齒輪箱是風(fēng)機中的重要部件，其主要作用是將轉子軸的旋轉加速后帶動(dòng)發(fā)電機發(fā)電，能量通過(guò)風(fēng)輪葉片由風(fēng)輪主軸傳遞至齒輪箱，然后通過(guò)柔性聯(lián)軸器傳遞至發(fā)電機。那么問(wèn)題來(lái)了，為什么要采用增速齒輪箱呢？

      由于葉輪的轉速很低，遠達不到發(fā)電機發(fā)電所要求的轉速，通過(guò)齒輪箱齒輪的增速作用來(lái)實(shí)現。因此增速齒輪箱設計及制造相當關(guān)鍵。同時(shí)風(fēng)力發(fā)電機組增速齒輪箱由于其使用條件的限制，要求體積小，重量輕，性能優(yōu)良，運行可靠，故障率低。用量大的雙饋機型上的齒輪箱大多為行星輪系+平行軸傳動(dòng)。

 

      目前市場(chǎng)上的風(fēng)機大致分為三種：雙饋式風(fēng)機、直驅式風(fēng)機和半直驅式風(fēng)機。齒輪箱含有以下七類(lèi)零部件：齒輪/齒輪軸、軸承、鎖緊盤(pán)、潤滑冷卻系統、冷卻系統、加熱器、空氣濾清器。

 

 

• 一級行星兩級平行軸（雙饋）

    該種結構主要用于2MW以及2MW以下功率的風(fēng)電齒輪箱，用一組平行級代替行，可靠性高，但體積與重量大。

 

• 兩級行星一級平行軸（雙饋）

    該種結構主要用于2.5MW以上功率的齒輪箱，承載能力強，體積小，重量輕，直徑小但橫向長(cháng)。部分2MW以下齒輪箱也采用了該種結構。

 

• 帶主軸齒輪箱（雙饋）

     主軸安裝在齒輪箱內部，結構緊湊，主軸承油潤滑，有利于延長(cháng)壽命，減輕重量。

 

• 緊湊型齒輪箱（半直驅?zhuān)?/span>

     通常也叫半直驅齒輪箱，半直驅是兼顧有直驅和雙饋風(fēng)電機的特點(diǎn)。這個(gè)特點(diǎn)決定了半直驅一方面能夠提高齒輪箱的可靠性與使用壽命，同時(shí)相對直驅發(fā)電機而言，能夠兼顧對應的發(fā)電機設計，改善大功率直驅發(fā)電機設計與制造條件。                                             

     

      常見(jiàn)齒輪傳動(dòng)也分為很多種：圓柱齒輪、錐齒輪、內嚙合齒輪、蝸桿齒輪、斜齒輪、行星齒輪。

 

• 行星輪系

     行星輪由一個(gè)太陽(yáng)輪加上三個(gè)行星輪套在行星架上，外面再套一個(gè)大齒圈組合而成。

 

       這樣設計到底有什么優(yōu)點(diǎn)呢？

      由于采用了均載機構,也就是說(shuō)數個(gè)結構相同的行星輪，均勻地分布于中心輪的周?chē)�，從而可使行星輪與轉臂的受力平衡。同時(shí)，也使參與嚙合的齒數增多，所以能提高齒輪的承載能力、嚙合平穩性和可靠性。

 

• 平行軸系

       平行軸系齒輪主要由主動(dòng)輪帶動(dòng)從動(dòng)輪進(jìn)行傳動(dòng)。

 

       行星輪系相對于平行軸系的優(yōu)點(diǎn)有：結構緊湊、體積小、質(zhì)量小、承載能力大、噪音小等；而缺點(diǎn)是：結構復雜、加工要求高、配裝要求高等。

 

•  齒輪箱軸承介紹

       風(fēng)力發(fā)電機組振動(dòng)大，對軸承的安裝有嚴格的工業(yè)標準規定。振動(dòng)會(huì )傳到軸承滾道內產(chǎn)生磨損毛刺，破壞軸承滾道的潤滑，造成軸承失效。

       齒輪傳動(dòng)需要安裝在軸上，而軸承是為軸提供支撐的構件，軸上構件的精準運轉依托于軸承的支撐，軸承滾動(dòng)體可以減少軸承與軸的摩擦。

       目前風(fēng)電行業(yè)多選用進(jìn)口軸承（SKF、FAG、NSK、NKE、TIMKEN等）。隨著(zhù)國內軸承技術(shù)的逐步提高，齒輪箱的軸承國產(chǎn)化將會(huì )完全實(shí)現。

• 齒輪箱潤滑冷卻系統

    

      潤滑系統主要是為齒輪箱提供源源不斷的潤滑油，冷卻系統用于降低潤滑油的溫度。

 

      齒輪箱潤滑油的主要功能：

      潤滑：齒輪和軸承在轉動(dòng)過(guò)程中它們實(shí)際都是非直接接觸，這中間是靠潤滑油建成油膜，使其形成非接觸式的滾動(dòng)和滑動(dòng)，這時(shí)油起到了潤滑的作用。

      冷卻：雖然它們是非接觸的滾動(dòng)和滑動(dòng)，但由于加工精度等原因使其轉動(dòng)都有相對的滾動(dòng)摩擦和滑動(dòng)摩擦，這都會(huì )產(chǎn)生一定的熱量。如果這些熱量在它們轉動(dòng)的過(guò)程中沒(méi)有消除，勢必會(huì )越集越多，然后導致高溫燒毀齒輪和軸承。潤滑油可以傳遞熱量，冷卻齒輪箱和軸承的溫度。

     清潔：齒輪箱工作過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生一些污染物和雜質(zhì)，潤滑油可以帶走一些污染物和雜質(zhì)防止齒輪和軸承的腐蝕。

 

 

圖 潤滑冷卻流程圖

 

      電動(dòng)泵、機械泵同時(shí)向系統供油，潤滑油經(jīng)濾油器過(guò)濾后到溫控閥，該溫控閥根據潤滑油的溫度自動(dòng)控制潤滑油的流向。當油溫低于45℃時(shí)，潤滑油直接進(jìn)入齒輪箱；當油溫高于45℃時(shí)，溫控閥開(kāi)始動(dòng)作，潤滑油經(jīng)冷卻器冷卻后再進(jìn)入到齒輪箱。在齒輪箱的入口和油泵的出口均裝有壓力傳感器用于檢測潤滑油的壓力，當油泵出口壓力超過(guò)閾值時(shí)，油液直接通過(guò)溢流閥進(jìn)入齒輪箱。

• 齒輪箱冷卻系統

      風(fēng)機齒輪箱冷卻系統分為風(fēng)冷和水冷兩種，風(fēng)冷包括風(fēng)扇、電機以及相應的連接膠管，是通過(guò)風(fēng)扇換熱降低油溫；水冷是通過(guò)冷卻液來(lái)冷卻油溫。          

   

• 齒輪箱加熱器

      加熱器一般位于齒輪箱的底部，有的機型油泵下面也有一個(gè)加熱器。當風(fēng)機在低溫狀態(tài)下啟動(dòng)時(shí)，油池內的潤滑油粘度非常高，潤滑油近乎固體狀態(tài)。在這種工況下，齒輪箱的潤滑系統無(wú)法進(jìn)行工作。加熱器的作用就是對齒輪箱油池的潤滑油進(jìn)行加熱。

 

• 齒輪箱鎖緊盤(pán)

      齒輪箱輸入軸端與主軸通過(guò)鎖緊盤(pán)聯(lián)接，輸出軸通過(guò)膜片式聯(lián)軸器與發(fā)電機相聯(lián)接，中耳依靠彈性支撐固定，彈性支撐上下各有一個(gè)調整螺釘，可以調整齒輪箱的上下位置，彈性支撐兩側各用螺栓與機架相聯(lián)接。

 

• 齒輪箱空氣濾清器

      空氣濾清器由濾芯和殼體組成干燥劑，在正常狀態(tài)下顏色為藍色，當干燥劑的顏色變成紅色時(shí)，需立即更換新的空氣濾清器。

      空氣濾清器的作用是清除空氣中的微粒雜質(zhì)以及水份，防止空氣中的微粒以及水份進(jìn)入到齒輪箱內部造成齒輪箱失效。而齒輪箱過(guò)濾器的作用是過(guò)濾油液中的顆粒物，二者有本質(zhì)的區別。

       齒輪對于材料的選擇和制作工藝也有其嚴格的要求，不然很容易損壞。下面列出了5種齒輪失效的主要形式：

       斷裂：偏載、過(guò)載、嚴重沖擊、熱處理；

       點(diǎn)蝕：表面裂紋擴張、磨粒、剝落；

       膠合：局部升溫和重載、潤滑不夠、油液變質(zhì)、齒輪精度低；

       塑性變形：重載、熱處理；

       磨損：金屬微粒、灰塵、潤滑劑不潔。

 

 

      齒輪箱一些常見(jiàn)的故障類(lèi)型有：齒輪箱油溫過(guò)高、軸承溫度過(guò)高、潤滑系統問(wèn)題、齒輪箱出現異響、齒輪齒面常見(jiàn)異常、過(guò)濾器堵塞、冷卻器散熱異常等。

 

      為了保證風(fēng)電機組的長(cháng)期穩定運行，進(jìn)行有效的故障診斷。齒輪箱是風(fēng)電機組的核心部件，且故障發(fā)生率高，一旦發(fā)生故障將影響整個(gè)機組的運行，所以對其進(jìn)行系統的預警分析就顯得很有必要了。

 

     目前針對風(fēng)機齒輪箱的故障診斷方法主要有：基于振動(dòng)信號的方法、油液分析法等，其中振動(dòng)信號主要采用時(shí)頻分析來(lái)實(shí)現。故障預測基本方法以當前設備的正常運行狀態(tài)作為基準，結合預測齒輪箱的相關(guān)測量指標，環(huán)境或者歷史數據，預測設備關(guān)鍵測點(diǎn)的趨勢，主要分為數學(xué)、統計方法，人工智能方法，專(zhuān)家知識經(jīng)驗法等。從現有研究報道看來(lái)，齒輪箱故障診斷和預測方法近幾年主要的發(fā)展方向更多的是結合專(zhuān)家知識經(jīng)驗的人工智能方法。

來(lái)源：傳動(dòng)在線(xiàn)