軸承知識
風(fēng)電機組齒輪箱磨損案例分析
2022-08-22王圓 劉靜 梁培沛
【龍源(北京)風(fēng)電工程技術(shù)有限公司】
摘 要:通過油液監(jiān)測技術(shù)和工業(yè)內(nèi)窺鏡檢查相結(jié)合的方式,對風(fēng)電機組齒輪箱典型磨損案例進行分析。對設(shè)備進行主動維護,避免設(shè)備主要摩擦部件因潤滑不良造成異常磨損,延長齒輪箱零部件的使用壽命。
關(guān)鍵詞:風(fēng)電機組;齒輪箱;磨損
0 引言
風(fēng)電機組齒輪箱作為傳動機構(gòu),對風(fēng)力發(fā)電起著極其重要的作用。通過油液監(jiān)測技術(shù)可以監(jiān)控風(fēng)電機組齒輪箱的潤滑狀態(tài)和磨損狀態(tài),之后通過內(nèi)窺鏡檢查驗證該齒輪箱的磨損程度。
油液監(jiān)測技術(shù)通過對風(fēng)電機組設(shè)備摩擦副的潤滑狀態(tài)和磨損狀態(tài)進行定期跟蹤監(jiān)控,可以有效地評判在用潤滑油的性能狀況和預(yù)防設(shè)備磨損故障隱患[1]。工業(yè)內(nèi)窺鏡檢查是預(yù)警式維護,對維修時間的推斷是非常有效的,將其和油液監(jiān)測相結(jié)合更直觀了解設(shè)備內(nèi)部磨損情況,為設(shè)備維修提供決策支持。
1 風(fēng)電機組齒輪箱結(jié)構(gòu)及工作原理
1.1 結(jié)構(gòu)組成
一般的雙饋型風(fēng)電機組齒輪箱采用一級行星二級平行結(jié)構(gòu),主體結(jié)構(gòu)包括法蘭,中箱體,后箱體和輸出齒輪;變速機構(gòu)包括第 1~4 級齒輪、行星輪和太陽輪。
1.2 工作原理
風(fēng)輪葉片在風(fēng)的作用下帶動主軸轉(zhuǎn)動,扭轉(zhuǎn)的主軸(低速軸)傳遞風(fēng)輪扭矩到齒輪箱的一級行星齒輪,一級行星齒輪通過二級平行軸齒輪傳遞扭轉(zhuǎn),使低轉(zhuǎn)速大扭矩載荷轉(zhuǎn)化為高轉(zhuǎn)速低扭矩載荷,便于發(fā)電機的吸收;Z后電機軸(高速軸)上的扭矩通過切割電磁形成電能,完成風(fēng)能→機械能→電能的轉(zhuǎn)化[2]。
2 油液監(jiān)測診斷標準
風(fēng)電機組齒輪箱起增速作用,運行時載荷多變,易發(fā)生故障,通過油液監(jiān)測技術(shù)監(jiān)控機組齒輪箱磨損狀態(tài);油液監(jiān)測分析診斷結(jié)論一般分為3 個等級,分別為正常、注意和報警。
(1)“正常”是指在用潤滑油各項指標均在標準規(guī)定的正常值范圍內(nèi),可以滿足設(shè)備潤滑要求,且設(shè)備潤滑、磨損狀態(tài)均良好。
(2)“注意”是指在用潤滑油一項或多項指標超出正常值范圍、油品不能完全滿足設(shè)備潤滑要求,設(shè)備潤滑、磨損狀態(tài)可能存在故障隱患,宜引起現(xiàn)場關(guān)注,并要求現(xiàn)場在必要時采取取樣復(fù)檢、加強巡視等措施。
(3)“報警”是指在用潤滑油一項或多項指標經(jīng)連續(xù)多次檢測值均在標準規(guī)定的報警值范圍內(nèi),油品劣化明顯,已無法滿足設(shè)備潤滑要求。設(shè)備運行存在故障隱患,需采取更換潤滑油、部件檢修等維護措施。
為避免取樣不規(guī)范等干擾因素影響判別結(jié)論的準確性,對于首次檢測到“報警”值的樣品,一般應(yīng)至少取樣復(fù)檢一次再進行確認(排除取樣環(huán)節(jié)可能的干擾因素),報告給出復(fù)檢結(jié)論后應(yīng)在一個月內(nèi)完成取樣復(fù)檢。
3 案列分析
按照風(fēng)電機組齒輪箱的磨損程度,將其分為輕度磨損、中度磨損和重度磨損三種,下面分別舉例說明。
3.1 齒輪箱輕度磨損
表1 某風(fēng)電場 2# 機組檢測數(shù)據(jù)
某風(fēng)電場 2# 機組齒輪油 2018 年檢測時,其黏度和鐵元素含量均正常,2019 年檢測時,黏度明顯降低,鐵元素含量明顯升高(表1),齒輪油達到“注意”級別。由于黏度降低造成油膜變薄,增加摩擦副的磨損,導(dǎo)致鐵元素升高。如圖1 所示,油品中含有少量的正常磨損顆粒,磨損情況屬輕度,現(xiàn)場為慎重起見對齒輪箱進行內(nèi)窺鏡檢查,結(jié)果顯示機組低速軸和行星輪葉片側(cè)軸承有輕微擦傷(圖2),建議持續(xù)關(guān)注該機組齒輪箱運行狀態(tài),并在6個月后取樣復(fù)檢。
圖1 2# 機組齒輪油分析鐵譜(100×)
圖2 2# 機組低速軸和行星輪葉片側(cè)軸承內(nèi)窺鏡圖片
3.2 齒輪箱中度磨損
某風(fēng)電場1#機組齒輪油中表征磨損鐵顆粒含量的PQ 指數(shù)已超標(>50),鐵元素也超標(>100 mg/kg),已達到“報警”級別,圖3 是 100×顯微鏡下的分析鐵譜,由圖3可見油品中含有大量不同尺寸的磨損鐵磁顆粒,除有大量的正常磨粒(粒徑<10 μm)以外,有疲勞剝落顆粒(粒徑>50 μm),推測齒輪箱內(nèi)部有異常磨損,經(jīng)與風(fēng)電場核實?機組運行時齒輪箱出現(xiàn)異響聲。對機組齒輪箱進行內(nèi)窺鏡檢查,結(jié)果見圖4,其內(nèi)齒圈有輕微點蝕(圖4a),軸承滾動體表面有凹坑,剝落嚴重(圖4b)。之后機組停止運行,并將齒輪箱下塔維修。
圖3 1# 機組齒輪油分析鐵譜(100×)
圖4 1#機組內(nèi)齒圈和行星輪葉片側(cè)軸承內(nèi)窺鏡圖片
3.3 齒輪箱重度磨損案例
表2 某風(fēng)電場 3# 機組檢測數(shù)據(jù)
某風(fēng)電場3#機組齒輪油次油液監(jiān)測時未發(fā)現(xiàn)異常,后續(xù)檢測3次,發(fā)現(xiàn)鐵元素連續(xù)3次超標,PQ 指數(shù)連續(xù)2次超標(表2)。
圖5 分析鐵譜顯示,油品中含有大量疲勞剝落磨粒(粒徑?50 μm),已達到“報警”級別,內(nèi)窺鏡檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)齒圈有大量點蝕(圖6a),行星輪葉片側(cè)軸承有嚴重的剝落(圖 6b),與油液檢測結(jié)果一致,之后該機組停止運行,齒輪箱下塔維修。
圖5 3# 機組齒輪油分析鐵譜(100×)
圖6 機組內(nèi)齒圈和行星輪葉片側(cè)軸承內(nèi)窺鏡圖片
4 故障表現(xiàn)及應(yīng)對措施
針對上述各類型齒輪箱磨損故障,采用的針對性應(yīng)對措施見表 3。
表3 風(fēng)電機組齒輪箱的故障表現(xiàn)及應(yīng)對措施
5 結(jié)語
風(fēng)電機組齒輪箱作為風(fēng)電機組的核心部件,也是整個風(fēng)電機組中成本較高的部件之一,通過油液監(jiān)測和內(nèi)窺鏡檢查相結(jié)合的方式,能及時、直觀地發(fā)現(xiàn)并消除設(shè)備的磨損隱患,對設(shè)備進行主動維護,避免設(shè)備主要摩擦部件因潤滑不良造成異常磨損,延長零部件的使用壽命。
參考文獻
[1]楊其明,嚴新平,賀石中.油液監(jiān)測分析現(xiàn)場實用技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006.
[2]王海剛.風(fēng)電機組工作原理及結(jié)構(gòu)[J].裝備機械,2010(4):55-59.
來源:《設(shè)備管理與維修》2020年第1期