王浩
国电电力内蒙古新能源开发有限公司 内蒙古呼和浩特 010040
摘要：风力发电机组一般安装在高山、荒野、海滩等风口处，常年经受酷暑、严寒等极端温度及无规律交变载荷作用，加之所处自然环境交通不便,且安装于塔顶狭小空间，一旦故障难于修复，故对其可靠性和使用寿命提出了比一般机械更高的要求，因此本文简要交流一下风机齿轮箱的故障及维护。
关键词：风力发电机、齿轮箱、故障识别、检查维护
1风力发电机齿轮箱的结构组成
齿轮箱是风电机组的重要部件,其主要功能是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。其组成如下：
1.1齿轮和轴
由于传递动力的作用，要求其要有严格的选材和结构设计。一般情况下齿轮毛坯采用轮辐轮缘整体锻件,采用优质合金钢制造。当齿轮顶圆直径在2倍轴径以下时，因齿轮与轴之间的联接所限，常制成轴齿轮的形式。
1.2轴承
轴承是齿轮箱中非常重要的零部件，它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体和保持架4部分组成。按滚动体的形状，滚动轴承分为球轴承和滚子轴承两大类。
1.3箱体
箱体承受来自风轮的作用力和齿轮传动时产生的反力。箱体必须具有足够的刚性去承受力和力矩的作用，防止变形，保证传动质量。
1.4辅助系统
辅助系统包括润滑、冷却、加热、传感器等系统，在油箱和主要的轴承处设置温度传感器以控制油温，在箱体上还设置有相应的仪表和控制线路，用来监测运行数据，以确保齿轮箱的正常运行。
2风力发电机齿轮箱的传动方案
风力发电机组齿轮箱的种类很多，按照传动的布置形式可分为展开式、分流式和同轴式以及混合式等。通常将与风轮主轴相连的输入轴称为低速轴，与发电机相连的轴称为高速轴。
常见的兆瓦级风电机组齿轮箱有如下几种常规传动方案：
2.1一级行星和两级平行轴齿轮传动
行星架将风轮动力传至行星轮，再经过中心太阳轮到平行轴齿轮，经两级平行轴齿轮传递至高速轴输出（图1）。这种结构在1到2MW的机组中应用较多。
2.2两级行星和一级平行轴齿轮传动
两级行星齿轮增速可获得较大增速比，实际应用时在两级行星之外常加上一级平行轴齿轮，错开中心位置，以便利用中心通孔通入电缆或液压管路（图2）。
2.3内啮合齿轮分流定轴传动
将一级行星和两级平行轴齿轮传动结构的行星架与箱体固定在一起，行星齿轮轴也变成固定轴，内齿圈成为主动轮，动力通常由3根齿轮轴分流传至同轴连接的3个大齿轮，再将动力汇合到中心轮传至末级平行轴齿轮（图3）。
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3风力发电机齿轮箱常见故障及预防措施
齿轮箱的常见故障有齿轮损伤、轴承损坏、断轴和油温高等。
3.1齿轮损伤
齿轮损伤的影响因素很多，包括选材、设计计算、加工、热处理、安装调试、润滑和使用维护等。常见的齿轮损伤有轮齿折断和齿面损伤两类。
3.1.1轮齿折断。断齿常由细微裂纹逐步扩展而成，可分为过载折断(包括冲击折断)、疲劳折断以及随机断裂等。
过载折断总是由于作用在轮齿上的应力超过其极限应力，导致裂纹迅速扩展，常见的原因有突然冲击超载、轴承损坏、轴弯曲或较大硬物挤入啮合区等。
疲劳折断发生的根本原因是轮齿在过高的交变应力重复作用下，从危险截面(如齿根)起始的疲劳裂纹不断扩展，使轮齿剩余截面上的应力超过其极限应力，造成瞬时折断。
3.1.2齿面疲劳。齿面疲劳是在过大的接触剪应力和应力循环次数作用下，轮齿表面或表层下面产生疲劳裂纹并进一步扩展而造成的齿面损伤，其表现形式有早期点蚀、破坏性点蚀、齿面剥落和表面压碎等。
3.1.3胶合。胶合是相啮合齿面在啮合处的边界膜受到破坏导致接触齿面金属融焊撕落的的现象。胶合绝大多数是由于润滑条件不好或有干涉引起，适当改善润滑条件和及时排除干涉，可减轻或消除胶合现象。
3.2轴承损坏
轴承在运转过程中，套圈与滚动体表面之间会经受交变载荷的反复作用。由于安装、润滑、维护等方面的原因，产生点蚀、裂纹、表面剥落等缺陷而使轴承失效。通常齿轮箱上都设置轴承温控监测点，同一箱体不同轴承间的温差一般不超过15℃为正常，同时随时检査润滑油的情况。
3.3断轴
断轴原因是轴在制造中没有消除应力集中的因素，在过载或交变应力的作用下，超出了材料的疲劳极限所致。特别是在不同轴径过渡区要有圆滑的圆弧过渡，设计时，轴上的键槽、花键等结构也不能过分降低轴的强度。
3.4油温高
齿轮箱油温最高不应超过80℃，一般的齿轮箱都设置有散热器，当油温高于65℃时，油路会自动进入散热器，经冷却降温后再进入润滑油路。如齿轮箱岀现异常高温现象，首先要检查润滑油供应是否充分；再检查各传动零部件有无卡滞现象；还要检查机组的振动情况，高低速轴连接法兰是否松动等。
4齿轮箱的定期检查与维护
齿轮箱的定期检查与维护，是延长其使用寿命的必要保证。
4.1更换齿轮油
齿轮箱最关键的定期维护就是根据使用说明书规定的周期更换齿轮油，并定期对油品进行化验，根据化验结果按质换油。
4.2检查润滑及冷却系统
检查内容包括：温度传感器和压力传感器的功能是否正常；阀、管路及散热器等位置是否渗漏油；油滤和空滤等过滤器的颜色和杂质情况，定期或失效更换；润滑系统、冷却系统电机的运转与噪声情况；油分配阀、温控阀、旁通阀功能情况。检查周期常为1至2月。
4.3内窥镜检查
当齿轮箱本体运行过程中出现异常噪声，长期温度或压力异常，或振动监测分析或油液监测分析出现异常时，需打开齿轮箱不同位置的观察孔，采用内窥镜检查齿轮、轴承的磨损情况，提前安排检修，防止更严重的损坏。
4.4弹性支撑检查
齿轮箱的弹性支撑不稳固，可增大齿轮箱内部轮齿副的撞击及振动，造成内部结构过快劳损，因此需要检查扭力臂是否发生窜动，弹性支撑中弹性体是否出现龟裂、开裂等老化或发生显著的移位。检查周期为1至2个月。
结束语：本文总结行业内多年来齿轮箱常规损坏情况，立足于用户角度，从介绍齿轮箱的结构组成、传动方案、常见故障及维护方案为行文思路，为用户解决实际问题提供可借鉴的经验，不足之处还望包涵。
参考文献
[1]风力发电职业培训教材.第4分册，风力发电机组检修与维护/龙源电力集团股份有限公司.—北京：中国电力出版社，2016.3
[2]风力发电技术与风电场工程/杨校生主编.—北京：化学工业出版社，2011.10