王圓　劉靜　梁培沛

【龍（lóng）源（北京）風電（diàn）工程（chéng）技術有限（xiàn）公司】

摘（zhāi）　要：通過油液（yè）監測技術和工業內窺鏡檢查相結合（hé）的方式，對風電機組齒輪箱典型磨損案例進（jìn）行分析。對設備進行主動維護，避（bì）免設備主（zhǔ）要摩擦（cā）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（jī）組（zǔ）；齒（chǐ）輪箱；磨損

0　引言

風（fēng）電機組齒輪箱作為傳（chuán）動機構，對風力（lì）發電起著極（jí）其重（chóng）要的作用。通過油液監測技術可以監控風電機組（zǔ）齒輪箱的潤滑狀態和（hé）磨損狀態，之後通過（guò）內（nèi）窺鏡檢查驗證該齒輪箱的磨損程度。

油液監（jiān）測技術（shù）通過對風電機組設備（bèi）摩擦副的潤（rùn）滑（huá）狀態和磨損狀態進（jìn）行定期跟蹤監（jiān）控，可以有效地評判在（zài）用潤滑油的性能狀況和預防設備磨（mó）損故障隱患[1]。工業內窺鏡檢查（chá）是預警式維護，對維修時間的推斷是非常有效的，將（jiāng）其和油液監測相結合更直觀了解（jiě）設備內部磨損情況，為（wéi）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（yòng）一（yī）級行星二級平行結構，主體結（jié）構包括（kuò）法蘭，中箱體（tǐ），後箱體和輸出（chū）齒輪；變速機構包（bāo）括第 1～4 級齒輪（lún）、行星（xīng）輪和（hé）太陽輪。

1.2 工作原理

風輪葉（yè）片在（zài）風的作用下帶動主軸轉動，扭轉的主軸（zhóu）（低速軸）傳遞風輪扭矩到齒輪箱的一級行星齒輪，一級（jí）行星齒輪通過二級平行軸齒輪傳遞扭轉，使（shǐ）低轉速大扭矩載荷轉化為高轉（zhuǎn）速低扭（niǔ）矩載荷，便於發電機的吸收；Z後電機軸（高速軸）上的扭矩通過切割電磁（cí）形（xíng）成電能，完成風（fēng）能→機械能→電能的轉化[2]。

2　油液監測診斷標準

風電機組齒輪箱起增速作（zuò）用，運行時載荷多變，易發生故（gù）障，通過油（yóu）液監（jiān）測技術監控機組齒輪箱磨損狀態；油（yóu）液監測分析（xī）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（zài）用潤滑油各項指標均在標準（zhǔn）規（guī）定的正常值範（fàn）圍內，可以滿足設備潤滑要求，且設備潤滑、磨損（sǔn）狀態均良好。

（2）“注（zhù）意”是指在用潤滑油一項或多項指標超出正常值範圍、油品不能完全滿足設備潤滑要求，設備潤滑、磨損狀態可能存在故障隱患，宜引起現場關注，並要求現場（chǎng）在必（bì）要時采取取樣複檢、加（jiā）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多次檢測值均在標準規定的報警值（zhí）範圍內，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（cǎi）取更換潤（rùn）滑油、部件檢修等維護措施。

為避免取樣不規範等幹擾因素影響判別結論的準確（què）性，對於首（shǒu）次檢測到“報警”值的樣品，一般應至（zhì）少取樣複檢一次再進行（háng）確認（排除取樣環節（jiē）可能的幹擾因素），報告給出複檢結論後應在一個月內（nèi）完成取樣（yàng）複檢。

3　案列分析

按照風電機組齒輪箱的磨損程（chéng）度，將其分為輕度（dù）磨損、中度磨損和重度磨損三種，下麵（miàn）分別（bié）舉例說明。

3.1 齒輪箱輕度磨損

表1 某風電場 2# 機（jī）組檢測（cè）數據

某風電場 2# 機組齒（chǐ）輪油 2018 年檢（jiǎn）測時，其黏度和鐵元素含量均正常，2019 年檢測時，黏度明（míng）顯降低，鐵元素含量明顯升高（gāo）（表1），齒輪油達到“注意”級別。由（yóu）於黏度降低造成油膜變薄，增加摩擦副的（de）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（xiāng）進行內窺鏡檢查，結果顯（xiǎn）示機組低（dī）速軸（zhóu）和行星輪葉片側（cè）軸承有輕微擦傷（圖2），建議持續關注該機組齒輪箱運行狀（zhuàng）態，並在6個月後取樣複檢。

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（zhóu）承內窺鏡圖片

3.2 齒輪箱中度磨損

某風（fēng）電場1#機組齒輪油中表征磨損（sǔn）鐵（tiě）顆粒含量的PQ 指數已超標（＞50），鐵元素也（yě）超標（＞100 mg/kg），已達到“報警”級別，圖（tú）3 是（shì） 100×顯微鏡下的分（fèn）析鐵譜，由圖3可見油品中含（hán）有大量（liàng）不（bú）同尺寸的磨損鐵磁顆（kē）粒（lì），除有大量的正常磨粒（粒徑＜10 μm）以外，有疲勞（láo）剝落顆粒（粒徑＞50 μm），推測齒輪箱內部有異常磨（mó）損（sǔn），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（chá），結果見圖4，其內齒圈有輕微點蝕（圖4a），軸承滾動體表麵有凹坑，剝落嚴（yán）重（圖4b）。之後機組停止運行，並將齒輪箱（xiāng）下塔（tǎ）維修。

圖3  1# 機組齒輪油（yóu）分（fèn）析鐵（tiě）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（chóng）度磨（mó）損案例

表2 某風電場 3# 機組（zǔ）檢測數據

某風電場3#機組齒輪油次油液監測時未發現異常，後續檢測3次，發現鐵元素連續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（hán）有大量疲勞剝落磨粒（粒徑?50 μm），已達到“報警”級別，內窺鏡檢查發現內齒（chǐ）圈有大量點蝕（圖6a），行星輪（lún）葉片側軸承有嚴重的剝（bāo）落（圖（tú） 6b），與油液檢測結果一致，之後該機組停止運行，齒輪箱下塔維（wéi）修。

圖5  3# 機組齒輪油分析鐵譜（100×）

圖6  機組內齒圈和行星（xīng）輪葉片（piàn）側軸承內窺鏡圖片

4　故障表現（xiàn）及應（yīng）對措施

針對上（shàng）述各類型齒輪箱（xiāng）磨（mó）損故障，采用（yòng）的針對性應對（duì）措施見表 3。

表（biǎo）3  風電機組（zǔ）齒輪箱的故障表現及應對措施

5　結語

風電機組齒（chǐ）輪箱（xiāng）作為（wéi）風電機組的核心部件，也是整個風電機組中成本（běn）較高的部件之一，通過油（yóu）液監測和內（nèi）窺鏡檢查相結（jié）合的方式，能及時、直觀（guān）地發現並消除設（shè）備（bèi）的（de）磨損隱患，對設備進行主動維護，避免（miǎn）設備主要摩擦部件因潤滑不良造成（chéng）異常磨損，延長零部件的使用壽命。

參（cān）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：機械工業出版社，2006.

[2]王海（hǎi）剛.風電機組工作原理及結構[J].裝備機械，2010（4）：55-59.

來（lái）源：《設備管理（lǐ）與維修》2020年第1期