乌海强
福建省福能新能源有限责任公司，福建省 莆田市 351100
摘要：课题对我国应用最为广泛的1500型风力发电机传动系统常见故障展开研究，从1500型发电机传动系统的组成结构，各部位功能以及工作中的应力分布情况展开研究，分析常见的传动故障原因，并提出风力发电机组安全可靠运行，降低故障发生概率的维护维修技术方法。
关键字：风力发电机组；传动系统；齿轮箱
1.国产1500型发电机组传动系统结构分析
1500型风力发电机组是我国自主研发的一种风力发电设备，该设备技术成熟，生产成本较低，并具备变桨、变速恒频等先进功能，可以高效的利用陆地风能进行发电工作。
1.1风轮
风轮是风力发电机组的核心部件，是风力发电机组与其他类型发电机组最根本的区别，风力发电机组通过风轮设备将风的动能转化为机械能量。风轮由叶片、轮毂两部分组成。其中叶片是风能的承载部件，叶片的形状、结构决定发电机组的发电效率以及功率。1500型发电机组使用的玻璃纤维增强环氧树脂材料的变速变桨叶片，叶片中安装有防雷装置。轮毂是叶片与发电机组主轴的连接装置，叶片通过轮毂与主轴连接，轮毂属于承重、承载装饰，需要承担发电机组工作中由叶片产生的推力、扭矩、弯矩和陀螺力矩。轮毂结构种类较多，目前使用最广的是铸造球星结构。轮毂中安装的启动刹车是实现发电机组变桨的重要装置，通过气动刹车改变叶片角度，从而实现对发电机组的功率控制，也是主要动制动部件。
1.2主轴
主轴是风力发电机组中承重以及传速的重要部件，是发电机组运行不可缺少的部件之一，工作中在陆地风能的作用下叶片旋转带动轮毂和主轴将风能转化为机械能传递给变速箱。并将叶片转动过程中产生的轴向推力、启动弯矩传递给机舱以及搭架。
1.3齿轮箱
齿轮箱是传动系统中的变速部件，齿轮箱将风轮转速增加到发电机组要求的转速，现阶段我国多数风力发电场所处区域，自然风力无法将叶片转速增加到发电机需求转速，需要通过齿轮箱进行变速，达到发电需求。
1.4联轴器与安全离合器
联轴器和离合器是将不同部件的两根轴连接起来的重要工具，其中联轴器用于固定装置的连接，连接后在机器运转过程中，两根轴一起转动不能分离，离合器则可以在设备运行中，随时实现两根轴的连接与分离。
1.5风力发电机
风力发电机是将叶轮提供的机械能量，转换为电能。发电机的定子直接连接到三相电源上，转子和变频器相接，发电机转速范围一般处于1000r-2000r/min之间。
2.风力发电机组传动系统常见故障分析及处理方法
风力发电机组结构复杂，工作负荷大且处于室外环境，运行中存在多种运行故障，其中风力发电机组传统系统故障概率最高。对风力发电机组传动系统进行故障分析与研究，可以对常见故障进行有效的预防，提早发现故障，降低故障影响，也可以减少重复故障的发生。
2.1叶片常见故障分析
2.1.1叶片表面有砂眼
风力发电机设备一般处于室外环境下，设备磨损消耗较大，叶片虽然表面喷涂了防腐的保护层。但在叶片表面失去保护层厚，在风沙抽磨以及雨水腐蚀的作用下，容易出现由细小沙眼形成麻面。沙眼麻面在生成后，在遭遇下雨天气后砂眼内部会存储雨水，导致内部湿度增加，腐蚀现象加剧，同时风力发电机组的避雷性能会严重的降低。
2.1.2叶片自然开裂
风力发电机叶片在运转5年后，叶片上喷涂的树脂胶衣不可避免的会出现磨损。磨损后会直接导致原始叶片的内粘合受力面积不均匀、受力点不均匀的现象，提高了自然开裂的几率。
2.1.3叶片折断
叶片折断是风力发电机组的常见故障，几乎每一个风力发电厂均发生过叶片折断的事故。叶片折断事故是由于发电机组振动、叶片裂纹没有及时发现以及恶劣天气导致的。其中发电机组振动以及恶劣天气几乎没有办法完全规避，但叶片裂痕可以通过加强巡检工作质量，来尽早发现，在断裂事故发生前进行更换或维修。
2.1.4叶片遭遇雷击
风力发电设备一般高度超过60米，同时地处郊区，高度范围远超其他建筑物，在雷雨天气极易发生雷击。风力发电机组的叶片中一般安装有避雷设备，在一般情况下，避雷设备可以有效的降低雷击事故发生的可能，但在叶片出现通腔沙眼、叶间进水、叶片软胎现象后，防雷击设备的作用将大大的降低，在雷雨天气雷击事故的发生概率就会大大提高。因此应提高叶片设备的抗腐蚀以及抗风沙磨损的能力，选择抗性更高的材料进行生产，其次，要在加厚叶片表面的胶衣，并定期检查胶衣腐蚀破损情况，及时的进行补损更换。
2.2齿轮箱常见故障分析及解决方法
2.2.1齿轮损伤
齿轮箱齿轮损伤会直接造成齿轮的损坏与断裂，导致齿轮箱无法正常工作甚至直接报废。造成齿轮损伤的原因主要有齿轮疲劳、齿面胶合、轮齿折断等三方面因素导致。其中齿面疲劳是在齿轮受到较大的应力作用下，齿轮表面或内部产生了大量的疲劳裂缝，裂缝产生后会伴随齿轮使用而进一步的延伸最终造成齿轮损伤的发生；齿面胶合是由于齿轮工作环境的润滑条件较差，导致齿轮工作中边界润滑膜受到破坏，在运转过程中齿面金属熔化而撕落齿面上金属的现象；轮齿折断一般分为过载折断、疲劳折断、随机性折断三种。其中，过载折断是由于齿轮在工作中受到超过去最大承受强度的应力，导致其内部裂缝迅速的或长，最终造成折断，一般因为冲击超载、轴承损坏、轴弯曲或大物件挤压等原因造成，因此为了规避此类故障，在齿轮箱设计中，必须充分考虑在运转中齿轮可能承受的冲击力，充分考虑过载因素，安装时应防止箱体变形，防止异物进入箱体内部；疲劳折断是因为齿轮在短时间内承受较高疲劳的高负荷应力，从危险截面的疲劳源开始产生疲劳裂纹并不断的扩展，最终导致齿轮剩余截面上的应力超过极限应力，造成瞬时的折断。该问题产生原因多为设计载荷预估不足、材料选用不当、齿轮精度过低、热处理裂纹、齿根应力集中等。因此在设计中要充分考虑齿轮在传动过程中的综合载荷，优选齿轮参数，优化齿轮的铸造材料，充分保证齿轮加工的精度，消除应力集中等问题；随机断裂由于齿轮存在明显的材料缺陷或生产缺陷，导致局部应力较大，造成损坏。
2.2.2轴承损坏
轴承是齿轮箱中最为重要的零部件之一，轴承损坏维修难度较高，会造成齿轮箱的报废。轴承损坏一般是由于轴承本身制造材料不符合使用需求。或在安装、润滑、维护等方面存在严重的工作失误，造成了轴承部件的损坏和失效。轴承损坏的规避应从下述两方面进行，首先要确保轴承质量符合使用需求，其次，轴承设备安装的合规性，最后应建立完善的维护保养制度。
2.2.3润滑油油位低
齿轮箱是一个对润滑环境质量有极高要求设备，许多齿轮箱故障以及损坏其根本原因，是由于润滑效果差或润滑油液位低造成。当齿轮箱中润滑油低于油位的下限时，齿轮箱内部的浮子开关动作停机造成齿轮箱故障。
风力发电机组在出现润滑油液位低时，应及时到现场检查润滑油油位，必要时需要对传感器设备进行功能测试，切记避免盲目的复位开机。
2.2.4润滑油泵过载
润滑油泵过载造成的一些系列损伤及故障有明显的季节性差异，在天气寒冷的北方冬季故障发生概率最高。在低温环境下发电机组如果长时间停机后在启机时，齿轮箱自带的加热元件不能充分的对整个齿轮箱进行预热，导致润滑油因低温粘堵升高。液压泵电机负荷会迅速很高，直接导致润滑不良损坏齿面或发生油泵电机烧毁等故障。针对此类问题首先北方冬季应更换适合低温石油的低粘度润滑油，其次，在长时间停机在启动前，应对齿轮箱进行充分预热。
参考文献
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