（国华（河北）新能源有限公司 河北张家口 075000）
摘要：齿轮箱中轴承具有传递运动、扭矩以及变速等功能，一旦轴承出现故障，会严重影响齿轮箱的正常使用。若齿轮出现故障，其中60%的原因是由于齿轮失效引发的。现阶段对齿轮箱出现的故障进行诊断时，会采用振动法、油液分析法以及混沌诊断识别法。齿轮箱进入到运行状态，齿轮箱内的组成部分，包括轴、齿轮以及轴承等零件，都会处在振动的状态，受到振动的影响，轴承会出现点蚀情况，或者由于高温、轴面磨损等，导致轴承无法继续工作，严重影响发电机组正常的运行。
关键词：风力发电机组；齿轮箱轴承；故障诊断
风力发电机组作为我国主推的清洁可再生能源的一种主要发电设备，虽经过最近几十年的探索和技术的不断提升，风力发电设备的运行以及维护都已经有了专业的技术支撑。但是，由于风力发电机组的运行环境恶劣，所处地理位置复杂多变，而且我国风力发电机组并网的规模也越来越大，风力发电机组运行的工作状况也变得越来越复杂。同时，在进行检修维护的时候，工作人员将会面临上百台风力发电机组，有时候会更多，甚至上千台都有。这种情况下，如果仍然依靠传统的方法，安排运维检修人员进行手动逐台机组现场检查维护，不仅工作效率低下，投入的运维成本增大，而且还不能实现快速、及时的处理故障的目的，我国对风力发电机组进行运行维护也形成了一定的困难。
1风力发电机组齿轮箱概述
风力发电机组齿轮箱位于风轮和发电机之间，主要功能是将风轮在风力作用下产生的动能传递给发电机，并将叶轮的低转速提高到发电机所要求的的高转速。齿轮箱作为传递动力的部件，在运行期间同时承受动、静载荷。其动载荷部分取决于风轮、发电机的特性和传动轴、联轴器的质量、刚度、阻尼值以及发电机的外部工作条件。新疆某风电场选用华锐风机SL1500/82机型，齿轮箱主要由箱体、太阳轮、行星轮、行星架、轴、齿轮、齿轮轴、轴承等零件组成，主轴内置于齿轮箱的内部。不需要现场主轴对中;主轴轴承采用稀油润滑,效果更好；大大减小了机舱的体积。采用两级行星、一级平行轴机构传动，提高了速比，降低了齿轮箱的体积。采用先进的润滑与冷却系统，使每个润滑点都可以得到充分的润滑，确保了齿轮箱的使用寿命。
2齿轮箱故障分析方法
齿轮箱出现故障时，需要工作人员对其进行充分的分析，主要分析齿轮齿形存在的误差、箱体出现共振、轴承点蚀、高温、轴面磨损以及转轴弯曲等。通过对齿轮箱出现的故障特征进行深入的了解，工作人员应按照故障分析的标准，采用加速度时域分析、频域分析等方法，收集齿轮箱在振动状态下发出的信号，将齿轮箱产生的平均振动能量、时域峰值等参数作为研究对象，判断齿轮箱整体振动情况。采用速度时域分析方法，将平均振动能量、时域信号峰值等参数进行诊断，以便确定引发齿轮箱故障的原因。采用频谱分析方法，是将齿轮箱在振动状态下，对齿轮的啮合频率、加速度信号以及外环固有频率进行检测，以便寻找的齿轮箱故障的引发因素。目前在对齿轮箱故障分析时，通常会在工业现场环境中进行，为获得更加准确的故障分析数据，一般会对齿轮的征兆状态进行检测，并且会真实地反映出齿轮故障的位置、影响范围以及性质等，为工作人员提供必要的参考依据，从而采用针对性的措施解决齿轮箱出现的故障。
3风力发电机组传动系统典型故障诊断
3.1高速轴磨损失效分析
齿轮箱高速轴轴承温度瞬间超限，高速轴输出端轴颈、端盖、甩油环等组件磨损烧毁严重，高速轴后轴承外圈与挡油环静接触面有明显周向磨损但轴承内圈和滚珠正常，高速轴齿面、高速轴其余轴承以及锁紧螺母正常。失效原因分析：从拆解情况可看出高速轴端盖、甩油环、挡油环和轴承均有不同程度的损伤，甩油环与高速轴摩擦导致高速轴轴颈表面严重拉伤、输出端盖磨损变形表面烧糊，挡油环与轴承静接触面周向磨损严重。但轴承外圈和挡油环之间有内螺纹圆柱销周向定位，为静接触，不应出现磨损。在检查输出端盖定位销尺寸室发现销孔深度比图纸设计要深约3mm，若定位销在运行中退出，则定位销起不到周向定位的作用。失效结论：输出端盖定位销孔尺寸加工有误，在高速运行过程中定位销退出未能起到定位作用，导致轴承外圈与挡油环摩擦并产生大量热量并引起高速轴窜轴等问题。
3.2齿轮箱箱体主螺栓断裂失效分析
齿轮箱油位低，观察孔盖结合面漏油，后箱体与内齿圈多颗双头连接螺柱断裂。失效原因分析：将断裂的螺栓进行检测，从宏观观察发现各螺栓断裂形式及断口形貌一致，断口均存在明显的光亮区（疲劳区）和粗糙区（瞬断区），断口边缘螺纹底部有微裂纹而非断口处的螺纹底部无微裂纹等；从化学成分分析各螺栓材料符合42CrMo的技术要求；从金相组织检测结果看夹杂物检测未脱碳深度均满足相关标准要求；从硬度测试检测看，螺栓满足10.9级螺栓标准要求硬度。失效结论：齿轮箱工作时，运行过程中风况不稳定、无规律，风速变化快，齿轮箱不可避免地发生振动。
伴随齿轮箱的运转，部分螺栓出现轻微松动现象，螺栓在反复外力作用下，产生微裂纹，裂纹逐渐扩展，直至螺栓最终断裂失效。
3.3滚动轴承故障诊断
在传动系统中，滚动轴承是重要的装置。滚动轴承一般由内环、外环、滚动体以及保持架构成。在发电机组内配置滚动轴承，是发挥滚动轴承具有的效率高、易于润涵以及摩擦阻力小等优势。但是，滚动轴承在使用过程中，会出现较大的噪音，同时，无法承受较大的冲击力。若滚动轴承出现故障，极易引发发电机组出现大范围的损坏情况。在对滚动轴承故障进行分析时，主要故障特征分为以下几个方面：第一，轴承内环出现剥落或者点蚀情况。使用频谱对内环进行检测，会出现较为明显的谐波变化；第二，外环出现剥落或者点蚀情况。使用频谱进行检测，此时故障特征为无变频、无调幅情况；第三，滚动体出现剥落或者点蚀情况时，在故障位置会出现明显的调制峰群特征；第四，保持架出现变形或者脱落。使用频谱进行检测，发现保持架出现特征频率以及谐波。此外，滚动轴承的故障形式分为以下几种，分别为疲劳剥落故障、磨损故障、裂纹和断裂故障以及压痕故障。
3.4齿轮箱油温高故障诊断
齿轮箱油温最高不应超过80℃，不同轴承间的温差不得超过15℃。一般的齿轮箱都设置有冷却器和加热器，当温度低于10℃时，加热器会自动对油池进行加热；当油温高于45℃时，油路会自动进入冷却器管路，经冷却降温后再进行润滑油路。如齿轮箱出现异常高温现象，则要仔细观察，判断发生故障的原因。检查润滑油是否短缺，冷却管路是否起到冷却作用，检查各传动零部件有无卡滞现象，检查机组振动情况，相关接头是否松动等。
4齿轮箱失效预防处理
大部分的齿轮箱失效和缺陷都是可以采取合理有效的手段预防和避免，根据现场实际运维经验以及风机生产制造企业的技术反馈，可以从以下几点对齿轮箱失效进行预防处理并监测齿轮箱劣化趋势和运行状态。
4.1强化设备质量监督机制
建立覆盖设计、生产、运行全过程的质量监督管理机制，完善风电机组运行质量监测评价体系，定期开展风电机组运行情况综合评价。完善风电机组关键零部件、施工装备、工程技术和风电场运行、维护、安全等标准，强化落实标准执行。对已出现失效情况的同批次产品制定技改方案和技改计划并按期完成技改工作。
4.2建立良好的维护检修标准
为保证齿轮箱正常运行，必须对齿轮箱进行随机监控和定期检查。定期对齿轮箱工作温度、清洁度、噪声、振动、轴承及齿轮、油液及整体运行情况等进行检查；定期清理润滑油滤芯和更换润滑油。重点要做好齿轮箱的螺栓力矩检查、轴系对中、润滑油取样化验，并根据化验的数据参数建立油品分析台账。齿轮箱内部检查可以辅助内窥镜等器械，强化齿轮箱内部啮合部件运行工况的检查。
4.3使用振动在线监测技术
风电机组应具有一套独立于控制系统之外的监测保护系统，目前市场上技术比较成熟的齿轮箱故障诊断技术就是风电机组振动在线监测系统，其能够对风机传动系统中的主轴、齿轮箱、发电机振动数据和转速数据实时监测，对风机劣化趋势、异常工况进行预警及诊断，实现对风机早期故障征兆的及时捕捉、准确预判、诊断和预知性维护。
4.4液压系统故障预防措施
为了预防液压系统故障需要对零部件进行及时的检查并更换老化和损坏的零部件，还需要加强控制系统中蓄能器的质量检查使其不会出现油压控制失效的情况。此外，还需要及时检查和更换密封圈并做好密封圈的清洁工作。
结论
风力发电机组出现故障时，需要以科学的角度判定引发风力发电系统出现故障的原因。一旦风力发电机组齿轮箱出现故障，工作人员应对机组内的传统系统进行充分的分析，逐一排查系统内不同装置存在的故障因素。但是，受到故障诊断条件的影响，只能通过理论依据以及试验等方法，对发电机组内齿轮箱轴承出现的故障进行模拟分析，还未能通过在线测试的方法获得准确的数据。在对齿轮箱轴承故障进行分析时，应以复合故障诊断和混合智能故障诊断等技术，作为检测故障的方法，有助于提升检测效率，高效处理轴承出现的故障。
参考文献：
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