規范的應用維護保證風電齒輪箱的高可靠性

　　引言

　　

　　目前，我國風電裝機臺數已達9萬余臺，其中雙饋及半直驅機組7萬余臺（國內風機雙饋機組占比為77%，全球風機雙饋機組占比為81%, 數據來源: MAKE咨詢），風電齒輪箱是此類風機的核心部件，規范的應用維護是保證風電齒輪箱高可靠性的前提。

　　

　　風電齒輪箱全壽命周期的應用及維護

　　

　　風電齒輪箱的維護及應用從齒輪箱發貨時已經開始，包含運輸及存儲、裝配調試、并網運行三個階段。風電齒輪箱的維護及應用的品質直接影響齒輪箱的可靠性。

　　

　　運輸及存儲階段

　　

　　風電齒輪箱在運輸過程中應做好齒輪箱的包裝箱，避免外力的因素損壞油管、冷卻風扇以及電機等部件，包裝箱應采取防水、防腐措施，避免由于天氣變化產生的水污染齒輪箱。齒輪箱在包裝箱中必須固定，降低齒輪箱的振動，應選用振動較小的運輸方式，運輸過程中應將齒輪箱放置在振動較小或可以避免振動的位置。特別注意的是風電齒輪箱不允許使用鐵路運輸。風電齒輪箱應當儲藏在一個干燥的、空氣流通較好、沒有振動的地方，需要有除濕措施，避免由于溫度變化產生的水汽凝結在零件表面，嚴禁室外存放。應當有避免灰塵及其它雜質進入齒輪箱的保護罩，且保護罩內應有防腐劑保護，避免輸出軸及加工表面受到腐蝕。齒輪箱不能直接和水接觸，例如雨水、雪，即便在短暫的運轉過程中也不可以。當風電齒輪箱存放超過供應商規定的最大存儲時限時，需要重新進行防腐處理，該防腐處理主要包括齒輪箱沖洗和重新刷防銹油，具體需要按照制造商的要求執行。齒輪箱的腐蝕是一個不可逆的過程，會極大的影響齒輪箱的使用壽命，所以防腐在齒輪箱的運輸及存儲中是至關重要的。既然提到防腐，除了齒輪箱本身的防腐外，與其配套的機艙的密封性能，同樣會對齒輪箱的運行帶來極大的影響，不良的機艙密封，會導致齒輪箱處于與設計要求不符的環境條件下運行，例如風沙、濕氣等都會對齒輪箱的正常運行產生極大的負面影響，所以，風電齒輪箱是否能夠得到良好的應用和維護，須從風力發電機的設計源頭就開始著手考慮。

　　

　　裝配調試階段

　　

　　風電齒輪箱的裝配主要有齒輪箱支撐的裝配、主軸連接的裝配、高速軸連接的裝配、齒輪箱加油以及電氣件的接線。風電齒輪箱裝配前需要首先去除安裝面的防銹劑，這一步是十分關鍵的。齒輪箱支撐的裝配需要確保齒輪箱的本體不能與固定在風機底架的剛性支撐接觸，避免額外的載荷施加到齒輪箱上。在一款海外的1.5MW機型上就出現過齒輪箱主體與固定在風機底架的剛性支撐接觸的案例，最終導致齒輪箱行星級的失效。如果是收縮盤連接方式的齒輪箱在安裝主軸時不建議加熱行星架，即使必須使用加熱的方式安裝也需要確保加熱的溫度不能超過120℃。高速軸連接的安裝需要確保對中的精度，對中精度差會導致齒輪箱高速軸在并網發電過程中偏載，影響使用壽命。既然說到對中的問題，那么就不得不說機架本身的變形對傳動鏈對中的影響，所以在風機設計階段需要對傳動鏈及風機機架的剛度做系統性的評估。另外齒輪箱需要按照要求定量的加油，過多的油量會導致齒輪箱的漏油，根據統計，85%以上的風電齒輪箱低速級漏油是由于加油過多導致。過少的油量會影響齒輪箱的冷卻、潤滑效果，還會導致油品發泡過多，影響齒輪箱的使用壽命。

　　

　　并網運行階段

　　

　　由于風電齒輪箱為精密的機械傳動設備，在使用前應仔細閱讀齒輪箱制造商提供的使用說明書和維護保養手冊，確保能夠在使用期間按照正確的方式對齒輪箱進行日常的維護保養，風電齒輪箱并網運行中的應用及維護需要做到實時的監控、定期的檢查、及時的更換以及專業的評估，才能保證風電齒輪箱穩定、可靠的運行。

　　

　　實時的監控在風機應用維護中顯得尤為重要，應嚴禁為保證發電量而屏蔽部分傳感器信號。實時監控的前提是風機控制策略的正確性，風機控制策略中涉及風電齒輪箱的監控數據通常包括壓力、溫度、轉速、功率、油位，這些信號的控制設置值必須參照原制造商的要求值進行設置，否則會產生各種報警影響齒輪箱的運行。例如：軸承報警溫度值設置偏低，導致風機滿功率運行時經常停機；低溫型風機風扇的啟動溫度設置偏低，導致潤滑油不能通過冷卻器達不到冷卻效果而發生齒輪箱高溫報警等。需要重點關注的是低溫型風機的低溫啟動控制策略，低溫啟動必須按照低溫啟動的必要條件啟動，過早的啟動潤滑系統會導致電機的燒毀、電機聯軸器的碎裂，過早的并網發電會導致齒輪箱在不良的潤滑中運行加速齒輪和軸承的失效?？刂撇呗灾袘摫苊忾L時間的鎖死風機，長時間的鎖死風機會導致齒輪箱的接觸齒面長期缺油狀態下磨損，出現停車紋（standing still mark），使齒輪箱出現異常的振動噪音甚至最終導致斷齒。長期鎖死風機的原因是多種多樣的，而齒輪箱作為連接風力發電機組輸入和輸出端的重要傳動設備和承載部件，機艙內任何一個零部件損壞導致的長時間停機都可能造成停車紋的產生，嚴重影響齒輪箱的正常運行。另外，控制策略應避免高轉速下直接通過高速級剎車系統制動，通過高速級剎車系統制動會對齒輪箱造成極大的沖擊載荷，極大縮短齒輪箱的使用壽命，嚴重的甚至會產生齒輪過載折斷、軸承擋邊斷裂等失效模式。增加振動監控能顯著的提高對風電齒輪箱監控的效果，風機中增加振動監控系統在風電行業的發展中是一個必然的趨勢 。

　　

　　風電齒輪箱定期的檢查應包含風電齒輪箱是否漏油、油位是否正常、目視檢查齒面是否正常、振動水平、噪音水平等，除了風電齒輪箱本體以外，檢查還應該包含整個傳動鏈與齒輪箱相關聯的部件，包括主軸軸承、彈性支撐、高速軸聯軸器等，這些檢查經常是被忽視的，但是這些相關部件的失效會給齒輪箱帶來非常惡劣的影響。例如：三點支撐結構的風機，彈性支撐體的失效或塑形變形會引起齒輪箱的偏心而最終導致齒輪軸承的偏載失效；主軸軸承的失效或軸向定位松動使得齒輪箱承受軸向載荷而加速行星架軸承的失效；電機聯軸器的屏蔽不好會導致齒輪箱齒輪及軸承的過電流腐蝕等。

　　

　　及時的更換是指對易損易耗件的更換，主要包括濾芯、空氣過濾器、潤滑油、溫控閥以及橡膠件。這些易損易耗件的更換不及時，都可能產生系統性的問題而影響齒輪箱的壽命。例如：濾芯的更換不及時會導致齒輪箱油品清潔度達不到要求，影響齒輪及軸承的潤滑效果，導致壓痕、劃傷、點蝕發展至斷齒，而且會縮短溫控閥的使用壽命，導致溫控閥頻繁失效。這其中潤滑油及時更換的重要性時常不被風機擁有者理解，油品的清潔度、氧化、水含量、抗泡性、酸值等特性達不到要求會影響齒輪和軸承的潤滑，導致齒輪和軸承出現早期磨損、微點蝕、點蝕、剝落甚至斷齒。因不舍這些預期的更換維護費用而導致風機出現更嚴重的失效，損失數倍甚至數十倍的維修費用、發電量損失顯然是不明智的。

　　

　　專業的評估是指齒輪箱出現各種報警或異常時對齒輪箱狀態的評估、故障排查、處理方案的確定以及后續運行建議，這需要較高的專業技能，可以委托原制造商或者其他有資質的第三方完成。

　　

　　結論

　　

　　在風電齒輪箱維保的預防性管理的基礎上，規范的應用及維護風電齒輪箱，才能保證風電齒輪箱的高可靠性，保證風電場的發電效率，創造更高的經濟效益。（作者：許軍 芮立鑫 王福東）