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風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行異常情況及對(duì)策

2022-12-16 08:49鐘國(guó)松
新型工業(yè)化 2022年1期
關(guān)鍵詞:齒輪箱潤(rùn)滑油風(fēng)電

鐘國(guó)松

(南京安維士傳動(dòng)技術(shù)股份有限公司,江蘇 南京 210000)

0 引言

全球一體化發(fā)展的今天,各國(guó)為應(yīng)對(duì)全球氣候變化,推出一系列積極措施,風(fēng)力發(fā)電作為21世紀(jì)低碳、環(huán)保的新型清潔能源,在國(guó)家能源結(jié)構(gòu)中扮演越來(lái)越重要的角色。風(fēng)力發(fā)電從初期的全部進(jìn)口到現(xiàn)今的完全自主創(chuàng)新,“風(fēng)電人”逐漸了解更多風(fēng)力發(fā)電的知識(shí),風(fēng)電齒輪箱作為風(fēng)力發(fā)電中重要的部件,將風(fēng)機(jī)葉片受到的動(dòng)力傳遞到發(fā)電機(jī),伴隨著葉片的低轉(zhuǎn)速到發(fā)電機(jī)的高轉(zhuǎn)速,從而使發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。風(fēng)電齒輪箱受到復(fù)雜的載荷工況,加上其所處的地理位置及產(chǎn)生故障的維修成本,使得風(fēng)電齒輪箱的生產(chǎn)加工制造、質(zhì)量控制比傳統(tǒng)的工業(yè)齒輪箱更嚴(yán)格。

風(fēng)電齒輪箱由齒輪、箱體、軸承、扭力臂等零部件進(jìn)行組成,其中還有重要“紐帶”-潤(rùn)滑油,不斷對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承、齒輪進(jìn)行潤(rùn)滑并帶走其產(chǎn)生的熱量。風(fēng)電齒輪箱的運(yùn)行故障也都由這些零部件產(chǎn)生,常見的典型異常情況可分為:齒輪箱運(yùn)行外觀異常情況、齒輪箱運(yùn)行壓力和溫度異常情況、齒輪箱運(yùn)行振動(dòng)異常和異響情況、齒輪箱潤(rùn)滑油異常情況。風(fēng)電齒輪箱的故障情況都是由小到大,逐步發(fā)展,往往可以通過(guò)一些監(jiān)測(cè)手段先行發(fā)現(xiàn),比如軸承溫度過(guò)高、進(jìn)油壓力過(guò)小、振動(dòng)異常甚至出現(xiàn)噪音等情況,我們需要根據(jù)異常情況進(jìn)行分析,找出原因,在異常情況發(fā)生初期進(jìn)行解決問(wèn)題,保證齒輪箱持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 齒輪箱運(yùn)行外觀異常情況及對(duì)策

風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行產(chǎn)生的異常情況都可能會(huì)造成發(fā)電機(jī)組故障及安全問(wèn)題,常見齒輪箱外觀異常通過(guò)齒輪箱日常巡檢進(jìn)行發(fā)現(xiàn),主要有以下幾個(gè)方面:齒輪箱的滲漏油、空氣濾清器變色、液位異常等。①齒輪箱的滲漏油,主要發(fā)生在齒輪箱外部管接頭,球閥位置漏油,潤(rùn)滑系統(tǒng)的過(guò)濾器、散熱器、軟管位置漏油,箱體結(jié)合面、透蓋位置漏油。由于齒輪箱長(zhǎng)期承受不同載荷運(yùn)行,零部件會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變形,同時(shí),在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),這就造成齒輪箱一些部位的漏油。找出漏油部位的原因,對(duì)管接頭進(jìn)行更換或者重新打力矩使之緊固、更換潤(rùn)滑系統(tǒng)損壞的元器件、結(jié)合面重新打膠并按力矩進(jìn)行螺栓緊固等辦法來(lái)解決漏油問(wèn)題,并對(duì)齒輪箱外部的管接頭、螺栓定期檢查并按要求打力矩,降低齒輪箱發(fā)生漏油的風(fēng)險(xiǎn)概率;②空氣濾清器變色情況檢查,風(fēng)電齒輪箱的空氣濾清器是用來(lái)過(guò)濾空氣中的水分和雜質(zhì),在運(yùn)行過(guò)程中保持齒輪箱內(nèi)外壓力平衡,同時(shí)避免空氣中的水分和雜質(zhì)對(duì)齒輪箱運(yùn)行產(chǎn)生影響,當(dāng)空氣濾清器發(fā)生變色情況,空氣濾清器已經(jīng)失效,這就提示用戶需要及時(shí)進(jìn)行更換;③液位異常情況,主要是齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑油量過(guò)多或過(guò)少。潤(rùn)滑油起到潤(rùn)滑傳動(dòng)部件和冷卻的作用,齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑油過(guò)少會(huì)造成齒輪、軸承磨損加劇,溫度偏高,潤(rùn)滑油失效;潤(rùn)滑油過(guò)多會(huì)造成透蓋處漏油,同時(shí)降低齒輪箱傳遞效率。用戶需要通過(guò)齒輪箱的指示標(biāo)牌進(jìn)行添加潤(rùn)滑油。

齒輪箱運(yùn)行外觀異常情況往往需要在風(fēng)機(jī)進(jìn)行查看,日常巡檢人員定期對(duì)齒輪箱進(jìn)行查看,在檢查前需要制定詳細(xì)的齒輪箱檢查項(xiàng)計(jì)劃,根據(jù)檢查項(xiàng)要求對(duì)齒輪箱進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)異常情況,及時(shí)反饋并進(jìn)行相應(yīng)處理。隨著技術(shù)的發(fā)展,已經(jīng)有不少用戶在風(fēng)機(jī)上安裝攝像頭,在不減少定期巡檢的同時(shí),實(shí)時(shí)對(duì)機(jī)艙內(nèi)的情況進(jìn)行查看,“智慧風(fēng)機(jī),智慧運(yùn)維”會(huì)越來(lái)越普及。

2 齒輪箱運(yùn)行壓力和溫度異常情況及對(duì)策

風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行壓力和溫度異常是通過(guò)元器件進(jìn)行監(jiān)測(cè)的,通過(guò)監(jiān)測(cè)不同位置的壓力和溫度來(lái)保證齒輪箱正常運(yùn)行。元器件異常情況,首先需要對(duì)元器件進(jìn)行檢查(元器件是否損壞、連接的線路是否可靠),排除這些硬件的干擾因素,再根據(jù)相應(yīng)的異常情況對(duì)齒輪箱進(jìn)行檢查及解決問(wèn)題。壓力故障主要分為進(jìn)油壓力異常和過(guò)濾器壓差異常,溫度報(bào)警主要是軸承溫度異常、油池溫度異常和進(jìn)油溫度異常。壓力和溫度兩者關(guān)系相互關(guān)聯(lián),密不可分。①出現(xiàn)過(guò)濾器壓差異常,過(guò)濾器壓差是監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油通過(guò)過(guò)濾器前后的壓力差。當(dāng)齒輪箱在正常運(yùn)行情況下,且齒輪箱油池溫度在正常運(yùn)行溫度,出現(xiàn)過(guò)濾器壓差異常,需對(duì)過(guò)濾器的濾芯進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)濾芯堵塞及時(shí)進(jìn)行清洗或更換;②出現(xiàn)進(jìn)油壓力異常,進(jìn)油壓力監(jiān)測(cè)是為了保證齒輪箱正常運(yùn)行條件下有足夠的潤(rùn)滑油進(jìn)入齒輪箱。需對(duì)進(jìn)油溫度進(jìn)行檢查(相同條件下,進(jìn)油溫度高,進(jìn)油壓力變小;進(jìn)油溫度低,進(jìn)油壓力變大);同時(shí)需要對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的供油能力進(jìn)行檢查,比如檢查電機(jī)和齒輪泵是否損壞、是否發(fā)生溢流、散熱片是否發(fā)生堵塞、影響散熱能力、溫控閥是否發(fā)生失效、潤(rùn)滑油是否失效等;③出現(xiàn)油池溫度異常,油池溫度監(jiān)測(cè)是為了保證齒輪箱內(nèi)零部件產(chǎn)生的熱量和齒輪箱本體與空氣的熱交換、散熱系統(tǒng)對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行散熱達(dá)到平衡。主要檢查潤(rùn)滑系統(tǒng)的供油能力、溫控閥和散熱系統(tǒng)的散熱能力等;④出現(xiàn)進(jìn)油溫度異常,進(jìn)油溫度監(jiān)測(cè)是保障供給適宜溫度的潤(rùn)滑油給齒輪箱。需要查看溫控閥是否失效、散熱器是否發(fā)生堵塞、油池溫度是否異常等;⑤出現(xiàn)軸承溫度異常,軸承溫度監(jiān)測(cè)是為了查看軸承是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行產(chǎn)生的熱量是否可以散去達(dá)到平衡。檢查進(jìn)油溫度是否異常,油孔是否發(fā)生堵塞,查看對(duì)應(yīng)的軸承是否有磨損,對(duì)應(yīng)的軸承孔是否有跑圈情況[1]。

這其中最常見是溫控閥故障引起壓力和溫度傳感器報(bào)警,溫控閥的作用是將通過(guò)過(guò)濾器的潤(rùn)滑油,根據(jù)不同的油溫,將潤(rùn)滑油分配至油路分配器和散熱器,當(dāng)油溫小于40℃時(shí),溫控閥不開啟,過(guò)濾后的潤(rùn)滑油全部流向分配器至齒輪箱中;當(dāng)油溫在40~55℃之間時(shí),溫控閥處于半開啟狀態(tài),一部分潤(rùn)滑油流向散熱器,一部分潤(rùn)滑油流向分配器;當(dāng)油溫大于55℃時(shí),此時(shí)溫控閥處于完全開啟狀態(tài),所有的潤(rùn)滑油都流向散熱器。由于溫控閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及頻繁使用情況,溫控閥的故障概率會(huì)大大增加,它的故障直接影響進(jìn)入齒輪箱潤(rùn)滑油溫度狀況,從而影響齒輪箱整體的運(yùn)行。

齒輪箱運(yùn)行溫度和壓力兩者的關(guān)系緊密相連,對(duì)于產(chǎn)生異常情況時(shí),需要同時(shí)結(jié)合所有對(duì)溫度和壓力的傳感器數(shù)據(jù),包括風(fēng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)情況,甚至需要同風(fēng)場(chǎng)其他同型號(hào)的齒輪箱運(yùn)行及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,通過(guò)聯(lián)合各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù),再結(jié)合實(shí)際檢查情況,找出故障點(diǎn),解決問(wèn)題。

3 齒輪箱運(yùn)行振動(dòng)異常和異響情況及對(duì)策

齒輪箱在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和聲音,當(dāng)齒輪箱內(nèi)部出現(xiàn)異常情況,振動(dòng)和聲音最容易傳遞出異常情況。齒輪箱內(nèi)傳動(dòng)的齒輪和軸承都有對(duì)應(yīng)的頻率,通過(guò)對(duì)內(nèi)部異常信息的采集,異常頻率對(duì)應(yīng)到相應(yīng)的齒輪和軸承,針對(duì)性找出故障點(diǎn),并通過(guò)內(nèi)窺鏡等其他輔助設(shè)備對(duì)故障位置進(jìn)行確認(rèn)。常見的異常情況有:①齒輪箱的對(duì)中情況,當(dāng)高速軸出現(xiàn)不對(duì)中,會(huì)造成齒輪箱的振動(dòng)異常和異響;②內(nèi)部齒輪損壞,出現(xiàn)凹坑、斷齒、甚至凸點(diǎn)等其他失效情況,都會(huì)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中振動(dòng)異常和異響;③齒輪副偏載,風(fēng)機(jī)超載運(yùn)行、齒輪副修形偏差、軸系兩側(cè)的軸承孔磨損、軸承磨損、軸徑磨損都會(huì)造成齒輪副的偏載,從而造成振動(dòng)異常和異響;④軸承損壞,軸承損壞后,在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)有異常的振動(dòng)和噪音;⑤彈性支撐墊的失效,為減弱齒輪箱運(yùn)行的振動(dòng),常在齒輪箱兩側(cè)安裝彈性支撐墊,當(dāng)出現(xiàn)彈性支撐墊位移、老化、裂紋等異常情況,會(huì)造成齒輪箱的異常振動(dòng),產(chǎn)生異響[2]。現(xiàn)在科技日新月異,各種監(jiān)測(cè)手段應(yīng)運(yùn)而生,齒輪箱在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)也越來(lái)越普及,由于風(fēng)機(jī)大多安裝在偏遠(yuǎn)的地區(qū),齒輪箱在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也是順應(yīng)著時(shí)代發(fā)展的潮流,通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),齒輪箱廠家對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,幫用戶找出異常情況的故障點(diǎn)并給出解決對(duì)策。

4 齒輪箱潤(rùn)滑油異常情況及對(duì)策

齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑油需要和齒輪、軸承保持長(zhǎng)期共同運(yùn)行,眾所周知,齒輪和軸承都是金屬零件,潤(rùn)滑油在零件上產(chǎn)生潤(rùn)滑油膜,避免金屬零件在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中直接接觸,產(chǎn)生大量的磨損顆粒。潤(rùn)滑油異常的幾種情況:①清潔度異常,當(dāng)發(fā)現(xiàn)齒輪箱內(nèi)齒輪和軸承表面出現(xiàn)磨損情況,需要及時(shí)更換潤(rùn)滑油和濾芯,同時(shí)檢測(cè)潤(rùn)滑油中金屬顆粒的成分;②齒輪箱內(nèi)銹蝕、水油分離的情況,由于水分進(jìn)入齒輪箱造成異常情況,需要將油液進(jìn)行檢測(cè)并更換潤(rùn)滑油和空氣過(guò)濾器;③潤(rùn)滑油變色,潤(rùn)滑油使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng),導(dǎo)致潤(rùn)滑油中的一些添加劑減少,潤(rùn)滑油氧化,大大降低潤(rùn)滑油的使用性能,此時(shí)需盡快更換潤(rùn)滑油;④潤(rùn)滑油混用,潤(rùn)滑油在換油過(guò)程中,沒(méi)有將前面不同品牌、不同型號(hào)的潤(rùn)滑油沖洗干凈,潤(rùn)滑油產(chǎn)生混用情況,需盡快更換潤(rùn)滑油[3]。

風(fēng)電齒輪箱常見的潤(rùn)滑方式有油池?cái)囉蜐?rùn)滑和噴油潤(rùn)滑。油池?cái)囉蜐?rùn)滑是通過(guò)浸入油池中的旋轉(zhuǎn)零件的轉(zhuǎn)動(dòng),將潤(rùn)滑油帶到嚙合齒輪和軸承上;噴油潤(rùn)滑是通過(guò)潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)各個(gè)嚙合點(diǎn)齒輪和軸承進(jìn)行潤(rùn)滑。潤(rùn)滑油在齒輪箱內(nèi)是不斷進(jìn)行循環(huán)及流動(dòng)的,一直影響齒輪及軸承的運(yùn)行,當(dāng)潤(rùn)滑油出現(xiàn)異常情況時(shí),會(huì)持續(xù)不斷地影響齒輪箱運(yùn)行,此時(shí),需要對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行檢測(cè)并及時(shí)更換潤(rùn)滑油及濾芯。在風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行過(guò)程中,用戶需要定期更換齒輪箱內(nèi)的潤(rùn)滑油[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

齒輪箱故障往往不是突然產(chǎn)生的,在產(chǎn)生一些異常情況后,逐步累積,慢慢由異常情況變成齒輪箱故障,造成風(fēng)機(jī)停機(jī)、齒輪箱維修甚至下架維修的情況。針對(duì)目前風(fēng)電齒輪箱塔上運(yùn)行異常情況多的狀況,找出相應(yīng)異常情況的原因并給出解決異常情況的對(duì)策。進(jìn)一步讓用戶在日常巡檢過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,防微杜漸,降低齒輪箱維修費(fèi)用,保證齒輪箱可以平穩(wěn)、高效運(yùn)轉(zhuǎn),為國(guó)家能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,發(fā)展低碳、環(huán)保的綠色能源貢獻(xiàn)自己的力量。

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