【技术交流】从齿轮箱装配过程浅谈应用维护对风电齿轮箱可靠运行的重要性

从齿轮箱装配过程浅谈应用维护对风电齿轮箱可靠运行的重要性

王福东   许军

(南京高速齿轮制造有限公司  江苏  南京  211100)

摘    要：本文从风电齿轮箱装配过程的关注点出发，引申出齿轮箱在应用维护过程中需要重点关注的事项，从而达到风电齿轮箱持续可靠运行的目的。

关键词：风电齿轮箱 装配过程 应用 维护

引言

　　风电齿轮箱作为风力发电机的核心部件，持续高效的可靠运行是保证风力发电机运行效率的基础，规范的应用维护则是保证风电齿轮箱高可靠性的前提。但如何对风电齿轮箱进行日常的维护保养，以及应该注意的相关事项，用户经常会有所忽略。本文将从风电齿轮箱装配过程中的关注点出发，通过对齿轮箱装配过程关键点及其影响的阐述，使大家对风电齿轮箱的应用和维护的方法及重要性有更深层次的理解。

风电齿轮箱装配过程的主要关注点

　　风电齿轮箱作为精密的传动设备，其对零部件的原材料、热处理、加工精度、甚至零部件品牌等都有非常严苛的要求。而作为风电齿轮箱的最后一道环节，装配过程会通过一系列的控制措施，结合各个零部件的关键特性，将它们装配在一起，而装配过程中的关注点自将成为决定零部件的性能以及整机性能能否充分发挥的关键。如果用户能够对风电齿轮箱装配过程中的关注点及影响有所了解，并能够在日常的应用维护过程中加以关注，必将对提高风力发电机利用率起到关键的作用。首先，让我们一起来了解风电齿轮箱装配过程中的重要关注点：

　　● 齿轮箱清洁度

　　● 密封性能

　　● 润滑与过滤

　　● 安装精度

齿轮箱清洁度

　　风电齿轮箱的清洁度是齿轮箱装配过程中的核心指标，清洁度的好坏对齿轮箱后期实际运行寿命的长短有着决定性的作用。在齿轮箱的整个装配过程中，每道环节都有严格的控制措施来确保零部件的清洁度，并会在齿轮箱的最终测试过程中通过油品检测的手段来验证齿轮箱的清洁度是否符合标准要求，确保合格的产品输送给用户。通常，风电齿轮箱的内部油品清洁度标准需要至少达到ISO4406 15/12，简单解释一下，即每100ml油液中，尺寸大于5μm的颗粒数在16000~32000，大于15μm的颗粒数在2000~4000，但在齿轮箱的使用过程中，用户往往因没有意识到清洁度对齿轮箱使用性能的影响而将其忽略。实际上，如果齿轮箱内部的油品清洁度降低，随着运行时间的增长，随之而来的齿面磨损、轴承磨损等情况都会随之加剧，齿轮箱会逐渐出现振动噪音异常，甚至出现齿面点蚀、断齿、轴承点蚀等较为严重的失效，这些都是我们不希望看到的。我们曾经遇到过一些案例，由于客户长时间不更换齿轮箱润滑油，齿轮箱内部的清洁度很差，长期的带病运行导致齿轮箱内部的太阳轮表面出现了大面积的点蚀磨损，而太阳轮在机舱内是无法更换的，只能更换整台齿轮箱，显而易见，损失是巨大的。而如何通过应用过程中的定期监测和维护保养来保证齿轮箱内部的清洁度，就显得尤为重要。下面是一些常规且非常重要的维护要求，如果在风机运行过程中能够坚持去做，就能够使风电齿轮箱在长期的运行过程中保持良好的内部清洁度，从而延长风电齿轮箱的使用寿命，降低故障率。

　　● 严格按照齿轮箱制造厂商的产品使用说明书要求更换润滑油。

　　● 定期更换齿轮箱过滤器的滤芯，首次更换的推荐时间一般为运行后的3个月内，同时应避免使用质量低劣的滤芯。

　　● 严格按照齿轮箱制造厂商的产品使用说明书要求定期更换空气滤清器，避免过滤器失效后导致的油液水分超标。

　　● 严格按照齿轮箱制造厂商的产品使用说明书要求进行油液的定期监测，并通过检测结果对油液清洁度和齿轮箱内部的磨损情况进行评估，以期及早的发现故障隐患并及时排除。

　　● 在日常的维护保养过程中，如果需要拆除齿轮箱上的一些盖板，如加油或内窥镜检查时，务必确保操作人员的工作服和设备保持清洁，并在操作结束后立即将拆除的部件安装复位，避免外界的颗粒物进入齿轮箱内部。

密封性能

　　风电齿轮箱的运行环境一般较为恶劣，风沙、温差变化、高温高湿高盐的环境等因素决定了风电齿轮箱必须具备良好的密封性能，以确保其内部所有零部件及油液不会受到外界环境的影响。在风电齿轮箱的装配过程中，对密封胶的选用、紧固件的力矩要求、密封原件的品牌及选型都有着针对性的设计和严格的控制要求，确保风电齿轮箱的各个结合面、管接头、输入及输出轴端均有良好的密封性能。在这里需要特别提到，风电齿轮箱的输入端(即低速行星级)一般采取的密封设计为防尘设计，并没有封油设计，这与齿轮箱的实际使用工况相关，风电齿轮箱在使用时，一般与水平位置有5°的倾斜角度，只要按照齿轮箱制造厂商的推荐油位加油，低速端是不会出现漏油现象的，但如果油液添加过多，就会导致低速端的防尘圈长期被油液浸泡失效，低速端会出现漏油现象，同时由于防尘圈失效，空气中的颗粒也会进入齿轮箱内部，影响齿轮箱的内部清洁度。除此之外，在风机运行的日常维护保养中，一些不良的操作习惯往往会导致齿轮箱密封失效，从而导致齿轮箱出现漏油、生锈、油液超标等现象，如果不加以规范，长期运行就可能导致内部的齿轮、轴承等出现异常的磨损、点蚀甚至断齿，极大的影响机组的正常使用。下面将通过例举一些应用维护过程中常见的不良操作习惯对齿轮箱密封性能的影响，希望大家能够充分了解并加以改善。

　　● 通过齿轮箱视孔盖或加油孔进行油液补充，油液补充后，未在盖板的结合面重新涂抹密封胶，导致密封失效。

　　● 在机舱内检修过程中，由于空间狭小，会出现一些拉拽、踩踏齿轮箱油管的现象，长时间会造成管接头密封失效。

　　● 将齿轮箱透气线作为油液取样口，在取油后未拧紧，造成透气线密封失效，由于齿轮箱内部压力较高，透气线未拧紧的情况一般会造成大量油液泄露，不及时发现甚至会污染塔筒。

　　● 未按照齿轮箱制造厂商的使用说明书要求，定期对齿轮箱各个螺栓、接头的松动情况进行检查，导致由于长期振动造成的接头及螺栓松动情况未能被及时发现，久而久之导致密封失效。

　　● 未按照齿轮箱制造厂商的使用说明书要求，定期对一些易损密封件进行更换和维护，比较典型的如变桨输入端的油封，作为易损密封件，变桨油封的使用寿命一般为2年，需要每2年更换一次油封，如不及时更换，会造成变桨齿轮箱漏油，甚至会由于油液漏入变桨内部造成变桨电机烧毁。

　　● 未按照齿轮箱制造厂商的使用说明书要求，定期更换润滑油，随着润滑油的抗泡性能变差而产生过量的泡沫，导致齿轮箱输入输出轴密封的失效。

润滑与过滤

　　前文中已提到，风电齿轮箱内部的清洁度对齿轮箱的可靠运行由至关重要的作用。而齿轮箱的润滑冷却系统，就好比是风电齿轮箱的“心脏”，为齿轮箱内部的各个部件输送“新鲜的血液”，保证风电齿轮箱各个部件的正常运转。在风电齿轮箱的装配过程中，对于喷油位置、各个润滑点的油量控制、过滤器的过滤性能等都有严格的控制措施和检验标准，确保齿轮箱的润滑和过滤功能完全满足设计要求。一旦齿轮箱出现润滑不良、过滤失效等问题时，会对齿轮轴承啮合、齿轮箱温度、压力等产生不良影响，长期以往会对整个齿轮箱系统造成不可逆的负面影响，如一些常见的齿面磨损、胶合、点蚀、剥落等都与润滑不良有关。同时，如果润滑不良，还可能造成齿轮箱轴承温度升高，压力异常，齿轮箱就会出现持续的报警而影响整个风机的发电效率。在用户日常的应用维护过程中，往往由于对润滑系统本身缺乏了解，缺少一些常规的维护知识，导致润滑系统未能够充分发挥作用，久而久之对齿轮箱本身产生不良影响，甚至有一些用户，为了追求发电量指标，对齿轮箱的一些报警信号进行屏蔽，导致故障无法被及时发现，最终导致齿轮箱出现严重的失效，造成巨大损失。在此希望分享一些与风电齿轮箱润滑系统相关的维护知识，希望能够对大家有所警示和帮助。

　　● 温控阀作为润滑系统的重要部件，控制着不同温度油液的走向，同时温控阀是易损件，常规的温控阀允许30000次的开关动作，一般需要在2-3年更换一次，如不立即更换，一旦温控阀失效，齿轮箱油液将无法冷却，齿轮箱的油温、轴承温度都将持续上升，对各个零部件造成损伤。

　　● 润滑系统上存在很多橡胶件，如胶管、密封圈等，这些橡胶件都是易损件，推荐每6个月进行一次巡检，如果发现有老化、渗漏等现象，应及时予以更换，避免最终失效时大量润滑油泄露，对风机运行产生不良影响。

　　● 过滤器内的滤芯需要在首次运行后3个月内进行一次更换，同时，推荐使用原厂原装滤芯进行更换，在更换过程中，要特别注意滤筒盖上的密封圈是否完好或遗失，如果密封圈损坏，应同时更换新的密封圈，如遗失，就应特别关注更换齿轮箱的整个运行状态，如温度压力的监测，曾经有一些用户就是由于更换滤芯过程中操作不当，导致密封圈被剪断，掉入润滑系统内部，随着油液输送，剪断的密封圈堵塞了齿轮箱内部的喷油孔，导致轴承温度升高，齿轮箱频繁停机等故障。

　　● 在应用维护过程中，不要屏蔽任何监控信号，如果对温度、压力等报警信号进行屏蔽，无法及时发现润滑系统或齿轮箱的运行异常，将对故障发现、处理造成障碍，还有可能对整个齿轮箱甚至风机造成不可逆的损失。

安装精度

　　风电齿轮箱作为精密的机械传动部件，对各个零部件的安装精度有着严格的控制和要求。通常情况下，在齿轮箱的装配过程中，会对齿轮的侧隙、输入轴与输出轴的轴向跳动等进行安装后的效验，确保装配过程能够保证零部件本身的加工精度要求，最大限度的发挥各个零部件的性能指标。而齿轮箱作为风机系统的传动部件，其输入端和输出端分别与风机的主轴及电机相联接，这就需要主机厂在安装主轴及电机的过程中，同样严格的控制安装尺寸和偏差要求，确保整个系统的稳定运行。但根据以往的行业经验，一些客户往往在安装主轴及电机过程中出现问题，一方面是对齿轮箱本身缺乏足够的认识，控制要求不合理，另一方面则是操作层面的疏忽，最终导致风电齿轮箱安装在对中精度较差的系统中，而整个系统的对中精度不足或安装尺寸不合理等问题，往往会导致严重的批量问题，而齿轮箱作为风机系统中的重要承载和传动部件，由于受到异常的外力，容易出现轴承断裂、齿轮断裂等较为严重的失效。那么，在齿轮箱的安装过程中，需要注意哪些问题，今天在这里和大家做个简单的分享。

　　● 在安装主轴前，务必保证主轴表面和齿轮箱行星架内孔的绝对清洁，不允许有任何的油污、水、锈迹及杂质，否则将可能在安装过程中出现卡滞、拉毛、甚至主轴或行星架报废的严重后果。

　　● 在安装电机、联轴器时，务必按照规定的对中要求对齿轮箱高速轴和电机输出轴进行对中，不要抱有“联轴器有补偿，对中差一点没关系”的侥幸心理，如果高速级对中不好，在风机运行的过程中会出现异响、振动异常，甚至出现高速轴折断的严重事故。

　　● 有些主机厂在整机的试车过程中，会在空载时发现齿轮箱有一些“异响”，这很可能是由于齿轮本身的侧隙所引起的，实际上是正常现象，这类“异响”会在加载时消失，同时也可以通过拆除齿轮箱高低速及联接后往一个方向盘动齿轮箱来判断异响是否仍然存在。

　　● 在齿轮箱的运行过程中，不要频繁直接使用高速级刹车来实现制动，这样会对齿轮箱内部的轴承和齿轮产生较大冲击，长此以往会对整个齿轮箱产生负面影响，建议使用顺桨至风机低速运行后，再采取高速刹车制动，减少对齿轮箱内部零部件的冲击。

　　● 风电齿轮箱支撑部位的联接，需要严格确保其与整个机架的水平度和垂直度及前后距离，避免歪斜，否则齿轮箱在运转过程中将受到额外的扭力，会对齿轮箱内部低速级轴承及齿轮产生较为严重的损伤。

结论

　　风电齿轮箱是整个风机系统的重要传动部件，在其装配过程中的一些重要关注点同样也是风机在运行过程中应该重点关注的应用维护点，有计划、有针对性的对齿轮箱进行规范的应用维护，将对提高风机运行可靠性及利用率有着至关重要的作用。

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