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随着风电机组运行时间的延长,由于风电场环境恶劣,齿轮箱的故障越来越频繁出现,诸如漏油,齿面点蚀、剥落、断齿、异常磨损,轴承跑圈、滚道点蚀、剥落等现象。
导致出现上述缺陷因素很多,包括制造因素:齿轮箱结构设计、载荷计算、轴承选型、材料选择、制造加工、出厂前的试车及清洁等;运行因素:控制策略、监控措施、维护方法;环境因素:气候、变化无常的风况;控制因素:任何一个环节控制不到位,均会导致隐患,从微小缺陷扩展成大缺陷,从而引起机械部分不可逆的损坏。因此,风电机组齿轮箱从出厂到淘汰报废,我们要以全寿命周期管理理念,通过精心维护、科学管理来降低齿轮箱损坏率及下架率、缩短恢复时间,实现齿轮箱长寿命健康运行,提高机组利用率。
现状调查
中国可再生能源学会风能专业委员会的资料显示,国内装机数量截至到2015年9月已超过8万台,双馈型机组按照市场总容量估算约占5万-6万台。这个数量也就是齿轮箱运行台数,其中近4万台左右已在2012年前投入运行。
经粗略估算,从2011年开始,齿轮箱年度下架率在逐年上升,如图1所示。
图1所示的比例计算是基于所有在运行的齿轮箱台数。若只按运行超过3年的齿轮箱数量为基数计算的话,下架率数值超出图1中数值1倍以上,而且之后有急剧增加的趋势。
图1 近4年齿轮箱年度下架率
损坏原因概略分析
齿轮箱损坏下架的原因很多,通过调查及数据统计,缺陷主要表现为:齿轮断齿,齿面点蚀、磨损、剥落,内齿圈断裂,行星轮损坏卡死,轴承磨损、内外圈跑圈等。
引起这些缺陷的直接原因主要是因为齿部接触不良,出现偏载,局部应力过大、引起微裂纹并逐步扩展,致使齿面烧伤、点蚀、剥落,导致齿的局部断裂。而引起这些现象的间接原因与设计制造、材料及热处理、运行维护、控制策略、环境等因素都可能有关。每一台齿轮箱下架具体情况会不同,但一般来说,制造初始缺陷是潜在诱因,在使用过程中若载荷复杂、维护不当、不及时跟踪处理会加速缺陷扩展。
需停机处理的故障主要集中在管路漏油、高速轴、电动泵、油温油压报警、滤芯、冷却系统、轴承及异响。这些故障会直接造成齿轮、轴承润滑不良,若不及时处理会引起齿轮和轴承出现缺陷并扩展,甚至会导致下架。通过几年统计分析,表现出的主要故障分布情况如图2所示。
图2 齿轮箱故障率占比
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