1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（专题论文）题 目： 风力发电机组齿轮箱的运行维护姓 名： 刘亚涛专 业： 机械设计制造及自动化班 级： 机械09-9班学 号： 0964103914指导老师： 杨文志 教授风力发电机组齿轮箱的运行维护刘亚涛（内蒙古科技大学 机械工程学院）Operation and maintenance of wind turbine gearboxLIU Ya-tao（Inner Mongolia University of Science and Technology School of Mechanical Engineering）摘要：介绍了风力发电机组齿轮箱日常维
2、护工作的主要内容和具体实施。分析了风力发电机组齿轮箱常见的故障现象及处理方法。阐述了加强对风力发电设备的日常维护和提高维修人员的维修能力的重要性，为风电场工程技术人员和维修人员提供参考。关键词：风力发电机组齿轮箱；日常维护； 故障处理Abstrace：The main content and the specific implementation of the day-to-day maintenance of the wind turbine gearbox. Wind turbine gearbox common failure phenomenon and treatment metho
3、ds. Explains the importance of strengthening the day-to-day maintenance of wind power generation equipment and maintenance staff repair, to provide a reference for technicians and maintenance personnel of the wind farm project.Key word：Wind turbine gearbox；Routine maintenance；Troubleshooting引言随着社会的进
4、步以及经济的发展，能源危机和环境污染问题日益凸能源问题已成为关乎人类生存和制约社会发展的关键因素。为此，人类自身不断反思过去，且深刻意识到合理利用资源、开展低碳经济、走可持续发展道路的深远意义。面对当今的能源局面，为了改正和弥补人类历史进程中错误的能源发展策略，全世界各界正积极地投身于缓解能源压力和减少环境污染的世界问题中，加快寻求切实可行解决策略的步伐，如大力开发和利用清洁无污染的可再生能源，节约、适度利用有限的化石燃料等。寻求以环境友好型的发展思路和途径来推动生产的发展和社会的进步，走可持续、低碳发展道路；遵循开源节流的理念，提高对有限资源的利用效率，最大限度的发挥资源效能、降低损耗、遏制
5、浪费，由此利益最大化并具有正面意义地服务于社会。作为能源储量丰富但同时能源相对消耗较大的国家，中国政府也积极、严肃地关注并参与此问题，提出了一系列指导方针和技术方案，以期望更好的节约、保护以及合理的利用资源，向着珍惜资源和物尽其用的方向做出努力，切实实行低碳经济的发展之路。如，2006 年 1 月 1 円，中国颁发实施了可再生能源法 ，把开发利用可再生能源作为可持续发展战略的重要组成部分 111。2011年 9 月 27 円，国务院总理温家虫在全国节能减排工作电话会议时指出：在“十二五”期间，需要合理控制能源消费总量，调整能源结构，大力推广煤炭的清洁高效利用，因地制宜地发展风能、太阳能等可再生
6、能源，在做好生态保护和移民安置的基础上积极发展水电，在确保安全的基础上高效发展核电。所谓因地制宜地发展风电，也就是意味着需要更有效地提高风能的利用率，并且在“十二五”中，不仅着眼于空洞的装机数字，更大程度上需要追求有效地利用，让现役机组能够全力的发挥其价值，提高设备的可用率。发电部分作为电源侧，也正在积极响应政府的号召以及应对世界形势的需要，积极;开基于新能源的开发利用，如五大电力集团和“四小豪门“都积极开辟新能源业务，加入新能源发电的伟大事业和艰巨任务中，希望在新能源领域贡献自己的力量。风能凭借其绿色、清洁、无污染，且储量丰富、可再生等特点，定当是发电领域中不可或缺的生力军，是攻克能源危机和
7、污染问题的关键力量，有着举足轻重的作用。回首过往，我国的风电行业发展迅猛，从原来的单纯依靠国外进口设备和技术支持，到今日的自主研发、设计、生产、推广，发展迅猛、成绩斐然。新型设备、不断研制生产下线的兆瓦级机组以及装机容量和新机组的投运并网数量逐年递增，造就了全国风电市场的一片繁荣盛世，2010 年，我国累计装机容量已经达到 4473.3 万千瓦，新增装机容量为 1892.8 万千瓦；同时，累计并网装机3107 万千瓦，新增并网装机 1399 万千瓦，这使得我国风电的新装机容量和并网均居全球第一，装机规模仅次于美国，位列全球第二，使中国跨入风电大国行列。风力发电机组与其它机械设备一样，在设计过程
8、中，都要根据设备实际运行工况，考虑设备使用寿命，但设备的实际使用寿命与设计寿命，存在很大差距，作为风力发电机组一般设计寿命为 20 是一个比较笼统的设计概念。经检测一般风级机组到 15 年左右许多机械和电气部件已经老化，需要定期检查、更换，随着运行周期的增长，运行维护管理的费用也呈增加趋势。因此，在保证机组正常运行和延长设备寿命的同时，除了考虑整机设计要达到标准，其它机械部件设计同样也要可靠，特别是在能量传递过程中起到主要作用的齿轮箱的加工精度，不仅在制造过程中要达到相关认证标准，也要合理地进行运行维护管理。风力发电机组增速齿轮箱是风力发电机组传动系统主要配套部件之一，它将风轮吸收的能量，通过
9、齿轮副增速传递给异步发电机，然后由异步发电机将电能输送到电网上，完成整个能量的传递，金风科技生产的国产化 600KW 发电机组齿轮箱与风轮由一根主轴连接，齿轮箱通过集成风轮支撑，用 4 性橡胶圈支撑固定在机舱上，在设计时考虑了支撑框架是否能承受极端载荷和不平衡时产生的压力，结构紧密，减少了机舱实际尺寸，但是由于齿轮箱输入轴承受风轮的轴向力、径向力及风轮制动过程中传递的较大刹车力矩，产生的动态载荷将会作用在同一齿轮副啮合齿面上，使啮合齿面上产生点蚀、胶合等现象。另外，如果齿轮箱的齿轮加工精度不能满足设计要求，那么相互啮合的齿轮副在传递较大的扭矩时，表面可能有较大的位移。如果出现这种情况，首先，齿
10、轮箱传递能量的效率将会降低，这是因为齿轮箱在传递能量过程中齿轮副相对位移过大，机械能将会由于摩擦力而转换为热能，从而降低齿轮箱的能量传递效率；其次，风力发电机组在进行正常刹车或紧急刹车时，会造成相互啮合齿轮副来回碰撞，长时间出现这种现象可能会损伤齿根、齿面和齿轮箱的轴承，甚至出现崩齿。因此，风力发电机组齿轮箱在加工、制造及工艺上一定要满足设计要求。上面讲述了风力发电机组齿轮箱在设计、制造过程中要达到相关认证标准的重要性，同样，风力发电机组齿轮箱的运行维护管理也要受到重视，只有运行维护水平不断得到提高，才能保证风力发电机组齿轮箱平稳运行，从而保证风力发电机组的正常运行。1 齿轮箱的基本形式与结构
11、风轮的转速较低 在多数风力发电机组中 达不到发电机发电要求 必须通过齿轮箱齿轮副的作用来实现增速 故也将也将齿轮箱称之为增速箱。 金风S48/750 风力发电机组齿轮箱结构设计目前有两种形式 一是采用一级行星一级平行轴结构的设计 即 RENK 结构 如图一 另一种是采用 FLENDER 结构 采用一级行星 两级平行轴结构 如图二图一图二齿轮箱的各部分构成：（1） 常用齿轮副:直齿和斜齿圆柱齿轮和行星齿轮。实际应用的风力发电机主齿轮系中 最常见的是由行星齿轮系和平行轴轮系混合构成的.（2） 齿轮箱形式:风力发电机组齿轮箱的种类很多 按照传统类型可分为圆柱齿轮箱、行星齿轮箱以及它们互相组合起来的齿
12、轮箱 按照传动的级数可分为单级和多级齿轮箱 按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式、同轴式以及混合式等.（3） 齿轮箱密封:齿轮箱轴部位的密封一方面应能防止润滑油外泄 同时也能防止杂质进入齿轮箱内。常用的密封为非接触式密封盒接触式密封二种。非接触式密封种类很多 所有的非接触式密封都不会产生磨损 使用时间长。非接触式密封 称为迷宫密封。接触式密封接触式密封是使用密封件的密封 密封件应可靠、耐久、摩擦阻力小、容易装拆 应能随压力的升高而提高密封能力和有利于自动补偿磨损。旋转轴常用唇形密封圈。（4） 润滑油净化和温控系统 :风力发电机组齿轮箱的润滑 是齿轮箱持续稳定运行的保证。齿轮箱润滑系统如果工
13、作不正常 由于齿面润滑油膜减少而热量增加 将造成齿面和轴承的损坏。特别是在我国北方 冬季温度过低 润滑油品粘度增大 如果齿轮箱润滑部位不能得到充分润滑 长期运行将会导致啮合齿面以及轴承滚动体和座圈发生点蚀、胶合和磨损现象 夏季温度过高 如果齿轮箱散热不好 当风力发电机组在额定功率下运行时 齿轮箱内油品温度上升较快 根据热平衡态原理 在没有外界影响的条件下 一个热力学系统经长时间后必将趋于热平衡态 即齿轮箱内循环油品和齿面润滑油品达到温度较高的热平衡状态 由于润滑油粘度下降 对啮合齿面油膜的形成不利 齿面也容易出现点蚀、胶合现象 因此 较好地解决齿轮箱的润滑 对润滑油进行有效的净化和温控也是保证
14、齿轮箱稳定运行的条件。 齿轮箱内常采用飞溅润滑或强制润滑 一般以强制润滑为多见。2 齿轮箱的日常维护风力发电机组齿轮箱的日常运行维护内容主要包括：设备外观检查、噪音测试、油位检查、油温、电气接线检查等。具体工作任务包括：持续大风天气时，在中控室应注意观察齿轮油温、轴承温度；登机巡视风力发电机组时，应注意检查齿轮箱油位，检查齿轮泵接线、箱体及润滑管路有无渗漏现象，外设的润滑管路有无松动，清洁齿轮箱；离开机舱前，应开机听齿轮箱及齿轮泵运行有无异常声音。利用油标尺或油位窗检查油位是否正常，借助玻璃油窗观察油色是否正常，发现油位偏低应及时补充并查找具体渗漏点，及时处理。如果滤清器压差传感器报警应尽快更
15、换滤芯，检查滤芯是否有铁屑并彻底清洗内部，如有较多铁屑应该化验齿轮箱润滑油品，通过化验结果，判断齿轮箱是否有潜在的危险。将新的滤芯安装到机组上后，应开机听齿轮泵和齿轮箱运行声音是否正常，观察齿轮泵出口压力表，压力是否正常。安装滤清器外壳时应注意对正螺纹，均匀用力，避免损伤螺纹和密封圈。3 定期维护风力发电机组每年定期进行两次维护，即 2500h 维护和 5000h 维护。2500h维护主要内容：润滑油脂的加注、传感器功能测试、传动部件的紧固；5000h维护主要包括：力矩检查、传感器功能测试、机组常见故障的排除等。齿轮箱的运行情况，可以通过这两次维护进行检测，只有认真仔细完成齿轮箱全部检查项目，
16、才能确保齿轮箱的平稳运行。4 齿轮箱的润滑风力发电机组齿轮箱的润滑，是齿轮箱持续稳定运行的保证。齿轮箱润滑系统如果工作不正常，由于齿面润滑油膜减少而热量增加，将造成齿面点蚀、胶合、磨损和轴承的损坏。特别是在我国北方，冬季温度过低，润滑油品容易凝固，粘度增大，如果齿轮箱润滑部位不能得到充分润滑，长期运行将会导致啮合齿面有点蚀、胶合及轴承内部滚针磨损现象；夏季温度过高，如果齿轮箱散热不好，当风力发电机组在额定功率下运行时，齿轮箱内油品温度上升较快，根据热平衡态原理，在没有外界影响的条件下，一个热力学系统经长时间后必将趋于热平衡态，即齿轮箱内循环油品和齿面润滑油品达到热平衡状态，那么会造成啮合齿面油
17、膜变薄，齿面受力增大，容易出现点蚀、胶合现象，因此，较好地解决齿轮箱的润滑，也是保证齿轮箱稳定运行的条件。齿轮箱在投入运行前，应加注厂家规定的润滑油品，因为润滑油品第一次更换和其后更换的时间间隔，由风力发电机组实际运行工况条件来决定，所以，齿轮箱润滑油品的更换时间无法精确预定。齿轮箱润滑油品的维护和使用寿命受油品的实际运行环境决定，在油品运行过程中，分解产生的各种物质，可能会引起润滑油品的老化、变质，特别是在高温、高湿及高灰尘等条件下运行，将会进一步加速油品老化、变质，这些都是影响润滑油品使用寿命的重要因素，会对油品的润滑能力产生很大的影响，降低润滑油品的润滑效果，从而影响齿轮箱的正常运行。一
18、般新投入的风力发电机组，齿轮箱首次投入运行磨合 250h 后，要对润滑油品进行采样并分析，根据分析结果可以判断齿轮箱是否存在缺陷，并采取相应措施进行及时处理，避免齿轮箱损坏较为严重时才发现，并做好详细的齿轮箱运行情况记录，最后要将记录存入该风力发电机组档案，便于以后进行数据的对比分析。齿轮箱油品第二次 分析应在风力 发电机组重新运行 8000h（最多不超过 12个月）进行，如经分析认为该油品可以继续使用，那么再间隔 8000h（多不超过 12 个月）对齿轮箱润滑油品进行再次采样、分析；如果润滑油品在运行18000h后，还没有进行更换，那么润滑油品采样分析的时间间隔将要缩短到 4000h 运行小
19、时（最多不超过 6 月） ；如果风力发电机组在运行过程中，出现异常声音或发生飞车等较为严重故障时，齿轮箱润滑油品的采样分析可随时进行，以确保齿轮箱的正常运行。为了保证齿轮箱安全可靠运行，在齿轮箱首次投入运行 2500h 后，要对齿轮箱润滑油品的实际状态进行分析、检查和评估，油样的试验应由该油品的提供厂商做油品分析单。在进行油品采样时，应保证风力发电机组已运行较长时间，以确保齿轮箱润滑油品处于运行温度，且要在压力循环系统正常运行期间取油样，以保证飘浮物质未沉在油槽底部。5 齿轮箱常见故障及排除齿轮箱的常见故障有齿轮损伤、轴承损坏、断轴和渗漏油、油温高等。 （1） 损伤齿轮损伤的影响因素很多 包括
20、选材、设计、加工、热处理、安装调试、润滑和使用维护等。常见的齿轮损伤有齿面损伤和轮齿折断两类。 轮齿折断(断齿)常由细微裂纹逐步扩展而成。根据裂纹扩展的情况和断齿原因 断齿可分为过载折断(包括冲击折断)、疲劳折断以及随机断裂等。过载折断总是由于作用在轮齿上的应力超过其极限应力 导致裂纹迅速扩展 常见的原因有突然冲击超载、轴承损坏、轴弯曲或较大硬物挤入啮合区等。断齿断口有呈放射状花样的裂纹扩展区 有时断口处有平整的塑性变形 断口副常可拼合。仔细检查可看到材质的缺陷 齿面精度太差 轮齿根部未作精细处理等。疲劳折断发生的根本原因是轮齿在过高的交变应力重复作用下 从危险截面(如齿根)的疲劳源起始的疲劳
21、裂纹不断扩展 使轮齿剩余截面上的应力超过其极限应力 造成瞬时折断。在疲劳折断的发源处 是贝状纹扩展的出发点并向外辐射。产生的原因是设计载荷估计不足 材料选用不当 齿轮精度过低 热处理裂纹 磨削烧伤 齿根应力集中等。随机断裂的原因通常是材料缺陷、点蚀、剥落或其他应力集中造成的局部应力过大 或较大的硬质异物落人啮合区引起。齿厨疲劳是在过大的接触应力和应力循环作用下 轮齿表面或其表层下面产生疲劳裂纹并进一步扩展而造成的齿面损伤 其表现形式有早期点蚀、破坏性点蚀、齿面剥落和表面压碎等。特别是破坏性点蚀 常在齿轮啮合线部位出现 并且不断扩晨 使齿面严重损伤 磨损加大 最终导致断齿失效。 胶合是相啮合齿面
22、在啮合处的边界膜受到破坏 导致接触齿面金属融焊而撕落齿面上金属的现象 很可能是由于润滑条件不好或有干涉引起 适当改善润滑条件和及时排除干涉起因 调整传动件的参数 清除局部载荷集中 可减轻或消胶合现象。（2） 轴承失效轴承在运转过程中、内、外圈与滚动体表面之间经受交变载荷的反复作用，于安装、润滑、维护等方面的原因而产生点蚀、裂纹、表面剥落等缺陷、轴承失效、使齿轮副和箱体产生损坏。据统计，影响轴承失效的众多因素中，于安装方面的原因 16%于污染方面的原因也占 16%属于润滑和疲劳方面的原因各占 34%使用中有的轴承达不到预定寿命。因而充分保证润滑条件，严格照规范进行安装调试，强对轴承运转的监控是非
23、常必要的。通常在齿轮箱上设置了轴承温控报警点 对轴承异常高温现象进行监控，随时随地检查润滑油的变化 发现异常立即停机处理。（3） 断轴断轴也是齿轮箱的重大故障之一，原因大多是在制造中没有消除应力集中因素，过载或交变应力的作用下，出了材料的疲劳极限。（4） 齿轮箱油温高：果齿轮箱出现异常高温现象，能是由于风力发电规组长时间出力过高或者是风力发电机组本身散热系统工作不正常等因素造成。这时要根据具体情况，析造成齿轮箱油温过高的原因，时记录有关风力发电飘组运行数据，与正常运行机组对比。首先检查齿轮箱在运行时，否有异常，动声音增大、运行时伴有间歇声音等，时必须立刻停止风力发电机组的运行，通过齿轮箱本体的
24、各个观测孔，仔细检查齿轮箱各个齿面、轴承情况 各传动零部件有无卡滞现象，前后连接接头是否松动，如果正常，要检查润滑油供应是否充分，特别是在各主要润滑点处，必须要有足够的油液润滑和冷却。同时应该采集油样，进行油品分析，油品是否变质 及时更换润滑油品；其次，有可能由于本身机组在设计时，对风力发电机组散热考虑的疏忽，风力发电机组长时间运行时，机舱内散热性能较差，从而造成齿轮箱油温度上升较快，出现这种情况，只有改善机舱内部散热，才有可能减少齿轮箱油温度上升较快问题，另外，还可以加装齿轮箱润滑油品外循环系统。（5） 齿轮油位低：齿轮箱油位的监测，通常是依靠一个安装在保护管中的磁电位置开关来完成的，它可以避免油槽内扰动而引起开关的误动作。同时设定一个浮动开关点，避免由于润滑油品随温度而改变引起油品的粘度和体积波动，不会导致油位开关误动作。风力发电机组显示齿轮油位低时，应及时登机检查齿轮箱及润滑管路是否渗漏，油位开关工作是否正常，接线是否有松动，如果出现渗漏，应当及时进行处理。另外，由于油温较高，润滑油在齿轮箱外设管路循环时，可能造成齿轮箱本体内油位下降，这种情况一般多出现于新投入的机组，需要补加适量润滑油品，但不能补加过量，过量地补加润滑油品会造成润滑油从高速输出轴或其它部位渗漏。（6） 齿轮油泵过载这类故障多出现在北方的冬季，由于风力发电机组长时
