風(fēng)電增速箱的常見故障及早期診斷維護(hù)課件

風(fēng)電增速箱的常見故障及早期診斷與維護(hù)概述通過對不同增速箱現(xiàn)場異常情況如溫升過高、潤滑油清潔度降低、傳動噪音、振動超標(biāo)、潤滑系統(tǒng)壓力異常等的檢測結(jié)果的分析，論述判斷齒輪箱由于長期處于某些惡劣條件下，如交變載荷或潤滑油失效，引起的齒輪和軸承損壞的檢測方法。分析了齒輪箱出現(xiàn)故障的原因以及應(yīng)采取的措施和常見維護(hù)方法。風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特征1)過去小容量齒輪箱多采用平行軸斜齒輪增速結(jié)構(gòu)，后來減少造價，重量體積過大，500kW以上的風(fēng)電機(jī)組齒輪箱多為平行軸與行星輪的混合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計上可能存在缺陷。2)由于我國有些地區(qū)地形地貌、氣候特征與歐洲相比有特殊性，可能對標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的齒輪箱正常運(yùn)行有一定影響。3)在我國北方地區(qū)，冬季氣溫很低，風(fēng)場極端(短時)最低氣溫達(dá)到-40℃以下，長時間在低溫運(yùn)行，將損壞齒輪箱。因此必須對齒輪箱加溫。另外冬季的極端溫度和夏季高溫溫差大，密封在這種巨大溫差變化中很容易老化損壞，春季的沙塵天氣對增速箱油封壽命也有很大的影響。1、齒輪損壞形式及原因軸磨損斷齒磨損+膠合+斷齒圖1典型風(fēng)電增速箱高速軸破壞圖

表2增速箱齒輪輪齒損傷原因齒輪損壞形式(1)齒輪自身彎曲強(qiáng)度、接觸強(qiáng)度或疲勞強(qiáng)度不夠，制作精度低，熱處理加工有缺陷，可導(dǎo)致齒輪點(diǎn)蝕、磨損、膠合、疲勞裂紋和斷裂。(2)急速剎車時產(chǎn)生的剎車力矩、沖擊載荷，造成齒輪斷裂。(3)外界雜物、齒輪或軸承表層的剝落異物進(jìn)入嚙合區(qū)，導(dǎo)致齒輪的磨損甚至斷裂。齒輪損壞原因(4)潤滑系統(tǒng)工作異常，不能使齒輪正常潤滑，導(dǎo)致齒輪膠合。(5)齒輪和軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生大量的熱，如果熱量不能及時散發(fā)掉，將會導(dǎo)致齒輪的膠合。2、軸承失效形式及原因圖2高速軸軸承滾子脫落3、軸的損壞形式及原因軸的損壞通常有斷軸和磨損，一般斷裂是由于過載所致，磨損是由于軸與軸承發(fā)生相對運(yùn)動，因為軸承內(nèi)圈與軸是通過熱脹冷縮的原理裝上去的，內(nèi)圈隨軸一起旋轉(zhuǎn)，外圈在箱體上固定，通過滾子支承并旋轉(zhuǎn)，但由于軸承失效，滾子將內(nèi)外圈卡住，軸承內(nèi)圈和軸或是外圈和箱體發(fā)生相對運(yùn)動，產(chǎn)生摩擦，在繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中就可能出現(xiàn)將軸承安裝部位包括箱體內(nèi)孔和軸頸磨損或破壞現(xiàn)象。5、緊固件的損壞形式及原因圖4螺栓緊固件斷裂由于軸承經(jīng)過長時間的運(yùn)轉(zhuǎn)，磨損嚴(yán)重，保證不了軸與軸之間的平行度，使得葉片在隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)地過程中不能始終圍繞軸的中心位置旋轉(zhuǎn)，葉片受力不平衡，導(dǎo)致了螺栓斷裂。

增速箱早期診斷方法及工具1、SKF公司的兩種狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

SKF公司CMVA6.0狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

機(jī)組情況描述:機(jī)型NTK300/31(齒輪箱類型:JA/KECS520)額定功率：300kW

監(jiān)測對象：1號齒輪箱為在齒輪箱廠才修過且運(yùn)行不滿1年；2號為有問題齒輪箱取樣/分析程序：1)所有軸承端蓋的水平和垂直方向各取1個點(diǎn)。2)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)，依次在各取樣點(diǎn)提取振幅和頻率數(shù)據(jù)。3)在計算機(jī)中進(jìn)行頻譜分析，得知軸承、齒輪嚙合狀況。若發(fā)現(xiàn)問題，根據(jù)頻譜特征，結(jié)合齒輪箱的運(yùn)行參數(shù)，推斷引起問題的因素。4)建立狀態(tài)分析檔案，跟蹤質(zhì)量檢查。圖5二級增速軸（Ⅲ軸）振動加速度包絡(luò)線頻譜分析：軸承外環(huán)明顯損壞圖6高速軸振動加速度包絡(luò)線頻譜分析：無明顯損壞監(jiān)測結(jié)果：1號齒輪箱：齒輪間嚙合及軸承運(yùn)行工況良好。2號齒輪箱：1)輸入軸：出現(xiàn)齒輪箱的嚙合頻率及其高倍的諧波分量，說明軸承狀態(tài)良好，齒輪運(yùn)行存在缺陷。2)一級增速軸（Ⅱ軸）：輸入端：出現(xiàn)了缺陷頻率和諧波分量，說明軸承狀態(tài)及齒輪運(yùn)行不良。輸出端：出現(xiàn)大量的缺陷頻率和諧波分量并加雜大量邊頻，說明軸承己明顯損壞，齒輪的嚙合不良。3)二級增速軸（Ⅲ軸）：出現(xiàn)不少軸承缺陷特征，說明軸承有問題。4)高速軸：輸出端的振動頻譜說明無明顯的軸承損壞特征。以上監(jiān)測結(jié)果與實(shí)際檢查完全吻合。通過對齒輪箱的狀態(tài)監(jiān)測，我們準(zhǔn)確的找到了故障的位置和故障點(diǎn)，縮短了齒輪箱修理而造成的風(fēng)電機(jī)組停機(jī)時間。2、SKF公司Marlin狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)Marlin系統(tǒng)由三部分組成：狀態(tài)探測器（MCD）、數(shù)據(jù)管理器（MDM）及PRISM4Surveyor應(yīng)用軟件。監(jiān)測過程：

Marlin可通過狀態(tài)探測器（MCD）讀出機(jī)器狀態(tài)，即兩個振動測量值（速度和包絡(luò)加速度）和一個溫度測量值。探測器自動把這些讀數(shù)與預(yù)設(shè)參數(shù)作比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)超出正常值限時立即向操作人員發(fā)出警報。從探測器上發(fā)出的讀數(shù)可立即顯示和存儲在數(shù)據(jù)管理器（MDM）上，數(shù)據(jù)管理器主要作用是輸入、存儲和對機(jī)器狀態(tài)進(jìn)行檢查。PRISM4Surveyor軟件可簡化數(shù)據(jù)的收集、存儲和分析，繪制出歷史趨勢曲線。機(jī)組情況描述：NOEDEXN43功率:600kW檢測對象：風(fēng)電機(jī)組齒輪箱高速端的速度、加速度、溫度進(jìn)行檢測監(jiān)測結(jié)果：數(shù)據(jù)異常，經(jīng)開箱后發(fā)現(xiàn)齒輪油已嚴(yán)重污染，齒輪齒面已有磨損。

Marlin系統(tǒng)的優(yōu)勢①狀態(tài)探測器（MCD）既可單獨(dú)使用，又可與數(shù)據(jù)管理器（MDM）聯(lián)合使用。②由于Marlin系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)既包括振動速度，又包括包絡(luò)加速度，因此我們既可發(fā)現(xiàn)低頻到中頻的故障如不平衡、不對中、轉(zhuǎn)子彎曲、松動等，又可檢測到軸承及齒輪的缺陷。此外，對溫度的測量，可以幫助分析軸承溫度，對故障的判斷起到一定的幫助作用。Marlin系統(tǒng)的不足Marlin系統(tǒng)作為SKF公司的一種較為簡易的狀態(tài)監(jiān)測產(chǎn)品，其分析和診斷功能較為薄弱現(xiàn)場測量點(diǎn)的選擇將齒輪箱前后軸承、發(fā)電機(jī)前后軸承分別作為測量點(diǎn)。。2、油品分析法日常的油品分析可測定潤滑油的運(yùn)動粘度、水分、閃點(diǎn)、凝點(diǎn)和傾點(diǎn)、硫含量、密度、酸值、堿值、色度、殘?zhí)?、灰分、熱值、總沉淀物、機(jī)械雜質(zhì)、不溶物、水分離性、泡沫特性、針入度、滴點(diǎn)、鋼網(wǎng)分油量等，判斷齒輪箱潤滑油是否失效確定更換時間日常油品分析

紅外線光譜分析

隨著機(jī)械設(shè)備工作時間的延長，潤滑油發(fā)生氧化、硝化、硫化、水分的蒸發(fā)、添加劑的分解化合、密度的改變及金屬碎屑的增加等物理化學(xué)變化，這些變化在近紅外光譜吸收區(qū)都會有相應(yīng)的反應(yīng)，因此可以用近紅外光譜分析技術(shù)建立潤滑油吸光度和性能之間的定性甚至定量的關(guān)系。3、探測潤滑油中金屬含量法

判斷金屬是來自齒輪還是軸承，因為二者的金屬元素含量不同。例如：測定金屬中含鉻量

含鉻量高，雜質(zhì)源自軸承，說明軸承磨損嚴(yán)重，繼續(xù)使用可能損壞，改變兩根軸的中心平行度，應(yīng)該停機(jī)換軸承，否則可能會導(dǎo)致齒輪破壞

含鉻量低，雜質(zhì)來自齒輪磨損，軸承能夠正常工作，觀察一下齒輪，沒有明顯的損壞痕跡，可以繼續(xù)使用。下面介紹兩種儀器

美國Bruker公司手持式金屬元素分析儀

牛津手持式X熒光合金分析儀6、振動監(jiān)測法對風(fēng)電傳動鏈進(jìn)行振動在線監(jiān)測，可以起到預(yù)知維修，診斷故障的作用。振動情況能反應(yīng)齒輪或軸承微小的異?；驌p壞。PCH1026低頻結(jié)構(gòu)振動監(jiān)測儀KXZK-振動監(jiān)測儀7、溫升監(jiān)測法風(fēng)電增速箱自身帶有溫度監(jiān)測裝置，需定期觀察溫升，溫升過高應(yīng)立即停機(jī)檢查。無論是國產(chǎn)化制造齒輪箱還是齒輪箱的用戶，在今后運(yùn)行維護(hù)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1)必須深入了解齒輪箱輸入的載荷譜，以及齒輪箱的振動頻譜，通過測試分析找出故障原因，并在設(shè)計制造中進(jìn)行改進(jìn)，如設(shè)計參數(shù)、加工工藝改變。2)對于不同用戶應(yīng)采取不同措施，如陣風(fēng)大，交變應(yīng)力較大的地方，應(yīng)對齒輪箱及軸承進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計。3)低溫時，應(yīng)考慮妥善的加熱方法，以及良好的散熱系統(tǒng)。4)應(yīng)充分監(jiān)視振動頻譜，對齒輪箱故障進(jìn)行預(yù)測，如果齒輪箱軸承或齒輪出現(xiàn)故障特征頻率時，及時分析處理，并不斷進(jìn)行測試最終建立數(shù)據(jù)庫。5)應(yīng)不斷檢查潤滑部位是否充分得到潤滑，以及潤滑劑是否有雜質(zhì)，是否已經(jīng)失效。6)必須對重點(diǎn)部位的溫度進(jìn)行監(jiān)視，對超溫進(jìn)行保護(hù)并及時發(fā)現(xiàn)問題。3、潤滑系統(tǒng)的檢查（1）潤滑系統(tǒng)的控制要求圖7

齒輪箱潤滑系統(tǒng)工作原理圖機(jī)組未啟動時若油⑽低于10℃時，電加熱器⑵啟動，電泵⑶每隔30分鐘啟動工作5分鐘。油溫⑽高于15℃，電加熱器⑵停止加熱，電動泵⑶工作，機(jī)組啟動。機(jī)組啟動溫度必須在油溫⑽高于10℃。電動泵⑶出口壓力10bar，安全閥設(shè)定壓力16bar，出口油壓過高（超過16bar），安全閥打開。過濾器⑸最高工作壓力16bar，安全閥設(shè)定壓力14bar，當(dāng)過濾⑸進(jìn)口與出口壓力差值超過3.5bar時（在油溫⑽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）。風(fēng)冷器⑹工作壓力25bar，最大允許流量140L/min，風(fēng)冷器⑹的風(fēng)扇電機(jī)在油溫＞60℃或高速軸軸承溫度⑾＞75℃時，風(fēng)冷器⑹的風(fēng)扇電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。壓力控制器⑺的壓力監(jiān)測范圍為0.5-6bar，不在此范圍內(nèi)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(jī)。液位下降至定值時液位開關(guān)⑼發(fā)出報警信號。油溫⑽溫度不允許超過70℃，否則齒輪箱停機(jī)。高速軸軸承溫度⑾不允許超過80℃，否則齒輪箱停機(jī)。（2）潤滑的安裝要求①供油裝置應(yīng)該裝在齒輪箱附近，泵吸油管越短越好，其長度以不大于1米為宜。②為保證冷卻效果，油、風(fēng)冷卻裝置應(yīng)安裝在通風(fēng)處。③中間連接管路按相關(guān)的液壓、潤滑安裝規(guī)范進(jìn)行安裝，保證各連接處不泄露。④供油裝置投入運(yùn)行前，必須確認(rèn)齒輪箱內(nèi)部清潔度達(dá)到ISO440617/15/12級，。⑤當(dāng)齒輪箱長時間運(yùn)行后，箱體內(nèi)部潤滑油會逐漸污染，底部沉淀顆粒狀污染物。為提高潤滑油系統(tǒng)的清潔度，延長過濾器使用壽命，可對齒輪箱進(jìn)行旁路沖洗過濾，旁路過濾裝置需要用戶自備，箱體上預(yù)留有安裝接口。⑥冬季低溫狀態(tài)時機(jī)組啟動必須考慮油液的加熱。當(dāng)油溫低于-10℃時可采用電加熱，將溫度升高到10℃以上。當(dāng)溫度低于-10℃至-30℃時，由于潤滑油粘度太大，則應(yīng)采用專用的低溫旁路加熱系統(tǒng)加熱油液。旁路加熱和旁路過濾共用接口。4、齒輪箱維護(hù)

主要包括：齒輪箱連接螺栓的力矩檢查、齒輪嚙合及齒面磨損情況檢查、傳感器功能測試、潤滑及散熱系統(tǒng)功能檢查、定期更換齒輪油濾清器，油樣采集等。（1）檢查螺栓和螺母是否緊固（見表4）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(shí)際數(shù)目，那么在這些檢查過的螺栓上做好標(biāo)記，下次檢查其他螺栓。如果在檢查的螺栓中有一個因松動而達(dá)不到指定扭矩，那么所有的螺栓都必須檢查表4螺栓的擰緊力矩表(2)檢查所有部件，特別是齒輪箱、液壓系統(tǒng)、剎車和油液泄露。必須排除泄漏點(diǎn)。(3)運(yùn)行的異常噪音檢查。(4)齒輪箱維護(hù)之前，必須使風(fēng)機(jī)安全停機(jī)，并確保不會因為誤操作而啟動（確保剎車可靠和風(fēng)輪鎖緊）。(5)檢查油位，通過游標(biāo)窗口檢查齒輪箱油位(6)檢查齒輪箱是否有漏油，檢查所有凹槽、迷宮環(huán)和泄漏油液的流跡。(7)檢查油液情況：

①在500小時后必須進(jìn)行油液的抽樣檢查，不管運(yùn)行情況如何抽樣時間不得遲于1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。

②更換油液，如果使用礦物質(zhì)油必須每2年更換一次，如果使用人工合成油必須每三年更換一次，油液若從外觀上就發(fā)現(xiàn)變性，應(yīng)立刻更換。

③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(chǎn)廠家的油液。如果從礦物油更換到合成油，必須徹底清洗，反之亦然。（舊的油液應(yīng)在停機(jī)之后齒輪箱冷卻之前盡快取出）

④更換油液步驟：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(jìn)行沖洗，這樣也可以把油槽中的雜質(zhì)清除干凈。清潔位于放油堵頭處的磁鐵。擰緊放油堵頭（檢查油封是否失效），卸下觀察蓋板進(jìn)行檢查。將新油液過濾后注入郵箱。必須使油液油位達(dá)到液位計標(biāo)注的刻度處，以保證軸承和齒輪的潤滑可靠。蓋上

觀察蓋板，裝上空氣濾清帽。(8)檢查齒輪嚙合面(9)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(jìn)行清洗，待干燥后再擰上。(10)檢查齒輪箱的彈性支承是否有損傷，必須檢查彈性支承的磨損情況，是否有裂紋以及老化情況。(11)檢查潤滑系統(tǒng)是否有泄漏，檢查所有的接頭和油管是否有泄漏并及時排

除。(12)檢查軟管是否老化，是否有裂紋，及時處理。(13)檢查各傳感器開關(guān)是否工作正常。(14)檢查剎車圓盤的外表面以及上面是否存有油污。并將油污清理干凈。(15)檢查圓盤表面：必須保證圓盤的表面平整，圓盤邊緣沒有條紋狀裂紋。如有發(fā)現(xiàn)及時更換。(16)定期檢查制動塊的磨損情況，確保各制動塊最少有1mm的摩擦層。(17)檢查剎車夾鉗是否有油污，或者其他黏附物，任何油污物都必須清楚。(18)檢查剎車夾鉗的腐蝕情況，如果發(fā)現(xiàn)有腐蝕的地方必須清楚，并對腐蝕區(qū)域加以保護(hù)。(19)塔筒焊縫需要做定期檢查，半年一次。5、齒輪箱運(yùn)行過程中常見故障的處理

下面是我們摘錄的齒輪箱運(yùn)行中的常見故障的處理，希望對大家的日常工作有指導(dǎo)作用。1、齒輪油泵過載常見原因：多發(fā)生在冬季低溫氣象條件之下，長期停機(jī)后齒輪箱溫度下降較多，齒輪油粘度增加，造成油泵啟動時負(fù)載較重，導(dǎo)致油泵電機(jī)過載。處理方法：逐步加熱齒輪油至正常值后再啟動風(fēng)機(jī)，。注意事項：冬季低溫工況下，因齒輪油溫度偏低，粘度增大，使?jié)櫥到y(tǒng)工作壓力升高，波動較大，導(dǎo)致濾清器密封圈損壞，齒輪油外泄。過載的另一常見原因是油泵電機(jī)輸出軸油封老化，導(dǎo)致齒輪油進(jìn)入接線端子盒接觸不良，出現(xiàn)油泵過載故障，出現(xiàn)上述情況后應(yīng)更換油封，清洗接線端子盒及電機(jī)繞組，并加溫干燥后重新恢復(fù)運(yùn)行。2、齒輪油溫度過高常見原因：齒輪油溫度過高一般是因為風(fēng)電機(jī)組長時間處于滿發(fā)狀態(tài)，潤滑油因齒輪箱發(fā)熱而溫度上升超過正常值。處理方法：出現(xiàn)溫度接近齒輪箱工作溫度上限的現(xiàn)象時，可敞開塔架大門，增強(qiáng)通風(fēng)降低機(jī)艙溫度，改善齒輪箱工作環(huán)境溫度。有條件時應(yīng)觀察齒輪箱溫度變化過程是否正常、連續(xù)，以判斷溫度傳感器工作是否正常。注意事項：若在一定時間內(nèi)，連續(xù)出現(xiàn)齒輪箱溫升較快的現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)首先登機(jī)檢查散熱系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)工作是否正常，溫度傳感器測量是否準(zhǔn)確，之后，進(jìn)一步檢查齒輪箱工作狀況是否正常。3、齒輪油位低常見故障原因：齒輪油位低故障是由于齒輪油低于油位下限，磁浮子開關(guān)動作。處理方法：風(fēng)電機(jī)組發(fā)生該故障后，運(yùn)行人員應(yīng)及時到現(xiàn)場可靠檢查齒輪油位，必要時測試傳感器功能。不允許盲目復(fù)位開機(jī)，避免潤滑條件不良損壞齒輪箱或者齒輪箱有明顯泄漏點(diǎn)開機(jī)后導(dǎo)致更多的齒輪油外泄。注意事項：在冬季低溫工況下，油位開關(guān)可能會因齒輪油粘度太高而動作遲緩，產(chǎn)生誤報故障，所以有些型號的風(fēng)電機(jī)組在溫度較低時將油位低信號降級為報警信號，而不是停機(jī)信號，這種情況下也同樣認(rèn)真對待，根據(jù)實(shí)際情況作出正確的判斷，以免造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。4、齒輪油壓力低常見故障原因：齒輪油壓力低故障是由于齒輪箱強(qiáng)迫潤滑系統(tǒng)工作壓力低于正常值而導(dǎo)致壓力開關(guān)動作。處理方法：故障原因多是油泵本體工作異?；驖櫥苈樊惓６?，但若油泵排量選擇不準(zhǔn)且油位偏低，在油溫較高潤滑油粘度較低的條件也會出現(xiàn)該故障。有些使用年限較長的風(fēng)電機(jī)組因為壓力開關(guān)老化，整定值發(fā)生偏移同樣會導(dǎo)致該故障，這時就需要在壓