风机齿轮箱故障原因分析

王明超

摘要：风能作为一种产量高、可再生、绿色无污染的新能源，正在被世界各国所重视。风能在供电的同时，不会对人类赖以生存的环境造成污染，所以，風力发电的发展对解决能源匮乏、环境污染等问题有着重要的意义。近年来，风力发电在我国得到了长足发展，风力发电技术也取了得喜人的进步。目前的风电市场，仍是传统的多级变速齿轮传动型风机继续主导市场。相比于几年前的1MWe以下机型，现在流行机型是1.5～2MWe等机型，而且更大的机型也变得越来越普通。随着风机单机容量增大，发电机组将面临更大挑战，即需要设计更可靠的、足以抵御可能承受的巨大压力的齿轮箱。基于此，本文就风机齿轮箱故障原因展开了分析。

关键词：风机；齿轮箱；故障；原因

1风机齿轮箱故障原因分析

1.1齿轮失效

在齿轮传动过程中，如果轮齿发生折断、齿面损坏等现象，则齿轮就失去了正常的工作能力，这种现象称为齿轮失效。影响失效的原因很多，主要集中在齿轮上，常见的齿轮失效形式有齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形等。（1）齿面点蚀是在很小的接触面积，循环变化的情况下，齿面表层就会产生细微的疲劳裂纹或微粒剥落下来，形成不同程度的麻点，多发生在靠近节线的齿根表面，齿面点蚀可由提高齿面硬度解决。（2）齿面胶合是在齿轮箱高速重载的情况下，啮合区温度升高引起润滑油失效，使得金属表面直接接触并互相黏连，而后在运动过程中，较软的齿面被撕下而形成的沟纹，多发生在齿轮接触表面。齿面胶合可通过采用黏度较大的和抗胶合的专为风电机组齿轮箱研发的复合润滑油，同时，也要求轮齿在制造过程中表面足够光滑，且保有必须的硬度系数。（3）齿面磨损是由于齿轮之问有一定空隙，接触表面产生较大的相对滑动，多次重复摩擦产生的，多发生在齿轮接触表面。齿面磨损同样也需要轮齿提高硬度，但还需满足降低轮齿粗糙度，提高润滑效果，加大模数以及提高密封状态。（4）齿轮塑面变形是由于齿轮低速运行但载荷过大，使得齿面压力过大，多发生在轮齿部位。按照齿轮状态可分为断齿和齿面损伤两大类。齿面塑性变形可通过减小齿轮所受载荷，减小齿轮所受的应力，同时减少风速较小时的启动频率。

1.2齿轮箱渗漏油、异响、振动大

（1）齿轮箱渗漏油。齿轮箱的渗漏油情况主要发生在箱体与齿圈结合面、端盖与箱体结合面、低速轴和高速轴轴颈处、润滑冷却系统管接头处等。箱体与齿圈结合面漏油的可能原因有箱体与齿圈连接螺栓松动、箱体与齿圈结合面安装密封胶条的环槽设计不当，密封胶条选用不合适等。齿轮箱低速轴、高速轴轴颈处渗油、漏油主要原因有密封结构设计不合理导致回油不畅，采用盘根接触式密封，盘根磨损后导致回油孔堵塞，密封件选用不合适等。润滑系统管接头处渗漏油主要原因有：管接头松动或是没有拧紧，管接头安装时没有涂密封胶，管接头本身密封效果不好等。（2）齿轮箱异响、振动大。齿轮箱异响总和振动相伴，齿轮箱异响及振动较大的情况较多，异响和振动产生的原因比较复杂，但是可以确定的是以下各因素都有可能导致齿轮箱产生异响和较大的振动：齿轮件和箱体加工精度不高，各部件装配误差较大；齿轮箱箱体强度不高，轴刚度不足，导致齿轮轴发生变形，影响齿轮啮合产生异响和振动；齿轮传动因摩擦磨损和疲劳点蚀、剥落使齿轮啮合精度大为降低，亦会产生异响和振动。

1.3轴承温度过高

（1）轴承进油量不足。打开后箱观察盖检查轴承的出油情况，如出油很少则说明轴承的进油量不足。出现的原因主要有四点：一是进油孔设计太小导致进油不足；二是箱体进油孔与进油环进油槽错位；三是油孔被杂质堵塞导致油量减少；四是进油孔油路未钻通。根据实际情况检查是否为以上原因，并进行相应的处理。（2）轴承径向游隙过小。轴承的运转必须保证一定的径向游隙。当游隙过小时会导致滚子和滚道憋劲的现象，大量发热而导致温度上升。这种情况比较少见，可以用塞尺检测轴承上端的径向游隙。（3）齿轮喷油不足。齿轮喷油不足或者油孔没有对准齿轮，会导致齿轮温度高，继而热量传导至距齿轮较近的轴承处使轴承温度偏高。（4）油温过高。冷却不足的情况下油温过高，使高速轴承温度不能有效的卸去，导致轴承温度过高。（5）轴承损坏。轴承的损坏会使滚子运行不平稳，特别是高速轴轴承转速很高的情况下会大量发热。（6）摩擦或盘根过紧。零件干涉摩擦以及盘根安装过紧都会产生大量的摩擦热，使轴承温度升高。

2风机齿轮箱的优化运行建议

（1）强化齿轮件的精加工及修形。相关研究表明，较低的表面粗糙度对抑制齿面微点蚀的产生和改善齿面间的润滑条件、减少磨损、降低摩擦、延长齿轮副的运行寿命及增强抗腐蚀疲劳的能力均有着十分明显的作用。（2）优化设计齿轮箱。高速轴部套故障在风机齿轮箱故障中占有较高比例，是齿轮箱极易出现故障的部件，如若高速轴不具备可拆卸条件，高速轴部套出现故障后齿轮箱只能进行下塔维修，维修成本及维修周期将增加。因此，齿轮箱在设计过程中，高速轴部套须具备可拆卸的条件。早期设计的齿轮箱，大多齿轮箱高速轴不具备可拆卸的条件。在后续产品维修程中，高速轴单元须做进一步的优化，使高速轴具备可拆卸的条件。（3）加强齿轮箱的运行维护。为有效避免齿轮箱内部齿轮件出现生锈现象，对于库存时间较长或长时间停止运行机组的齿轮箱须定期进行窜油，使齿轮件上的油膜再次形成以避免齿轮件锈蚀现象的出现。空气过滤器可吸收空气中的潮气，除去空气中的微尘等杂质，因此可减缓液压系统中的氧化作用，延缓液压油和整个设备的使用寿命，同时平衡齿轮箱与外界的气压平衡（齿轮箱内部压力过大导致渗油），应定期检查空气过滤器的工作状态。

3结束语

综上所述，风机齿轮箱在运行过程中不可避免会出现故障，而当故障产生，就会影响正常的发电工作。轻微的故障需要进行排故、维修等操作；严重的故障则需要进行停机维护、部件更换等处理，这将造成重大的经济损失，并且会造成严重的安全隐患。因此，对风机齿轮箱进行故障分析工作是保障风机安全稳定运行的重要前提。

参考文献：

[1]风机齿轮箱轴承常见失效模式及解决方案[J].刘溯.电气制造.2011（02）.

[2]浅谈风电齿轮箱早期的故障形式[J].吴丽媛，周振阳，韩溪.黑龙江科技信息.2011（13）.

[3]风电机组齿轮箱故障分类方法研究[J].李状，马志勇，姜锐，柳亦兵.机械设计与制造.2015（02）.

（作者单位：中国大唐集团有限公司赤峰分公司）