風(fēng)機(jī)齒輪箱故障原因分析

王明超

摘要：風(fēng)能作為一種產(chǎn)量高、可再生、綠色無污染的新能源，正在被世界各國(guó)所重視。風(fēng)能在供電的同時(shí)，不會(huì)對(duì)人類賴以生存的環(huán)境造成污染，所以，風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展對(duì)解決能源匱乏、環(huán)境污染等問題有著重要的意義。近年來，風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也取了得喜人的進(jìn)步。目前的風(fēng)電市場(chǎng)，仍是傳統(tǒng)的多級(jí)變速齒輪傳動(dòng)型風(fēng)機(jī)繼續(xù)主導(dǎo)市場(chǎng)。相比于幾年前的1MWe以下機(jī)型，現(xiàn)在流行機(jī)型是1.5～2MWe等機(jī)型，而且更大的機(jī)型也變得越來越普通。隨著風(fēng)機(jī)單機(jī)容量增大，發(fā)電機(jī)組將面臨更大挑戰(zhàn)，即需要設(shè)計(jì)更可靠的、足以抵御可能承受的巨大壓力的齒輪箱?；诖耍疚木惋L(fēng)機(jī)齒輪箱故障原因展開了分析。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)；齒輪箱；故障；原因

1風(fēng)機(jī)齒輪箱故障原因分析

1.1齒輪失效

在齒輪傳動(dòng)過程中，如果輪齒發(fā)生折斷、齒面損壞等現(xiàn)象，則齒輪就失去了正常的工作能力，這種現(xiàn)象稱為齒輪失效。影響失效的原因很多，主要集中在齒輪上，常見的齒輪失效形式有齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合、齒面磨損、齒面塑性變形等。（1）齒面點(diǎn)蝕是在很小的接觸面積，循環(huán)變化的情況下，齒面表層就會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的疲勞裂紋或微粒剝落下來，形成不同程度的麻點(diǎn)，多發(fā)生在靠近節(jié)線的齒根表面，齒面點(diǎn)蝕可由提高齒面硬度解決。（2）齒面膠合是在齒輪箱高速重載的情況下，嚙合區(qū)溫度升高引起潤(rùn)滑油失效，使得金屬表面直接接觸并互相黏連，而后在運(yùn)動(dòng)過程中，較軟的齒面被撕下而形成的溝紋，多發(fā)生在齒輪接觸表面。齒面膠合可通過采用黏度較大的和抗膠合的專為風(fēng)電機(jī)組齒輪箱研發(fā)的復(fù)合潤(rùn)滑油，同時(shí)，也要求輪齒在制造過程中表面足夠光滑，且保有必須的硬度系數(shù)。（3）齒面磨損是由于齒輪之問有一定空隙，接觸表面產(chǎn)生較大的相對(duì)滑動(dòng)，多次重復(fù)摩擦產(chǎn)生的，多發(fā)生在齒輪接觸表面。齒面磨損同樣也需要輪齒提高硬度，但還需滿足降低輪齒粗糙度，提高潤(rùn)滑效果，加大模數(shù)以及提高密封狀態(tài)。（4）齒輪塑面變形是由于齒輪低速運(yùn)行但載荷過大，使得齒面壓力過大，多發(fā)生在輪齒部位。按照齒輪狀態(tài)可分為斷齒和齒面損傷兩大類。齒面塑性變形可通過減小齒輪所受載荷，減小齒輪所受的應(yīng)力，同時(shí)減少風(fēng)速較小時(shí)的啟動(dòng)頻率。

1.2齒輪箱滲漏油、異響、振動(dòng)大

（1）齒輪箱滲漏油。齒輪箱的滲漏油情況主要發(fā)生在箱體與齒圈結(jié)合面、端蓋與箱體結(jié)合面、低速軸和高速軸軸頸處、潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)管接頭處等。箱體與齒圈結(jié)合面漏油的可能原因有箱體與齒圈連接螺栓松動(dòng)、箱體與齒圈結(jié)合面安裝密封膠條的環(huán)槽設(shè)計(jì)不當(dāng)，密封膠條選用不合適等。齒輪箱低速軸、高速軸軸頸處滲油、漏油主要原因有密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致回油不暢，采用盤根接觸式密封，盤根磨損后導(dǎo)致回油孔堵塞，密封件選用不合適等。潤(rùn)滑系統(tǒng)管接頭處滲漏油主要原因有：管接頭松動(dòng)或是沒有擰緊，管接頭安裝時(shí)沒有涂密封膠，管接頭本身密封效果不好等。（2）齒輪箱異響、振動(dòng)大。齒輪箱異響總和振動(dòng)相伴，齒輪箱異響及振動(dòng)較大的情況較多，異響和振動(dòng)產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜，但是可以確定的是以下各因素都有可能導(dǎo)致齒輪箱產(chǎn)生異響和較大的振動(dòng)：齒輪件和箱體加工精度不高，各部件裝配誤差較大；齒輪箱箱體強(qiáng)度不高，軸剛度不足，導(dǎo)致齒輪軸發(fā)生變形，影響齒輪嚙合產(chǎn)生異響和振動(dòng)；齒輪傳動(dòng)因摩擦磨損和疲勞點(diǎn)蝕、剝落使齒輪嚙合精度大為降低，亦會(huì)產(chǎn)生異響和振動(dòng)。

1.3軸承溫度過高

（1）軸承進(jìn)油量不足。打開后箱觀察蓋檢查軸承的出油情況，如出油很少則說明軸承的進(jìn)油量不足。出現(xiàn)的原因主要有四點(diǎn)：一是進(jìn)油孔設(shè)計(jì)太小導(dǎo)致進(jìn)油不足；二是箱體進(jìn)油孔與進(jìn)油環(huán)進(jìn)油槽錯(cuò)位；三是油孔被雜質(zhì)堵塞導(dǎo)致油量減少；四是進(jìn)油孔油路未鉆通。根據(jù)實(shí)際情況檢查是否為以上原因，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。（2）軸承徑向游隙過小。軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)必須保證一定的徑向游隙。當(dāng)游隙過小時(shí)會(huì)導(dǎo)致滾子和滾道憋勁的現(xiàn)象，大量發(fā)熱而導(dǎo)致溫度上升。這種情況比較少見，可以用塞尺檢測(cè)軸承上端的徑向游隙。（3）齒輪噴油不足。齒輪噴油不足或者油孔沒有對(duì)準(zhǔn)齒輪，會(huì)導(dǎo)致齒輪溫度高，繼而熱量傳導(dǎo)至距齒輪較近的軸承處使軸承溫度偏高。（4）油溫過高。冷卻不足的情況下油溫過高，使高速軸承溫度不能有效的卸去，導(dǎo)致軸承溫度過高。（5）軸承損壞。軸承的損壞會(huì)使?jié)L子運(yùn)行不平穩(wěn)，特別是高速軸軸承轉(zhuǎn)速很高的情況下會(huì)大量發(fā)熱。（6）摩擦或盤根過緊。零件干涉摩擦以及盤根安裝過緊都會(huì)產(chǎn)生大量的摩擦熱，使軸承溫度升高。

2風(fēng)機(jī)齒輪箱的優(yōu)化運(yùn)行建議

（1）強(qiáng)化齒輪件的精加工及修形。相關(guān)研究表明，較低的表面粗糙度對(duì)抑制齒面微點(diǎn)蝕的產(chǎn)生和改善齒面間的潤(rùn)滑條件、減少磨損、降低摩擦、延長(zhǎng)齒輪副的運(yùn)行壽命及增強(qiáng)抗腐蝕疲勞的能力均有著十分明顯的作用。（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)齒輪箱。高速軸部套故障在風(fēng)機(jī)齒輪箱故障中占有較高比例，是齒輪箱極易出現(xiàn)故障的部件，如若高速軸不具備可拆卸條件，高速軸部套出現(xiàn)故障后齒輪箱只能進(jìn)行下塔維修，維修成本及維修周期將增加。因此，齒輪箱在設(shè)計(jì)過程中，高速軸部套須具備可拆卸的條件。早期設(shè)計(jì)的齒輪箱，大多齒輪箱高速軸不具備可拆卸的條件。在后續(xù)產(chǎn)品維修程中，高速軸單元須做進(jìn)一步的優(yōu)化，使高速軸具備可拆卸的條件。（3）加強(qiáng)齒輪箱的運(yùn)行維護(hù)。為有效避免齒輪箱內(nèi)部齒輪件出現(xiàn)生銹現(xiàn)象，對(duì)于庫(kù)存時(shí)間較長(zhǎng)或長(zhǎng)時(shí)間停止運(yùn)行機(jī)組的齒輪箱須定期進(jìn)行竄油，使齒輪件上的油膜再次形成以避免齒輪件銹蝕現(xiàn)象的出現(xiàn)?？諝膺^濾器可吸收空氣中的潮氣，除去空氣中的微塵等雜質(zhì)，因此可減緩液壓系統(tǒng)中的氧化作用，延緩液壓油和整個(gè)設(shè)備的使用壽命，同時(shí)平衡齒輪箱與外界的氣壓平衡（齒輪箱內(nèi)部壓力過大導(dǎo)致滲油），應(yīng)定期檢查空氣過濾器的工作狀態(tài)。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，風(fēng)機(jī)齒輪箱在運(yùn)行過程中不可避免會(huì)出現(xiàn)故障，而當(dāng)故障產(chǎn)生，就會(huì)影響正常的發(fā)電工作。輕微的故障需要進(jìn)行排故、維修等操作；嚴(yán)重的故障則需要進(jìn)行停機(jī)維護(hù)、部件更換等處理，這將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，并且會(huì)造成嚴(yán)重的安全隱患。因此，對(duì)風(fēng)機(jī)齒輪箱進(jìn)行故障分析工作是保障風(fēng)機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提。

參考文獻(xiàn)：

[1]風(fēng)機(jī)齒輪箱軸承常見失效模式及解決方案[J].劉溯.電氣制造.2011（02）.

[2]淺談風(fēng)電齒輪箱早期的故障形式[J].吳麗媛，周振陽(yáng)，韓溪.黑龍江科技信息.2011（13）.

[3]風(fēng)電機(jī)組齒輪箱故障分類方法研究[J].李狀，馬志勇，姜銳，柳亦兵.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2015（02）.

（作者單位：中國(guó)大唐集團(tuán)有限公司赤峰分公司）