轂螺絲以及所要切割的螺絲。

方案3：將風(fēng)機(jī)鎖緊盤螺絲慢慢松開，將火焰置于鎖緊套外緣平面上，火焰距離鎖緊套5 cm，不斷上下游動(dòng)火焰，使鎖緊套外緣平面均勻受熱。再用100 t 千斤頂在風(fēng)機(jī)葉輪鎖銷法蘭處頂，吊車在葉片根部慢慢增加噸位，風(fēng)繩在葉片上用力拉，使葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)到吊裝位置，再頂?shù)倪^程中將輪轂在吊裝位置所打不上的主軸螺絲卸掉，到吊裝位置掛上吊帶，吊車提到輪轂的噸位，開始拆剩余的輪轂螺絲以及所要切割的螺絲。如果轉(zhuǎn)不到吊裝位置，使葉輪轉(zhuǎn)至Y 字形，用吊帶大兜葉片根部，吊車提到輪轂的噸位，開始拆剩余的輪轂螺絲以及所要切割的螺絲。

方案4：如果以上方案都不行，開始使用掛倒鏈的方法，在向上的兩片葉片上，低的一片葉片掛12 m、50 t 吊帶直接掛到吊鉤上，高的一片葉片掛7 m、40 t 吊帶，吊帶與吊鉤之間用20 t倒鏈連接。吊車提到輪轂的噸位，開始拆剩余的輪轂螺絲以及所要切割的螺絲。輪轂出來以后用倒鏈調(diào)節(jié)至輪轂成Y 字形以后開始往下吊。

（1）掛好葉輪葉攬風(fēng)繩。

（2）拆卸主軸法蘭螺栓至剩余法蘭正上方螺栓。

（3）安裝葉輪吊具。

（4）主吊適當(dāng)提到一定重量開始拆除主軸螺栓，在葉輪拆卸到最后幾顆螺絲時(shí)使用3 t 倒鏈對(duì)葉輪進(jìn)行保護(hù)，保證倒鏈吃有一定的力度，邊拆螺栓邊緩慢松倒鏈，保證葉輪平穩(wěn)脫離主軸法蘭，防止最后葉輪突然滑出。

（5）主吊將葉輪放置一定高度后將輔助吊索具掛到垂直葉片的指定吊點(diǎn)位置，（并且用護(hù)板在葉片上面指定吊點(diǎn)出保護(hù)防止葉片上下吃力不均勻）用70 t 汽車吊配合主吊機(jī)將葉輪翻身水平放置在指定位置。

3.2 拆卸聯(lián)軸器

（1）聯(lián)軸器拆卸。

（2）確保系統(tǒng)已經(jīng)處于安全狀態(tài)，風(fēng)輪鎖已經(jīng)鎖定。清潔聯(lián)軸器表面及聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)側(cè)、齒輪箱側(cè)各連接位置處。

（3）用扳手將聯(lián)軸器與制動(dòng)盤之間的鎖緊螺母和聯(lián)接螺栓拆下。

（4）用扳手將聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)側(cè)脹緊套之間的連接螺栓松開。

3.3 拆除機(jī)艙罩

主吊機(jī)進(jìn)場(chǎng)就位，出桿長(zhǎng)度超過葉片10 m，例如4 根3 m吊帶將上部機(jī)艙罩掛牢，在安裝的2 個(gè)吊環(huán)上各系1 根風(fēng)繩，緩緩起吊機(jī)艙罩，直至機(jī)艙罩吊起然后放在地面。

3.4 拆除齒輪箱

齒輪箱前面使用2 根35 t 吊帶，后面使用5 t 吊鏈及8 t、2 m 和旋轉(zhuǎn)吊耳連接，檢查齒輪箱油管是否有連接，然后吊車緩緩升起，保證齒輪箱到可拆卸空間，然后放到地面，齒輪箱拆卸完；安裝新齒輪箱及吊裝機(jī)艙罩與拆卸的過程相反，先吊裝齒輪箱并緊固各部位螺栓，然后吊裝安裝機(jī)艙罩，并且安裝輪轂。

4 施工安全技術(shù)措施

（1）風(fēng)輪吊裝作業(yè)要求風(fēng)速不大于8 m/s；雷暴、陰雨天氣及夜間均應(yīng)避免吊裝作業(yè)，作業(yè)過程中如遇氣候條件變化不符合吊裝作業(yè)安全要求時(shí)，應(yīng)立即停止作業(yè)。

（2）吊裝前應(yīng)對(duì)主副吊車的載荷參數(shù)、吊車工況、檢測(cè)報(bào)告及吊裝作業(yè)人員的資質(zhì)等進(jìn)行審核確認(rèn)，確保吊裝設(shè)備工況符合要求，起重作業(yè)人員須持證上崗。

（3）吊裝前，工作負(fù)責(zé)人組織作業(yè)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安全交底，明確各自分工及吊裝作業(yè)具體安全注意事項(xiàng)。

（4）吊裝作業(yè)前，以機(jī)位為中心方圓100 m 范圍實(shí)行安全警戒，禁止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入警戒區(qū)域。

（5）起吊前，吊裝負(fù)責(zé)人（地面指揮）應(yīng)對(duì)所有吊索具進(jìn)行檢查，并確認(rèn)吊車工況良好，吊車操作柄狀態(tài)良好。

（6）吊裝時(shí)應(yīng)將風(fēng)輪偏航至35 kV 輸電線路的背面，遠(yuǎn)離高壓線路。

（7）出艙作業(yè)人員必須穿全身式風(fēng)電專用安全帶，并先將安全帶雙鉤掛靠在機(jī)頂部專用掛靠點(diǎn)，確保100%的防墜落保護(hù)。

（8）吊裝現(xiàn)場(chǎng)必須設(shè)有資質(zhì)的專人指揮，機(jī)艙內(nèi)由有資質(zhì)的起重人員與地面指揮保持聯(lián)絡(luò)，吊裝作業(yè)過程中確保地面指揮、機(jī)艙內(nèi)起重人員和吊車操作司機(jī)三者溝通順暢（使用對(duì)講機(jī)）。

（9）指定專人負(fù)責(zé)地面纜風(fēng)繩控制指揮，確保各纜風(fēng)繩控制組步調(diào)一致。

（10）吊裝作業(yè)過程中，任何人不得在吊物下穿行或停留，所有人員應(yīng)遠(yuǎn)離吊裝危險(xiǎn)區(qū)域，防止吊物墜落傷人。

（11）風(fēng)輪需要過夜或者長(zhǎng)時(shí)間放置時(shí)，必須將槳葉轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)，并作固定，防止風(fēng)輪受風(fēng)力發(fā)生旋轉(zhuǎn)受損。

（12）作業(yè)中，人員應(yīng)避免將身體部位置于相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩部件之間，尤其是風(fēng)輪拆裝過程中的風(fēng)輪與機(jī)艙間、葉片與輪轂間，防止人員壓傷、擠傷事故的發(fā)生。

（13）現(xiàn)場(chǎng)存放葉輪時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)葉輪進(jìn)行地錨固定，防止葉片轉(zhuǎn)動(dòng)損壞設(shè)備。利用視頻監(jiān)控實(shí)時(shí)查看葉輪位置，大風(fēng)天氣加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)巡視，確保葉輪固定牢靠。

（14）齒輪箱、主軸返廠維修期間做好機(jī)艙電氣設(shè)備防雨，防止雨水進(jìn)入電纜等電氣設(shè)備，影響設(shè)備電氣性能。機(jī)艙大件物品應(yīng)綁扎牢靠，小件物品應(yīng)集中收置轉(zhuǎn)移至偏航平臺(tái)妥善存放，防止高空落物。

（15）齒輪箱、主軸拆除線路電源開關(guān)確已關(guān)閉，接線端裸露部分使用絕緣膠帶包扎處理。

齒輪箱是風(fēng)電機(jī)組的重要組成部分，隨著風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)間增加，齒輪箱故障會(huì)越來越多，對(duì)于卡死齒輪箱故障的研究，能夠提高檢修人員的安全性，對(duì)提升員工技能水平具有非常重要的作用。