風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的構(gòu)成及齒輪箱故障原因分析綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u75541.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組按傳動(dòng)結(jié)構(gòu)分類 1152261.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的構(gòu)成 1297241.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理 3283611.4風(fēng)電齒輪箱系統(tǒng)及典型故障 3154781.4.1風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的工作特點(diǎn) 3225301.4.2風(fēng)電齒輪箱故障原因 4324001.4.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱故障形式 5190751.51.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱結(jié)構(gòu)形式 71.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組按傳動(dòng)結(jié)構(gòu)分類截至當(dāng)前，風(fēng)電機(jī)設(shè)備組的交易市場(chǎng)上通常包括：舊有傳統(tǒng)類型的固定齒輪箱發(fā)電機(jī)設(shè)備組、直驅(qū)與半直驅(qū)型發(fā)電機(jī)設(shè)備組三類設(shè)備機(jī)型。后者沒有固定齒輪箱，能夠大范圍的減少設(shè)備機(jī)組產(chǎn)生問題故障的幾率，進(jìn)而能夠高效的節(jié)省設(shè)備機(jī)組的運(yùn)行工作維護(hù)保修成本費(fèi)用，然而因?yàn)檫@類設(shè)備機(jī)組發(fā)起非常晚，專業(yè)技術(shù)還不太成熟穩(wěn)定，并且成本費(fèi)用比較大，截至當(dāng)前，的主要趨勢(shì)設(shè)備機(jī)型還是固定齒輪箱發(fā)電機(jī)設(shè)備組。1.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的構(gòu)成風(fēng)力能源發(fā)電設(shè)備機(jī)組通常是由葉片設(shè)備、變漿體系、固定齒輪箱、發(fā)電機(jī)設(shè)備、偏航體系、輪轂系統(tǒng)等構(gòu)成。在實(shí)際外觀上看之后，大規(guī)模風(fēng)機(jī)設(shè)備是通過風(fēng)輪、機(jī)艙、塔架與基礎(chǔ)等組織機(jī)構(gòu)搭接而組成的總體，下圖是某風(fēng)電機(jī)設(shè)備組單機(jī)的基本組成結(jié)構(gòu)外貌，解析內(nèi)部各構(gòu)成體系的作用功能具體如下圖2-1所示[13]，為水平中心軸風(fēng)機(jī)設(shè)備機(jī)艙的中間內(nèi)部基本組成。圖2-1水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)FIG.2-1structureofhorizontalaxiswindturbine1.葉片1.輪轂3.機(jī)艙內(nèi)框架4.葉輪軸5.主軸6.增速箱7.剎車盤8.柔性聯(lián)軸器9.發(fā)電機(jī)10.散熱器11.冷卻風(fēng)扇11.風(fēng)測(cè)量系統(tǒng)13.控制系統(tǒng)14.液壓系統(tǒng)15.偏航驅(qū)動(dòng)16.偏航軸承17.機(jī)艙蓋18.塔架19.變槳距部分風(fēng)力能源發(fā)電設(shè)備機(jī)組通常是由葉片設(shè)備、變漿體系、固定齒輪箱、發(fā)電機(jī)設(shè)備、偏航體系、輪轂系統(tǒng)等組成。各主要構(gòu)成組成部分作用功能簡單概述具體如下所示：（1）葉片設(shè)備：葉片設(shè)備的影響是吸收風(fēng)能，主要是把空氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為葉輪部件機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能。（2）變漿體系：變漿體系經(jīng)過槳距角的轉(zhuǎn)變，使葉片設(shè)備不論在何種風(fēng)速下都能處在最優(yōu)化吸收風(fēng)能的分布狀態(tài)，當(dāng)風(fēng)速太大時(shí)，使葉片設(shè)備順槳實(shí)現(xiàn)剎車的目。（3）固定齒輪箱：固定齒輪箱是為發(fā)電機(jī)提供轉(zhuǎn)速，將風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)輪所產(chǎn)生的動(dòng)力進(jìn)行傳遞，并使其達(dá)到相對(duì)應(yīng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。（4）發(fā)電機(jī)設(shè)備：發(fā)電機(jī)設(shè)備是把葉輪部件所捕獲的機(jī)械能交換為電能的工具設(shè)備。固定轉(zhuǎn)子與變頻控制器設(shè)備互相鏈接，可供應(yīng)可以調(diào)控頻次的工作電壓到固定轉(zhuǎn)子循環(huán)回路，自動(dòng)輸出實(shí)際轉(zhuǎn)速能夠在實(shí)時(shí)同步實(shí)際轉(zhuǎn)速±30.0%控制范圍里修改調(diào)配。（5）偏航體系：偏航體系和操控管理體系相配合，應(yīng)用積極主動(dòng)對(duì)風(fēng)方式，使葉輪一直處于迎風(fēng)狀態(tài)，捕獲充足的風(fēng)能，從而改善發(fā)電效率。同時(shí)提供鎖緊力矩，以保證機(jī)組安全運(yùn)行。（6）電子控制體系：在風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行工作作用過程要求開啟、調(diào)節(jié)控制、停機(jī)等實(shí)際狀況時(shí)發(fā)揮控制操作造用，與此同時(shí)，兼顧考慮測(cè)試運(yùn)行工作分布狀態(tài)、風(fēng)速風(fēng)向等數(shù)據(jù)信息的作用功能。電子控制體系的最低配置應(yīng)用體系主要包含：實(shí)時(shí)在線可以測(cè)試風(fēng)機(jī)設(shè)備分布狀態(tài)、操作控制調(diào)風(fēng)向設(shè)備的電腦計(jì)算機(jī)。當(dāng)風(fēng)機(jī)設(shè)備發(fā)電過程里產(chǎn)生突發(fā)問題故障的時(shí)候，電子控制體系可完成停轉(zhuǎn)操作應(yīng)用以保護(hù)風(fēng)機(jī)設(shè)備。（7）輪轂體系：輪轂主要功能是固定葉片設(shè)備，第二能夠承擔(dān)葉片設(shè)備上傳來的一切負(fù)荷，之后向發(fā)電機(jī)設(shè)備的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸上自動(dòng)傳遞負(fù)荷。輪轂的結(jié)構(gòu)是以三個(gè)喇叭口排列組合起來的。一臺(tái)可完成發(fā)電作用功能的風(fēng)機(jī)設(shè)備參考標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成要求由風(fēng)輪、增長速率箱、機(jī)械傳動(dòng)大中心軸、聯(lián)中心軸控制器設(shè)備、制動(dòng)操控器設(shè)備、發(fā)電機(jī)設(shè)備、偏航體系（對(duì)風(fēng)設(shè)備）、機(jī)艙與塔架等機(jī)械設(shè)備組成部分及龐雜電氣操控管理體系構(gòu)建而形成。從風(fēng)機(jī)設(shè)備風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)中心軸相對(duì)交通地面安裝設(shè)置分布方向不相同的層面劃分，能夠劃分成為水平中心軸風(fēng)力能源發(fā)電機(jī)（HAWT）與垂直中心軸風(fēng)力能源發(fā)電機(jī)（VAWT）。HAWT型的轉(zhuǎn)中心軸大概和風(fēng)向平行，風(fēng)能使用工作效率非常顯著超過最開始時(shí)期的VAWT型而代替其地位并且被大規(guī)模應(yīng)用和推廣，因此在本文中，筆者主要參考水平中心軸組成結(jié)構(gòu)方式。1.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理參考依據(jù)下方的能量交換圖2-2能夠得知，風(fēng)力能源發(fā)電的基本工作基本理論是風(fēng)力聯(lián)動(dòng)風(fēng)輪體系機(jī)械旋轉(zhuǎn)，再透過風(fēng)力能源發(fā)電設(shè)備機(jī)組的機(jī)械傳動(dòng)體系完成聯(lián)動(dòng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而推動(dòng)發(fā)電機(jī)設(shè)備自動(dòng)輸出電頻次保持不變的電量，自動(dòng)輸出交流型電并聯(lián)到高壓傳輸電網(wǎng)或直接增加在荷載上。一般來說，風(fēng)電工作作用過程可拆劃分為2個(gè)操作應(yīng)用步驟：第1步是借用自然風(fēng)力推進(jìn)葉輪部件機(jī)械旋轉(zhuǎn)；第2步就是經(jīng)過多級(jí)增長速率體系展開提速自動(dòng)輸出給發(fā)電機(jī)設(shè)備把作用過程作用功能源交換成其他需要性可保存物質(zhì)能源以實(shí)現(xiàn)澆灌、產(chǎn)能等作用功能。圖2-2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作原理FIG.2-2workingprincipleofwindturbine1.4風(fēng)電齒輪箱系統(tǒng)及典型故障1.4.1風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的工作特點(diǎn)因?yàn)轱L(fēng)能具備確定的概率性，并非受人為作業(yè)操作控制，促使設(shè)備機(jī)組受作用力環(huán)境十分繁瑣，和一般的固定齒輪機(jī)械傳動(dòng)體系對(duì)比，風(fēng)電固定齒輪箱具備其特殊的特征，通常體現(xiàn)為：(1)受作用力相當(dāng)龐雜。固定齒輪箱常常位于距交通地面幾十米高的狹窄的分布空間內(nèi)，風(fēng)力強(qiáng)勁，并且風(fēng)向沒有基本規(guī)律，接受的外力實(shí)時(shí)都能夠能產(chǎn)生改變。(2)溫差比較多。因?yàn)樵趹敉?，常常?huì)受到雨雪冰霜的影響作用，包括冬天長期的低溫基本條件，潤滑的基本條件不好等，都促使固定齒輪箱機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)生問題故障的幾率充分的增長。(3)監(jiān)督控制維修保護(hù)困難。固定齒輪箱常常處于高空中機(jī)艙內(nèi)，要使其常年有的人看守，基本上不現(xiàn)實(shí)完成，與此同時(shí)，只要有問題故障產(chǎn)生，對(duì)其展開維修保護(hù)同時(shí)也是非常困難的。(4)開停機(jī)具備巨大的概率性。因?yàn)轱L(fēng)的不可預(yù)計(jì)，為了盡量多的使用風(fēng)能，風(fēng)機(jī)設(shè)備沒有常常沒有固定的控制開關(guān)，當(dāng)風(fēng)速實(shí)現(xiàn)切入實(shí)際轉(zhuǎn)速的時(shí)候，風(fēng)機(jī)設(shè)備就能夠運(yùn)行工作。風(fēng)電機(jī)設(shè)備組固定齒輪箱是否健康，確定了整個(gè)設(shè)備機(jī)組的能否正常運(yùn)行工作。固定齒輪箱的綜合深化設(shè)計(jì)時(shí)間一般為15-20年，其惡劣糟糕的工作氛圍確定了其無法阻止的會(huì)產(chǎn)生問題故障。伴隨著載荷的增長，其拆裝難度也隨后增長，例如如果產(chǎn)生問題故障必然導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失。所以，十分關(guān)注并且積極主動(dòng)分析研究固定齒輪箱里主要設(shè)備零部件的通常所見問題故障，找到發(fā)現(xiàn)問題故障診治判斷的模式，精確判定問題故障原因，盡量的減少其產(chǎn)生的幾率，是具有重要影響意義的。1.4.2風(fēng)電齒輪箱故障原因表2-1風(fēng)電機(jī)設(shè)備組固定齒輪箱各組成部件的失去效能比重Table2-1Theproportionoflostefficiencyofeachcomponentofthefixedgearboxofthewindturbineequipmentgroup問題故障組成部件固定齒輪滾動(dòng)中心軸承中心軸箱體緊固體油封比重60.0%19.0%10.0%7.0%3.0%1.0%風(fēng)電機(jī)設(shè)備組的固定齒輪箱是通過箱體、機(jī)械傳動(dòng)固定齒輪、機(jī)械傳動(dòng)中心軸與中心軸承等組成結(jié)構(gòu)組成的，在這其中，固定齒輪通常都是用于自動(dòng)傳遞原始推動(dòng)力與速率，滾動(dòng)中心軸承則主要發(fā)揮支撐機(jī)械旋轉(zhuǎn)組成部件的影響，箱體組成結(jié)構(gòu)主要起支撐和密閉的影響，它非常少產(chǎn)生問題故障，所以，固定齒輪箱問題故障通常都是由固定齒輪、滾動(dòng)中心軸承與機(jī)械傳動(dòng)中心軸引發(fā)的，這3個(gè)組成部件占據(jù)到問題故障比例重的90.0%左右[14]（如下表1所示）。風(fēng)電機(jī)設(shè)備組固定齒輪箱的產(chǎn)生問題故障，通常都是由如下多個(gè)原因?qū)е碌模?、綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)加工制造過程里形成的有效誤差。固定齒輪箱被大規(guī)模推廣和應(yīng)用到第二產(chǎn)業(yè)的每一個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，其的加工制造水平與作用功能的優(yōu)秀與否，直接確定了設(shè)備機(jī)組能否正常運(yùn)行工作。風(fēng)電固定齒輪箱的工作氛圍的具備巨大的概率性，其自動(dòng)傳遞額定功率同時(shí)也在持續(xù)地改變，要發(fā)現(xiàn)其負(fù)荷特點(diǎn)及改變基本規(guī)律非常困難，常常只可以應(yīng)用相似數(shù)值展開建立模型的模式綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)，和真實(shí)的多種要求形成誤差也就在所不免就會(huì)。2、測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)安裝設(shè)置或者運(yùn)用不合理。因?yàn)閯?wù)工人員專業(yè)技術(shù)綜合水平的嚴(yán)格限制，在裝配設(shè)計(jì)過程里操作應(yīng)用模式不合理，使自動(dòng)輸入/自動(dòng)輸出中心軸不對(duì)里、不均衡，不可以去除應(yīng)力全面集中的影響因素，促使設(shè)備機(jī)組在交變應(yīng)力或者電流過載的互相作用下，十分簡單產(chǎn)生斷中心軸的實(shí)際現(xiàn)象。3、在太高交變應(yīng)力或者作用極限應(yīng)力的重復(fù)多次作用下導(dǎo)致的斷齒與中心軸承失去效能，除此之外，長期的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)導(dǎo)致相對(duì)應(yīng)組成部件的摩擦損失。4、油體系不可以正常運(yùn)行工作。設(shè)備機(jī)組散熱體系工作不正常或者設(shè)備機(jī)組長期位于太高的出力分布狀態(tài)促使固定齒輪箱油溫太高，導(dǎo)致油液變質(zhì)，也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備機(jī)組摩擦損失的產(chǎn)生。5、潤滑不充分全面。因?yàn)榈谒募径鹊葠毫犹鞖?，大氣?shí)際溫度太低，潤滑脂冷凝，嚴(yán)重影響到了潤滑作用效果，導(dǎo)致表層摩擦損失。除此之外，伴隨著時(shí)光的流逝，正常運(yùn)行工作的固定齒輪箱每一個(gè)組成部件的可行性也會(huì)隨后減少，從而產(chǎn)生問題故障。1.4.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱故障形式(1)齒形有效誤差。齒形有效誤差是因?yàn)樵谏a(chǎn)加工制造、安裝設(shè)置以及真實(shí)運(yùn)行工作作用過程的不夠標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致的有效誤差。根據(jù)其分散不相同能夠劃分為全面集中型與分散型兩大類有效誤差方式。在這其中，分散型有效誤差通常都是因?yàn)榧庸ぶ圃焐a(chǎn)加工與不夠標(biāo)準(zhǔn)安裝設(shè)置導(dǎo)致的，而全面集中型有效誤差通常都是在設(shè)備機(jī)組的真實(shí)工作運(yùn)行工作時(shí)形成的。(2)齒面腐蝕變質(zhì)。因?yàn)轱L(fēng)電固定齒輪箱常應(yīng)用完全封閉式的分布格局，固定齒輪副長時(shí)間處在密閉、潮濕的工作氛圍里，常常會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，在固定齒輪表層形成銹蝕，要是全面處理不及的時(shí)候，就會(huì)形成“鐵銹”，也就是齒面腐蝕變質(zhì)。(3)齒面點(diǎn)蝕。在固定齒輪工作的發(fā)展過程里，相對(duì)滾動(dòng)與相對(duì)滑動(dòng)兩大類運(yùn)動(dòng)都應(yīng)用在2個(gè)齒面之內(nèi)，這類運(yùn)動(dòng)模式的產(chǎn)生存在造成其內(nèi)部有以周期循環(huán)脈動(dòng)模式存在的切應(yīng)力，在這類切應(yīng)力的影響下，伴隨著時(shí)間的累計(jì)，表層就會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)蝕問題故障。參考依據(jù)剝落現(xiàn)象方式的不相同，它能夠劃分為如下幾大類方式：首先，麻點(diǎn)疲勞點(diǎn)蝕，主要產(chǎn)生在固定齒輪表層，體現(xiàn)為片狀的損害或者點(diǎn)斑；其次，一般會(huì)產(chǎn)生在表層光滑或者相對(duì)摩擦作用力較低的固定齒輪上的淺層疲勞點(diǎn)蝕，在運(yùn)行工作一定時(shí)間之后，固定齒輪表層會(huì)產(chǎn)生更大更深的剝落現(xiàn)象；第三，通常產(chǎn)生在表層經(jīng)扎實(shí)化全面處理過的固定齒輪上的硬化層疲勞點(diǎn)蝕，在運(yùn)行工作一定時(shí)間之后，會(huì)產(chǎn)生大塊片狀的剝落現(xiàn)象問題現(xiàn)象，而且實(shí)際有效深度實(shí)現(xiàn)了硬化層。(4)齒面摩擦損失。在一般條件下，固定齒輪的摩損是持續(xù)漸進(jìn)的，前期在許可有效公差數(shù)值控制范圍里，并非影響固定齒輪的正常運(yùn)行工作。伴隨著工作時(shí)光的流逝，摩擦損失的水準(zhǔn)會(huì)持續(xù)加重，最終將會(huì)被容易導(dǎo)致固定齒輪具體形狀產(chǎn)生轉(zhuǎn)變，更有甚者會(huì)造成固定齒輪失去效能。當(dāng)固定齒輪表層有異物的時(shí)候，在嚙合作用過程里，也容易導(dǎo)致齒面產(chǎn)生損害，假如物質(zhì)材料很多離職流失，就會(huì)導(dǎo)致齒面大范圍摩擦損失。固定齒輪摩擦損失的體制比較龐雜，通常包含：微切削加工摩擦損失、粘著摩擦損失、斷裂摩擦損失與疲勞摩擦損失等。(5)斷齒。因?yàn)槟Σ翐p失和損害性點(diǎn)蝕的逐步累計(jì)，最后容易導(dǎo)致固定齒輪副在嚙合作用過程里產(chǎn)生固定輪齒斷裂；風(fēng)機(jī)設(shè)備在電流過載與頻繁多次地剎車的時(shí)候，也容易導(dǎo)致固定輪齒產(chǎn)生崩齒。(6)齒面膠合。當(dāng)潤滑基本條件比較差，固定齒輪嚙合作用面在確定的壓力下直接嚙合作用直接接觸工作，促使金屬物質(zhì)材料從固定齒輪表層層很多的脫落分離，并且粘附在另一個(gè)固定齒輪上，這就是齒面膠合，這類2風(fēng)力能源發(fā)電設(shè)備機(jī)組固定齒輪箱體系及經(jīng)典問題故障詳細(xì)論述了問題現(xiàn)象常產(chǎn)生在快速或重載的時(shí)候，。膠合劃分為冷膠合與熱膠合兩大類方式，在這其中，冷膠合問題現(xiàn)象主要產(chǎn)生在低速重載的運(yùn)行工況下；而熱膠合問題現(xiàn)象一般產(chǎn)生在快速或重載里速的運(yùn)行工況下。一般實(shí)際狀況下，這類問題故障是不可修復(fù)完善的，要求拆除調(diào)換全新的固定齒輪。(7)中心軸承損害。中心軸承是風(fēng)電機(jī)設(shè)備組固定齒輪箱里的核心所在組成部件，因?yàn)榫S護(hù)保障不及時(shí)有效與潤滑不充分全面等形成原因，在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程里，常常會(huì)使中心軸承表層產(chǎn)生剝落現(xiàn)象與裂縫，造成中心軸承失去效能，它的失去效能會(huì)直接影響固定齒輪的嚙合作用分布狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致固定齒輪失去效能。中心軸承的損害一般產(chǎn)生的對(duì)比分析忽然，尤其是支撐快速機(jī)械傳動(dòng)中心軸的滾動(dòng)中心軸承，這類失去效能常常會(huì)導(dǎo)致固定齒輪箱不可修復(fù)完善的損害。(8)中心軸的失去效能。中心軸失去效能的方式通常體現(xiàn)為中心軸的彎曲變形、中心軸不對(duì)里以及中心軸不均衡等，導(dǎo)致中心軸問題故障通常包括如下多個(gè)原因：加工制造生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)加工準(zhǔn)確度；中心軸長時(shí)間在偏載運(yùn)行工況下運(yùn)行工作或者受到太大的瞬間沖擊負(fù)荷而導(dǎo)致中心軸產(chǎn)生永久性的彎曲變形；除此之外，在富含聯(lián)中心軸控制器設(shè)備的固定齒輪箱里，由于綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝設(shè)置不夠標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)導(dǎo)致中心軸的不對(duì)中和作用不均衡。中心軸的失去效能會(huì)給固定齒輪箱的正常運(yùn)行工作創(chuàng)造很大的危險(xiǎn)隱患，而且會(huì)引發(fā)固定齒輪的嚙合作用分布狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。1.51.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱結(jié)構(gòu)形式圖2-3風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱結(jié)