浅谈风力发电机组齿轮箱结构及故障分析

摘要：风力发电机组的传动系统是风力发电系统中不可或缺的组成部分，它在将风能转化为电能的过程中扮演着至关重要的角色。传动系统主要由主轴承、齿轮箱、联轴器组成。其中齿轮箱是传动链系统中的关键部件之一，用于将风轮旋转的动能传递给发电机，从而产生电能。它通常由多个齿轮组成，通过精确的传动比例来提高风轮转速，并将其转化为适合发电机工作的转速。

关键词: 风力发电 齿轮箱 故障分析

引言：能源问题是当前社会发展的重要议题之一，清洁能源如风能正逐渐受到广泛关注和重视。在风力发电机组中，齿轮箱作为关键的传动设备，其稳定运行对于确保风力发电机组的正常运转至关重要。因此，本文将简要分析风力发电机组中齿轮箱的结构及故障诊断。

作者：胡博，新疆风能有限责任公司

一、齿轮箱的结构

齿轮箱是风力发电机组的重要组成部分，其主要功能是将风轮转动的低速运动转换成高速运动，以提供足够的转速和扭矩给发电机。风力发电齿轮箱通常由输入轴、输出轴、齿轮组和润滑系统组成。

1.输入轴：输入轴是将风轮的低速旋转运动传递给齿轮组的部分，输入轴一般由高强度的合金钢制成，以承受高扭矩和高速运动的要求。

2.输出轴：输出轴是将齿轮组转动的高速运动传递给发电机的部分。输出轴通常由输入轴延伸出来，也采用高强度的合金钢材料制造。

3.齿轮组：齿轮组是风力发电齿轮箱的核心部分，它由多个齿轮组成，通过齿轮之间的啮合来实现传动效果。齿轮通常由合金钢制成，以承受高负载和高速度的工作要求。齿轮组一般包括主轴齿轮、中间齿轮和输出齿轮。主轴齿轮与输入轴相连，中间齿轮连接主轴齿轮与输出齿轮，输出齿轮与输出轴相连。

4.润滑系统：润滑系统是保证齿轮组正常运转的重要组成部分，它通常由油箱、油泵、油管和过滤系统组成，润滑油通过油泵被输送到齿轮组的运动部位，起到润滑和减少摩擦的作用，同时还可以冷却齿轮组，保持其正常工作温度。

二、齿轮箱的工作原理

齿轮箱是一种常见的机械传动装置，它通过齿轮咬合来实现动力的传递和转换。齿轮箱由齿轮、轴、轴承、油封等部件组成。其中，齿轮是齿轮箱的核心部件，它通过啮合来实现动力的传递和转换。齿轮箱的工作原理可以分为两个方面：一是齿轮的啮合原理，二是齿轮箱的润滑原理。

齿轮箱的啮合原理是指当两个齿轮啮合时，它们之间会产生一定的力矩，从而实现动力的传递和转换。齿轮的啮合原理是指两个齿轮之间的啮合关系，当两个齿轮啮合时，它们之间会产生一定的力矩，从而实现动力的传递和转换。齿轮的啮合关系可以分为两种：一种是直齿轮啮合，另一种是斜齿轮啮合。直齿轮啮合是指两个齿轮的齿轮面平行，齿轮的齿数相等，齿距相等。斜齿轮啮合是指两个齿轮的齿轮面不平行，齿轮的齿数不相等，齿距不相等，齿顶和齿谷的宽度也不相等。

齿轮箱的润滑原理是指齿轮箱内部需要润滑油来保证齿轮的正常工作。润滑油可以起到润滑、冷却、清洁和密封等作用。风机齿轮箱通常采用压力强制润滑方式。这种润滑方式通过油泵将润滑油从油箱送到各个润滑点，然后通过重力作用回流到油箱，实现循环使用。由于供油充分，润滑油的损耗非常少。此外，压力强制润滑方式还能带走热量，具有良好的冷却效果。因此，它广泛应用于大型、重型、高速、精密和自动化的各种机械设备上。齿轮箱的工作原理是基于齿轮的啮合原理和润滑原理。齿轮箱通过齿轮的啮合来实现动力的传递和转换，通过润滑油的润滑来保证齿轮的正常工作。齿轮箱在机械传动中起到了重要的作用，广泛应用于各种机械设备中。

三、齿轮箱的故障诊断

1.微点蚀

微点蚀是指齿轮表面出现微小的凹痕，形成一些微暗状的点状物。它主要与齿轮表面的粗糙度有关。微点蚀的形成原因包括频率的载荷、速度变化、齿面的粗糙度、油液清洁度和齿面硬度等因素。为了解决这个问题，我们需要采取以下措施：首先，必须确保润滑油的冷却和清洁，以保持其良好的工作状态；其次，监测润滑油的质量和颗粒度，并监测齿轮箱的振动和载荷变化情况。当齿面出现微点蚀时，可以通过重新磨齿来修复。

2.胶合

胶合是指在齿轮表面出现细条文状的痕迹，与轮齿的滑动方向一致，通常发生在齿面上。胶合的产生主要原因是由于高速重载导致齿面劣化、润滑失效以及齿面硬度不足等因素。预防胶合的措施和微点蚀类似，包括保持润滑油的质量，确保冷却和清洁度，并确保在啮合初期进行充分润滑。此外，监测齿轮箱的振动和载荷变化也是预防胶合的重要方法。

3.静止压痕

静止压痕的特点是在齿面形成细小的痕迹，这种痕迹是一种接触腐蚀，严重时周围还可能出现点蚀。另外，静止压痕的条纹状不太明显。在风机运维中，静止压痕是经常遇到的问题。最常见的情况是长时间停机后，如果某个部件损坏需要更换，在齿轮区域，两个齿之间会经常发生啮合。为了预防这种情况，必须在长时间停机时，在一定时间内对风力发电机组的传动链进行空转，以确保充分润滑并改变接触面。此外，如果齿轮箱长期存放在地面上，应该手动空转齿轮箱。对于较深的压痕，可以通过磨齿修复。要发现静止压痕，可以使用振动传感器进行监测。

4.断齿

齿轮断裂是风力发电齿轮箱的严重故障，通常是由于长时间承受过大负荷或遭受外部冲击而引起的。齿轮断裂会导致齿轮箱传动系统失效，进而导致机组停机。为了防止齿轮断裂，需要定期检查齿轮的磨损情况，并及时更换严重磨损的齿轮。预防断齿的主要措施包括定期监测油品质量、进行定期内窥镜检查、及时检查齿轮磨损情况，同时定期监测磁堵和磁性油标记。此外，在出现异常噪音和明显振动时，必须立即停机。另外，一旦发生齿轮断裂，只能进行更换，无法修复。

5.轴承损伤

轴承损伤是一种常见的现象，主要发生在轴承的滚珠和滚道上。它表现为严重的磨损、静止压痕和滚珠的腐蚀等特征。造成这种损伤的原因主要是润滑不足，超过极限载荷以及不同型号润滑油之间互溶性差导致的化学反应。此外，长时间停机和存储也可能导致其他部件损坏引起碎屑问题。为了预防和修复轴承损伤，需要确保充分润滑，保证润滑油的质量，并按时进行油样检测。

6.箱体开裂

齿轮箱的开裂主要集中在齿圈和壳体部位，其中一些开裂情况发生在箱体上。这种开裂的原因主要是由于齿轮箱承受的冲击载荷较大，风机转动产生的垂直轴向载荷也很高，此外，齿轮箱的箱体材料可能存在问题。为了预防和修复这种问题，我们需要定期检查齿轮箱的状况，一旦发现箱体开裂的情况，需要立即停机进行修复。齿轮箱的箱体是一个铸件，一旦损坏，修复时间较长。通常情况下，齿轮箱的运行时间都比较长，如果需要找到同样型号的齿轮箱，需要联系齿轮箱厂家，并与铸件供应商进行沟通。

7.锈蚀

锈蚀问题主要存在于齿轮箱的外部或内部。其形成原因包括箱体外部油漆脱落、齿轮箱长时间存放以及保养不当，同时也可能是箱体内部部件防锈油膜受损所致。为了预防和修复这一问题，建议定期检查齿轮箱的箱体和内部状况。如果发现外部出现锈蚀，需要进行补漆并去除锈蚀，如果发现内部出现锈蚀，可以进行抛光处理。

8.漏油

漏油的原因有多种，主要表现为齿圈和箱体结合处的渗透、高速轴和低速轴的泄漏，以及润滑冷却系统管路的渗漏。例如，齿圈和箱体螺栓松动、密封胶条磨损、盘根部磨损等问题都可能导致回油孔堵塞。为了预防和修复这些问题，可以定期更换空气滤芯，定期检查易漏油部位的情况，检查密封部位的胶条损伤，并确保所选用的型号没有问题。风力发电齿轮箱是风力发电系统中不可或缺的关键组件，其结构和工作原理关系着风力发电机的转速和功率输出。通过合理的设计和运行，可以保证风力发电系统的高效、稳定和可靠运行，为可持续发展提供清洁能源。