基于振动测试和内窥镜检查综合分析风电齿轮箱运行状况的研究 - 副本.docx
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1、摘要:依据风电机组传动链振动测试和齿轮箱内窥镜检查经验,总结了齿轮箱齿轮和轴承的常见失效形式,并对各失效形式进行了分析;介绍了齿轮箱振动测试及分析机理;阐述了齿轮箱内窥镜检查注意事项;用实际案例说明了以振动测试和内窥镜检查相配合的检测方式在风电齿轮箱检测中的优势,为准确评估齿轮箱运行状况提供了参考依据。关键词:风电齿轮箱;振动测试;内窥镜检查1、前言一般情况下风电机组质保期为2-5年,随着时间的推移,出质保期机组数量会随之增多,越来越多的风电机组需要运营维护及保养。由于双馈型风电机组中齿轮箱结构复杂,且极容易发生故障,因此,在机组出质保期前,风电场业主都会要求对机组齿轮箱进行振动测试和内窥镜检
2、查,以获知齿轮箱实际运行情况和是否满足出质保期要求。目前,风电机组齿轮箱振动水平评价的参考标准主要有德国工程师协会的导则VDT3834-2015风电机组及其部件的机械振动测试与评估及我国国家能源局2011年颁布的NB/T31004-2011风力发电机组振动状态监测导则,但只有VDI3834给出了各振动部件的振动标准值以供参考,因此,如何快速、有效地对齿轮箱进行真实的状态评估,给测试和分析工程师提出了新的要求。本文介绍了风电机组齿轮箱中齿轮和轴承的常见故障及原因,以案例形式展示了利用振动测试和内窥镜检查相配合的齿轮箱检查方法的优势,旨在为风电机组齿轮箱检查和评估提供参考方法。2、齿轮箱齿轮及轴承
3、常见故障及原因分析齿轮和轴承是风电机组齿轮箱传递运动的主要旋转类零部件,齿轮故障和轴承故障是齿轮箱故障的主要形式,在对风电齿轮箱进行内窥镜检查时,常见的齿轮故障有齿面磨损、齿面擦伤、齿面微动锁止痕、齿面锈蚀、齿面点蚀及断齿等,常见的轴承故障有轴承磨损、滚动体表面剥落、轴承跑圈等。2.1齿轮故障1)齿面磨损、擦伤磨损是齿面耗损的一种迹象,是当两个表面作相对滑动时出现材料移失的一般性术语。磨损包括润滑剂中杂质的磨粒作用所导致的材料移失。由于润滑剂中杂质或坚硬颗粒物的存在,齿轮在运转过程中,在齿面滑动方向上将造成细微沟痕或沟槽。齿面严重擦伤时,在齿面滑动方向上会发现直线形沟槽,类似于“起脊”产生的沟
4、槽。图1齿面磨损图2齿面严重擦伤齿面磨损、擦伤主要是由于润滑油含有杂质、坚硬颗粒、铁元素或其他元素等造成,可通过对油样进行检测获知润滑剂工作状态,通过内窥镜检查获知齿面磨损、擦伤情况。2)齿面微动锁止痕风电场处于小风、无风季节或机组故障停机时,机组常会处于停机状态,叶轮在风力荷载的作用下,造成齿轮箱各齿轮齿面啮合处始终在一个很小的范围内左右晃动,加之润滑不良及环境温度的变化,在啮合区域位置上最终造成齿面磨损痕迹或沟痕,常称作齿面微动锁止痕或齿面啮合黑线。图3齿面微动锁止痕(啮合黑线)图4齿面锈蚀由于微动锁止痕的存在,使齿面在啮合过程中出现不连续现象,造成齿轮传动精度下降,且产生振动、冲击及噪声
5、,减少齿轮箱使用寿命。预防产生微动锁止痕的措施主要是尽量避免风机长时间处于停机状态,并在风机停转时半小时启动一次油泵,保证齿轮箱各齿面啮合处有充分的润滑。3)齿面锈蚀齿轮箱在非运转过程中,由于润滑不到位及齿轮箱内环境温度的变化会在齿轮箱内部产生冷凝水,这些水分积聚在齿轮齿面上,最终造成齿面上出现不同程度褐红色铁的氧化物,即齿面锈蚀。齿面锈蚀部分在参与啮合过程中,氧化物会随着啮合齿面间的摩擦作用脱落到润滑剂中,造成润滑剂污染及颗粒物增多,进而加剧对其他齿面的损坏。因此,在机组日常维护过程中,要关注干燥剂的变色程度,对吸水饱和或接近饱和的干燥剂及时进行更换。4)齿面点蚀齿面点蚀是齿轮故障的一种严重
6、形式,是齿面在啮合过程中,由于力的反复作用,在表面和次表面产生应力而导致的材料损伤,其特征为齿面金属材料的移失并在齿面上形成一些凹坑。齿面发生点蚀的主要原因是齿面疲劳强度不足所致,另外齿轮材料、加工工艺及精度较差、润滑不良、油温过高等均能导致齿面点蚀。图5齿面点蚀图6断齿5)断齿断齿是齿轮最严重的失效形式4,也是引起振动和噪声异常的主要原因。齿轮断齿主要有过载断齿、疲劳断齿以及随机断裂等形式。齿轮出现断齿失效后,必须进行更换,以免造成齿轮箱卡死,无法运转,增加维护成本。2.2轴承故障1)轴承磨损轴承磨损是指在使用过程中,两个滑动或滚动/滑动接触表面的微凸体相互作用造成材料不断移失的现象。齿轮箱
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