风电齿轮箱高速轴故障处理与分析

招妙妍

一、简介

德国Jahnel-Kestermann Getriebewerke GmbH（简称Jake）是一家专业设计生产风电增速齿轮箱的公司，早期伴随国内直接进口德国风电机组或引进德国风电机组设计技术的时候，曾经有一批风电机组采用了Jake公司增速齿轮箱。

汕头风场采用的33台1.5MW双馈型变桨变频风力发电机组，机组中使用的齿轮箱全部是德国Jake公司生产的PPSC1290型两级行星一级平行轴传动结构的齿轮箱，虽然低速级和中间级采用了两级行星传递结构，使用过程中表现得比较稳定，但作为高速级的第三级平行轴传递结构因为转速较高，相对扭矩也大，长时间持续工作，出现故障的情况比较多。

二、故障

某日，汕头风场22#机组运行中发现齿轮箱高速轴后轴承温度偏高，类似火车撞击铁轨的低沉异响。用听针对齿轮箱各级齿轮进行检查，低速级齿轮和中速级齿轮运行的响声不是很大，但高速轴一侧听到的异响声明显。初步判断齿轮箱高速轴轴承或者齿轮可能有损坏。随后检查齿轮箱润滑油位和润滑油油压，都在正常范围。齿轮箱润滑油油温和旁边的其他齿轮箱润滑油油温相比偏高，齿轮箱润滑油过滤器前后压差偏大。

用内窥镜检查，发现高速轴前轴承滚子辊柱碎裂脱落。由此判断，齿轮箱高速轴轴承温升异常和异响原因是高速轴轴承损坏。损坏的高速轴前轴承辊柱见图1。

更换高速轴前轴承，型号由NKE NJ2324E.M换为SKF NJ2324ECMA，测量轴承外圈跟齿轮箱配合处的间隙。考虑到轴承的破损可能导致有碎片掉入箱体，于是将齿轮箱油放光，用32插板以及65插板将第3个加热器拆开，检查是否有轴承碎片，以便清理。清理完齿轮箱底部的轴承碎片，重新装上加热器。

拆下的高速轴后轴承是圆锥滚子轴承，此轴承滚子的磨损点蚀失效，导致滚子接触面金属粘连剥落，进而导致辊柱破裂。轴承中靠近发电机侧的辊柱普遍产生表面金属粘连剥落，而靠近齿侧的辊柱没有磨损，只有被灼烧的痕迹（图2）。

由于Jake1.5MW风电增速齿轮箱采用2P+1H传动结构型式（图3），高速轴后轴承是双向固定，轴承外圈通过端盖预紧。这种固定方式特别容易受到装配精度的影响。间隙过大，容易造成轴向窜动；间隙过小，润滑不充分，加剧摩擦生热，表面软化，过早出现异常剥落。

三、故障原因

机组在使用过程中，由于发电机重量和工作过程中的动载荷，导致机座后端有一定的下沉，虽然齿轮箱输出轴和发电机输入轴之间采用了高弹性高适应对中能力的Centa弹性联轴器，仅对后端发电机下沉后有一定的补偿调解作用，但齿轮箱输出轴的高速轴前、后轴承所承受的载荷更加复杂，出现故障的情况会比较多。更换轴承后，重新对机组进行对中调整，机组运转至今一切正常。

拆下来的轴承为NKE品牌的31328X/DF，根据NKE样本介绍，圆锥滚子轴承31328X/DF采用油润滑时额定转速为1300r/min，但Jake1.5MW齿轮箱运行中额定转速为1750r/min，实际运行速度可能高达1800r/min，远大于样本上规定的转速。后来换用SKF品牌的31328XJ2/DF，极限转速为2200r/min，使用至今没有出现任何异常。