風電機組齒輪箱的結構及運行特征

　　我國風電場中安裝的風電機組多數(shù)為進口機組。近幾年來，一批齒輪箱發(fā)生故障，有些由廠家更換，也有的由國內齒輪箱專業(yè)廠進行了修理。有的風場齒輪箱損壞率高達40~50%，極個別品牌機組齒輪箱更換率幾乎接近100%。雖然齒輪箱發(fā)生損壞不僅僅在我國出現(xiàn)，全世界很多地方同樣出現(xiàn)過問題，但在我國目前風電機組運行出現(xiàn)的故障中已占了很大比重，應認真分析研究。

　　1） 過去小容量風電機組齒輪箱多采用平行軸斜齒輪增速結構，后來為避免齒輪箱造價過高、重量體積過大，500kW以上的風電機組齒輪箱多為平行軸與行星輪的混合結構。由于風電機組容量不斷增大，輪轂高度增加，齒輪箱受力變得復雜化，這樣就造成有些齒輪箱可能在設計上就存在缺陷。

　　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，可能對標準設計的齒輪箱正常運行有一定影響。我國風電場多數(shù)處于山區(qū)或丘陵地帶，尤其是東南沿海及島嶼，地形復雜造成氣流受地形影響發(fā)生崎變，由此產生在風輪上除水平來流外還有徑向氣流分量。我國相當一部分地區(qū)氣流的陣風因子影響較大，對于風電機組機械傳動力系來說，經常出現(xiàn)超過其設計極限條件的情況。作為傳遞動力的裝置-齒輪箱，由于氣流的不穩(wěn)定性，導致齒輪箱長期處于復雜的交變載荷下工作。由于設備安裝在幾十米高空，不可能容易地送到工廠檢修，因此經常進行狀態(tài)監(jiān)視可以及時發(fā)現(xiàn)問題，及時處理，還可以分析從出現(xiàn)故障征兆到徹底失效的時間，以便及時安排檢修。

　　3） 在我國北方地區(qū)，冬季氣溫很低，一些風場極端（短時）最低氣溫達到-40℃以下，而風力發(fā)電機組的設計最低運行氣溫在-20℃以上，個別低溫型風力發(fā)電機組最低可達到-30℃。如果長時間在低溫下運行，將損壞風力發(fā)電機組中的部件，如齒輪箱。因此必須對齒輪箱加溫。齒輪箱加溫是因為當風速較長時間較低或停風時，齒輪油會因氣溫太低而變得很稠，尤其是采取飛濺潤滑部位，無法得到充分的潤滑，導致齒輪或軸承短時缺乏潤滑而損壞。如果機艙溫度也很低，那么管路中潤滑油也會發(fā)生流動不暢的問題，這樣當齒輪箱油不能通過管路到達散熱器，齒輪油溫會不斷上升直至停機。

　　歸納起來，我們可以分析在我國風電場經常發(fā)生齒輪箱故障可能主要有以下原因c　1、齒輪箱潤滑不良造成齒面、軸承過早磨損

　　-大氣溫度過低，潤滑劑凝固，造成潤滑劑無法到達需潤滑部位而造成磨損

　　-潤滑劑散熱不好，經常過熱，造成潤滑劑提前失效而損壞機械嚙合表面

　　-濾芯堵塞、油位傳感器污染，潤滑劑“中毒”而失效

　　2、設計上存在缺陷

　　齒輪的承載能力計算一般按照ISO6336（德國標準DIN3990）進行。當無法從實際運行得到經驗數(shù)據(jù)時，廠家可能選用的應用系數(shù)KA為1.3，但實際上由于風載荷的不穩(wěn)定性，使得設計與實際具有偏差，造成齒輪表面咬傷甚至表面載荷過大而疲勞破壞。說明當選擇應用系數(shù)KA為1.3時，齒輪傳動鏈中載荷遠超出按假設設計值。如果軸承選擇不合適，由于軸向載荷相當大，而造成軸承損壞。

　　3、失速調節(jié)型風電機組安裝角如果設置過大時，冬季就會出現(xiàn)過功率現(xiàn)象，過高載荷影響齒輪箱的壽命。