风电机组主齿轮箱卡死故障分析及更换方法

刘海斌

（华能酒泉风电有限责任公司，甘肃酒泉 736100）

1 风电机组主齿轮箱的结构和作用

风机增速齿轮箱的第一级为行星架输入，内齿圈固定，太阳轮浮动。采用太阳轮浮动，是因为太阳轮质量轻，惯性小，浮动灵敏，结构简单，容易制造。此级的行星架与输入轴设计为一体，太阳轮输出端用鼓形齿与第二级安装有齿轮的主动轴内花键联结。第二级的主动齿轮用过盈配合联接在传动轴上与被动齿轮轴啮合；安装在第二级被动齿轮轴上的第三级传动的主动大齿轮与输出轴设计为一体的小齿轮啮合，将扭矩传出。

某型双馈发电机组通过齿轮箱1:104 的增速作用，达到风力发电机发电所要求的转速。

2 运行情况

齿轮箱由于设计不足、运行环境恶劣、运行振动、工作在极高应力下等原因，造成齿轮箱故障卡死。发生故障后先进行数据分析。

（1）齿轮箱、发电机转速变化对比，通过机组后台1000 ms故障快照以及状态码可以看出，齿轮箱、发电机转速从1481 r/min起开始快速下降，经过4 s 后齿轮箱、发电机转速不一致，发电机转速334 r/min、齿轮箱转速85 r/min（图1）。

图1 故障快照（齿轮箱与发电机转速对比）

（2）停机时的叶片角度变化，通过1000 ms 故障快照数据分析故障时刻后机组执行紧急收桨，以9°/s 左右的速度将桨叶收回至限位开关位置。

（3）主轴转速变化，查看后台1000 ms 故障快照（图2）以及状态码可以看出，故障前齿轮箱转速与发电机转速为1481 r/min 与1480 r/min，主轴转速14.18 r/min；故障时刻后7 s 时机组齿轮箱转速降为0 r/min，故障时刻后4 s 时发电机转速与齿轮箱转速出现较大偏差，判断此刻发电机联轴器已发生损坏，主轴转速在故障时刻3 s 后，数据一直未发生变化，初步判断此刻主轴转速数据记录异常。

图2 故障快照（齿轮箱高速轴、低速轴、发电机转速记录）

（4）变频器故障排查。查看变频器故障记录，4：55，由于发电机转速突然减低至并网转速以下，变频器内部检测出发电机运行欠速，主控报出变频器自动运行未准备好故障，变频器脱网，而主轴转速在并网转速之上，主控仍认为风机在并网状态，因此风机首先报出变频器故障。

（5）确认齿轮箱低速端故障。

3 更换方案

3.1 4 种拆除方案

齿轮箱低速端故障后，因安装在数十米的高空，无法就地维修，需拆卸吊装返厂维修，若卡死后，拆除存在风险，以下探讨4种拆除方案。

方案1：在叶片支点位置拴风绳，再将吊带拴至叶片根部，用吊车提慢慢加吨位，看能不能盘动车。如果仍然不动，继续下一方案。

方案2：将风机锁紧盘螺丝慢慢松开，再用吊车提到叶轮吊装位置，再转的过程中将轮毂在吊装位置所打不上的主轴螺丝卸掉，到吊装位置挂上吊带，吊车提到轮毂的吨位，开始拆剩余的轮毂螺丝以及所要切割的螺丝。

方案3：将风机锁紧盘螺丝慢慢松开，将火焰置于锁紧套外缘平面上，火焰距离锁紧套5 cm，不断上下游动火焰，使锁紧套外缘平面均匀受热。再用100 t 千斤顶在风机叶轮锁销法兰处顶，吊车在叶片根部慢慢增加吨位，风绳在叶片上用力拉，使叶轮转动到吊装位置，再顶的过程中将轮毂在吊装位置所打不上的主轴螺丝卸掉，到吊装位置挂上吊带，吊车提到轮毂的吨位，开始拆剩余的轮毂螺丝以及所要切割的螺丝。如果转不到吊装位置，使叶轮转至Y 字形，用吊带大兜叶片根部，吊车提到轮毂的吨位，开始拆剩余的轮毂螺丝以及所要切割的螺丝。

方案4：如果以上方案都不行，开始使用挂倒链的方法，在向上的两片叶片上，低的一片叶片挂12 m、50 t 吊带直接挂到吊钩上，高的一片叶片挂7 m、40 t 吊带，吊带与吊钩之间用20 t倒链连接。吊车提到轮毂的吨位，开始拆剩余的轮毂螺丝以及所要切割的螺丝。轮毂出来以后用倒链调节至轮毂成Y 字形以后开始往下吊。

（1）挂好叶轮叶揽风绳。

（2）拆卸主轴法兰螺栓至剩余法兰正上方螺栓。

（3）安装叶轮吊具。

（4）主吊适当提到一定重量开始拆除主轴螺栓，在叶轮拆卸到最后几颗螺丝时使用3 t 倒链对叶轮进行保护，保证倒链吃有一定的力度，边拆螺栓边缓慢松倒链，保证叶轮平稳脱离主轴法兰，防止最后叶轮突然滑出。

（5）主吊将叶轮放置一定高度后将辅助吊索具挂到垂直叶片的指定吊点位置，（并且用护板在叶片上面指定吊点出保护防止叶片上下吃力不均匀）用70 t 汽车吊配合主吊机将叶轮翻身水平放置在指定位置。

3.2 拆卸联轴器

（1）联轴器拆卸。

（2）确保系统已经处于安全状态，风轮锁已经锁定。清洁联轴器表面及联轴器与发电机侧、齿轮箱侧各连接位置处。

（3）用扳手将联轴器与制动盘之间的锁紧螺母和联接螺栓拆下。

（4）用扳手将联轴器与发电机侧胀紧套之间的连接螺栓松开。

3.3 拆除机舱罩

主吊机进场就位，出杆长度超过叶片10 m，例如4 根3 m吊带将上部机舱罩挂牢，在安装的2 个吊环上各系1 根风绳，缓缓起吊机舱罩，直至机舱罩吊起然后放在地面。

3.4 拆除齿轮箱

齿轮箱前面使用2 根35 t 吊带，后面使用5 t 吊链及8 t、2 m 和旋转吊耳连接，检查齿轮箱油管是否有连接，然后吊车缓缓升起，保证齿轮箱到可拆卸空间，然后放到地面，齿轮箱拆卸完；安装新齿轮箱及吊装机舱罩与拆卸的过程相反，先吊装齿轮箱并紧固各部位螺栓，然后吊装安装机舱罩，并且安装轮毂。

4 施工安全技术措施

（1）风轮吊装作业要求风速不大于8 m/s；雷暴、阴雨天气及夜间均应避免吊装作业，作业过程中如遇气候条件变化不符合吊装作业安全要求时，应立即停止作业。

（2）吊装前应对主副吊车的载荷参数、吊车工况、检测报告及吊装作业人员的资质等进行审核确认，确保吊装设备工况符合要求，起重作业人员须持证上岗。

（3）吊装前，工作负责人组织作业人员进行现场安全交底，明确各自分工及吊装作业具体安全注意事项。

（4）吊装作业前，以机位为中心方圆100 m 范围实行安全警戒，禁止无关人员进入警戒区域。

（5）起吊前，吊装负责人（地面指挥）应对所有吊索具进行检查，并确认吊车工况良好，吊车操作柄状态良好。

（6）吊装时应将风轮偏航至35 kV 输电线路的背面，远离高压线路。

（7）出舱作业人员必须穿全身式风电专用安全带，并先将安全带双钩挂靠在机顶部专用挂靠点，确保100%的防坠落保护。

（8）吊装现场必须设有资质的专人指挥，机舱内由有资质的起重人员与地面指挥保持联络，吊装作业过程中确保地面指挥、机舱内起重人员和吊车操作司机三者沟通顺畅（使用对讲机）。

（9）指定专人负责地面缆风绳控制指挥，确保各缆风绳控制组步调一致。

（10）吊装作业过程中，任何人不得在吊物下穿行或停留，所有人员应远离吊装危险区域，防止吊物坠落伤人。

（11）风轮需要过夜或者长时间放置时，必须将桨叶转至水平状态，并作固定，防止风轮受风力发生旋转受损。

（12）作业中，人员应避免将身体部位置于相对运动的两部件之间，尤其是风轮拆装过程中的风轮与机舱间、叶片与轮毂间，防止人员压伤、挤伤事故的发生。

（13）现场存放叶轮时，应当对叶轮进行地锚固定，防止叶片转动损坏设备。利用视频监控实时查看叶轮位置，大风天气加强现场巡视，确保叶轮固定牢靠。

（14）齿轮箱、主轴返厂维修期间做好机舱电气设备防雨，防止雨水进入电缆等电气设备，影响设备电气性能。机舱大件物品应绑扎牢靠，小件物品应集中收置转移至偏航平台妥善存放，防止高空落物。

（15）齿轮箱、主轴拆除线路电源开关确已关闭，接线端裸露部分使用绝缘胶带包扎处理。

齿轮箱是风电机组的重要组成部分，随着风电机组运行时间增加，齿轮箱故障会越来越多，对于卡死齿轮箱故障的研究，能够提高检修人员的安全性，对提升员工技能水平具有非常重要的作用。