摘要：现阶段全球以及我国能源呈现出日益紧张的局面，尤其是在我国风电行业内突出明显。随着风力发电机组持续改进优化，单机功率以及装机容量不断扩大，风电机组在优化创新的同时也会发生一些故障问题，如风力发电机组齿轮箱设计制造以及运行故障问题，成为发电机组运行时的主要失效，因此技术人员在设计制造以及排除运行故障方面要做好充分的工作。本文就上述论点对大型风电机组齿轮箱故障特性以及关键设计技术问题进行分析，同时提出风电齿轮箱故障预防处理措施，最后对故障预警方式进行研究，希望本文内容可为相关行业提供参考价值。
关键词：大型风电；齿轮箱；关键设计；技术分析
引言
当前，风机的运行维护主要依靠现场工作人员进行故障事后检修，以及定期维护从而排除故障和隐患。由于风场大多分布在人迹罕至的偏远地区，这种单纯靠人工维护，造成的运维成本非常高，同时运维人员水平不一也容易导致运行失效甚至安全问题。以陆地上一台1．5MW的风电机组为例，塔架高达70m左右，齿轮箱质量15t左右，如果齿轮箱发生故障，仅拆装费用就高达数十万元，再加上运输和维修费用，维护费用高达上百万元，而且还会导致风电机组停机数月之久，给风电场的生产带来巨大的损失。因此相关人员要做好大型风电齿轮箱故障维修工作，同时做好设计技术分析，减少故障发生率。
1.大型风电齿轮箱故障特性
风力发电机组的使用寿命一般为20～25年，大部分风电机组安装在草原牧区、高原地带、沿海岛屿、山区等区域，这些区域的自然环境都非常恶劣。风电机组长期在沙尘、低温、冰雪、雷电、风暴等恶劣环境中工作，加之荷载及风速对其的影响，使得机组的实际工作状况异常复杂，很容易造成风电机组的相关齿轮箱件在实际的寿命期当中产生损坏和发生故障。为了提升风电机组的自身可靠性及安全性，应尽可能降低机组故障发生率，我们应对机组故障的基本状况、发展趋势、风电机组系统及其主要问题等进行全方位的研究，发现其中隐藏的规律，采取有效措施，从而减少或预防故障的发生。
2.大型风电齿轮箱关键部位设计技术研究
新时期，为了适应不断变化的工作环境，维持动力系统的长期工作和稳定性，对于动力系统，尤其是对关键部件的生产，有着极其严格的设计及质量控制要求。因此我国相关行业专家对大型风电齿轮箱关键部位的设计进行研究，希望以零件破损为基础对关键部分进行优化设计，可以找出降低齿轮箱磨损的设计技术方案，在进行各类技术研究之后，发现非对称齿轮设计可以替换以往传统齿轮工作，这类齿轮可以有效改善齿轮磨损问题，减少不必要受损情况，其相关适应力要比传统齿轮更加可靠，运行更加稳定。经过大量实验设计和运行之后，可以得出此齿轮箱设计技术方案具备可行性。在齿轮箱物理作用支持下，相关技术人员可以使用宏观变化方式对微观问题进行解决，同时在行业内相继推出其它技术，如渗碳淬火技术，激光淬火技术，可以使得齿轮的强度得到提高。在大型风电齿轮箱关键部位设计研究中发现，表面抗磨损技术可以延长轴承使用寿命，此外相关传动系统制造误差也对机器疲劳故障以及偏移问题起到影响。例如：不良外部因素变化导致部件之间发生磨损，因而造成双向磨损问题。我国学者对此问题进行更深一步研究，改进齿轮箱齿轮啮合技术设计方案，以及对齿轮精度制造工艺进行改造设计，提高齿轮箱齿轮使用寿命。在技术方案设计中应注意各个部件之间连接问题，减少故障发生频率。
3.故障处理
3.1齿轮箱故障处理
因受机组结构、机舱空间、现场环境等因素的限制，齿轮箱整体下架维修仍是现阶段齿轮箱最主流的维修方式。
随着风电场设计运行时间的增加，齿轮箱更换将是重要且必要的课题。齿轮箱整体更换做法通常分为两种：一种是严格按照风电机组安装过程的逆过程来作业，即先拆除叶片，然后将齿轮箱和主轴整体吊至地面，并拆除齿轮箱返厂维修，安全性高但耗时长，成本高且电量损失大；另一种是在空中进行齿轮箱更换，不拆除叶片而是直接在机舱中拆除齿轮箱并进行更换，耗时短且损失小，但是工序复杂、作业难度大、风险性高。第一种更换方式不仅需要额外的吊装船来放置叶片和发电机等大部件，而且整体拆卸和回装双倍耗时非常长，实际中多选择第二种空中更换齿轮箱的技术方案。
3.2风机齿轮箱故障预警方法研究
1.仿真分析预测法
大型风电机组齿轮箱齿轮设计运行失效主要表现形式分为以下几点：1.点蚀；2. 断齿；3.胶合；4.磨损等形式。其中失效故障关键因素在于齿轮箱的齿轮润滑系统，针对此关键因素，本文选取仿真分析预测警示方式，对齿轮箱齿轮润滑系统进行仿真模拟，通过仿真模拟试验得出相关结论，齿轮箱在运行时，会发生漏油以及传动系统磨损问题。因此在齿轮箱发生故障时利用此方法对齿轮箱运行状态进行模拟仿真，对仿真结果进行预测，从而减少故障发生率。
2.油品性能检测预测法
现阶段，我国风机齿轮润滑油的检测仍是在实验室完成。风机运行一段时间后，操作人员对齿轮箱润滑油进行取样分析。检测过程包括润滑油质量的检测和齿轮机构磨损程度的检测。根据实践经验，如果在润滑油中渗入过多的水，油中的油泥会变得更多，润滑油的润滑效果会降低。从定量方面来说，例如，当润滑油中的水含量超过0.1%时，油的性能将发生变化。当润滑油中的含水量超过0.4%时，润滑油的润滑效果将受到严重影响，从而导致齿轮或轴承因过度摩擦而产生失效问题。因此在油品性能检测中可以使用相关分析法对润滑油中的杂质进行分析，从而得出相关分析结果。
例如：在油品性能检测中可以选取SEM/EDX等分析方法对润滑油中颗粒的污染程度和磨损程度进行分析，同时利用分析检测结果进行在线检测，设计运行此方法不仅可以对油液质量进行分析，同时可以进行实时监控，及时对设计运行中存在的问题进行及时处理，进一步对齿轮箱关键部件磨损问题进行研究，提升实时监控系统效率，减少故障发生几率，尽量杜绝故障发生。
结语
综上所述，目前我国风电行业已成为支柱产业，可以与发到国家比肩媲美，由于能源可利用率持续降低，促使我国风电产业进一步升级。风能作为新能源逐渐被国民利用，风力发电以及风能属于清洁可再生能源，已受到世界各国人民密切关注。因此在大型风电齿轮箱设计运行中，要减少其故障问题发生率，做好故障处理以及故障预警工作，对大型风电齿轮箱关键部位设计技术进行研究与分析，方便后期制造中可选取适用的技术方案，减少后期因设计问题导致故障发生。此外，本文对大型风电齿轮箱故障特性，减少后期故障发生率，减少齿轮磨损问题，提高使用寿命做出阐述。以全方位角度对大型风电机组齿轮箱故障以及设计关键部位技术做出分析，对故障问题进行处理，研究风险预警，减少故障发生几率，保证大型风电机组正常稳定运行。
参考文献：
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[2]张敏锐,胡蕴成,高原生,等.用于风力发电机组齿轮箱测试台的方法：中国,20061002118[P].2006-06-14.