风力发电机组齿轮箱故障分析

风力发电机组齿轮箱故障分析

          我国风电场中安装的风电机组多数为进口机组。近几年来,一批齿轮箱发生故障,有些由厂家更换,也有的由国内齿轮箱专业厂进行了修理。有的风场齿轮箱损坏率高达40~50%,极个别品牌机组齿轮箱更换率几乎接近100%。虽然齿轮箱发生损坏不仅仅在我国出现,全世界很多地方同样出现过问题,但在我国目前风电机组运行出现的故障中已占了很大比重,应认真分析研究。
          1)过去小容量风电机组齿轮箱多采用平行轴斜齿轮增速结构,后来为避免齿轮箱造价过高、重量体积过大,500kW以上的风电机组齿轮箱多为平行轴与行星轮的混合结构。由于风电机组容量不断增大,轮毂高度增加,齿轮箱受力变得复杂化,这样就造成有些齿轮箱可能在设计上就存在缺陷。
          2)由于我国有些地区地形地貌、气候特征与欧洲相比有特殊性,可能对标准设计的齿轮箱正常运行有一定影响。我国风电场多数处于山区或丘陵地带,尤其是东南沿海及岛屿,地形复杂造成气流受地形影响发生崎变,由此产生在风轮上除水平来流外还有径向气流分量。我国相当一部分地区气流的阵风因子影响较大,对于风电机组机械传动力系来说,经常出现超过其设计极限条件的情况。作为传递动力的装置-齿轮箱,由于气流的不稳定性,导致齿轮箱长期处于复杂的交变载荷下工作。由于设备安装在几十米高空,不可能容易地送到工厂检修,因此经常进行状态监视可以及时发现问题,及时处理,还可以分析从出现故障征兆到彻底失效的时间,以便及时安排检修。
          3)在我国北方地区,冬季气温很低,一些风场极端(短时)*低气温达到-40以下,而风力发电机组的设计*低运**温在-20以上,个别低温型风力发电机组*低可达到-30。如果长时间在低温下运行,将损坏风力发电机组中的部件,如齿轮箱。因此必须对齿轮箱加温。齿轮箱加温是因为当风速较长时间较低或停风时,齿轮油会因气温太低而变得很稠,尤其是采取飞溅润滑部位,无法得到充分的润滑,导致齿轮或轴承短时缺乏润滑而损坏。如果机舱温度也很低,那么管路中润滑油也会发生流动不畅的问题,这样当齿轮箱油不能通过管路到达散热器,齿轮油温会不断上升直至停机。
          归纳起来,我们可以分析在我国风电场经常发生齿轮箱故障可能主要有以下原因:
          1、齿轮箱润滑不佳造成齿面、轴承过早磨损
          -大气温度过低,润滑剂凝固,造成润滑剂无法到达需润滑部位而造成磨损
          -润滑剂散热不好,经常过热,造成润滑剂提前失效而损坏机械啮合表面
          -滤芯堵塞、油位传感器污染,润滑剂中毒而失效
          2、设计上存在缺陷
          齿轮的承载能力计算一般按照ISO6336(德国标准DIN3990)进行。当无法从实际运行得到经验数据时,厂家可能选用的应用系数KA1.3,但实际上由于风载荷的不稳定性,使得设计与实际具有偏差,造成齿轮表面咬伤甚至表面载荷过大而疲劳破坏。说明当选择应用系数KA1.3时,齿轮传动链中载荷远超出按假设设计值。如果轴承选择不合适,由于轴向载荷相当大,而造成轴承损坏

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