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風(fēng)電機(jī)組齒輪箱部件失效故障分析與處理

2019-10-31 05:27:28周國棟楊健
風(fēng)能 2019年6期
關(guān)鍵詞:齒面內(nèi)圈齒輪箱

文 | 周國棟,楊健

近年來,我國風(fēng)力發(fā)電大規(guī)模發(fā)展,隨著風(fēng)電機(jī)組的大批量裝機(jī)投用以及投運(yùn)時(shí)間的不斷累積,各類故障也隨之出現(xiàn),主齒輪箱故障就是其中一類重要故障。主齒輪箱(下稱“齒輪箱”,本文不討論風(fēng)電機(jī)組偏航、變槳等系統(tǒng)的齒輪箱)是水平軸式雙饋風(fēng)電機(jī)組的一個(gè)重要機(jī)械部件,是機(jī)組主傳動(dòng)鏈的主要組成部分。隨著齒輪箱技術(shù)的發(fā)展,齒輪箱的可靠性得到提升,故障頻次有所降低,但仍須停機(jī)消除齒輪箱故障,嚴(yán)重時(shí)甚至需將齒輪箱吊下塔架處理。因吊裝成本高、處理時(shí)間長,嚴(yán)重影響風(fēng)電場效益。

齒輪箱有多級平行軸式、一級行星加兩級平行軸式、兩級行星加一級平行軸式、差動(dòng)行星輪系等多種形式,但均由齒輪、軸承、軸、箱體等基本結(jié)構(gòu)組成。合理分析、準(zhǔn)確判斷、妥善處理齒輪箱故障,才能降低風(fēng)電機(jī)組故障停運(yùn)頻次,縮短處理時(shí)間,減少風(fēng)電場效益損失。當(dāng)前,國內(nèi)對故障的處理,尤其是對齒輪箱關(guān)鍵部件失效的處理,往往依賴于風(fēng)電設(shè)備制造廠家工程技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場判斷,有些處理方案雖然能解決問題,但并不是綜合考慮維修成本和停運(yùn)時(shí)間的最合理方案。本文根據(jù)某大型風(fēng)電場投運(yùn)近十年來的故障實(shí)例,對風(fēng)電機(jī)組齒輪箱部件失效故障進(jìn)行分析,并提出一些故障處理的思路和建議。

齒輪箱及部件失效故障概況

某風(fēng)電場一期安裝61臺東方電氣1.5MW風(fēng)電機(jī)組(型號:FD77C),總?cè)萘?1.5MW,于2009年投入商業(yè)運(yùn)行。該批次機(jī)組的齒輪箱由南高齒、重齒、二重三個(gè)廠家提供。其中,南高齒、重齒的傳動(dòng)形式均為一級行星加兩級平行軸,二重的傳動(dòng)形式為復(fù)合行星加一級平行軸。

風(fēng)電場投運(yùn)近十年來,風(fēng)電機(jī)組齒輪箱發(fā)生最多的故障為滲漏油和軸承溫度高等,而影響較大的故障為重要部件失效。一期項(xiàng)目所用風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的重要部件失效故障有39例,包括傳動(dòng)軸齒面磨損、高速軸齒面裂紋、高速軸磨損、高速軸軸承“走外圈”等。按部件可分為齒輪箱輪齒故障、軸承故障、軸故障及齒輪箱體故障四類。

一、齒輪箱輪齒故障

(一)故障簡析

根據(jù)統(tǒng)計(jì),齒輪輪齒的損傷是相對比例最大的失效故障形式。其中,齒面接觸疲勞(作用在齒面上的接觸應(yīng)力超過材料的疲勞極限而產(chǎn)生)是輪齒損傷的主要失效形式。在齒輪的使用過程中,硬齒面齒輪以疲勞剝落為主,規(guī)律可歸納為“點(diǎn)蝕—?jiǎng)兟洹獢帻X”三個(gè)階段。一對齒輪相嚙合時(shí),兩齒面之間在接觸處產(chǎn)生循環(huán)變化的接觸應(yīng)力σ。如果這種接觸應(yīng)力超過齒面材料的接觸疲勞極限,齒輪工作一定時(shí)間以后,在齒面表層內(nèi)部就會出現(xiàn)微觀的疲勞裂紋。隨著裂紋的蔓延與擴(kuò)展,齒面金屬表層將產(chǎn)生片狀剝落形成麻坑,即“點(diǎn)蝕”。點(diǎn)蝕會造成齒面承載面積減少,接觸應(yīng)力迅速增大,不僅加劇齒面的疲勞破壞,同時(shí)也破壞了齒面嚙合的正確性,甚至引起相當(dāng)大的動(dòng)負(fù)荷,直至齒輪齒面大片“剝落”,甚至因“斷齒”而報(bào)廢。

圖1 齒輪齒面接觸應(yīng)力及故障示意圖

除齒輪本身因素外,運(yùn)行工況與齒輪失效也有較大關(guān)系。風(fēng)電齒輪箱上承受的載荷變化較大,特別是由極限風(fēng)速或湍流工況引起的系統(tǒng)過載以及由調(diào)距或機(jī)械制動(dòng)等引起的瞬時(shí)載荷,盡管作用時(shí)間短,但對齒輪特別是齒面影響極大,易誘發(fā)失效故障。

齒輪箱潤滑油不足或油質(zhì)不良會造成齒面磨粒磨損,使齒廓改變,側(cè)隙加大,以至于齒輪因過度減薄導(dǎo)致斷齒。此外,潤滑條件不良會導(dǎo)致齒面間的油膜形成不良,可能導(dǎo)致一個(gè)齒面的金屬熔在與之嚙合的另一個(gè)齒面上,在齒面上形成垂直于節(jié)線的劃痕狀膠合。因此,潤滑條件不佳也是導(dǎo)致齒輪失效的重要因素之一。

(二)故障處理

齒輪輪齒故障一般都不局限于少量齒面,通常只能作更換處理。為了便于安裝和保證配合精度,一般需更換齒輪軸組件,甚至當(dāng)出現(xiàn)多對齒輪失效故障或齒圈斷裂等嚴(yán)重故障時(shí),可能需要更換整組齒輪箱。對于此類故障,要通過運(yùn)行維護(hù)分析,及早發(fā)現(xiàn)異常、判斷故障并進(jìn)行處理,受影響損壞的范圍和程度越小,處理難度越低??刹捎脙?nèi)窺鏡等進(jìn)行深入檢查,確定故障范圍,制定部件更換方案,避免故障處理遺漏。

潤滑油對齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)起著關(guān)鍵的作用,如潤滑油系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致油質(zhì)劣化、含水、溫度異常等,都有可能對齒輪箱機(jī)械部件造成不利影響,甚至直接誘發(fā)失效故障。因此,當(dāng)發(fā)生齒輪故障時(shí),應(yīng)同時(shí)關(guān)注齒輪箱潤滑油的健康情況。

二、軸承故障

(一)故障簡析

由于安裝不當(dāng)、潤滑不良、潤滑介質(zhì)污染和工作環(huán)境惡劣等因素,軸承會出現(xiàn)磨損、過載、過熱、腐蝕、疲勞等情況,進(jìn)而產(chǎn)生點(diǎn)蝕、裂紋、表面剝落等造成失效,最終導(dǎo)致齒輪箱損壞。如在低速輸入端,載荷大且潤滑不利,主軸軸承易發(fā)生損壞;而在高速端,由于發(fā)電機(jī)軸和齒輪箱高速軸連接中易出現(xiàn)角度偏差和徑向偏移,因軸向和徑向擾動(dòng)力產(chǎn)生的變載荷長時(shí)間作用在高速端軸承上,造成軸承損壞。軸承的常見失效方式有磨損、保持架變形、滾珠脫落、電點(diǎn)蝕、腐蝕、壓痕等。

(二)故障處理

軸承失效故障處理一般只需更換故障軸承,但由于往往伴隨軸、齒輪等其他部件故障,需要深入檢查,避免故障處理遺漏。對軸承故障問題,也應(yīng)當(dāng)關(guān)注齒輪箱潤滑油的情況,上文已提及,這里不再贅述。

三、軸故障

(一)故障簡析

齒輪箱軸系在很多情況下會出現(xiàn)軸不平衡、長期偏載、瞬時(shí)沖擊、異常振動(dòng)等非正常工況,導(dǎo)致軸故障。軸故障主要表現(xiàn)為磨損、彎曲變形和斷裂。其中,軸彎曲故障一般為長時(shí)間偏載造成,常出現(xiàn)在輸入端;軸斷裂極少出現(xiàn),高速軸在故障急停中受到?jīng)_擊過大可能發(fā)生斷裂;軸磨損是最為常見的故障,在高速軸上較為頻發(fā),主要是由于軸與安裝在軸上的軸承發(fā)生相對運(yùn)動(dòng),俗稱軸承“走內(nèi)圈”。

該風(fēng)電場一期項(xiàng)目所用的齒輪箱經(jīng)過5年以上的運(yùn)行周期,出現(xiàn)機(jī)械部件磨損、老化等故障。其中,某型齒輪箱高速軸軸承“走內(nèi)圈”故障較為頻發(fā),20臺同型號齒輪箱中相繼有8臺出現(xiàn)該故障,均在高速軸輸出端。經(jīng)解體檢查分析,高速軸軸承“走內(nèi)圈”的主要原因是軸承并緊螺母上只裝配有一只鎖緊螺栓,在運(yùn)行中因鎖緊力不夠?qū)е缕涫苷袼蓜?dòng)。高速軸齒輪為斜齒輪,運(yùn)行過程產(chǎn)生的一部分軸向力需由高速軸軸承承擔(dān)。以軸承內(nèi)圈為分析對象,受力示意圖如圖2所示。

圖2 軸承內(nèi)圈受力示意圖

軸承內(nèi)圈將高速軸的軸向力傳遞到軸承滾珠,軸承內(nèi)圈受到滾珠的反作用力F、軸的摩擦力f,以及并緊螺母預(yù)緊對軸承內(nèi)圈的摩擦力N三個(gè)切向力共同作用,其中F=f+N。當(dāng)切向作用力F一定時(shí),N越小,f越大;當(dāng)并緊螺母無法鎖緊軸承時(shí),N=0,F(xiàn)=f;當(dāng)F超過最大靜摩擦力fmax時(shí),軸承內(nèi)圈與軸出現(xiàn)相對軸向位移,產(chǎn)生動(dòng)摩擦,F(xiàn)的方向會因工況發(fā)生變化,軸承內(nèi)圈也會有反向位移,如此往復(fù)會使軸承內(nèi)圈與軸間產(chǎn)生動(dòng)摩擦而磨損,因兩者配合過盈量較少,徑向壓力P減小,由于fmax正比于P,磨損逐漸加劇。

同時(shí),由于并緊螺母松動(dòng),預(yù)緊力消失,軸承穩(wěn)定性隨之降低,軸承振動(dòng)增大,磨損加劇。此外,過大的振動(dòng)和竄動(dòng)會加劇軸承發(fā)熱,軸承內(nèi)圈受熱膨脹將導(dǎo)致其與軸徑的過盈量進(jìn)一步減少,配合過盈不足也會加劇軸承與軸的這種動(dòng)摩擦,最終導(dǎo)致軸承“走內(nèi)圈”故障。

對風(fēng)電場所用的8臺故障高速軸進(jìn)行修復(fù)處理。將其余12臺同型號齒輪箱高速軸抽出檢查,對軸承并緊螺母和螺母鎖緊螺栓復(fù)緊,并再加裝一根鎖緊螺栓,防止并緊螺母松動(dòng)。修復(fù)高速軸時(shí),也全部按此措施處理。

(二)故障處理方法

1.一般處理方法

對于軸磨損故障,如早期發(fā)現(xiàn),軸磨損程度較輕,一般單側(cè)磨損量不大于0.3mm,可采用涂鍍工藝修復(fù)(工藝成熟,修復(fù)效果也較為可靠)。但當(dāng)磨損到一定程度,因成本上升且鍍層易脫落,涂鍍工藝不再適用,只能采用其他方式進(jìn)行修復(fù),如采用焊補(bǔ)后機(jī)加工處理。

傳統(tǒng)的焊補(bǔ)由于熱輸入量大,軸易發(fā)生變形,整軸加工精度遭到破壞,即使合理控制工藝,盡可能避免發(fā)生變形,焊接熱應(yīng)力集中的問題仍然難以避免,運(yùn)行中在軸的焊接熱影響區(qū)易再次出現(xiàn)故障,甚至誘發(fā)斷軸。從齒輪箱整體的安全可靠性考慮,齒輪箱廠家一般建議更換新軸組件,但費(fèi)用也較高。

2.激光熔覆處理技術(shù)

激光熔覆技術(shù)是激光在機(jī)械加工領(lǐng)域的主要應(yīng)用之一。它是利用大功率、高能量激光束聚焦能量極高的特點(diǎn),瞬間將被加工件表面金屬微熔,同時(shí)使零件表面預(yù)置或同步自動(dòng)送置的合金粉劑完全熔化。激光束掃描后合金快速凝固,獲得與零件基體完全冶金結(jié)合的致密熔覆層。與其他傳統(tǒng)加工技術(shù)相比,激光熔覆技術(shù)應(yīng)用在修復(fù)齒輪箱高速軸磨損時(shí),有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):

(1)熔覆過程中熱輸入量低,高速軸不會變形;

(2)激光熔覆時(shí)產(chǎn)生的不良組織很少,不需要做熱處理來消除;

(3)激光熔覆的材料與基材的融合性能好,結(jié)合強(qiáng)度高;

圖3 高速軸軸承檔出現(xiàn)較嚴(yán)重磨損

表1 兩種軸修復(fù)方式成本對比

(4)熔覆過程自動(dòng)操作,質(zhì)量穩(wěn)定。

(三)故障處理實(shí)例

該風(fēng)電場8臺發(fā)生齒輪箱高速軸磨損缺陷的風(fēng)電機(jī)組中僅有1臺磨損程度較輕(單側(cè)磨損最大0.25mm,采用涂鍍工藝修復(fù)),其余7臺的磨損量均在1mm以上,最大的單側(cè)磨損量達(dá)2.8mm。齒輪箱廠家建議更換全部高速軸組件,但結(jié)合缺陷情況,并考慮更換成本,風(fēng)電場未采取廠家建議,而是將磨損嚴(yán)重的高速軸經(jīng)無損探傷確認(rèn)基材無缺陷后,送至專業(yè)的激光熔覆廠家進(jìn)行修復(fù)。

修復(fù)高速軸回裝齒輪箱恢復(fù)運(yùn)行后,通過持續(xù)狀態(tài)跟蹤,確認(rèn)設(shè)備運(yùn)行狀況平穩(wěn),振動(dòng)、溫度等各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)均較修前有明顯改善,全部在正常值范圍內(nèi)。定期開蓋檢查也未發(fā)現(xiàn)修復(fù)高速軸軸承檔再次發(fā)生“走內(nèi)圈”故障,修復(fù)效果優(yōu)良。表1為兩種方式的成本對比。該風(fēng)電場利用激光熔覆修復(fù)高速軸,共節(jié)省檢修材料費(fèi)用54.4萬元,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

四、齒輪箱體故障

(一)故障簡析

齒輪箱體失效故障包括箱體變形、局部裂紋、箱體磨量小,具有常溫焊補(bǔ)、基體不變形、組織不改變等優(yōu)點(diǎn)。其基本原理為將存儲于電容器中的電能在瞬間釋放于黑色金屬材質(zhì)工件和焊補(bǔ)材料的連接處,電流熱效應(yīng)作用于兩者接觸電阻使其迅速熔化結(jié)合,其主要工藝特點(diǎn)如下:

(1)小范圍短時(shí)間發(fā)熱(一般受熱點(diǎn)小于1mm3,時(shí)間不超過1ms),大部分熱量都瞬間消散。焊補(bǔ)過程中焊補(bǔ)點(diǎn)附近基體都處于常溫狀態(tài)(基體溫升一般小于20℃),幾乎沒有基體變形、組織改變、焊接應(yīng)力集中、焊接裂紋、焊接硬化、焊點(diǎn)退火等不良影響,基本不影響機(jī)械加工性能,不影響淬火、調(diào)質(zhì)等熱處理工藝,可用于鑄件焊補(bǔ),焊補(bǔ)后可進(jìn)行后續(xù)機(jī)加工。

(2)每個(gè)焊補(bǔ)點(diǎn)為補(bǔ)材與基材熔化后的再結(jié)合,在焊補(bǔ)點(diǎn)處結(jié)合牢固、致密,熔接強(qiáng)度高,不會發(fā)生脫落;修復(fù)精度高,補(bǔ)焊后只需少量打磨、拋光,后處理工作量小,修復(fù)后不留痕跡。

(3) 設(shè)備設(shè)施簡單,適用范圍廣泛,可在狹小空間作業(yè),能夠滿足多種金屬材質(zhì)的修補(bǔ)需求。

冷熔脈沖焊的幾個(gè)工藝特點(diǎn)正好適用于齒輪箱體軸承內(nèi)孔的焊補(bǔ),考慮修復(fù)的可靠性和現(xiàn)場的可操作性,認(rèn)為冷熔脈沖焊、焊后現(xiàn)場手動(dòng)打磨為最合適方案。

(三)故障處理實(shí)例

1.概述

某風(fēng)電場一期項(xiàng)目所用的61臺齒輪箱中,共有21臺存在中速級或高速級軸承“走外圈”現(xiàn)象。對于初期發(fā)現(xiàn)的齒輪箱箱體軸承孔磨損故障,齒輪箱廠家都要求下架維修或者更換新齒輪箱,但齒輪箱上、下架工作量大,維修成本高,風(fēng)電機(jī)組也因此長時(shí)間停運(yùn),更換新齒輪箱的成本則更高。綜合各方面考慮,風(fēng)電場管理方?jīng)Q定自主對齒輪箱軸承孔磨損較嚴(yán)重的1~12#風(fēng)電機(jī)組齒輪箱進(jìn)行機(jī)艙內(nèi)揭蓋更換中速級和軸承孔修復(fù)處理,軸承孔修復(fù)全部采用冷熔脈沖焊修復(fù)手段,并跟蹤后續(xù)運(yùn)行情況。

2.工藝流程及注意點(diǎn)

(1)解體揭蓋,現(xiàn)場清理

停運(yùn)風(fēng)電機(jī)組并做好安全措施后,對機(jī)組進(jìn)行解體揭蓋(妥善保存拆卸部件),必要時(shí)拆除周邊的線纜、探頭等,以確保現(xiàn)場有一定的空間滿足運(yùn)維人員實(shí)施焊接、打磨工作。應(yīng)注意保護(hù)好箱體的配合面和密封面,防止其受到損傷。

(2)齒輪箱軸承孔檢查,磨損情況測量

清理軸承孔表面,檢查齒輪箱軸承孔表面情況,測量各檔內(nèi)徑尺寸,檢查磨損程度和范圍,確定補(bǔ)焊區(qū)域及合理損等,其中較常見的是齒輪箱軸承裝配孔內(nèi)圓磨損,表現(xiàn)為軸承“走外圈”。有些場合將此類故障歸為軸承故障,但從部件失效的角度來說,軸承“走外圈”直接造成齒輪箱體磨損失效,故在此歸為齒輪箱體故障。它一般是由于軸承選型、安裝、調(diào)整不當(dāng),或者潤滑不良造成,齒輪箱體與軸承外圈之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦,從而引起箱體內(nèi)孔磨損,這又加劇了箱體與軸承外圈之間的相對運(yùn)動(dòng),最終導(dǎo)致軸承“走外圈”。此外,齒輪箱體變形也可能造成軸承“走外圈”。軸承箱體一般為鑄件,材質(zhì)硬度遠(yuǎn)小于軸承外圈,磨損主要發(fā)生在箱體上。箱體軸承孔磨損量大會導(dǎo)致齒輪傳動(dòng)偏載,引發(fā)齒面斷裂等其他部件失效故障,因而,此類故障須盡早發(fā)現(xiàn)并處理。

(二)現(xiàn)場修復(fù)方案

對于齒輪箱箱體軸承內(nèi)孔磨損故障,即使是早期磨損程度較輕的故障,處理起來也十分困難。之前業(yè)界的普遍做法是將齒輪箱整體下架維修,但該方法工作量大,吊裝費(fèi)用成本高昂,且風(fēng)電機(jī)組因此停運(yùn)的時(shí)間長,風(fēng)電場生產(chǎn)效益損失較大。

具體分析現(xiàn)場齒輪箱故障情況,在有效的運(yùn)維管理和分析診斷基礎(chǔ)上,及早發(fā)現(xiàn)齒輪箱箱體軸承孔磨損缺陷,如果磨損范圍有限,理論上,只要找到基準(zhǔn)面,利用修復(fù)手段恢復(fù)軸承孔原始尺寸,保證形位公差,就能使齒輪箱軸承恢復(fù)原同心度運(yùn)行。本文以在機(jī)艙內(nèi)現(xiàn)場修復(fù)軸承內(nèi)孔磨損為目標(biāo),初步提出了軸承座鑲套、激光熔覆、高性能分子合金修復(fù)材料填充修復(fù)、冷熔脈沖焊四個(gè)實(shí)施方案。

軸承座鑲套是常規(guī)的機(jī)加工處理手段,對箱體磨損內(nèi)圓加工,再加工一個(gè)內(nèi)孔與齒輪箱軸承孔原始尺寸一致的襯套,鑲配到齒輪箱體上。該工藝成熟可靠,齒輪箱下架返廠維修一般都是采取鑲套處理。根據(jù)上文介紹,激光熔覆技術(shù)的加工效果可靠。但兩個(gè)方案都需要在機(jī)艙現(xiàn)場狹小的空間里架設(shè)機(jī)加工機(jī)具,經(jīng)空間尺寸校核后,認(rèn)為機(jī)具現(xiàn)場安裝就位困難,因此,上述兩個(gè)方案都不可行。

高性能分子合金修復(fù)材料填充修復(fù)方案屬于新工藝,修復(fù)材料完全固化后硬度較高,可以起到在磨損區(qū)域緊密填充間隙的作用,一般靜態(tài)部件修復(fù)都能取得較好效果。但由于風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中受力情況復(fù)雜,軸承會受到復(fù)雜交變、沖擊載荷作用,填充材料存在破裂隱患。一旦發(fā)生破裂,齒輪箱體軸承座將再度失效。因此,出于可靠性的考慮,也未采用該方案。

冷熔脈沖焊不同于常規(guī)電弧焊,由于單位時(shí)間輸入熱的補(bǔ)焊方案。需要注意的是,齒輪箱軸承孔表面在高接觸壓應(yīng)力的作用下,經(jīng)多力循環(huán)后,局部可能產(chǎn)生疲勞磨損,在表面可看到少量麻點(diǎn)或凹坑。實(shí)際上該區(qū)域表面已形成疲勞層,基體強(qiáng)度顯著下降,應(yīng)在表面清理時(shí)打磨去除,否則會直接影響修復(fù)后的基體強(qiáng)度。表面初步處理完成后,可進(jìn)行必要的無損檢測,避免遺漏隱性缺陷,影響修復(fù)質(zhì)量。

(3)實(shí)施冷熔脈沖焊

由專業(yè)人員采用專用的焊接機(jī)具進(jìn)行冷熔脈沖焊,一般選用強(qiáng)度高、塑性好且耐腐蝕的鎳基焊材。焊接是整個(gè)修復(fù)過程的關(guān)鍵,應(yīng)注意補(bǔ)焊速度不宜過快,關(guān)注基材溫升情況,焊點(diǎn)要整齊致密,避免人為原因造成氣孔缺陷。

(4)制作研磨、檢測工具

根據(jù)齒輪箱軸承內(nèi)孔尺寸制作樣板和芯棒,用于焊后打磨和檢查??筛鶕?jù)軸承外圈配合尺寸,預(yù)先準(zhǔn)備好樣板和芯棒,以縮短風(fēng)電機(jī)組停運(yùn)處理時(shí)間。

(5)手工打磨加工,現(xiàn)場檢測

利用準(zhǔn)備好的扇形樣板,對補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行手工打磨,可使用電動(dòng)磨削工具,但必須控制好打磨量,避免重復(fù)處理。采用透光法進(jìn)行現(xiàn)場檢測,完成粗加工,基本恢復(fù)齒輪箱軸承內(nèi)孔尺寸。

(6)手工研磨,恢復(fù)軸承孔的尺寸精度

利用加工好的芯棒,對齒輪箱軸承孔進(jìn)行研磨,用藍(lán)油檢查接觸情況,恢復(fù)軸承孔的尺寸精度。芯棒應(yīng)便于手扶或握,尺寸不宜過小,避免偏斜,也可先加工扇形樣板進(jìn)行研磨。

(7)對軸承更型,裝配防外圈跟轉(zhuǎn)軸承

新裝配中速級軸承選用同型號外圈帶防轉(zhuǎn)槽軸承,并在箱體軸承內(nèi)孔相應(yīng)位置打孔裝配防轉(zhuǎn)銷。

(四)修復(fù)后運(yùn)行情況及后評估

1~12#風(fēng)電機(jī)組齒輪箱于2015年6月完成修復(fù)并恢復(fù)運(yùn)行,修后的運(yùn)行情況表明,齒輪箱運(yùn)行狀況平穩(wěn),振動(dòng)、溫度等各項(xiàng)參數(shù)均較修前有明顯改善,全部在正常值范圍內(nèi)。定期開蓋檢查也未發(fā)現(xiàn)修復(fù)軸承孔再出現(xiàn)軸承“走外圈”現(xiàn)象,證明了冷熔焊修復(fù)齒輪箱箱體軸承孔方案的可行性。該風(fēng)電場后期另有4臺同類型故障齒輪箱也采用該方案修復(fù),全部連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行至今未發(fā)現(xiàn)異常,修復(fù)可靠性得到證實(shí)。齒輪箱廠家也認(rèn)可了該處理方案,并效仿該方案在其生產(chǎn)的風(fēng)電機(jī)組齒輪箱同類型故障在線維修中使用。

由表2可知,在機(jī)艙內(nèi)修復(fù)1臺齒輪箱箱體軸承孔相比1臺齒輪箱下架維修,可大幅節(jié)省維修費(fèi)用,同時(shí)避免了大型部件吊裝過程中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 箱體軸承內(nèi)孔磨損情況示意圖

表2 兩種箱體修復(fù)方式成本對比

對于這5臺箱體軸承內(nèi)孔磨損較嚴(yán)重的齒輪箱(齒輪箱中速級受影響已損壞),如根據(jù)齒輪箱廠家意見,采用全部下架舊齒輪箱、更換新齒輪箱的方案處理,保守統(tǒng)計(jì)共需625萬元。而采用冷熔脈沖焊在機(jī)艙內(nèi)修復(fù)箱體軸承孔,并更換全套新中速級共產(chǎn)生費(fèi)用125萬元,節(jié)省費(fèi)用500萬元。此外,在機(jī)艙內(nèi)修復(fù)還大大縮短了故障停機(jī)時(shí)間,提高了風(fēng)電場生產(chǎn)效益。增加的效益與風(fēng)力條件有關(guān),此處不再進(jìn)行估算。

結(jié)語

近年來,大型風(fēng)電機(jī)組大批量安裝投用,運(yùn)行時(shí)間不斷累積,主齒輪箱部件失效故障越來越多。針對部件失效故障,風(fēng)電場應(yīng)合理分析,準(zhǔn)確判斷,制定合理的處理方案,避免盲目擴(kuò)大處理范圍和更換部件,更好地控制故障處理成本,縮短故障處理時(shí)間,提升運(yùn)維管理水平,提高風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)效益和市場競爭力。

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