風力發(fā)電機齒輪箱

風力發(fā)電機齒輪箱第一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五概述風力發(fā)電機組由葉片、增速齒輪箱、風葉控制系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、發(fā)電機、塔架等組成。其中增速齒輪箱作為其傳動系統(tǒng)起到動力傳輸?shù)淖饔?，使葉片的轉速通過增速齒輪箱增速，使其轉速達到發(fā)電機的額定轉速，以供發(fā)電機能正常發(fā)電。因此增速齒輪箱設計及制造相當關鍵。同時風力發(fā)電機組增速齒輪箱由于其使用條件的限制，要求體積小，重量輕，性能優(yōu)良，運行可靠，故障率低。第二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五隨著風電行業(yè)的發(fā)展，更多更大功率的機組投入商業(yè)化運營，因而其維修費用更高。雖然世界上著明的齒輪箱制造企業(yè)，如德國的Renk公司，F(xiàn)lender公司，JA/KE公司，Eickhoof公司以及一些中小企業(yè)在這方面都作了研究，并且有的企業(yè)也付出了很大的代價，但目前世界風電行業(yè)所用增速齒輪箱仍然事故較多。因此，采用先進技術，分析其它企業(yè)失敗的原因，總結和吸收以往開發(fā)其它項目齒輪箱成功的經(jīng)驗，研制高技術性能，高可靠性和良好的可維修性的增速齒輪箱是兆瓦級風力發(fā)電機組的關鍵技術保障。第三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五一、風電齒輪箱的傳動結構類型與工作原理第四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五第五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五1000KW齒輪箱第六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五1500KW齒輪箱第七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五齒輪箱工作原理（以600KW齒輪箱為例）第八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五齒輪箱的結構原理圖見上圖。結構上采用行星—平行軸混合傳動的緊湊結構；低速級轉速低，扭矩大，采用行星傳動，且主要以太陽輪浮動均載為主。第二級、第三級扭矩小得多，采用斜齒傳動，能有效的保證葉尖高壓油通道。其具體原理為：首先，通過風帶動葉片轉動，葉片把轉速傳到輸入軸（1）上。通過輸入軸（1）上的花鍵把力矩傳到行星架（2）上，行星架通過內齒圈（3）行星輪（4）和太陽輪（5）組成的行星傳動傳到太陽輪（5）上，太陽輪（5）通過另一端的花鍵把力矩傳到大齒輪（6）上，大齒輪（6）通過齒輪傳動把力矩傳到齒輪軸（7）上，齒輪軸（7）通過軸上的大齒輪把力矩傳到輸出軸（8）上。輸出軸（8）通過輸出軸軸伸端把力矩和轉速傳到發(fā)電機上，供發(fā)電機發(fā)電。第九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五二、齒輪、軸承潤滑機理齒輪和軸承在轉動過程中它們實際都是非直接接觸，這中間是靠潤滑油建成油膜，使其形成非接觸式的滾動和滑動，這時油起到了潤滑的作用。雖然它們是非接觸的滾動和滑動，但由于加工精度等原因使其轉動都有相對的滾動摩擦和滑動摩擦，這都會產生一定的熱量。如果這些熱量在它們轉動的過程中沒有消除，勢必會越集越多，最后導致高溫燒毀齒輪和軸承。因此齒輪和軸承在轉動過程中必須用潤滑油來進行冷卻。所以潤滑油一方面起潤滑作用，另一方面起冷卻作用。第十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五對于風電齒輪箱，對于所有的齒輪和軸承我們都要采用強制潤滑。原因有：1、強制潤滑可以進行監(jiān)控，而飛濺潤滑是監(jiān)控不了的。從安全性考慮采用強制潤滑。2、現(xiàn)在風電齒輪箱功率越來越大，其功率損耗也越來越大，因此飛濺潤滑已經(jīng)滿足不了冷卻的作用。這是需要進行強制潤滑。下為潤滑實例：（以1500KW齒輪箱為例）第十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五第十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五第十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五三、風電齒輪箱的損壞類型及其判斷損壞部件故障比例（%）損壞表現(xiàn)形式齒輪60斷齒、點蝕、膠合、磨損、疲勞裂紋、其他軸承19燒傷、滾珠脫出、保持架變形軸10斷裂、磨損箱體7變形、裂開緊固件3斷裂油封1磨損第十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五上表中列舉了齒輪箱中各類零件損壞的百分比。由表可見，在齒輪箱中齒輪本身的故障所占比重大，為60%。說明在齒輪傳動系統(tǒng)中齒輪本身的制造、裝配質量及其運行維護水平是關鍵問題。齒輪在機械加工中是一種高度復雜的成形零件，而在高速、重載下運行的齒輪，其工作條件又相對比其他零部件惡劣。

第十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五第十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五第十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五四、風電齒輪箱的使用、維護和檢查以1500KW齒輪箱為例說明：1、運行前的檢查：1.1安裝完后，所有多余材料、工具、安裝用的工裝設備都應拿走。1.2連接螺栓是否擰緊。1.3齒輪箱殼體的連接螺栓是否擰緊。1.4手動盤車有無阻滯現(xiàn)象。1.5油量是否達到油標刻度。從減速箱的通氣帽處加入規(guī)定的清潔潤滑油，注油時用不少于80目的濾網(wǎng)過濾，以防雜物進入箱內。滑油用量約260L。第十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五2、試運轉齒輪箱出廠前已進行過空載試驗，建議用戶在齒輪箱首次運行前10小時內注意下列事項：檢查齒輪、軸承供油是否正常，吸油是否暢通。在運轉過程中，每30分鐘記錄一次油溫及軸承部位溫度。注意齒輪箱有無異常聲響，檢查箱體各接合面和各可能的泄漏點是否滲油，并及時采取措施，排除故障。在總計運行10小時后，檢查機座螺栓和各連接部位螺栓，必要時予以緊固，檢查所有可能的泄漏點；檢查油位，必要時補充潤滑油。第十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五3、潤滑系統(tǒng)使用要求潤滑油牌號：MobilSHCXMP320潤滑系統(tǒng)由供油裝置、過濾系統(tǒng)、油/風冷卻裝置及中間連接管路組成。控制原理圖如圖：第二十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五第二十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五3.1控制要求：機組未啟動時若油溫⑩低于10℃時，電加熱器②啟動，電動泵③每隔30分鐘啟動工作5分鐘。油溫⑩高于15℃，電加熱器②停止加熱，電動泵③工作，機組啟動。機組啟動溫度必須在油溫⑩高于10℃。電動泵③出口壓力10bar，安全閥設定壓力16bar，出口油壓過高（超過16bar）時，安全閥打開。過濾器⑤最高工作壓力16bar，安全閥設定壓力14bar，當過濾器⑤進口與出口壓力差值超過3.5bar時（在油溫⑩超過40℃時才測定，信號采集至少90分鐘），傳感器發(fā)出信號且紅燈亮（綠燈表示工作正常）。第二十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五風冷器⑥工作壓力25bar，最大允許流量140L/min，風冷器⑥的風扇電機在油溫＞60℃或高速軸軸承溫度⑾＞75℃時打開，油溫回落至50℃且高速軸軸承溫度⑾＜70℃時，風冷器⑥的風扇電機停止運轉。壓力控制器⑦的壓力監(jiān)測范圍為0.5-6bar，不在此范圍內時報警（油溫70℃時壓力要求≥0.5bar，油溫低于10℃時壓力要求≤6bar），若壓力＜0.5bar時，報警持續(xù)超過5秒則停機。液位下降至設定值時液位開關⑨發(fā)出報警信號。油溫⑩溫度不允許超過70℃，否則齒輪箱停機。高速軸軸承溫度⑾不允許超過80℃，否則齒輪箱停機。第二十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五3.2安裝要求供油裝置應安裝在齒輪箱附近，泵吸油管越短越好，其長度以不大于1米為宜。為保證冷卻效果，油/風冷卻裝置應安裝在通風處。中間連接管路按相關的液壓、潤滑安裝規(guī)范進行安裝，保證各連接處不泄漏。供油裝置投入運行前，必須確認齒輪箱內部清潔度達到ISO440617/15/12級，潤滑油清潔度等級達到ISO440617/15/12級。

第二十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五3.3使用與維護3.3.1首次啟動時應注意油泵電機轉向是否正確。過濾系統(tǒng)入口處設有測壓點，可用測壓表（用戶自備）檢測泵的出口壓力。過濾系統(tǒng)上裝有濾油器污染發(fā)訊器，當濾油器進出油口壓差達到3.5bar時，污染法訊器發(fā)出電訊號，同時污染發(fā)訊器上也有燈光顯示，此時應及時更換濾芯。如果更換濾芯不及時，濾油器進口壓力達到14bar時，濾油器旁通閥將會開啟，此時濾油器將失去過濾作用，齒輪箱必須停止運轉！第二十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五3.3.2濾芯的更換過程：更換濾芯時必須確認供油裝置處于停機狀態(tài)，濾油器必須卸壓（壓力表顯示0bar狀態(tài)）。可以通過擰松濾筒底部的排油螺塞卸壓（工作時必須擰緊）。更換濾芯步驟：旋下濾筒，取出舊濾芯。清洗濾筒，把新濾芯裝上，旋上濾筒。旋緊濾筒，再回松1/4圈。更換濾芯后，重新啟動工作，注意觀察壓力表工作壓力。第二十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五3.3.3旁路過濾當齒輪箱長時間運行后，箱體內部潤滑油會逐漸污染，底部沉淀顆粒狀污染物。為提高潤滑系統(tǒng)清潔度，延長過濾器使用壽命，可對齒輪箱進行旁路沖洗過濾。旁路過濾裝置由用戶自備，箱體上預留有安裝接口。第二十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五3.3.4低溫啟動冬季低溫狀態(tài)時機組啟動必須考慮油液的加熱。當油溫低于-10℃時可通過電加熱器將油溫升到10℃以上；當油溫低于-10℃至-30℃時由于潤滑油粘度太大，則應采用專用的低溫旁路加熱系統(tǒng)加熱油液。低溫旁路加熱系統(tǒng)由用戶自備，箱體上預留有安裝接口,該接口與旁路過濾裝置接口共用。第二十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五4、齒輪箱維護4.1檢查螺栓和螺母是否緊固所有在表（一）中列出的螺栓聯(lián)接必須檢查是否緊固。在表（一）中包括這些螺栓的相關數(shù)據(jù)，例如扭矩和扳手尺寸。并不是所有的螺栓都需要一一檢查，要檢查的數(shù)目在表中也有指出。如果在齒輪箱中重復出現(xiàn)相同規(guī)格的螺栓，那么在表中只列出一次。檢查螺栓聯(lián)接必須使用經(jīng)過校正的扭力扳手和液壓扳手。如果被檢查的螺栓數(shù)目少于實際數(shù)目，那么在這些檢查過的螺栓上必須作標記，下次檢查其它的螺栓。如果在檢查的螺栓中有一個因松動而達不到指定扭矩，那么所有的螺栓都必須檢查。

第二十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五第三十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五4.2腐蝕狀況和泄漏情況檢查檢查所有部件的腐蝕狀況。如果發(fā)現(xiàn)外表面有腐蝕，必須立刻按照覆蓋層說明書對該部件進行處理。檢查所有部件，特別是齒輪箱、液壓系統(tǒng)、剎車和油液泄漏。必須排除泄漏并找出到泄漏原因。必須更換損壞部件并清理被污染的區(qū)域。第三十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五4.3運行的異常噪音檢查必須檢查運行部件的異常噪音，要特別注意主軸軸承、剎車裝置在運行中的噪音。

第三十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五4.4齒輪箱在維護齒輪箱之前，必須使風機安全停機，并確保不會因為誤操作而啟動（確保剎車可靠和風輪鎖緊）。第三十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五4.4.1檢查齒輪箱是否有異常噪音運行時是否有異常的噪音。4.4.2檢查油位從油標檢查齒輪箱的油位。4.4.3檢查齒輪箱是否有泄漏檢查所有的凹槽、迷宮環(huán)和泄漏油液的流跡。第三十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五4.4.4檢查油液狀況在500小時后必須進行油液的抽樣檢查，不管運行狀況如何抽樣的時間不能遲于一年。抽樣檢查油液對于評定各種油液的特性（粘性、老化水融性等）是非常重要的。油液檢查后的結果應該告訴你的油液供應商。第三十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五更換油液如果使用礦物油必須每2年更換一次，如果使用人工合成油必須每3年更換一次；油液若從外觀上就發(fā)現(xiàn)變性，應該立即更換。油液更換時，必須使用和先前同一牌號的油液。不允許使用混合油或不同生產廠家的油液。要特別指出的是，人工合成油并不是不同礦物油或其它不同油液的簡單混合。如果從礦物油換到合成油，或是從合成油換到礦物油，在注入新油液之前必須徹底清洗齒輪箱。在更換油液時，為了清除箱底的雜質、鐵屑和殘留油液，齒輪箱必須用新油液進行沖洗。高粘度的油液必須進行預熱。新油液應該在齒輪箱徹底清洗后注入。注意：舊的油液應該在停機后齒輪箱冷卻之前盡快排出。第三十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五換油步驟：在放油球閥下放置合適的積油容器。卸下箱體頂部的空氣濾清帽。把油槽及凹處的殘留油液吸出，或用新油進行沖洗，這樣也可以把油槽中的雜質清除干凈。清潔位于放油堵頭處的磁鐵。擰緊放油堵頭（檢查油封：堵頭處受壓的油封可能失效，必要時可更換油封）。卸下觀察蓋板進行檢查。將新的油液過濾后注入齒輪箱(過濾精度:30μm以上)。必須使油液液位達到液位計的標注刻度處，以保證可以軸承和齒輪潤滑可靠。檢查油位(油液必須加到油標的中部)。蓋上觀察蓋板，裝上空氣濾清帽。第三十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五4.4.5檢查齒輪檢查有可能損傷的齒輪嚙合面。4.4.6清潔空氣濾清帽必須每年清潔空氣濾清帽，先擰下空氣濾清帽，然后用清洗劑進行清洗，待干燥后在擰上。4.4.7檢查齒輪箱的彈性支撐是否有損傷必須檢查彈性支撐的磨損狀況，是否有裂縫以及老化情況。如果發(fā)現(xiàn)有明顯的老化痕跡，必須予以更換。第三十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五4.4.8潤滑冷卻循環(huán)系統(tǒng)4.4.8.1檢查系統(tǒng)是否有泄漏檢查所有的接頭和油管是否有泄漏。必須排除所有的泄漏并找到泄漏原因。4.4.8.2檢查軟管是否老化檢查在潤滑冷卻循環(huán)系統(tǒng)中的軟管是否老化，是否有裂紋。如果發(fā)現(xiàn)軟管的表面有老化痕跡和過多的裂紋，必須進行更換。4.4.8.3檢查各傳感器開關是否工作正常如果傳感器失靈或損壞，請立即更換。第三十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五4.4.9安全剎車4.4.9.1檢查剎車圓盤的外表面以及上面是否有油污必須確保剎車圓盤上沒有油污。如果發(fā)現(xiàn)有油污，必須找到原因并加以排除。并且必須更換制動塊。4.4.9.2檢查圓盤表面：必須保證圓盤表面平整，圓盤邊緣沒有條紋狀裂紋，如果發(fā)現(xiàn)有問題，圓盤和制動塊必須更換。4.4.9.3檢查制動塊必須定期檢查制動塊的磨損情況，確保各制動塊有1mm的摩擦層（也就是說保證圓盤和制動塊之間有2.25mm的間隙）。4.4.9.4檢查剎車夾鉗檢查剎車夾鉗是否有油污，或者其它黏附物，任何污染物都必須清除。 檢查剎車夾鉗的腐蝕狀況。如果發(fā)現(xiàn)有腐蝕地方必須清除，并對腐蝕區(qū)域加以防護。第四十頁，共四十四頁