1、齿轮箱维护和故障分析概 述风力发电机组由叶片、增速齿轮箱、风叶控制系统、刹车系统、发电机、塔架等组成。其中增速齿轮箱作为其传动系统起到动力传输的作用，使叶片的转速通过增速齿轮箱增速，使其转速达到发电机的额定转速，以供发电机能正常发电。高可靠性和良好的可维修性的增速齿轮箱是风力发电机组的关键技术保障。所以，对海阳、莱州、开发区风场齿轮箱故障现象统计如下表：齿轮箱故障现象风扇故障润滑压力低前、后轴承漏油空心管漏油高速轴轴颈渗油润滑油温度高油泵故障清洗滑环液压站压力无法保压压油压力低液压泵液压低发电机轴承2温度高液压油位底风机油缸损坏风机齿轮箱油位低次数3 31 2 2 2 4 1 3 3 3 2
2、10 8 2 11从上表中得出结论，我们风场风机齿轮箱的故障主要是在润滑系统、液压系统和齿轮的损坏三大方面。齿轮和轴承在转动过程中它们实际都是非直接接触，这中间是靠润滑油建成油膜，使其形成非接触式的滚动和滑动，这时油起到了润滑的作用。虽然它们是非接触的滚动和滑动，但由于加工精度等原因是其转动都有相对的滚动摩擦和滑动摩擦，这都会产生一定的热量。如果这些热量在它们转动的过程中没有消除，势必会越集越多，最后导致高温烧毁齿轮和轴承。因此齿轮和轴承在转动过程中必须用润滑油来进行冷却。所以润滑油一方面起润滑作用，另一方面起冷却作用。对于风电齿轮箱，对于所有的齿轮和轴承我们都要采用强制润滑。因为强制润滑可以
3、进行监控，而飞溅润滑是监控不了的。从安全性考虑采用强制润滑。一、风电齿轮的损坏类型及其判断下表为齿轮轮齿的主要故障形式及其原因编号 主要故障形 原因1 局部断齿 1.疲劳 2.过载 3.冲击2 磨损 1.过载 2.润滑剂不洁3 点蚀 1.齿面硬度低 2.过载 3.载荷不均4 胶合 1.供油不良 2.齿轮精度低 3.温度过高 4.齿面硬度低5 齿根疲劳裂纹 1.疲劳 2.过载 3.齿根圆角处热处理或加工缺陷1、断齿根据裂纹扩展的情况和断齿原因断齿包括过载折断（包括冲击折断）疲劳折断以及随机断裂等断齿常由细微裂纹逐步扩展而成。疲劳折断发生从危险截面（如齿根）的疲劳源起始的疲劳裂纹不断扩展，使轮齿剩
4、余截面上的应力超过其极限应力，造成瞬时折断 其根本原因是轮齿在过高的交变应力重复作用，在疲劳折断处，是贝状纹扩展的出发点并向外辐射 产生的原因有很多。 主要是材料选用不当，齿轮精度过低，热处理裂纹，磨削烧伤，齿根应力集中等等 因此在设计时需要考虑传动的动载荷谱，优选齿轮参数，正确选用材料和齿轮精度，充分保证加工精度消除应力集中集中因素等等。过载折断总是由于作用在轮齿上的应力超过其极限应力，导致裂纹迅速扩展，常见的原因有轴承损坏 突然冲击 超载轴弯曲或较、大硬物挤入啮合区等 断齿断口有两种形式 一种呈放射状花样的。裂纹扩展区，一种是断口处有平整的塑性变形，断口副可以拼合仔。细检查可看到齿面精度太
5、差，材质的缺陷，轮齿根部未作精细处理等 在设计中应采取必要的措施，充分考虑预防过载因素 安装时防止箱体变形，防止硬质异物进入箱体内等等。2、磨损齿轮的磨损部位主要是齿的啮合和渐开线工作面以及齿轮两端平面，磨损是描述自轮齿接触表面上损耗掉金属的通用术语 磨。损一般包括四种 第一种是正常的磨损或磨光它是由接触表面上的。金属以一定的速率缓慢的损耗 在齿轮的预期寿命内它对正常的使。用将不影响 第二种是中度磨损，它可能产生于重负荷的轮齿是金属的较快的损耗 该种磨损一定产生破坏, 也会降低使用寿命,。并可能加大噪音 第三种则是破坏性磨损，它是齿面的损伤 损坏或。 由于磨损而造成齿廓的变化以至于达到非常严重
6、的程度, 显著的降低齿轮的寿命,平稳性也将受到破坏 第四种是磨料性磨损，它是角于在轮齿的啮合中进入细颗粒而引起损坏 这种颗粒可能是来自铸造后遗留的砂或片落，齿轮箱中未清除的污物, 油中或空气中的杂质以及轮齿表面或轴承剥下的金属颗粒。3. 点蚀在交变的接触应力多次反复作用下，在齿面接线附近，会出现若干小裂纹，封闭在裂纹中的润滑油，在压力作用下，产生锲挤作用而使裂纹扩大，最后导致表层小片状剥落而行成麻点状凹坑，形成齿面疲劳点蚀。其原因有齿面硬度低和过载以及载荷不均。防止失效的措施是提高齿面硬度和采用正角度变位传动和提高润滑油的粘度。4. 齿面胶胶合是相啮合齿面在啮合处的边界膜受到破坏，导致接触齿面
7、金属融焊而撕落齿面上的金属的现象。对于重载和高速齿轮的传动，一旦润滑条件不良，由于齿面工作区温度很高，齿面间的油膜就会受到影响甚至会消失，长时间工作之后，一个齿面的金属会熔焊在与之啮合的另一个齿面上，这样就会在齿面上形成垂直于节线的划痕状胶合，适当改善润滑条件和及时排除干涉起因,调整传动件的参数，清除局部载荷集中，可减轻或消除胶合现象。5. 齿根疲劳裂纹疲劳裂纹的产生是由于齿轮在实际啮合过程中，既有相对滚动，又有相对滑动，从而产生脉动载荷，进而产生剪应力，这种力使齿轮表面层深处产生脉动循环变化使齿轮表面层深处产生脉动循环变化，当这种剪应力超过齿轮材料的疲劳极限时，接触表面将产生裂纹。在过大的接
8、触剪应力和应力循环次数作用下，轮齿表面或其表层下面产生疲劳裂纹并进一步扩展而造成的齿面损伤，其表现形式有破坏性点蚀 早期点蚀齿面剥落和表面压碎等特别是破坏性。点蚀，常在齿轮啮合线部位出现，并且不断扩展，使齿面严重损伤，磨损也会加大，最终导致断齿失效 正确进行选择好材质，齿轮强度。设计，选择合适的精度配合，提高安装精度，保证热处理质量，改善润滑条件等，是解决齿面疲劳的根本措施。二、齿轮箱的维护1. 腐蚀状况和泄漏情况检查检查所有部件的腐蚀状况。如果发现外表面有腐蚀，必须立刻按照覆盖说明书对该部件进行处理。 检查所有部件，特别是齿轮箱、液压系统、刹车和油液泄漏。必须排除泄漏并找出到泄泄漏原因。必须
9、更换损坏部件并清理被污染的区域。2. 运行的异常噪音检查必须检查运行部件的异常噪音，要特别注意主轴轴承、刹车装置在运行中的噪音漏原因。3. 齿轮箱在维护齿轮箱之前，必须使风机安全停机，并确保不会因为误操作而启动（确保刹车可靠和风轮锁紧）3.1 检查齿轮箱是否有异常噪音运行时是否有异常的噪音。3.2 检查油位从油标检查齿轮箱的油位。3.3 检查齿轮箱是否有泄漏检查所有的凹槽、迷宫环和泄漏油液的流迹。3.4 检查油液状况 在 500 小时后必须进行油液的抽样检查，不管运行状况如何抽样的时间不能迟于一年。抽样检查油液对于评定各种油液的特性（粘性、老化水融性等）是非常重要的。油液检查后的结果应该告诉你
10、的油液供应商。 更换油液 如果使用矿物油必须每 2 年更换一次，如果使用人工合成油必须每 3 年更换一次；油液若从外观上就发现变性，应该立即更换。 油液更换时，必须使用和先前同一牌号的油液。不允许使用混合油或不同生产厂家的油液。要特别指出的是，人工合成油并不是不同矿物油或其它不同油液的简单混合。如果从矿物油换到合成油，或是从合成油换到矿物油，在注入新油液之前必须彻底清洗齿轮箱。 在更换油液时，为了清除箱底的杂质、铁屑和残留油液，齿轮箱必须用新油液进行冲洗。高粘度的油液必须进行预热。新油液应该在齿轮箱彻底清洗后注入。 注意： 旧的油液应该在停机后齿轮箱冷却之前尽快排出。 换油步骤： 在放油球阀下
11、放置合适的积油容器。 卸下箱体顶部的空气滤清帽。 把油槽及凹处的残留油液吸出，或用新油进行冲洗，这样也可以把油槽中的杂质清除干净。 清洁位于放油堵头处的磁铁。 拧紧放油堵头（检查油封： 堵头处受压的油封可能失效，必要时可更换油封）。 卸下观察盖板进行检查。 将新的油液过滤后注入齿轮箱 (过滤精度: 30 m 以上) 。 必须使油液液位达到液位计的标注刻度处，以保证可以轴承和齿轮润滑可靠。 检查油位(油液必须加到油标的中部)。盖上观察盖板，装上空气滤清帽3.5 检查齿轮 检查有可能损伤的齿轮啮合面。3.6 清洁空气滤清帽 必须每年清洁空气滤清帽，先拧下空气滤清帽，然后用清洗剂进行清洗，待干燥后在
12、拧上。3.7 检查齿轮箱的弹性支撑是否有损伤 必须检查弹性支撑的磨损状况，是否有裂缝以及老化情况。如果发现有明显的老化痕迹，必须予以更换。3.8 润滑冷却循环系统3.8.1 检查系统是否有泄漏 检查所有的接头和油管是否有泄漏。 必须排除所有的泄漏并找到泄漏原因。3.8.2 检查软管是否老化 检查在润滑冷却循环系统中的软管是否老化，是否有裂纹。 如果发现软管的表面有老化痕迹和过多的裂纹，必须进行更换。3.8.3 检查各传感器开关是否工作正常 如果传感器失灵或损坏，请立即更换。3.9 安全刹车3.9.1 检查刹车圆盘的外表面以及上面是否有油污 必须确保刹车圆盘上没有油污。如果发现有油污，必须找到原
13、因并加以排除。并且必须更换制动块。3.9.2 检查圆盘表面：必须保证圆盘表面平整，圆盘边缘没有条纹状裂纹，如果发现有问题，圆盘和制动块必须更换。3.9.3 检查制动块 必须定期检查制动块的磨损情况，确保各制动块有 1mm 的摩擦层（也就是说保证圆盘和制动块之间有 2.25mm 的间隙）。3.9.4 检查刹车夹钳 检查刹车夹钳是否有油污，或者其它黏附物，任何污染物都必须清除。检查刹车夹钳的腐蚀状况。如果发现有腐蚀地方必须清除，并对腐蚀区域加以防护 。三、润滑系统维护 润滑系统由供油装置、过滤系统、油/风冷却装置及中间连接管路组成。 1. 过滤系统上装有滤油器污染发讯器，当滤油器进出油口压差达到3
14、.5bar 时，污染法讯器发出电讯号，同时污染发讯器上也有灯光显示，此时应及时更换滤芯。如果更换滤芯不及时，滤油器进口压力达到14bar 时，滤油器旁通阀将会开启，此时滤油器将失去过滤作用，齿轮箱必须停止运转！ 2. 滤芯的更换过程： 更换滤芯时必须确认供油装置处于停机状态，滤油器必须卸压（压力表显示 0bar 状态）。可以通过拧松滤筒底部的排油螺塞卸压（工作时必须拧紧）。 更换滤芯步骤： 旋下滤筒，取出旧滤芯。 清洗滤筒，把新滤芯装上，旋上滤筒。 旋紧滤筒，再回松 1/4 圈。 更换滤芯后，重新启动工作，注意观察压力表工作压力 3. 旁路过滤 当齿轮箱长时间运行后，箱体内部润滑油会逐渐污染，
15、底部沉淀颗粒状污染物。为提高润滑系统清洁度，延长过滤器使用寿命，可对齿轮箱进行旁路冲洗过滤。旁路过滤装置由用户自备，箱体上预留有安装接口。 4. 低温启动 冬季低温状态时机组启动必须考虑油液的加热。当油温低于-10时可通过电加热器将油温升到 10以上；当油温低于-10至-30 时由于润滑油粘度太大，则应采用专用的低温旁路加热系统加热油液。低温旁路加热系统由用户自备，箱体上预留有安装接口,该接口与旁路过滤装置接口共用。四、液压系统的故障分析和诊断第一步：液压设备运转不正常，如没有运动，运动不稳定，运动方向不正确，运动速度不符合要求，力输出不稳定，爬行等，无论是什么原因，都可以归纳为流量、压力和方
16、向三大问题。第二步：审核液压回路图，并检查每个液压元件，确认其性能和作用，初步评定其质量状况。第三步：列出与故障相关的元件清单，进行逐个分析。进行这一步时，一要充分利用判断力，二是注意绝不可遗漏对故障有重大影响的元件。第四步：对清单中所列元件按以往的经验和元件检查难易排列次序。必要时，列出重点检查的元件和元件重点检查部位，同时安排检测仪器等。第五步：对清单中列出的重点检查元件进行初检。初检应判断以下一些问题：元件的使用和安装是否合适；元件的测量装置、仪器和测试方法是否合适；元件的外部信号是否合适；对外部信号是否响应等。特别要注意某些元件的故障先兆，如过高的温度和噪声，振动和泄漏等。第六步：如果
17、初检未查出故障，要用仪器反复检查。 第七步：识别出发生故障的元件，对不合格的元件进行修理或更换。第八步：在重新启动主机前，必须先认真考虑一下这次故障的原因和后果。如果故障是由于污染或油液温度过高引起的，则应预料到另外元件也有出现故障的可能性，并应针对隐患采取相应的补救措施。例如，由于铁屑进入液压泵内引起泵的故障，在换新泵之前要对系统进行彻底清洗净化。看 看液压系统工作的实际情况。一般有六看：一看速度：系指看执行机构运动速度有无变化和异常现象。二看压力：系指看液压系统中各测压点的压力值大小，压力值有无波动现象。三看油液：观察油液是否清洁，是否变质，油液表面是否有泡沫，油量是否在规定的油标线范围内
18、，油液的粘度是否符合要求等。四看泄漏：系指看液压管道各接头、阀板结合处、液压缸端盖、液压泵轴端等处是否有渗漏滴漏等现象。五看振动：系指看液压缸活塞杆、工作台等运动部件工作时有无因振动而跳动的现象。六看产品：根据液压设备加工出来的产品质量，判断运动机构的工作状态、系统的工作压力和流量的稳定性。听 听觉判断液压系统工作是否正常。一般有四听：一听噪声：听液压泵和液压系统工作时的噪声是否过大，噪声的特征是什么。溢流阀、顺序阀等压力控制元件是否有尖叫声。二听冲击声：系指听工作台液压缸换向时冲击声是否过大，液压缸活塞是否有撞击缸底的声音，换向阀换向时是否有撞击端盖的现象。三听气蚀和困油的异常声：检查液压泵
19、是否吸进空气，是否有严重的困油现象。四听敲打声：系指听液压泵运转时是否有因损坏引起的敲打声。摸 用手摸允许摸的运动部件，以便了解它们的工作状态。一般有四摸：一摸温升：用手摸液压泵、油箱和阀类元件外壳表面，若接触两秒钟感到烫手，就应检查温升过高的原因。二摸振动：用手摸运动部件和管路的振动情况，若有高频振动应检查产生的原因。三摸爬行：当工作台在轻载低速运动时，用手摸工作台有无爬行现象。四摸松紧程度：用手拧一下挡铁、微动开关和紧固螺钉等松紧程度。闻 用嗅觉器官辨别油液是否发臭变质，橡胶件是否因过热发出特殊气味等。阅 查阅设备技术档案中有关故障分析和修理记录，查阅日检和定检卡，查阅交接班记录和维修保养
20、情况记录。问 询问设备操作者，了解设备平时运行状况。一般有六问：一问液压系统工作是否正常，液压泵有无异常现象。二问液压油更换时间，滤网是否清洁。三问发生事故前压力调节阀或速度调节阀是否调节过，有哪些不正常现象。四问发生事故前对密封件或液压件是否更换过。五问发生事故前后液压系统出现过哪些不正常现象。六问过去经常出现哪些故障，是怎样排除的，哪位维修人员对故障原因与排除方法。总之，对各种情况必须了解得尽可能清楚。但由于每个人的感觉、判断能力和实际经验的不同，判断结果会有差别。所以初步诊断虽然只是一个简单的定性分析，但是还做不到定量测试，但它在缺少测试仪器和野外作业等情况下，能迅速判断和排除故障，因此
21、具有实用意义。 4.4.2 检查油位 从油标检查齿轮箱的油位。 4.4.3 检查齿轮箱是否有泄漏 检查所有的凹槽、迷宫环和泄漏油液的流迹。 4.4.4 检查油液状况 在 500 小时后必须进行油液的抽样检查，不管运行状况如何抽样的时间不能迟于一年。抽样检查油液对于评定各种油液的特性（粘性、老化水融性等）是非常重要的。油液检查后的结果应该告诉你的油液供应商。 更换油液 如果使用矿物油必须每 2 年更换一次，如果使用人工合成油必须每 3 年更换一次；油液若从外观上就发现变性，应该立即更换。 油液更换时，必须使用和先前同一牌号的油液。不允许使用混合油或不同生产厂家的油液。要特别指出的是，人工合成油并
22、不是不同矿物油或其它不同油液的简单混合。如果从矿物油换到合成油，或是从合成油换到矿物油，在注入新油液之前必须彻底清洗齿轮箱。 在更换油液时，为了清除箱底的杂质、铁屑和残留油液，齿轮箱必须用新油液进行冲洗。高粘度的油液必须进行预热。新油液应该在齿轮箱彻底清洗后注入。 注意： 旧的油液应该在停机后齿轮箱冷却之前尽快排出 换油步骤： 在放油球阀下放置合适的积油容器。 卸下箱体顶部的空气滤清帽。 把油槽及凹处的残留油液吸出，或用新油进行冲洗，这样也可以把油槽中的杂质清除干净。 清洁位于放油堵头处的磁铁。 拧紧放油堵头（检查油封： 堵头处受压的油封可能失效，必要时可更换油封）。 卸下观察盖板进行检查。
23、将新的油液过滤后注入齿轮箱 (过滤精度: 30 m 以上) 。 必须使油液液位达到液位计的标注刻度处，以保证可以轴承和齿轮润滑可靠。 检查油位(油液必须加到油标的中部)。 盖上观察盖板，装上空气滤清帽 4.4.5 检查齿轮 检查有可能损伤的齿轮啮合面。 4.4.6 清洁空气滤清帽 必须每年清洁空气滤清帽，先拧下空气滤清帽，然后用清洗剂进行清洗，待干燥后在拧上。 4.4.7 检查齿轮箱的弹性支撑是否有损伤 必须检查弹性支撑的磨损状况，是否有裂缝以及老化情况。如果发现有明显的 4.4.8 润滑冷却循环系统 4.4.8.1 检查系统是否有泄漏 检查所有的接头和油管是否有泄漏。 必须排除所有的泄漏并找
24、到泄漏原因。 4.4.8.2 检查软管是否老化 检查在润滑冷却循环系统中的软管是否老化，是否有裂纹。 如果发现软管的表面有老化痕迹和过多的裂纹，必须进行更换。 4.4.8.3 检查各传感器开关是否工作正常 如果传感器失灵或损坏，请立即更换。 老化痕迹，必须予以更换 4.4.9 安全刹车 4.4.9.1 检查刹车圆盘的外表面以及上面是否有油污 必须确保刹车圆盘上没有油污。如果发现有油污，必须找到原因并加以排除。并且必须更换制动块。 4.4.9.2 检查圆盘表面：必须保证圆盘表面平整，圆盘边缘没有条纹状裂纹，如果发现有问题，圆盘和制动块必须更换。 4.4.9.3 检查制动块 必须定期检查制动块的磨损情况，确保各制动块有 1mm 的摩擦层（也就是说保证圆盘和制动块之间有 2.25mm 的间隙）。 4.4.9.4 检查刹车夹钳 检查刹车夹钳是否有油污，或者其它黏附物，任何污染物都必须清除。 检查刹车夹钳的腐蚀状况。如果发现有腐蚀地方必须清除，并对腐蚀区域加以防护 。
