风电齿轮箱讲义图纸.ppt

风电齿轮箱结构类型与工作原理 及其维护、使用和故障分析重庆重齿风力发电齿轮箱有限责任公司 刘其勇2006.12.7概述• 风力发电机组由叶片、增速齿轮箱、风叶 控制系统、刹车系统、发电机、塔架等组 成其中增速齿轮箱作为其传动系统起到 动力传输的作用，使叶片的转速通过增速 齿轮箱增速，使其转速达到发电机的额定 转速，以供发电机能正常发电因此增速 齿轮箱设计及制造相当关键同时风力发 电机组增速齿轮箱由于其使用条件的限制 ，要求体积小，重量轻，性能优良，运行 可靠，故障率低• 随着风电行业的发展，更多更大功率的机 组投入商业化运营，因而其维修费用更高 虽然世界上著明的齿轮箱制造企业，如 德国的Renk公司，Flender公司，JA/KE 公司，Eickhoof公司以及一些中小企业在 这方面都作了研究，并且有的企业也付出 了很大的代价，但目前世界风电行业所用 增速齿轮箱仍然事故较多因此，采用先 进技术，分析其它企业失败的原因，总结 和吸收以往开发其它项目齿轮箱成功的经 验，研制高技术性能，高可靠性和良好的 可维修性的增速齿轮箱是兆瓦级风力发电 机组的关键技术保障一、风电齿轮箱的传动结构类型与工作原理600KW齿轮箱1600KW齿轮箱2800KW齿轮箱1800KW齿轮箱21000KW齿轮箱1500KW齿轮箱齿轮箱工作原理（以600KW齿轮箱为例）• 齿轮箱的结构原理图见上图。

结构上采用行星—平 行轴混合传动的紧凑结构；低速级转速低，扭矩大 ，采用行星传动，且主要以太阳轮浮动均载为主 第二级、第三级扭矩小得多，采用斜齿传动，能有 效的保证叶尖高压油通道其具体原理为：首先， 通过风带动叶片转动，叶片把转速传到输入轴（1 ）上通过输入轴（1）上的花键把力矩传到行星 架（2）上，行星架通过内齿圈（3）行星轮（4） 和太阳轮（5）组成的行星传动传到太阳轮（5） 上，太阳轮（5）通过另一端的花键把力矩传到大 齿轮（6）上，大齿轮（6）通过齿轮传动把力矩 传到齿轮轴（7）上，齿轮轴（7）通过轴上的大 齿轮把力矩传到输出轴（8）上输出轴（8）通 过输出轴轴伸端把力矩和转速传到发电机上，供发 电机发电 二、齿轮、轴承润滑机理• 齿轮和轴承在转动过程中它们实际都是非直接接 触，这中间是靠润滑油建成油膜，使其形成非接 触式的滚动和滑动，这时油起到了润滑的作用 虽然它们是非接触的滚动和滑动，但由于加工精 度等原因使其转动都有相对的滚动摩擦和滑动摩 擦，这都会产生一定的热量如果这些热量在它 们转动的过程中没有消除，势必会越集越多，最 后导致高温烧毁齿轮和轴承因此齿轮和轴承在 转动过程中必须用润滑油来进行冷却。

所以润滑 油一方面起润滑作用，另一方面起冷却作用• 对于风电齿轮箱，对于所有的齿轮和轴承 我们都要采用强制润滑原因有： • 1、强制润滑可以进行监控，而飞溅润滑是 监控不了的从安全性考虑采用强制润滑 • 2、现在风电齿轮箱功率越来越大，其功率 损耗也越来越大，因此飞溅润滑已经满足 不了冷却的作用这是需要进行强制润滑 • 下为润滑实例：（以1500KW齿轮箱为例）三、风电齿轮箱的损坏类型及其判断损损坏部件故障比例（%） 损损坏表现现形式 齿齿 轮轮60断齿齿、点蚀蚀、胶合、磨损损、疲 劳劳裂纹纹、其他轴轴 承19烧伤烧伤 、滚滚珠脱出、保持架变变 形 轴轴10断裂、磨损损箱 体7变变形、裂开紧紧 固 件3断裂油 封1磨损损• 上表中列举了齿轮箱中各类零件损坏的百 分比由表可见，在齿轮箱中齿轮本身的 故障所占比重大，为60%说明在齿轮传 动系统中齿轮本身的制造、装配质量及其 运行维护水平是关键问题齿轮在机械加 工中是一种高度复杂的成形零件，而在高 速、重载下运行的齿轮，其工作条件又相 对比其他零部件恶劣 四、风电齿轮箱的使用、维护和检查• 以1500KW齿轮箱为例说明： 1 、运行前的检查： • 1.1安装完后，所有多余材料、工具、安装用的工 装设备都应拿走。

• 1.2连接螺栓是否拧紧 • 1.3齿轮箱壳体的连接螺栓是否拧紧 • 1.4手动盘车有无阻滞现象 • 1.5油量是否达到油标刻度从减速箱的通气帽处 加入规定的清洁润滑油，注油时用不少于80目的 滤网过滤，以防杂物进入箱内滑油用量约260L 2 、试运转 • 齿轮箱出厂前已进行过空载试验，建议用户在齿 轮箱首次运行前10小时内注意下列事项： – 检查齿轮、轴承供油是否正常，吸油是否畅通 – 在运转过程中，每30分钟记录一次油温及轴承 部位温度 – 注意齿轮箱有无异常声响，检查箱体各接合面 和各可能的泄漏点是否渗油，并及时采取措施 ，排除故障 – 在总计运行10小时后，检查机座螺栓和各连接 部位螺栓，必要时予以紧固，检查所有可能的 泄漏点；检查油位，必要时补充润滑油3、润滑系统使用要求 • 润滑油牌号：Mobil SHC XMP 320 • 润滑系统由供油装置、过滤系统、油/风冷 却装置及中间连接管路组成 • 控制原理图如图：3.1控制要求： – 机组未启动时若油温⑩低于10℃时，电加热器 ②启动，电动泵③每隔30分钟启动工作5分钟 油温⑩高于15℃，电加热器②停止加热，电 动泵③工作，机组启动。

– 机组启动温度必须在油温⑩高于10℃ – 电动泵③出口压力10bar，安全阀设定压力 16bar，出口油压过高（超过16bar）时，安全 阀打开 – 过滤器⑤最高工作压力16bar，安全阀设定压 力14bar，当过滤器⑤进口与出口压力差值超 过3.5bar时（在油温⑩超过40℃时才测定，信 号采集至少90分钟），传感器发出信号且红灯 亮（绿灯表示工作正常）– 风冷器⑥工作压力25bar，最大允许流量 140L/min，风冷器⑥的风扇电机在油温＞60℃或 高速轴轴承温度⑾＞75℃时打开，油温回落至 50℃且高速轴轴承温度⑾＜70℃时，风冷器⑥的 风扇电机停止运转 – 压力控制器⑦的压力监测范围为0.5-6bar，不在 此范围内时报警（油温70℃时压力要求≥0.5bar， 油温低于10℃时压力要求≤6bar），若压力＜ 0.5bar时，报警持续超过5秒则停机 – 液位下降至设定值时液位开关⑨发出报警信号 – 油温⑩温度不允许超过70℃，否则齿轮箱停机 – 高速轴轴承温度⑾不允许超过80℃，否则齿轮箱 停机3.2安装要求 • 供油装置应安装在齿轮箱附近，泵吸油管 越短越好，其长度以不大于1米为宜。

• 为保证冷却效果，油/风冷却装置应安装在 通风处 • 中间连接管路按相关的液压、润滑安装规 范进行安装，保证各连接处不泄漏 • 供油装置投入运行前，必须确认齿轮箱内 部清洁度达到ISO4406 17/15/12级，润滑 油清洁度等级达到ISO4406 17/15/12级 3.3使用与维护 3.3.1首次启动时应注意油泵电机转向是否正 确 • 过滤系统入口处设有测压点，可用测压表 （用户自备）检测泵的出口压力 • 过滤系统上装有滤油器污染发讯器，当滤 油器进出油口压差达到3.5bar时，污染法讯 器发出电讯号，同时污染发讯器上也有灯 光显示，此时应及时更换滤芯如果更换 滤芯不及时，滤油器进口压力达到14bar时 ，滤油器旁通阀将会开启，此时滤油器将 失去过滤作用，齿轮箱必须停止运转！3.3.2滤芯的更换过程： • 更换滤芯时必须确认供油装置处于停机状 态，滤油器必须卸压（压力表显示0bar状 态）可以通过拧松滤筒底部的排油螺塞 卸压（工作时必须拧紧） • 更换滤芯步骤： • 旋下滤筒，取出旧滤芯 • 清洗滤筒，把新滤芯装上，旋上滤筒 • 旋紧滤筒，再回松1/4圈 • 更换滤芯后，重新启动工作，注意观察压 力表工作压力。

3.3.3旁路过滤 • 当齿轮箱长时间运行后，箱体内部润滑油 会逐渐污染，底部沉淀颗粒状污染物为 提高润滑系统清洁度，延长过滤器使用寿 命，可对齿轮箱进行旁路冲洗过滤旁路 过滤装置由用户自备，箱体上预留有安装 接口3.3.4低温启动 • 冬季低温状态时机组启动必须考虑油液的 加热当油温低于-10℃时可通过电加热器 将油温升到10℃以上；当油温低于-10℃至- 30℃时由于润滑油粘度太大，则应采用专 用的低温旁路加热系统加热油液低温旁 路加热系统由用户自备，箱体上预留有安 装接口,该接口与旁路过滤装置接口共用4、齿轮箱维护 4.1 检查螺栓和螺母是否紧固 • 所有在表（一）中列出的螺栓联接必须检查是否紧 固在表（一）中包括这些螺栓的相关数据，例如 扭矩和扳手尺寸 • 并不是所有的螺栓都需要一一检查，要检查的数目 在表中也有指出 • 如果在齿轮箱中重复出现相同规格的螺栓，那么在 表中只列出一次 • 检查螺栓联接必须使用经过校正的扭力扳手和液压 扳手 • 如果被检查的螺栓数目少于实际数目，那么在这些 检查过的螺栓上必须作标记，下次检查其它的螺栓 • 如果在检查的螺栓中有一个因松动而达不到指定扭 矩，那么所有的螺栓都必须检查。

4.2 腐蚀状况和泄漏情况检查 • 检查所有部件的腐蚀状况如果发现外表 面有腐蚀，必须立刻按照覆盖层说明书对 该部件进行处理 • 检查所有部件，特别是齿轮箱、液压系统 、刹车和油液泄漏必须排除泄漏并找出 到泄漏原因必须更换损坏部件并清理被 污染的区域4.3 运行的异常噪音检查 • 必须检查运行部件的异常噪音，要特别注 意主轴轴承、刹车装置在运行中的噪音 4.4 齿轮箱 • 在维护齿轮箱之前，必须使风机安全停机 ，并确保不会因为误操作而启动（确保刹 车可靠和风轮锁紧）4.4.1 检查齿轮箱是否有异常噪音 • 运行时是否有异常的噪音 4.4.2 检查油位 • 从油标检查齿轮箱的油位 4.4.3 检查齿轮箱是否有泄漏 • 检查所有的凹槽、迷宫环和泄漏油液的流 迹4.4.4 检查油液状况 • 在500小时后必须进行油液的抽样检查，不 管运行状况如何抽样的时间不能迟于一年 抽样检查油液对于评定各种油液的特性 （粘性、老化水融性等）是非常重要的 油液检查后的结果应该告诉你的油液供应 商• 更换油液 • 如果使用矿物油必须每2年更换一次，如果使用人 工合成油必须每3年更换一次；油液若从外观上就 发现变性，应该立即更换。

• 油液更换时，必须使用和先前同一牌号的油液不 允许使用混合油或不同生产厂家的油液要特别指 出的是，人工合成油并不是不同矿物油或其它不同 油液的简单混合如果从矿物油换到合成油，或是 从合成油换到矿物油，在注入新油液之前必须彻底 清洗齿轮箱 • 在更换油液时，为了清除箱底的杂质、铁屑和残留 油液，齿轮箱必须用新油液进行冲洗高粘度的油 液必须进行预热新油液应该在齿轮箱彻底清洗后 注入 • 注意： • 旧的油液应该在停机后齿轮箱冷却之前尽快排出• 换油步骤： • 在放油球阀下放置合适的积油容器 • 卸下箱体顶部的空气滤清帽 • 把油槽及凹处的残留油液吸出，或用新油进行冲洗， 这样也可以把油槽中的杂质清除干净 • 清洁位于放油堵头处的磁铁 • 拧紧放油堵头（检查油封： 堵头处受压的油封可能 失效，必要时可更换油封） • 卸下观察盖板进行检查 • 将新的油液过滤后注入齿轮箱 (过滤精度: 30 µm以上 ) 必须使油液液位达到液位计的标注刻度处，以保 证可以轴承和齿轮润滑可靠 • 检查油位(油液必须加到油标的中部) • 盖上观察盖板，装上空气滤清帽4.4.5 检查齿轮 • 检查有可能损伤的齿轮啮合面。

4.4.6 清洁空气滤清帽 • 必须每年清洁空气滤清帽，先拧下空气滤 清帽，然后用清洗剂进行清洗，待干燥后 在拧上 4.4.7 检查齿轮箱的弹性支撑是否有损伤 • 必须检查弹性支撑的磨损状况，是否有裂 缝以及老化情况如果发现有明显的老化 痕迹，必须予以更换4.4.8 润滑冷却循环系统 4.4.8.1 检查系统是否有泄漏 • 检查所有的接头和油管。