风电齿轮箱优化维修

风电齿轮箱优化维修

杨亚文

远景能源有限公司 200050

【摘要】：针对目前双馈机组中的风电齿轮箱故障多、维修成本高的运维现状，本文通过对风电齿轮箱塔上优化维修及返厂优化维修的介绍，提出了如何更快捷、更有效对风电齿轮箱进行优化维修的方向及方法，以降低齿轮箱的故障率和运维成本，提高齿轮箱运行的可靠性。

【关键词】：风电齿轮箱；优化维修；可靠性

进入21世纪，能源短缺的问题被各方所密切关注，各国开始对能源的使用从不可再生能源（石油、天然气）逐步转变到可再生的清洁能源（风能、潮汐能、太阳能），对风能的使用是其中不可或缺的一部分，风力发电机组逐步进入大发展时期。但由于前期对风力发电机组技术储备不充分，后续不断暴露出各自不同的问题。解决这些问题需要齿轮箱厂家、主机厂家、用户之间不断地沟通所存在的故障情况、技术难点和瓶颈，以达到持续优化齿轮箱设计、优化齿轮箱维修，最终降低齿轮箱故障率的最终目的。

1.风电齿轮箱塔上优化维修

1.1优化塔上诊断技术

对于齿轮箱塔上的故障，首先需要发现问题，将故障诊断流程化，借助故障诊断流程来发现故障的共性和差异，找出引起故障的原因及相应改善的办法。

常见的齿轮箱塔上故障可分为漏油、温度异常、压力异常、振动异常、内窥镜检查异常等情况。当齿轮箱产生异常情况时，往往表现出多种故障特征共同出现的现象。传统故障诊断：对齿轮箱温度（轴承温度、油池温度、进油温度）、压力（进油压力，过滤器压差）、最低液位高度进行监测，用户往往在齿轮箱故障报警后才会进行检查，此时齿轮箱的损坏情况很有可能已经比较严重，难以在塔上维修；

随着风机智能化的发展，智慧检测、智慧运维的概念不断刷新着风电人对风机的认识，提前预知齿轮箱的故障，及时诊断变得尤为重要。在线诊断技术正在不断地普及，齿轮箱在线诊断技术主要可分为在线振动监测和油液颗粒度监测，通过在线数据传输，建立远程管理平台，数据接收端的诊断专家可根据运行数据，实时对齿轮箱的运行状态进行监控，并进行故障预警，提前发现可能会出现的故障点，找出故障点，并通知用户进行故障运维；与此同时，齿轮箱厂家可以提前储备零部件，真正做到准、快、好的齿轮箱塔上维修。

1.2优化塔上维修技术

在使用塔上诊断技术发现故障后，应用塔上维修工艺，致力于解决齿轮箱故障。齿轮箱内的塔上故障主要分为轴承故障和齿轮故障。目前优化的塔上维修技术可对部分轴承和齿轮进行更换，借助于轴承拆卸工具和塔上维修专用工具及工装，对塔上部分故障轴承及齿轮进行更换，省时、省力、省钱完成塔上维修。伴随着科技的发展及各种新产品的出现，零部件的拆卸专用工具及工艺也是日新月异，持续不断开发塔上维修技术、优化塔上维修工艺是降低塔上维修成本的重要一步。

1.3优化塔上维修备件

维修备件本质上就是满足维修设备的需求，缩短停机周期所储备的零件。现阶段运行的风电齿轮箱很大一部分是齿轮箱发展早期的产品，早期齿轮箱的设计及制造水平都与现在有较大差距，对于故障统计中故障率高的齿轮箱需着重进行分析，找出产生高故障率的原因。通过优化局部结构、使用高性能材料、调整修形参数、调整润滑等方式，使应用于塔上维修后的备件性能优于故障零件，同时避免故障的再次发生。2.风电齿轮箱返厂优化维修对于无法在塔上进行维修的故障齿轮箱，会对其进行返厂优化维修。根据齿轮箱正常运行状态下各零部

件的技术要求、检修要求以及检修后整机的装配、试验、外观要求等【1】。采用齿轮箱优化返厂维修，其具有维修计划性、专业的失效分析、全方位的计算分析、优化式修复、有效的试验验证等特点。相比于维修无序性、未做失效分析、无计算分析、复制式修复、基本验证或无验证的常规修复方式，返厂优化维修的优势凸显无疑。

齿轮箱返厂优化维修，其着重优化齿轮箱返厂优化维修流程和齿轮箱返厂优化维修技术两个方面。一方面是制定齿轮箱返厂优化维修流程，实时了解齿轮箱返厂后的实际状态、维修进程，缩短齿轮箱维修周期；第二方面是制定齿轮箱返厂维修的内控标准，保证齿轮箱的维修质量。

2.1返厂优化维修流程

返厂优化维修需要不断优化流程：齿轮箱的回厂外观检查-齿轮箱的拆箱-制定修复方案-齿轮结构件的测绘计量-零部件的计算校核-零件加工修复-装配通油-验收试验-油漆外观发货。从流程上确保齿轮箱优化维修技术的进行，对齿轮箱返厂维修全过程进行系统的程序化及规范化控制，运用科学的维修流程，使维修资源配置最大化，维修目标计划化。

2.2返厂优化维修技术

返厂优化维修技术主要体现在零部件的计算校核、结构优化、应用特种技术、应用非标轴承技术等方面。

（1）借助齿轮计量仪，三坐标等精密仪器，获取齿轮计量报告及结构件的三坐标报告，采用相关标准的最新要求校核齿轮的相关安全系数，优化齿轮参数，提高齿轮的可靠性；通过对轴承静态安全性能、轴承额定寿命、轴承接触应力、轴承安装和运行游隙的计算，全方位对轴承的可靠性进行评估；对齿轮进行齿形修形和齿向修形，以降低弯曲和扭转变形（轴、齿轮、箱体、轴承等部件）、制造和装配误差等因素产生不利的影响；同时对比原回厂齿轮修形，优化齿轮修形参数，提高齿轮的承载能力、改善齿轮箱的运行性能，最终通过加载试验进行齿面接触斑点检查及振动测试，校核优化后的齿轮修形。

（2）早期生产的齿轮箱未能全面考虑齿轮箱塔上运维，齿轮箱在返厂维修过程中，需根据塔上运维的需求对其进行结构优化。常见的优化结构维修方向有：增加内窥镜测点、内置润滑油路、调整润滑方式及优化油量、优化冷却效果、优化密封效果等。1）增加内窥镜测点：解决部分齿轮、轴承无法通过内窥镜检查的问题。同时对改动的结构件进行计算分析，保证改后的零部件强度，可增强对齿轮箱内零部件的内窥镜检查能力；2）内置润滑油路：将润滑管路进行内置，避免外部油管因齿轮箱运输、吊装时发生碰撞以及外部管路长久运行下的渗漏油情况，避免漏油风险；3）调整润滑方式及优化油量：调整齿轮、轴承不良的润滑方式及润滑油量，优化油路及油量分配；4）优化冷却效果：解决齿轮箱运行过程中出现油温、轴承温度过高的问题；5）优化密封结构：解决输入端、输出端的漏油问题，同时制定解决方案时需考虑后期可维护性。

（3）返厂维修的齿轮箱大部分由于轴承、齿轮及箱体损坏而进行下架维修，根据齿轮箱拆卸后的零件状态，常出现齿轮轴打滑磨损、箱体轴承孔打滑磨损的情况。后市场维修厂家一直思考这些情况：如何可以对这些磨损零件进行修复使用，以减少客户的维修费用？现在，通过特种修复技术和非标轴承的开发应用，大大提升后市场维修的竞争力。激光熔覆技术、冷熔技术、超音速喷涂技术等特种修复技术逐步使用在风电齿轮箱维修中，所有使用的特种修复技术都需要在零件修复后和齿轮箱试验后进行一系列的可靠性验证，保证齿轮箱在特种技术修复后能正常、可靠地运行；另一种非标轴承也逐步应用，通过齿轮箱机型统计，根据不同齿轮箱的轴承使用情况，提前对维修市场进行预估，与轴承厂家商定协议，开发非标轴承。用以确保齿轮箱具有良好的性能。对齿轮箱齿面啮合接触斑点检查、清洁度检查、振动测试、噪声测试、热平衡试验以及运行温度、运行压力的测定，最大化模拟齿轮箱实际运行工况，为齿轮箱优化返厂维修把守最后的一关。

3.总结

针对目前运行风电齿轮箱种类多、故障类型多、故障频发、损坏程度各不一致的运维现状，提出对风电齿轮箱塔上优化维修和返厂优化维修的方向及方法。根据长时间的风电齿轮箱设计和维修经验，对齿轮箱故障频发点的统计、设计结构的了解，展示出齿轮箱塔上优化维修和返厂优化维修的优势。坚持与时俱进，在实践中开拓创新，推动风电齿轮箱维修向高质量发展转变，持续不断地为世界风电齿轮箱提供更精准、高效的后市场维修服务。

参考文献：

[1]CCSC/PCS02029:2017:风力发电机组主齿轮箱检修技术规范.

[2]GB/T19073-2018/IEC61400-4:2012:风力发电机组齿轮箱设计要求

[3]大型风电齿轮箱的失效问题及其设计制造技术的国内外现状分析[J].王辉,李晓龙,王罡,向东,融亦鸣.中国机械工程.2013(11)