王圓 劉靜 梁培沛
【龍源（北京）風電工程技術有限公司】
摘 要：通過油液監(jiān)測技術和工業(yè)內窺鏡檢查相結合的方式，對風電機組齒輪箱典型磨損案例進行分析。對設備進行主動維護，避免設備主要摩擦部件因潤滑不良造成異常磨損，延長齒輪箱零部件的使用壽命。
關鍵詞：風電機組；齒輪箱；磨損
0 引言
風電機組齒輪箱作為傳動機構，對風力發(fā)電起著極其重要的作用。通過油液監(jiān)測技術可以監(jiān)控風電機組齒輪箱的潤滑狀態(tài)和磨損狀態(tài)，之后通過內窺鏡檢查驗證該齒輪箱的磨損程度。
油液監(jiān)測技術通過對風電機組設備摩擦副的潤滑狀態(tài)和磨損狀態(tài)進行定期跟蹤監(jiān)控，可以有效地評判在用潤滑油的性能狀況和預防設備磨損故障隱患[1]。工業(yè)內窺鏡檢查是預警式維護，對維修時間的推斷是非常有效的，將其和油液監(jiān)測相結合更直觀了解設備內部磨損情況，為設備維修提供決策支持。
1 風電機組齒輪箱結構及工作原理
1.1 結構組成
一般的雙饋型風電機組齒輪箱采用一級行星二級平行結構，主體結構包括法蘭，中箱體，后箱體和輸出齒輪；變速機構包括第 1～4 級齒輪、行星輪和太陽輪。
1.2 工作原理
風輪葉片在風的作用下帶動主軸轉動，扭轉的主軸（低速軸）傳遞風輪扭矩到齒輪箱的一級行星齒輪，一級行星齒輪通過二級平行軸齒輪傳遞扭轉，使低轉速大扭矩載荷轉化為高轉速低扭矩載荷，便于發(fā)電機的吸收；Z后電機軸（高速軸）上的扭矩通過切割電磁形成電能，完成風能→機械能→電能的轉化[2]。
2 油液監(jiān)測診斷標準
風電機組齒輪箱起增速作用，運行時載荷多變，易發(fā)生故障，通過油液監(jiān)測技術監(jiān)控機組齒輪箱磨損狀態(tài)；油液監(jiān)測分析診斷結論一般分為3 個等級，分別為正常、注意和報警。
（1）“正常”是指在用潤滑油各項指標均在標準規(guī)定的正常值范圍內，可以滿足設備潤滑要求，且設備潤滑、磨損狀態(tài)均良好。
（2）“注意”是指在用潤滑油一項或多項指標超出正常值范圍、油品不能完全滿足設備潤滑要求，設備潤滑、磨損狀態(tài)可能存在故障隱患，宜引起現場關注，并要求現場在必要時采取取樣復檢、加強巡視等措施。
（3）“報警”是指在用潤滑油一項或多項指標經連續(xù)多次檢測值均在標準規(guī)定的報警值范圍內，油品劣化明顯，已無法滿足設備潤滑要求。設備運行存在故障隱患，需采取更換潤滑油、部件檢修等維護措施。
為避免取樣不規(guī)范等干擾因素影響判別結論的準確性，對于首次檢測到“報警”值的樣品，一般應至少取樣復檢一次再進行確認（排除取樣環(huán)節(jié)可能的干擾因素），報告給出復檢結論后應在一個月內完成取樣復檢。
3 案列分析
按照風電機組齒輪箱的磨損程度，將其分為輕度磨損、中度磨損和重度磨損三種，下面分別舉例說明。
3.1 齒輪箱輕度磨損
表1 某風電場 2# 機組檢測數據
某風電場 2# 機組齒輪油 2018 年檢測時，其黏度和鐵元素含量均正常，2019 年檢測時，黏度明顯降低，鐵元素含量明顯升高（表1），齒輪油達到“注意”級別。由于黏度降低造成油膜變薄，增加摩擦副的磨損，導致鐵元素升高。如圖1 所示，油品中含有少量的正常磨損顆粒，磨損情況屬輕度，現場為慎重起見對齒輪箱進行內窺鏡檢查，結果顯示機組低速軸和行星輪葉片側軸承有輕微擦傷（圖2），建議持續(xù)關注該機組齒輪箱運行狀態(tài)，并在6個月后取樣復檢。
圖1 2# 機組齒輪油分析鐵譜（100×）
圖2 2# 機組低速軸和行星輪葉片側軸承內窺鏡圖片
3.2 齒輪箱中度磨損
某風電場1#機組齒輪油中表征磨損鐵顆粒含量的PQ 指數已超標（＞50），鐵元素也超標（＞100 mg/kg），已達到“報警”級別，圖3 是 100×顯微鏡下的分析鐵譜，由圖3可見油品中含有大量不同尺寸的磨損鐵磁顆粒，除有大量的正常磨粒（粒徑＜10 μm）以外，有疲勞剝落顆粒（粒徑＞50 μm），推測齒輪箱內部有異常磨損，經與風電場核實?機組運行時齒輪箱出現異響聲。對機組齒輪箱進行內窺鏡檢查，結果見圖4，其內齒圈有輕微點蝕（圖4a），軸承滾動體表面有凹坑，剝落嚴重（圖4b）。之后機組停止運行，并將齒輪箱下塔維修。
圖3 1# 機組齒輪油分析鐵譜（100×）
圖4 1#機組內齒圈和行星輪葉片側軸承內窺鏡圖片
3.3 齒輪箱重度磨損案例
表2 某風電場 3# 機組檢測數據
某風電場3#機組齒輪油次油液監(jiān)測時未發(fā)現異常，后續(xù)檢測3次，發(fā)現鐵元素連續(xù)3次超標，PQ 指數連續(xù)2次超標（表2）。
圖5 分析鐵譜顯示，油品中含有大量疲勞剝落磨粒（粒徑?50 μm），已達到“報警”級別，內窺鏡檢查發(fā)現內齒圈有大量點蝕（圖6a），行星輪葉片側軸承有嚴重的剝落（圖 6b），與油液檢測結果一致，之后該機組停止運行，齒輪箱下塔維修。
圖5 3# 機組齒輪油分析鐵譜（100×）
圖6 機組內齒圈和行星輪葉片側軸承內窺鏡圖片
4 故障表現及應對措施
針對上述各類型齒輪箱磨損故障，采用的針對性應對措施見表 3。
表3 風電機組齒輪箱的故障表現及應對措施
5 結語
風電機組齒輪箱作為風電機組的核心部件，也是整個風電機組中成本較高的部件之一，通過油液監(jiān)測和內窺鏡檢查相結合的方式，能及時、直觀地發(fā)現并消除設備的磨損隱患，對設備進行主動維護，避免設備主要摩擦部件因潤滑不良造成異常磨損，延長零部件的使用壽命。
參考文獻
[1]楊其明，嚴新平，賀石中.油液監(jiān)測分析現場實用技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.
[2]王海剛.風電機組工作原理及結構[J].裝備機械，2010（4）：55-59.
來源：《設備管理與維修》2020年第1期
