齿轮箱破坏原因浅析

　　摘　要：从齿轮箱的制造，齿轮油以及齿轮箱在各种条件下的工况，简析齿轮箱破坏的可能原因，同时提出预防各种可能性的措施。
　　关键词：风力发电机齿轮箱；齿轮油；微点蚀；运行工况
　　随着风电产业在中国的飞速发展，如何保证风力发电机稳定运行，高效的利用风力资源已经成为非常重要的一个课题摆在了我们面前。风力发电机的可利用率就是衡量风力发电机稳定运行的一个量化指标。影响风机可利用率的因素很多，但根据所有部件的损坏后恢复的时间长短进行分析：齿轮箱的损坏是影响风机可利用率的一个重要因素。
　　作为风机重要大部件之一的齿轮箱：不同的机型更换方法不同。有的机型需要将叶轮拆下，有的则不需要，但无论哪种方式都需要一定的更换周期。因为无论是国内供货还是国外进口，都需要一定的供货期，同时相应的吊装费用也使得业主损失很大，这就需要我们认真的研究齿轮箱在不同的工况下的工作情况，及时检查齿轮箱的工作情况，尽量避免或者减少齿轮箱的损坏，Z大可能的减少损失。
　　下面我们从以下几个方面进行分析：
　　（1）齿轮箱内部污染的影响
　　首先，我们从齿轮箱制造，运输方面分析和考虑。在箱体制作过程中，不可避免的会有铁渣、铁屑等工作垃圾误入齿轮箱本体。在齿轮箱连接处，密封胶会挤入箱体，造成齿轮箱污染。若在齿表面有硬性物质沉淀，且不能随齿轮油进入过滤系统，则对齿轮箱的工作非常不利。造成齿轮箱污染的可能性还有很多，如果不做任何处理，会使齿轮箱在工作过程中，高低速轴在啮合时齿啮合条件差，造成啮合不好。
　　通常，清洁手段是在机组试运行期间，根据齿轮油过滤器所报故障，通过换滤芯器达到清洁的目的。机组的试运行期间，滤芯器的更换较为频繁就充分证明了上述原因的存在。我们在更换滤芯器时，时常会发现有铁屑的存在。这一点在我们与外方讨论中也得到了证实。需要说明的是：在机组调试运行期间，不同机型对滤芯器更换有不同的要求，有的机型按照一定的周期更换，有的风机在电气连接上实现滤芯器预警，但不停机。若这样类型风机长时间未报滤芯器故障，这时就需检查滤芯器开关是否内部接线有错误，我们在实际运行中就发现过类似情况。一般情况下，齿轮箱在试运行一段时间后，滤芯器都会有不同程度的污染，这时应及时更换滤芯器，保证风机在良好的润滑状态下工作。
　　（2）刹车对齿轮箱的影响
　　正常条件下的刹车，紧急刹车会对齿轮箱造成一定的冲击，这种条件下的刹车对齿轮箱的冲击不容忽视。频繁的刹车，特别是在高负荷情况下紧急停机，对齿轮箱的冲击是一种积累效果，而这种积累是不易察觉的。
　　变桨距风机在正常停机状态下对齿轮箱的冲击较小，但在电网失电即紧急停机状态下对齿轮箱的受力影响是很大的。对于定桨距风机，是尽可能的减少机组高负荷条件下的停机，同时，提高刹车的柔合程度，也是一种较好的方法。即将刹车管换成刹车阻尼管，通过控制刹车时通向高速闸液压油量使刹车变得柔和。同时，在定桨距风机正常停机的状态下，高速刹车是在一定的叶轮转速下投入的，即在叶尖刹车动作后一定时间，叶轮转速在一定值时投入高速刹车，不同厂家对这一转速值有不同的要求。我个人认为：各厂家在设置这一数值时，为了防止风机飞车，都留有很大的余量，适当降低这一叶轮转速数值，可以在很大程度上减小对齿轮箱的冲击，通常在参数设置中可以更改。当然，虽然在原则上不会发生飞车事故，但采用这种方法是要慎重的，这需要对风机的工作过程有非常清楚的概念，倘若将这一数值降低，其余相应参数也须作改动，如刹车时间的设定等相应参数也要改变。无论是定桨距还是变桨距风机，控制器的后备电池在电网掉电时将紧急停机变为正常停机在很大程度上保护了齿轮箱和整个风机系统，特别是在电网条件不稳定的地区，这一点显得特别重要。另外设计合理的齿轮箱支撑在各种状态下能够很好的将齿轮箱在刹车时的应力吸收和传递，达到很好的保护齿轮箱的目的。
　　（3）微点蚀的影响
　　微点蚀也是造成齿轮箱破坏的原因之一。这是一种微观疲劳磨损现象，通常发生在弹性动力润滑滑动接触点，它发生的现象为在接触表面产生灰色表面。这是一种较多的均匀的疲劳磨损，微点蚀直径通常为10～20μｍ。在微点蚀初期表现为齿表面一般浅层剥落，磨光，慢慢导致灰色斑点，发生齿表面毛，Z后导致齿失效，造成齿轮箱破坏。
　　避免减少这种微点蚀情况发生的方法是根据当地的气候条件和风机的运行工况来选择采用适当的润滑油。因为合适的润滑油对齿的保护作用是非常明显的，同时在齿轮箱运转过程中，要定期检查齿表面，定期检查润滑油的成份等。特别是到接近齿轮油的换油周期时，我们要每台抽取油样，对油样作检查。同时，还要不定期的检查齿轮箱啮合齿，及时检查出带病运行的机组，防止故障进一步的恶化。对这种微点蚀造成的齿轮箱破坏，我们只能近可能的减少，但随着时间推移，一般都会发生程度不同的微点蚀现象。
　　（4）齿轮箱运行工况的影响
　　在风况较好的地区，不同的风力发电机在运行过程中会出现齿轮油过热或发电机过热，导致的机组停机。通常程序设定的极限温度为100℃，根据本人现场的运行经验，机组出现齿轮油过热的情况非常少，但机组齿轮油温却偏高，这集中体现在冬季出力较高。BONUS 450的机组在连续高负荷运转时，易报齿轮油过热的故障，这是由于该机型为密闭型的，无自然风冷却。而其他机型机舱设计有通风口，但从机组的监控统计观察，齿轮油的冷却不是很理想，即便是机组齿轮油温度没有达到极限值，齿轮箱也是工作在较为恶劣的条件下。齿轮箱适宜的工作油温为30～40℃，长期工作在高油温条件下，它能够加剧微点蚀的发生，对齿轮箱的工作也非常不利。
　　由于风电场现有机型较多，可以根据每台风机的具体情况，在机舱内根据空气冷却的方向，扩展或者额外增加通风道。据本人在德国培训考察，外方各厂家技术人员也在进行该项实验，效果较为明显。另外，为了改善齿轮箱的工作条件，我们也可根据机舱内的位置采取加一套齿轮油冷却器的方法。具体可以这样操作：在原有的齿轮油循环中加上一个齿轮油冷却系统，该冷却系统工作过程的控制可以根据风机具体启动齿轮油冷却的条件加入。例如JACOBS风力发电机，附加的电机可安装在机舱盖的右前方，其动力电源可从TB2（电源盒）中取得。在TB2盒内或者合适的地方可加一小接触器X（根据所选电机容量决定），接触器的控制线从TB1中X1端子的GEAR OIL COOLER端子上获取，若考虑到控制柜内开关F23的容量限制，可在接触器X前加一延时继电器，以避免接触器X与23同时动作。具体工作原理如下：当齿轮油温度达到冷却电机的工作条件时，计算机发出指令，F23合，电机1（为原齿轮箱电机）工作，同时，控制电压作用于继电器和小接触器X，电机2（附加冷却电机）投入工作。这样，齿轮油通过电机1进入机舱上自然风冷却循环，冷却后进入电机2的冷却循环进行强迫风冷，然后进入齿轮箱，完成循环工作。利用原风机冷却启动的控制原理，做一些硬件添加，就可以完成。当然，有些风机可增加双速电机，但是从控制就需要加一些命令，相应的软件就需要一些小小的改动。
　　当然，造成风机齿轮箱破坏的原因很多，国外的一些厂家也在积极的研究其原因，同时也做了很多的试验。相信随着风电产业的飞速发展，我们会逐渐的解决风力发电中的一些问题，使我们的绿色能源事业能够持续、高速的发展，造福全人类。