語言 語言
企業(yè)新聞 行業(yè)新聞 軸承知識
  • 聯(lián)系人:許部長
  • 聯(lián)系電話:13841408476
  • 固定電話:024-44837288
  • 公司傳真:024-44837004
  • E-mail:xuming58@126.com
  • 公司網(wǎng)址:m.natashaterry.com
  • 地 址:遼寧省本溪經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)香槐路110號

淺談風(fēng)電齒輪箱與日常維護(hù)

2022-12-08

劉宇

(深能北方(錫林郭勒)能源開發(fā)有限公司 內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026000)

【摘 要】風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展促成了風(fēng)電裝備制造業(yè)的繁榮,風(fēng)電齒輪箱作為風(fēng)電機(jī)組的核心部件,倍受國內(nèi)外風(fēng)電相關(guān)行業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。但由于國內(nèi)風(fēng)電齒輪箱的研究起步較晚,技術(shù)薄弱,特別是兆瓦級風(fēng)電齒輪箱,主要依靠引進(jìn)國外技術(shù)。因此,急需對兆瓦級風(fēng)電齒輪箱進(jìn)行自主開發(fā)研究,真正掌握風(fēng)電齒輪箱設(shè)計(jì)制造技術(shù),以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)國產(chǎn)化目標(biāo)。本文主要討論的是兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的齒輪箱。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電;風(fēng)機(jī)齒輪箱;維護(hù)

1 引言

縱觀社會的發(fā)展,科學(xué)技術(shù)作為推動力,當(dāng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展到足夠的階段時,將帶來人類社會突飛猛進(jìn)的發(fā)展。這一事實(shí),在二十世紀(jì)表現(xiàn)的越來越明顯,這一推動力的作用越來越突出。

從能源、電力產(chǎn)業(yè)看,二十世紀(jì)九十年代,世界能源、電力市場發(fā)展Z迅速的已不再是石油、煤、天然氣,太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源異軍突起。全世界風(fēng)力發(fā)電容量在1990年的200萬千瓦,2009年一年內(nèi)全球新增風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量就已達(dá)到3750萬千瓦,而截止到2011年3月7日,我國的風(fēng)電裝機(jī)總量有4182.7萬千瓦,首次超越美國成為世界上風(fēng)電大國。因此,就新能源、電力方面而言,二十一世紀(jì)將是可再生能源的世紀(jì),能源、電力的開發(fā)利用將面臨歷史的變革。為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,適應(yīng)世界發(fā)展趨勢,能源產(chǎn)業(yè)尤其是電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必然選擇風(fēng)能等可再生能源和新能源。

風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源,越來越受到世界各國的重視。其蘊(yùn)藏量巨大,全球風(fēng)能資源總量約為2萬億千瓦,其中可利用的風(fēng)能為200億千瓦。中國可開發(fā)利用的風(fēng)能資源有10億千瓦,其中陸地2.5億千瓦,現(xiàn)在僅開發(fā)了不到0.2%;近海地區(qū)有7.5億千瓦,風(fēng)能資源十分豐富。陸上風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要分布在“三北”(東北、西北、華北)地區(qū)以及東南沿海地區(qū)。三北地區(qū)可開發(fā)利用的風(fēng)力資源有2億千瓦,占全國陸地可開發(fā)利用風(fēng)能的79%。由此可見中國風(fēng)力資源是十分豐富的,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過可開發(fā)的水電和火電資源量。

近年來隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增大,以及風(fēng)電機(jī)組的投行時間的逐漸累積,由齒輪箱故障或損壞引起的機(jī)組停運(yùn)事件時有發(fā)生,由此帶來的直接和間接損失也越來越大,因此對分離發(fā)電機(jī)組的維護(hù)保養(yǎng)十分重要。維護(hù)人員投入相關(guān)工作的工作量也有上升趨勢,這就促使越來越多的風(fēng)電場開始加強(qiáng)齒輪箱的日常監(jiān)測和定期保養(yǎng)工作。

風(fēng)力發(fā)電場在國內(nèi)作為一種新興的發(fā)電企業(yè)形式因其具有自身的發(fā)展和生產(chǎn)性質(zhì)特點(diǎn),要求員工必須有較高的專業(yè)知識、技術(shù)業(yè)務(wù)水平和必要的技能技巧,因此做好風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行與維護(hù),此論文的書寫對本人現(xiàn)在以及今后工作具有重要意義。

2 風(fēng)電及齒輪箱的發(fā)展趨勢

2.1 風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的主要趨勢

2.1.1 機(jī)組單機(jī)容量增大風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的增大有利于提高風(fēng)能利用率,降低風(fēng)場的占地面積,降低風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)成本,從而提高風(fēng)電的市場競爭力。目前,上主流的風(fēng)電機(jī)組已達(dá)到(2-3)MW,由德國公司研制的Z大的5MW 風(fēng)電機(jī)組已投入運(yùn)行,其旋翼區(qū)直徑達(dá)到126米??梢灶A(yù)見,(3-5)MW的風(fēng)電機(jī)組在市場中的比例將日益提高。2008年2月在布魯塞爾舉行的風(fēng)能會議和風(fēng)能展上,有與會者甚至提出了2020年前開發(fā)出20MW風(fēng)電機(jī)組的概念。

2.1.2 海上風(fēng)電迅速興起海上風(fēng)能資源豐富,且受環(huán)境影響小,海上風(fēng)電場將成為一個迅速發(fā)展的市場。目前丹麥、德國、英國、瑞典和荷蘭等國家海上風(fēng)電發(fā)展較快。歐洲風(fēng)能協(xié)會預(yù)測,2020年,歐洲海上風(fēng)電總裝機(jī)容量將達(dá)到70000MW。雖然海上風(fēng)電前景廣闊,但目前還有技術(shù)等方面的因素制約著它的發(fā)展。一方面,海上風(fēng)電機(jī)組均為陸上風(fēng)電機(jī)組改造而成,而復(fù)雜的海上自然條件使得風(fēng)電機(jī)組的故障率居高不下,如世界Z大的海上風(fēng)電場丹麥霍恩礁風(fēng)電場,80臺海上風(fēng)電機(jī)組故障率超過70%。另一方面,電網(wǎng)將難以承受大規(guī)模海上風(fēng)電場所提供的巨大電能。因此,海上風(fēng)電的大發(fā)展仍需要解決機(jī)組及上網(wǎng)配套設(shè)施等方面的問題。

2.1.3 變速恒頻技術(shù)快速推廣目前市場上恒速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組一般采用雙繞組結(jié)構(gòu)的異步發(fā)電機(jī),雙速運(yùn)行。在高風(fēng)速段,發(fā)電機(jī)運(yùn)行?較高轉(zhuǎn)速上;在低風(fēng)速段,發(fā)電機(jī)運(yùn)行在較低轉(zhuǎn)速上。其優(yōu)點(diǎn)是控制簡單,可靠性高;缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)速基本恒定,而風(fēng)速經(jīng)常變化,因此機(jī)組經(jīng)常處于風(fēng)能利用系數(shù)較低的狀態(tài),風(fēng)能無法得到充分利用。隨著風(fēng)電技術(shù)的進(jìn)步,風(fēng)電機(jī)組開發(fā)制造廠商開始使用變速恒頻技術(shù),并結(jié)合變槳距技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)出了變槳變速風(fēng)電機(jī)組。與恒速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組相比,變速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組具有發(fā)電量大、對風(fēng)速變化的適應(yīng)性好、生產(chǎn)成本低、效率高等?點(diǎn)。因此,變速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組也是未來發(fā)展的趨勢之一。德國公司是目前全球生產(chǎn)變速風(fēng)電機(jī)組Z多的公司。

2.1.4 全功率變流技術(shù)興起近年來,歐洲的公司都開發(fā)和應(yīng)用了全功率變流的并網(wǎng)技術(shù),使風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的調(diào)速范圍達(dá)到了0~150%的額定轉(zhuǎn)速,提高了風(fēng)能的利用范圍,改善了風(fēng)場上網(wǎng)電能的質(zhì)量。德國公司還將原來對每個風(fēng)電機(jī)組功率因數(shù)的分散控制加以集中,由并網(wǎng)變電站來統(tǒng)一調(diào)控,實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的有源功率因素校正和諧波補(bǔ)償。全功率變流技術(shù)將在今后大型風(fēng)電場建設(shè)時得到推廣應(yīng)用。

2.1.5 直驅(qū)和半直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組采用多極電機(jī)與葉輪直接連接進(jìn)行驅(qū)動的方式,免去故障率較高的齒輪箱,在低風(fēng)速時效率高,且具有低噪聲、高壽命、運(yùn)行維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。近年來直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組的裝機(jī)份額增長較塊,但由于技術(shù)和成本等方面的原因,在未來較長時間內(nèi)帶增速齒輪箱的風(fēng)電機(jī)組仍將在市場中占主導(dǎo)地位。半直驅(qū)是介于齒輪箱驅(qū)動和直接驅(qū)動之間的一種驅(qū)動方式,它采用一級齒輪箱增速,結(jié)構(gòu)緊湊,具有相對較高的轉(zhuǎn)速和較小的轉(zhuǎn)矩。與傳統(tǒng)的齒輪箱驅(qū)動相比,半直驅(qū)增加了系統(tǒng)的可靠性;而與大直徑的直驅(qū)相比,半直驅(qū)通過更高效和緊湊的機(jī)艙排列減小了系統(tǒng)的體積和重量。

2.2 風(fēng)電齒輪箱的發(fā)展趨勢

風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展促成了風(fēng)電裝備制造業(yè)的繁榮,風(fēng)電齒輪箱作為風(fēng)電機(jī)組中Z重要的部件,倍受國內(nèi)外風(fēng)電相關(guān)行業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。

風(fēng)機(jī)增速齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電整機(jī)的配套產(chǎn)品,是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中一個重要的機(jī)械傳動部件,它的重要功能是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機(jī),使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行發(fā)電,它的研究和開發(fā)是風(fēng)電技術(shù)的核心,并正向高效、高可靠性及大功率方向發(fā)展。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常安裝在高山、荒野、海灘、海島等野外風(fēng)口處,經(jīng)常承受無規(guī)律的變相變負(fù)荷的風(fēng)力作用以及強(qiáng)陣風(fēng)的沖擊,并且常年經(jīng)受酷暑嚴(yán)寒和極端溫差的作用,故對其可靠性和使用壽命都提出了比一般機(jī)械產(chǎn)品高得多的要求。

風(fēng)電行業(yè)中發(fā)展Z快,Z有影響的國家主要有美國、德國等歐美發(fā)達(dá)國家,在風(fēng)電行業(yè)中處于統(tǒng)治地位。歐美發(fā)達(dá)國家早已開發(fā)出單機(jī)容量達(dá)兆瓦級的風(fēng)力發(fā)電機(jī),并且技術(shù)相對成熟,具有比較完善的設(shè)計(jì)理論和豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),而且商業(yè)化程度比較高,因此在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中處于明顯的優(yōu)勢和主導(dǎo)地位。

盡管上齒輪箱設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)比較成熟,但統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,齒輪箱出現(xiàn)故障仍然是故障的Z主要原因,約占風(fēng)機(jī)故障總數(shù)的20%左右,由于我國商業(yè)化大型風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)起步較晚,技術(shù)上較歐美等風(fēng)能技術(shù)發(fā)達(dá)國家存在報大差距。我國在九五期間開始走引進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的路子,通過引進(jìn)和吸收國外成熟的技術(shù),成功研發(fā)出了兆瓦級以下風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

2.3 齒輪箱相對于風(fēng)電的意義

風(fēng)力發(fā)電是清潔可再生能源,蘊(yùn)存量巨大,具有實(shí)際開發(fā)利用價值。大量風(fēng)能開發(fā)不可能靠某個部門或行業(yè)的財(cái)政補(bǔ)貼就能解決,商業(yè)化不僅是市場的要求,也是風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的自身需要。所以,風(fēng)力發(fā)電商業(yè)化是必由之路,可行之路。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的齒輪箱是一個重要的機(jī)械部件,其主要功用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機(jī)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。通常風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速很低,遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)電機(jī)發(fā)電所要求的轉(zhuǎn)速,必須通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實(shí)現(xiàn),故也將齒輪箱稱之為增速箱。齒輪箱作為傳遞動力的部件,在運(yùn)行期間同時承受動、靜載荷。其動載荷部分取決于風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)的特性和傳動軸、聯(lián)軸器的質(zhì)量、剛度、阻尼值以及發(fā)電機(jī)的外部工作條件。

開發(fā)新能源是國家能源建設(shè)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要,是促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、減少環(huán)境污染、推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的重要手段。風(fēng)力發(fā)電是新能源技術(shù)中Z成熟、Z具規(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。

2.3.1 由于我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)起步較晚,缺乏基礎(chǔ)研究積累和人才,我國在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研發(fā)能力上還有待提高,總體來說主要以引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)為主。目前國內(nèi)引進(jìn)的技術(shù),有的是國外淘汰的技術(shù),有的圖紙雖然先進(jìn),但受限于國內(nèi)配套廠家的技術(shù)、工藝、材料等原因,導(dǎo)致國產(chǎn)化的零部件質(zhì)量、性能仍有一定差距。所以,在引進(jìn)國外風(fēng)機(jī)技術(shù)的同時,開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的兆瓦級增速齒輪箱,是加速我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的一項(xiàng)重要任務(wù)。

2.3.2 增速齒輪的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)是整個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù),關(guān)系到整個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的命運(yùn)。因此,要加強(qiáng)齒輪的研究,對齒輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提高齒輪的嚙合質(zhì)量,降低噪聲,保證齒輪機(jī)械效率,提高齒輪的運(yùn)行可靠性。

2.3.3 增速齒輪箱以漸開線齒輪為主,人們對標(biāo)準(zhǔn)的漸開線齒輪有了一套比較成熟的設(shè)計(jì)、強(qiáng)度計(jì)算和加工方法。兆瓦級增速齒輪對漸開線齒輪傳動提出了新的要求,在尺寸、重量Z小的情況下,可靠地傳遞高速、重載的運(yùn)動,這就對齒輪分析的計(jì)算精度提出了很高要求,高精度齒輪分析是輪齒承載能力、振動、噪聲及修形等研究的基礎(chǔ)。因此,建立準(zhǔn)確的分析模型,準(zhǔn)確求解受載輪齒的載荷分布對修形規(guī)律的研究具有重要意義。

3 齒輪箱的運(yùn)行與維護(hù)

3.1??輪箱

風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速較低,在多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中,達(dá)不到發(fā)電機(jī)發(fā)電要求,必須通過齒輪箱齒輪副的作用來實(shí)現(xiàn)增速,故也將也將齒輪箱稱之為增速箱。

3.1.1 齒輪箱的構(gòu)成

常用齒輪副:直齒和斜齒圓柱齒輪和行星齒輪。實(shí)際應(yīng)用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主齒中,Z常見的是由行星齒輪系和平行軸輪系混合構(gòu)成的。

3.1.2 安裝要求

齒輪箱的主動軸與葉片輪轂的聯(lián)接必須可靠緊固。輸出軸若直接與電機(jī)聯(lián)接時,應(yīng)采用合適的聯(lián)軸器,Z好的彈性聯(lián)軸器,并串接起來保護(hù)作用的安全裝置。齒輪箱軸線上和與之相連接的部件的軸線應(yīng)保證同心,其誤差不得大于所選用聯(lián)軸器的齒輪箱的允許值,齒輪箱體上也不允許承受附加的扭轉(zhuǎn)力。齒輪箱安裝后用人工搬動應(yīng)靈活,無卡滯現(xiàn)象。打開觀察窗蓋檢查箱體內(nèi)部機(jī)件應(yīng)無銹蝕現(xiàn)象。用涂色法檢驗(yàn),齒面接觸斑點(diǎn)應(yīng)達(dá)到技術(shù)條件的要求。

3.1.3 運(yùn)輸和存儲

存儲一般我們是在干燥通風(fēng)的環(huán)境當(dāng)中,地面保持水平,齒輪箱要安放平穩(wěn),齒輪箱保持一個靜止?fàn)顟B(tài)。另外又要做好防銹處理,還有不能露天存放,有一些風(fēng)場因?yàn)榇鎯l件不好,經(jīng)常把齒輪箱放到露天的,這很容易出問題。還有天氣狀況,根據(jù)天氣狀況,我們要每6-12個月重新涂抹一下防銹劑,環(huán)境條件應(yīng)該保持在空氣濕度低于70%,溫度一般在18到45度之間。存儲中,齒輪箱上的孔需要加蓋油脂。特別是在運(yùn)輸,運(yùn)輸當(dāng)中我們這個也要重視,就是有一些物流公司我們在運(yùn)輸?shù)臅r候特別之前要檢查一下它的資質(zhì),是不是用過齒輪箱,還有包裝,固定非常重要,因?yàn)辇X輪箱的跌落也是我們經(jīng)常遇到的一個情況,造成齒輪箱不必要的損失。

3.1.4 齒輪箱的維護(hù)

一般來說,潤滑油在齒輪箱里面是一個Z重要的,我們在維護(hù)和保養(yǎng)方面必須要引起足夠重視的這么一個,就是對齒輪箱維護(hù)保養(yǎng)影響比較大的因素。新機(jī)運(yùn)行250小時,需要做次的油樣分析,半年以后再做一次,三年以后,根據(jù)油樣分析的結(jié)果決定是否要更換潤滑油。更換油的時候,首先要更換同型號,同品牌,如果同型號,同品牌做不到,我們必須做互溶性的試驗(yàn)。濾芯需要12個月更換一次,日常維護(hù)一般來說1-3個月,比如檢查齒輪箱的箱體外觀,螺栓,包括管路等。更換油濾,必須要觀察油濾上是不是有鐵屑,如果堵塞,油濾必須要更換,說明這個潤滑油里面是有問題了,就是要詳細(xì)檢查各個齒輪的部位。

另外,檢查磁棒,齒輪箱里面我們一般在外部設(shè)一個磁棒伸到齒輪箱的內(nèi)部,如果磁棒干凈,我們?nèi)庋塾^察齒輪箱里面沒有問題,如果上面吸附了很多的金屬粉末,或者鐵屑,說明某一個部位磨損嚴(yán)重。磁堵,齒輪箱的各個部委都會設(shè)置一些磁堵,如果干凈,或者沒有問題??諝鉃V芯,也是很重要的一個部件,我們首先檢查它是否干凈,如果它有堵塞,或者非常贓,需要馬上更換。還有長時間的停機(jī)和齒輪箱長時間的存放,我們必須要每3個月手動盤車數(shù)圈,增加潤滑,并防止靜止壓痕。還有機(jī)械泵長時間存放的時候也必須做好潤滑。內(nèi)窺鏡檢查是我們對齒輪箱內(nèi)部進(jìn)行檢查的一個有效手段。一般我們通過內(nèi)窺鏡可以看到各個部位軸承的狀況,包括齒面的狀況,包括肉眼從觀察口看不到的這些地方。

3.1.5 齒輪箱常見故障

主要的故障分為九類,類我們可以看到是齒輪的損傷,第二類是軸承損傷,第三類是鋼體的開裂,第四個是銹蝕,第五是滲漏油,第六、螺栓斷裂、第七、機(jī)械泵損壞,第八、異響和振動,第九、油溫和油壓的異常。

參考文獻(xiàn):

[1] 張巍.淺談風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)[J].農(nóng)村電工,2001,3.

[2] 程明.張蕓乾,張建忠.《風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及進(jìn)展》,2009.3

[3] 蘇紹禹.風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與運(yùn)行維護(hù)[M].中國電力出版社,2003.

[4] 倪瑋.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

來源:《風(fēng)電技術(shù)》