解决方案Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ 风力发电齿轮箱技术发展趋势及若干关键问题 ■刘忠明／郑州机械研究所 、￡．了提高风能利用率和发电效益，特别是随 ／ｙ着海上风场的发展，风力发电机组正向着 增大单机容量、减轻单位千瓦重量、提高转换效率 及机组可靠性等方向发展。目前，世界主流机型为 １．５～３．０Ｍｗ，世界最大的５Ｍｗ机组已在２００５年初 投入运行，有资料报道英国正在研制１０Ｍｗ的巨型风 电机组。２００７年美国、德国风电机组平均单机容量分 别达到１．６５ＭＷ和１．８９ＭＷ。 我国目前的风电机组仍以０．７５～１．５ＭＷ为主。 ２００６年底之前，我国风电机组ｌＭｗ以下的机组占总 装机容量的７０％，１～２Ｍｗ的风电机型仅占２６％， ２Ｍｗ以上机型占４％，图ｌ给出了２００５～２００８年国内 风电机组市场装机容量占比情况。根据国家发改委规 划，我国未来几年风电新增装机以１．５Ｍｗ、２．０Ｍｗ 和２．５Ｍｗ为主。借鉴美国风电机组平均单机容量的 发展经验，结合国内风电机组的发展情况和风能资源 条件，在未来的３～４年内，中国的风电发电机组单机 容量将以１．５～２．５Ｍｗ为主，１．５ＭＷ以上机组的数量 将快速增加，１ＭＷ以下机型所占比重将逐渐降低。受风 电场资源条件的限制和出于对风电场经济性考虑，预计 围１国内风电机组市场装机容量占比情况 ６２Ｉ■气一量－２００９年第９期 未来的风电机组单机容量仍将继续缓慢提高。 １风电齿轮箱技术发展趋势 １．１传动结构形式多种多样 目前，水平轴风电机组主要有双馈式、直驱式和半直驱式等形式。近几年来直驱技术在凤电领域得到了重视和发展，目前的单机容量已达到２Ｍｗ，在未来风电机组发展中将有很大的发展空间。但考虑到技术成熟度、成本、运输和易大型化等无可比拟的优点，在相当长的一段时间内，增速箱机组仍将是主流。介于直驱与双馈机组之间的半直驱机组（速比一般小于４０）近年来也处于研发阶段。 大型风电增速箱的速比约为ｌｏｏ，一般需采用三级齿轮传动，目前成熟的结构形式主要有１级ＮＧＷ行星＋２级平行定轴，ＮＷ行星－ｔ－１级平行定轴，２级ＮＧＷ行星＋ｌ级平行定轴等结构形式；主轴和齿轮箱的支撑形式有三点式、二点式及紧凑式（集成式）等；行星传动有传统的三行星轮和３个以上的多行星轮，浮动方式有鼓形齿太阳轮结构（短轴）．花键太阳轮结构（长轴）及柔性行星轮轴结构等。 １．２新技术应用不断涌现 风电齿轮传动装置包括主齿轮箱（增速箱）、偏航齿轮传动装置和变桨齿轮传动装置，是风力发电机组的关键部件。由于机组通常安装在高山、荒野、海滩、海岛和近海等风口处，受无规律的变向、变载荷的风力作用以及强阵风的冲击，并常年经受酷暑、严寒和极端温差的影响，工况极其恶劣，加之所处环境交通不便，传动装置又安装在塔顶的狭小空间内，一旦出现故障，修复非常困难，故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般传动装置高得多的要求。风力发电齿轮箱属于低速重载、变载荷、高可靠性的齿轮传动，由于受安装空间位置的限制，要求其体积小、重 量轻，其设计、制造均具有相当大的难度，设计、制 万方数据
风电齿轮箱断齿问题分析 一、引言 近年来中国的风电产业蓬勃发展，2011年全国新增装机容量达18ＧＷ，居世界第一。以华锐风电科技（集团）股份有限公司、金风科技股份有限公司、国电联合动力技术有限公司为代表的一批本土风电装备及关键零部件制造企业正在迅速崛起，推动我国发展成为世界上最大的风电装备制造基地。但我国自主风电装备制造仍然面临着一些深层次的问题，值得深思，且直接体现在以下两方面：一是中国区域气候特点明显，北方具有沙尘、低温、冰雪等恶劣工况，东南沿海具有台风、盐雾等恶劣工况，这与欧洲的标准风况（ＩＥＣ６１４００－１）差异明显，使得在引进技术基础上制造的风电装备的可靠性不足，故障率较高。我国北方的大型陆上风场普遍存在的长时间干燥扬尘的低温气候，对风电机组正常运行的影响非常大，会导致叶片表面损伤乃至脆断，而且液压系统密封不良、污染、液压油黏度增大等会产生工作不良及安全问题，齿轮箱密封润滑系统功能退化、低温停机较长时间后变速箱内油温低、黏稠等都会降低系统寿命，而西欧的海洋性暖温带气候则要温和得多，对风电设备的性能影响也小。二是当前国内的风机开发与欧美发达国家还存在着明显代差。欧美风电装备制造企业已经跨域了5—6ＭＷ的水平，正在大力推进10ＭＷ级风电装备的研制工作，而国产主流机型还处于 1.5—3ＭＷ的级别。更重要的是我国风电制造企业在核心技术上基本处于引进吸收和模仿阶段，尚未具备系统性的装备自主研发能力，引进的是产品线及部分生产技术，但是没有形成系统的设计开发能力和生产技术开发能力。这也是我国在风电装备开发、生产和应用上与国际先进水平差距显著的重要原因。分析近年来我国风电装备产业的发展历程，多数风电装备制造企业的技术能力与实际的设备可靠运行要求之间还存在着显著的差距。从风电装备服役运行中的主要技术问题做起，探究相关的设计制造科学理论与先进技术方法，提升自主设计能力及制造技术能力，已成为我国风电装备制造产业健康发展的重大课题。因此，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020）》和《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》（2010）中都明确提出了“重点研究开发大型风力发电设备”、“提高风电技术装备水平，有序推进风电规模化发展”等要求。 总体上说，因主传动链机械故障导致停机的时间占据了风机故障停机时间的40%—60%甚至更多，是影响系统性能和可靠服役的关键问题（国产风电齿轮箱的问题更显著一些）。导致这些机械故障产生的主要外在因素可以归纳为极端气候条件、长期交变载荷作用、恶劣工作环境与复杂载荷的综合作用等，而主要的内在原因则可以追溯到传动系统的结构及装配质量技术等问题。目前新一代风机随着单机容量的增大，部件的尺寸、质量、系统复杂程度都在增加，同时包括海上风机在内的装备发展对系统可靠性的要求在进一步提高，因此对传动系统的相关问题如果不给予更大重视，必然会增加系统的故障率，降低服役可靠性。 二、断齿问题分析 1.齿轮损伤 齿轮损伤主要包括轮齿折断（断齿）、齿面疲劳（点蚀）、齿面胶合、齿面磨损等。对齿轮箱中齿轮出现的故障，国内外的观察结果或报告都较为一致，即发生最多的仍为齿面的损坏，从应用初期的微点蚀，到逐步扩展的大面积点蚀、剥落或磨损。断齿常由细微裂纹逐步
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低温状态下抗冷脆性等特性；应保证齿轮箱平稳工作，防止振动和冲击；保证充分的润滑条件，等等。对冬夏温差巨大的地区，要配置合适的加热和冷却装置。还要设置监控点，对运转和润滑状态进行遥控。 不同形式的风力发电机组有不一样的要求，齿轮箱的布置形式以及结构也因此而异。在风电界水平轴风力发电机组用固定平行轴齿轮传动和行星齿轮传动最为常见。 如前所述，风力发电受自然条件的影响，一些特殊气象状况的出现，皆可能导致风电机组发生故障，而狭小的机舱不可能像在地面那样具有牢固的机座基础，整个传动系的动力匹配和扭转振动的因素总是集中反映在某个薄弱环节上，大量的实践证明，这个环节常常是机组中的齿轮箱。因此，加强对齿轮箱的研究，重视对其进行维护保养的工作显得尤为重要。 第二节设计要求 设计必须保证在满足可靠性和预期寿命的前提下，使结构简化并且重量最轻。通常应采用CAD优化设计，排定最佳传动方案，选用合理的设计参数，选择稳定可靠的构件和具有良好力学特性以及在环境极端温差下仍然保持稳定的材料，等等。 一、设计载荷 齿轮箱作为传递动力的部件，在运行期间同时承受动、静载荷。其动载荷部分取决于风轮、发电机的特性和传动轴、联轴器的质量、刚度、阻尼值以及发电机的外部工作条件。 风力发电机组载荷谱是齿轮箱设计计算的基础。载荷谱可通过实测得到，也可以按照JB/T1030 0标准计算确定。当按照实测载荷谱计算时，齿轮箱使用系数KA＝1。当无法得到载荷谱时，对于三叶片风力发电机组取KA=1.3。 二、设计要求 风力发电机组增速箱的设计参数，除另有规定外，常常采用优化设计的方法，即利用计算机的分析计算，在满足各种限制条件下求得最优设计方案。 （一）效率 齿轮箱的效率可通过功率损失计算或在试验中实测得到。功率损失主要包括齿轮啮合、轴承摩擦、润滑油飞溅和搅拌损失、风阻损失、其它机件阻尼等。齿轮的效率在不同工况下是不一致的。 风力发电齿轮箱的专业标准要求齿轮箱的机械效率应大于97%，是指在标准条件下应达到的指标。 （二）噪声级 风力发电增速箱的噪声标准为85dB（A）左右。噪声主要来自各传动件，故应采取相应降低噪声的措施： 1. 适当提高齿轮精度，进行齿形修缘，增加啮合重合度； 2. 提高轴和轴承的刚度； 3. 合理布置轴系和轮系传动，避免发生共振； 4. 安装时采取必要的减振措施，将齿轮箱的机械振动控制在GB/T8543规定的C级之内。（三）可靠性 按照假定寿命最少20年的要求，视载荷谱所列载荷分布情况进行疲劳分析，对齿轮箱整机及其零件的设计极限状态和使用极限状态进行极限强度分析、疲劳分析、稳定性和变形极限分析、动力学分析等。分析方法除一般推荐的设计计算方法外，可采用模拟主机运行条件下进行零部件试验的方法。 在方案设计之初必须进行可靠性分析，而在施工设计完成后再次进行详细的可靠性分析计算，其中包括精心选取可靠性好的结构和对重要的零部件以及整机进行可靠性估算。 本月热门 ·语文教学论文集语文论文·毛泽东军事思想来源论略_·电子商务与物流_电子商务·建立科学有效的绩效管理体·浅谈小学一年级数学教学数·突围三农：求教马克思_经·锁定高效沟通管理_管理理·音乐课应重视音乐欣赏论·小学低年级识字教学浅谈语·网络营销市场每周分析摘要·小学一年级语文数学试卷集·德育“六化”_德育论文 ·初中学生期末评语300条_班·试论旅游资源的开发与保护·“做个守纪律的学生”主题 本日热门 ·浅谈小学一年级数学教学数·小学低年级识字教学浅谈语·音乐课应重视音乐欣赏论·突围三农：求教马克思_经·初中学生期末评语300条_班·试论大学生体育能力及其培·社交礼仪 ·全面预算发展趋势——战略·学会宽容_思想道德论文·如何创建学习型组织 ·目前国内经济形势与建立社·“做个守纪律的学生”主题·小学一年级数学试题库 ·探究──小学科学教育的灵·在企业各层级建立领导力
风力发电机组齿轮箱故障诊断 摘要: 通过对不同齿轮箱振动频谱的检测结果的分析，论述了判断齿轮箱由于长期处于某些恶劣条件下，如交变载荷或润滑油失效，引起的齿轮和轴承损坏的检测方法。分析了齿轮箱出现故障的原因以及应采取的措施。 关键词：风电机齿轮箱轴承状态检测 一、风电机组齿轮箱的结构及运行特征 我国风电场中安装的风电机组多数为进口机组。近几年来，一批齿轮箱发生故障，有些由厂家更换，也有的由国内齿轮箱专业厂进行了修理。有的风场齿轮箱损坏率高达40~50%，极个别品牌机组齿轮箱更换率几乎接近100%。虽然齿轮箱发生损坏不仅仅在我国出现，全世界很多地方同样出现过问题，但在我国目前风电机组运行出现的故障中已占了很大比重，应认真分析研究。 1) 过去小容量风电机组齿轮箱多采用平行轴斜齿轮增速结构，后来为避免齿轮箱造价过高、重量体积过大，500kW以上的风电机组齿轮箱多为平行轴与行星轮的混合结构。由于风电机组容量不断增大，轮毂高度增加，齿轮箱受力变得复杂化，这样就造成有些齿轮箱可能在设计上就存在缺陷。 2) 由于我国有些地区地形地貌、气候特征与欧洲相比有特殊性，可能对标准设计的齿轮箱正常运行有一定影响。我国风电场多数处于山区或丘陵地带，尤其是东南沿海及岛屿，地形复杂造成气流受地形影响发生崎变，由此产生在风轮上除水平来流外还有径向气流分量。我国相当一部分地区气流的阵风因子影响较大，对于风电机组机械传动力系来说，经常出现超过其设计极限条件的情况。作为传递动力的装置-齿轮箱，由于气流的不稳定性，导致齿轮箱长期处于复杂的交变载荷下工作。由于设备安装在几十米高空，不可能容易地送到工厂检修，因此经常进行状态监视可以及时发现问题，及时处理，还可以分析从出现故障征兆到彻底失效的时间，以便及时安排检修。
风力发电机组齿轮箱振动测试与分析 唐新安谢志明王哲吴金强 摘要对齿轮箱做振动测试和分析，通过模式识别找到齿轮箱损坏时呈现的特性，为齿轮箱故障诊断提供依据。 关键词风力发电机组齿轮箱振动分析故障诊断 中图分类号 TH113. 21 文献标识码 A 我国风电场中安装的风力发电机组多为进口机组。因为在恶劣环境下工作，其损坏率高达40%～50%。随着清洁能源的普及，齿轮箱的故障诊断和预知维修已迫在眉睫。本文就齿轮箱的故障诊断作一些探索性研究。 一、齿轮箱振动测试 采用北京东方所开发的DASP(Data Acquisition and SignalProcessing)测振系统，对某风电场4#、5#机组齿轮箱的不同测点（图1）做振动测试和分析，4#机组刚进行过检修运行正常作为对照机组，5#机组噪声异常为待检机组，对两机组齿轮箱的振动信号对比分析，判断存在故障。齿轮箱特征频率见表1。 表1 齿轮箱特征频率表 Hz
二、信号分析 1.统计分析 由统计表2、表3可看出，5#机组振动值明显偏大，尤其是5～10测点振动值基本上是4#机组相应测点的2倍以上。 表2 4#机组幅域统计表 m/s2 表2 5#机组幅域统计表 m/s2 5#机组概率分布及概率密度函数反映其时间序列分布范围较宽（图2），峭度系数（即四阶中心距）与4#机组的（图3）明显，同（若以4#机组为标准g=0，那么5#机组g=0），预示5#机组存在古障。
2.时域分析 通过时域分析（图4、图5），发现5#机组齿轮箱振动信号有明显异常．幅值转大，且 有明显的周期性，其频率约大20Hz 。
3.频坷分析 由图6可见，5#机组齿轮箱的频谱图既有调幅成分又有调频成分（调制频率对中心频率 的幅值不对称）。
https://www.doczj.com/doc/c418608789.html,/topic_1101905_1_1.html机械CAD技术论坛 70 楼主您好，减速机圆柱斜齿轮在运转几个月后就出现了齿面的点蚀和磨损，同时出现了高速轴的断裂，现在想请教齿面的修复一般几种方法，效果如何？ 齿面修复一般有两种方法：重磨；或者对于对称的齿轮，可以翻转使用，即以另外一个面作为工作面，当然你的齿轮箱必须是单向工作的。 看你的描述，问题比较严重，应该从设计上开始查起，以确定原因，彻底解决问题。 69 有个问题想请教楼主一下,1.5MW风机的刹车盘是可以作成齿轮结构的，用于风机停机时定位盘锁紧时插入定位销时通过刹车盘带动联轴器进行盘车,我想请问一下将刹车盘作成齿轮结构时,与刹车盘啮合的主动轮与刹车盘之间传动比大约为多大?若主动轮上安装电机带动,电机的功率大约多大呢? ij速比一般在4到5之间，电机的大小需要计算，差入定位销的时候，风机已经顺桨，需要知道转动叶轮需要多大的扭矩，然后根据齿轮箱的速比确定电机的大小。 68 请问：风电齿轮箱的空心输出轴发生变形弯曲，如何修复，机子已吊装好？ 空心轴一般指的是输入轴.如高速轴弯曲,机舱内更换, 输入轴弯曲, 换齿轮箱. 67 请问楼主华锐3MW的传动链形式 O型双列圆锥棍子轴承外圈和机架,内圈通过一格过渡法兰和齿轮箱联接. 66请问楼主:风电齿轮箱油低位报警是什么原因啊? 还有齿轮箱的空气滤清器在使用一段时间后全部变蓝是什么原因? 油位报警的原因,要么是缺油, 要么就是齿轮油回油不畅, 导致虚假报警. 空气滤清器中有防止空气中水分进入齿轮箱的物质, 无水硫酸铜. 当硫酸铜吸水后, 就变蓝, 含水的硫酸铜是蓝色的. 65 楼主，能讲讲齿轮箱型试试验吗？具体的分为背背对式和机械式（中国汉森的那种），这两的优缺点是什么？ 你的问题比较混乱, 型式试验是指的齿轮箱的载荷试验,寿命试验等. 齿轮箱试验台都是背靠背的,但是能量反馈有两种, 一种是电力反馈, 另一种是机械反馈. 电力反馈的试验台的柔性更大, 测试的速度更快, 而机械的试验台成本更低,但柔性也低. 64 齿轮箱的技术发展倾向,a, The wind turbine gearbox development is depending on the drive train concept development. Hybrid DT concept for large power (>=3MW) turbine, so one or two stage gearbox is designing more and more. b,With the large power turbine was designed, big power gearbox was a direction, like Winery 5/6, 6.5MW MW, Movents 3MW, Bosch 3MW and 6.5 MW, NGC 3MW and Chongqing 3MW and so on. c,The flexible pin design was used on wind turbine gearbox. d,Integrated Planet Bearings on planet stage (CRB/TRB). e,TRB was used on the planet gear more and more. f,Micro pitting was calculated and investigated in gearbox supplier. g,L1 for bearing lifetime rating was calculated. h,TRB x arrangement was used on HSS stage NRE side more and more in China supplier. it is a normal
毕业设计（论文）2010 级风能与动力技术专业 题目：风力发电机组齿轮箱的故障及其分析 毕业时间： 学生姓名：X X X 指导教师：X X X 班级：10风电（1）班
目录 一、绪论 (1) (一)风力发电机组齿轮箱故障诊断的意义 (1) 二、风力发电机组齿轮箱的故障诊断 (2) （一）风力发电机组齿轮箱的常见故障模式及机理分析 (2) （二）齿轮箱典型故障振动特征与诊断策略 (6) （三）针对齿轮箱不同故障的改进措施 (9) 三、结论 (12) 参考文献: (12) 致谢 (13)
风力发电机组齿轮箱的故障及其分析 摘要:随着全球经济的发展和人口的增长，人类正面临着能源利用和环境保护两方面的压力，能源问题和环境污染日益突出。风能作为一种蕴藏量丰富的自然资源，因其使用便捷、可再生、成本低、无污染等特点，在世界范围内得到了较为广泛的使用和迅速发展。风力发电己成为世界各国更加重视和重点开发的能源之一。随着大型风力发电机组装机容量的增加，其系统结构也日趋复杂，当机组发生故障时，不仅会造成停电，而且会产生严重的安全事故，造成巨大的经济损失。 本论文先探讨了课题的实际意义以及风力发电机常见的故障模式，在这个基础上对齿轮箱故障这种常见故障做了详尽的阐述，包括引起故障的原因、如何识别和如何改进设计。通过对常见故障的分析，给风力发电厂技术维护提供故障诊断帮助，同时也给风电设备制造和安装部门提供理论研究依据。 关键词:风力发电机;故障模式;齿轮箱;故障诊断 一、绪论 (一)风力发电机组齿轮箱故障诊断的意义 风电对缓解能源供应，改善能源结构、保护环境和电力工业的持续发展意义重大。这些年来，风电机组在我国得到了广泛的安装使用。随着大型风力发电机组装机容量的增加，其系统结构也日趋复杂，风力发电机的故障也成为一个不容忽视的问题。 随着风电机组运行时间的加长，目前这些机组陆续出现了故障（包括风轮叶片、变流器、齿轮箱、变桨轴承，发电机、以及偏航系统等都有），导致机组停止运行。当机组发生故障时，不仅会造成停电，而且会产生严重的安全事故。风电机组的部分部件一旦损坏，在风电场无法修复，必须运到专业厂家进行修理。因其维修费用高、周期长、难度大，势必给风电场造成巨大的经济损失，严重影响了风电的经济效益。 风电机组的输出功率是波动的，可能影响电网的电能质量，如电压的偏差、电压的波动和闪变、谐波以及周期电压脉动等。当风电机组发生故障时，输往电网的
风力发电机齿轮箱结构及其主要故障类型的处理方法摘要 第一章绪论 1.1论文的目的和意义 1.2风力发电的现状 1.3风力发电齿轮箱的研究现状 第二章齿轮箱结构 2.1风力发电机的整体结构 2.2齿轮箱的结构及其传动方案 第三章风力发电机组齿轮箱故障类型 3.1齿轮箱的主要故障类型 3.2风力发电机组齿轮箱振动故障分析 3.3风力发电机组传动齿轮油温故障分析 第四章风力发电的发展存在问题和主要趋势 4.1我国风电齿轮箱设计生产存在问题 4.2风电发展的主要趋势 致谢 参考文献
中文摘要 摘要：风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣，风电齿轮箱作为风电机组的核心部件，倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。但由于国内风电齿轮箱的研究起步较晚，技术薄弱，特别是兆瓦级风电齿轮箱，主要依靠引进国外技术。因此，急需对兆瓦级风电齿轮箱进行自主开发研究，真正掌握风电齿轮箱设计制造技术，以实现风机国产化目标。 本文以兆瓦级风力发电机齿轮箱为对象，通过方案选取，齿轮参数确定等对其配套的齿轮箱进行阐述。 首先，介绍全球风力发电产业高速发展和国内外风电设备制造业概况，阐述我国风力发电齿轮箱的现状及齿轮箱的研究。 其次，确定齿轮箱的机械结构。选取两级行星派生型传动方案，通过计算，确定各级传动的齿轮参数。对行星齿轮传动进行受力分析，得出各级齿轮受力结果。依据标准进行静强度校核，结果符合安全要求。 然后，论述了风力发电机组齿轮箱故障诊断的主要类型，深入探究风电机组齿轮箱振动故障机理，研究了油温高的故障机理，分析了传动齿轮温度场和热变形的情况。 最后，阐述我国风力发电存在的主要问题和发展前景。 关键词：风电齿轮箱；结构；故障类型；存在问题
? 149 ? ELECTRONICS WORLD ?技术交流 我国的风力发电机组主要布置在偏远山区，环境较为恶劣，而且还有部分风力发电机组布置在高原、海上等，受到高强度风的冲击，可极易引发故障。本文主要针对风电齿轮箱润滑系统进行研究，提出当前风电齿轮箱润滑状态运行中存在的问题，针对问题提出装填监测与故障诊断系统设计方案，给出硬件和软件设计，并分析其功能。1.风电齿轮箱 风电齿轮箱作为风力发电机组中的重要组成部件，能够实现动力传递，将风能转化为机械能并将动力传递给发电机获得相应转速。在风力的作用下，发电机组能够获得一定的动力，但是风轮的转速往往很低，不能满足发电机发电要求，因此需要在风力发电机组中配备相应的齿轮箱来实现增速，提高风能利用率。根据风力发电机组运行的实际要求进行不同设置，对于传动轴（大轴）和齿轮箱既可以合为一体也可以分开进行布置，在两者之间还往往通过联轴节进行连接。在风力发电机组中还往往在齿轮箱的输入/出端配备相应的刹车装置来实现风力发电机组的制动能力。配合叶尖制动（定浆距风轮）或变浆距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动。 2.风电齿轮箱润滑常见故障及原因分析2.1 润滑油黏度变化 对于风力发电机组而言，基本上每天都在运行进行发电工作。由于工作时间较长、负载较大，会导致油温升高出现氧化情况，而氧化会产生油泥沉积物等物质，这些物质会使得润滑油的粘度先下降后上升，润滑肉的承载能力下降明显，对于齿轮箱中的各个部件而言，没有很好的润滑会产生较大磨损，引发故障。而且润滑油的粘度增大，使用中油温和油压均会出现明显升高现象，出现齿面胶合等现象，甚至严重情况下会引发轴承受热变形。2.2 齿轮油水分影响 对于风力发电机组而言往往在海岛等地区进行工作，另外还在荒漠等地区这些地区的温度往往较低，如果不能及时的更换齿轮箱中的空气呼吸机，长期下来就会导致水分的沉积。而水分是影响齿轮箱润滑油质量的一个关键因素之一，如果水分含量过大会导致齿轮箱的油发生乳化，齿轮件极易出现锈蚀问题。2.3 氧化因素 由于风力发电机组长时间工作，润滑油也会长时间使用。而长时间的运行必然导致油温升高，油会出现氧化问题，而且在运行中还会由于各种不可控因素导致污染产生，最终导致润滑油的氧化程度升高，性能会随之下降，在齿轮箱当中产生酸性物质，对于齿轮箱中的各个部件而言会产生严重腐蚀，对于滤芯以及各个配件而言会产生不同程度的损耗。2.4 磨损检测 对于齿轮运行而言，通过渐开线接触的方式进行啮合，这种运行方式下齿轮不会发生相对滑动。在齿轮箱中引入润滑油主要是润滑齿轮，保证齿轮发生比较小的磨损。在风力发电机组的运行中必须关注异常磨损问题，卡阻异常会导致异常磨损更加严重。润滑油快速发黑并且在齿轮箱中有铁屑的时候应该考虑异常卡阻问题，异常磨损往往与油膜无法有效建立相关；磨屑增多及滑油粘度异常也有关联关系，另外是滑油变性，或水分等腐蚀齿轮的成分增大时，也会出现齿轮磨损增大。 3.风电齿轮箱润滑状态监测与故障诊断系统设计3.1 硬件系统设计及构成 对于风力发电机组的润滑状态监测系统而言，必须要有相应的系统硬件进行支持。整个监测系统由数据传感器来进行信息的采集，并由变送器来进行信息传递，另外还有数采模块以及工控机通信线路协调配合实现最终功能。 3.1.1 传感器 在风力发电机的齿轮箱中，往往涉及到多个参数以及变量的监控，针对不同的参数以及变量需要采用不同的传感器俩进行采集，传感器型号的选择如表1所示。 表1 传感器及其选型 测量对象型号参数 振动YD010量程：0-20mm/s 温度PT100量程：-60-200℃压力HDA4400 量程：6000-100000kPa 图1 软件系统程序设计图 3.1.2 温度变送器 前面提出油温是影响并反映齿轮箱润滑状态的重要参数，因此必须要对油温进行监控。在本设计中采用Pt100温度传感器来进行油温采集，这一温度传感器主要通过内部电阻值变化来反映温度变化值。另外还在系统中引入SBWZ-2280变送器，提供整个系统的变送电路支持。 3.1.3 数采模块 在该系统当中引入了COMWAYWＲC-616来提供测控，这控制系统集成模拟和数字信号采集、过程IO控制和无线数据通道等功能。采用压力传感器与变送器的继承模块HAD4XX4-A来进行系统控制。对于系统中的油压以及温度模块而言，还往往采用两线制电流输出的接线方式；对于整个系统中的振动模块而言，往往采用三线制的连接方式。数采模块通过RS485串口输出接入到整个系统当中，另外还通过RS485-To-RS232转换串口接入到工控机串口当中。为实现其功能还在系统中引入远程通讯模块，能够通过智能手机实现监控系统和外部的通讯。 风电齿轮箱润滑状态监测与故障诊断系统开发 中广核新能源控股公司吉林分公司 杨 鹏 DOI:10.19353/https://www.doczj.com/doc/c418608789.html,ki.dzsj.2019.04.088
风电齿轮箱发展及技术分析 发表时间：2018-12-17T17:11:45.847Z 来源：《基层建设》2018年第31期作者：徐栋[导读] 摘要：随着能源短缺和生态环境的日益恶化，新能源发电技术在世界范围内取得了长足的进步。 南京高速齿轮制造有限公司江苏南京 210000 摘要：随着能源短缺和生态环境的日益恶化，新能源发电技术在世界范围内取得了长足的进步。风能是一种清洁的可再生能源，随着风力发电技术的日趋成熟和风电成本的逐渐降低，风电装备产业高速发展且前景广阔。风电齿轮箱作为风力机组中最重要的部件，倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。基于此，本文主要对风电齿轮箱发展及技术进行分析探讨。 关键词：风电齿轮箱；发展；技术分析 1、前言 风力发电机组一般安装在荒郊、野外、山口、海边等风能较大且周围无遮挡物之处，发电机、齿轮箱等安装在机组塔架之上狭小的机舱内，距地面几十米高。常年受酷暑严寒和极端温差的影响，工作环境恶劣。据世界风力发电网数据，风电系统的失效率12%来自齿轮箱的失效。大约是工业齿轮箱平均失效机率的两倍。齿轮箱的失效是导致故障时间、维修和产量减少的主要原因，一般其损失要占风电设备总价的15%~20%。 2、风电齿轮箱发展现状 我国从进入风电市场以来，从开始的 1.5 MW风电齿轮箱发展到现在的 6 MW 风电齿轮箱，随着发电年限的增加，1.5 MW 风电齿轮箱逐渐进入维修阶段；目前主流机型开发为 2 MW、2.5 MW、3 MW风电增速齿轮箱。近两年，随着风资源的利用率增加，国内可供开发利用的优良风资源日益减少，这就导致了风电主机厂倾向于开发低风速大叶片的 2 ~3 MW风机。目前 2 MW 最大的叶片已达到 121 m，2.5 MW 大叶片达到 133 m，3 MW 大叶片达到 140 m。除此之外，国内已经有一部分整机厂发展 5 MW 以上的海上风力发电机，我国沿海地区风力资源丰富，并且随着国家的重视和产业的逐步成熟，中国的海上风电将向健康和规模化方向发展，并逐步呈现良好的发展势头。 2.1 旧机型 1.5 MW 风力发电齿轮箱 随着发电年限增加，1.5 MW 风力发电齿轮箱逐渐进入维护阶段，风机质保期结束，运维市场被释放。风电整机安装的快速增长必然会导致设备维护量的增加，尤其是在初期风机制造技术不成熟的情况下投入运行的风电机组，其维护任务更重。国内风电大规模发展已近十年，随着风机投入年限的增加，有越来越多的增速齿轮箱出现故障，运维市场会越来越大。 除了风机脱离质保期，释放运维市场外，随着优质风资源的减少，为了更有效地利用有限的良好风区，风机以新换旧将成为风电发展的必然。由于老化风机出现重大事故的概率正在增加，发电量逐步下降，设备的技术性能也不能满足电网的要求，国内将会出现一批小型风电机组下线，由目前成熟的风电机组代替，这就意味着整机厂商和各部件厂商在市场中还有新的增长点。 2.2 低风速大叶片风电齿轮箱 随着中国风电项目的大规模开发，国内陆上可开发利用的优良风资源越来越少。大量未开发的地域大多属于Ⅱ类或Ⅲ类及以下的风区。目前国内有不少的整机厂家在生产大叶轮直径机组时，除加大叶轮直径外，机组其他部件的重量和强度并未提高，或者说低风速机型与其他同兆瓦的机型相比，只是叶片长度不同而已。因此，生产大叶轮机组与开发一种新机型相比成本可以大大降低，而且不用经过样机的挂机试验就可进行大批量生产，其开发时间也就大大缩短，但是，由此带来的机组和相关部件的寿命、强度问题以及隐藏的设计缺陷和安全隐患等问题，则需要引起重视。 3、技术发展路线 风电设备零部件的质量要求近乎苛刻，最直接的原因是风电设备恶劣的工作环境和高昂的安装成本。风电设备多安装在荒郊野外，并在近百米的高空作业，需出动数百吨级的吊车，一旦出现问题进行产品调换，企业的损失很大。风电机组对齿轮箱的质量要求更高，如果发生内部故障，在机舱内基本上无法处理，维护成本也随之大幅度增加。 以市场商用机组的份额来看，未来若干年仍然以齿轮传动双馈电机机组为主。这种传统的机型注重高功率密度设计，具有多年运转经验，稳定性较好。另一方面，各种传动形式，例如直驱型机组和混合传动机组将逐年按一定比例递增，挤占传统机组的份额。业内人士都在关注这方面的动态，及时调整投资规模和方向。 直驱机型取消齿轮箱后，故障率降低，但直驱机型的低功率密度设计造成发电机体积庞大，运输吊装困难。发电机的尺寸加大，对零部件供应商的制造能力也是一个挑战，转型做大尺寸的直驱发电机未必顺利，不管是永磁低速电机或励磁低速电机，都存在大量的技术难题需要攻克。为了减小尺寸，行业内采取一种折衷的方法是仍然采用增加齿轮传动的方式，即所谓“半直驱”、“混合驱动”、“紧凑型”的机组以及“高速永磁型”等等，尽量采用紧凑发电机结构。 4、未来重点工作领域 4.1 风电齿轮箱的优化设计 风电齿轮箱的优化设计必须在机组轴系整体分析研究的基础上进行。由于理论、经验和条件等原因，目前很少有人结合整机设计进行风电齿轮箱的分析和研究，仅在总体布置时留出一个空间，简单的规定前后联接要求而已。所谓的“建模”，也只是在理想的条件下进行设想，与实际运转状况尚有较大距离。机组制造与部件制造如何开展研究，如何分工衔接是必定要碰到的难题，必须认真对待。再者，不同地区气候不同，风电齿轮箱的工况也不同，不可照搬一种模式。 4.2制造环节的严格质量管理 制造工艺方面应加强材料、热处理及加工的研究。国内外齿轮材料的主要区别在于原材料纯净度和和淬透性带宽的控制，齿轮的承载能力是由外部条件如承载方式（风力特点）和内部条件如齿轮的材料处理和工艺过程（制造水平）决定的，因此，国产化齿轮箱必须适应我国的实际使用条件，齿轮的设计、计算过程中依据我国的实际制造、管理水平适当放些裕度，再逐步向国际水平靠拢，通过精心组织齿轮箱的结构与工艺设计，特别要注重冷热工艺过程的协调和衔接，采取严格的质量控制措施来达到预订的要求。 另外，风电齿轮应充分注意增速传动与减速传动的区别，变位系数的选择应有利于降低滑差率，应根据载荷情况作必要的齿形和齿向修正，外齿轮均采用渗碳淬火和磨齿工艺，材料热处理等级不低于 MQ，齿轮精度不低于 5 级；内齿轮采用相同的渗碳工艺或氮化工艺，精度也不应低于 6级。要采取一切措施减小热处理变形，防止磨削烧伤、裂纹等缺陷。
大数据处理技术在风电机组齿轮箱故障诊断与预警中的应用 摘要风能有着很多的优点，在改善我国能源结构方面有着非常大的作用。本文包括五部分，第一部分进行概述，第二部分论述风电机组故障诊断和预警模型设计，第三部分论述基于大数据技术的齿轮箱故障诊断和预警方法实现，第四部分论述实验结果研究，第五部分进行总结。 关键词风电机组；故障诊断；故障预警 以主流大数据技术的风电机组故障诊断和预警模型为基础，利用storm实时处理状态监测流信息，提取故障诊断以及预警特点。 1 概论 随着大规模风电机组的投入运行，因为风电场选址的特殊性和负荷的不稳定性，很多机组都出现了故障，使得风电场的安全性受到了影响，所以对风电机组进行状态监测以及故诊断是相当关键的。不同厂家生产的风电机组会使采集的数据类型等出现差异。怎样通过风电机组状态监测大数据进行快速、有效的故障诊断和预警是新的课题。 大数据技术在电力体系监测领域还处于起步阶段，本文给出基于大数据技术的风电机组故障诊断和预警的模型结构，这个模型有着下面几个特点：第一，全体，收集和研究风电机组运行数据而不是样本数据。第二，混杂：由于是全样本，不可避免地要处理不同风电机组、不同种类的异构数据。第三，注重相关关系和效率，在故障诊断和预警环节中，使用数据挖掘方法找出故障，并在科学精确性的条件下利用并行计算技术实现快速的预警[1]。 2 风电机组故障诊断和预警模型设计 2.1 模型框架 基于大数据存储和处理的需要，本文基于X86集群，运用分布式技术，提出了融合各种相关异构状态检测数据的风电机组故障诊断和预警模型，模型架构见图1，主要由数据采集整合、数据存儲等模块组成。 数据来源有数据采集和监控系统、地理信息系统、项目管理信息系统，以及各种特殊传感器等业务系统的生产运行管理数据，除此之外，还有针对本文具体应用的各种故障知识库。这些数据来源不一，模态各异，形成了海量异构电力大数据。 2.2 齿轮箱故障诊断和预警运行流程 作为风机传动系统的关键组成部分，齿轮箱是风电机组中故障率较高的部
1 前言 纵观社会的发展，科学技术作为第一推动力，当科学技术发展到足够的阶段时，将带来人类社会突飞猛进的发展。这一事实，在二十世纪表现的越来越明显，这一推动力的作用越来越突出。 从能源、电力产业看，二十世纪九十年代，世界能源、电力市场发展最迅速的已不再是石油、煤、天然气，太阳能发电、风力发电等可再生能源异军突起。 全世界风力发电容量在1990年的200万千瓦，2009年一年内全球新增风力发电装机容量就已达到3750万千瓦，而截止到2011年3月7日，我国的风电装机总量有4182.7万千瓦，首次超越美国成为世界上第一风电大国。因此，就新能源、电力方面而言，二十一世纪将是可再生能源的世纪，能源、电力的开发利用将面临历史的变革。为实现可持续发展，适应世界发展趋势，能源产业尤其是电力产业的发展必然选择风能等可再生能源和新能源。 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴藏量巨大，全球风能资源总量约为2万亿千瓦，其中可利用的风能为200亿千瓦。中国可开发利用的风能资源有10亿千瓦，其中陆地2.5亿千瓦，现在仅开发了不到0.2%;近海地区有7.5亿千瓦，风能资源十分丰富。陆上风能资源丰富的地区主要分布在“三北”(东北、西北、华北)地区以及东南沿海地区。三北地区可开发利用的风力资源有2亿千瓦，占全国陆地可开发利用风能的79%。由此可见中国风力资源是十分丰富的，远远超过可开发的水电和火电资源量。 近年来随着风电机组单机容量的不断增大，以及风电机组的投行时间的逐渐累积，由齿轮箱故障或损坏引起的机组停运事件时有发生，由此带来的直接和间接损失也越来越大，因此对分离发电机组的维护保养十分重要。维护人员投入相关工作的工作量也有上升趋势，这就促使越来越多的风电场开始加强齿轮箱的日常监测和定期保养工作。 风力发电场在国内作为一种新兴的发电企业形式因其具有自身的发展和生产性质特点，要求员工必须有较高的专业知识、技术业务水平和必要的技能技巧，因此做好风力发电机组的运行与维护，此论文的书写对本人现在以及今后工作具有重要意义。 2 风电及齿轮箱的发展趋势2.1 风力发电发展的主要趋势 机组单机容量增大风电机组单机容量的增大有利于提高风能利用率，降低风场的占地面积，降低风电场运行维护成本，从而提高风电的市场竞争力。目前，国际上主流的风电机组已达到(2-3)MW，由德国公司研制的最大的5MW风电机组已投入运行，其旋翼区直径达到126米。可以预见，(3-5)MW的风电机组在市场中的比例将日益提高。2008年2月在布鲁塞尔举行的风能会议和风能展上，有与会者甚至提出了2020年前开发出20MW风电机组的概念。
风电齿轮箱的技术特点分析 近几年，我国风电行业得到快速发展，按照相关规划，到2010年我国风电装机容量达400万kW,2020年达2000万kW, 在风能资源丰富的地区建成若干个百万千瓦级风电基地。 目前从76万kW到400万kW仅风电齿轮箱的产值约为25亿，从400万kW到2000万kW风电齿轮箱的产值约为140亿。 1.风电齿轮箱的技术特点 （1）服役条件严酷由于机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向、变负荷的风力作用及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，加之所处自然环境交通不便，齿轮箱在狭小的机舱不可能像在地面那样具有牢固的机座基础，整个传动系的动力匹配和扭转振动的因素总是集中反映在某个薄弱环节上。大量的实践证明，这个环节常是机组中的齿轮箱。 （2）功率大主流风电机组已达到兆瓦级，丹麦的主流风机为2.0～3.0MW,美国主流风机为1.5MW,在2004年的汉诺威工博会上4.5MW的风电机组也已面世。 （3）速差大风力发电机组中的齿轮箱，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。通常风轮的输入转速很低，约20r/min,远达不到发电机转子所要求的1500～1800r/min的转速，必须通过齿轮多级增速传动来实现。 （4）精度高齿轮箱内用作主传动的齿轮精度，外齿轮不低于5级（GB/T10095），内齿轮不低于6级。齿部的最终加工是采用磨齿工艺，尤其内齿轮磨齿难度甚高。 （5）使用寿命要求长由于自然环境条件恶劣，交通又不方便，齿轮箱在数十米高塔顶部的狭小空间内，安装和维修相当困难，所以要求使用寿命最少20年。 （6）可靠性要求高与使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求。对构件材料，除了常规状态下力学性能外，还应该具有低温状态下抗冷脆性等特性：对齿轮箱，工作要平稳，防止振动和冲击等。设计中要根据载荷谱进行疲劳分析，对齿轮箱整机及其零件的设计极限状态和使用极限状态进行动力学分析、极限强度分析、疲劳分析，以及稳定性和变形极限分析。 2.热处理生产中的主要技术难度 由于风电齿轮的服役条件苛刻，技术要求高，在美国ANSI/AGMA/AWEA6006-A03《风力发电机齿轮箱设计规范》的52项质量控制项目中，材料热处理就占20项。 强调材料热处理的重要性就是要保证齿轮的疲劳强度和加工精度。一方面，由于风力发电机所受风载频繁变化，而且带冲击，所以齿轮表面常产生微动点蚀而早期失效，这种失效与接触精度和硬化表层物理冶金因素有关。另一方面，由于齿轮箱变速比大，所以采用平行传动+行星传动方式，而在行星齿轮中，为了提高齿轮强度、传动平稳性及可靠性，同时减小尺寸和重量，内齿圈也要求采用渗碳淬火磨齿工艺。 从目前我国风力发电齿轮的生产来看，要保证20年使用寿命，这一关道路漫长，尚待考验，而对于内齿圈的渗碳淬火变形，由于直接影响生产已经成为热处理中的一大难题。 3.风电齿轮的热处理质量标准 为了提高风机齿轮的疲劳强度，保证20年的可靠寿命，齿轮生产厂应当按ISO6336-5（GB/T3480-5）《齿轮强度和材料质量》渗碳齿轮最高级别ME的要求来控制材料的热处理质量。 齿轮生产厂只有通过这种综合严格的质量控制，才能保证齿轮的疲劳极限，同时也为齿轮的热处理变形控制奠定良好的基础。 对于热处理设备及工艺材料生产厂，建议拓宽思路，不只限于提高自己产品的质量水平，还应去了解风机齿轮热处理
制造业信息化 MANUFACTURING INFORMATIZATION 仿真/建模/CAD/CAM/CAE/CAPP 风电齿轮箱故障诊断实例分析 肖洪波，刘松松 （沈阳鼓风机集团风电有限公司，沈阳110869） 摘要：介绍了以齿轮箱振动分析为主要手段的风电齿轮箱故障诊断方法，并通过齿面接触磨损分析和齿轮箱润滑油液分析等辅助手段，对风电齿轮箱的故障点进行分析诊断。并以某风电厂某台风力发电机组的齿轮箱故障诊断为例，对风电齿轮箱故障诊断方法进行实例分析。关 键词：风电齿轮箱；振动分析；故障诊断 中图分类号：T H 132.41文献标志码：A 0引言 风力发电机组多安装在环境恶劣的高山、荒野、海滩等风资源较优地区，常年经受无规律的变负荷变向风力作用、阵风的冲击，以及严寒酷暑、盐雾等的影响，致使风力发电机组经常出现故障。 风电机组的常见故障类型包括电气系统故障、传感器和叶片/变桨装置故障、齿轮箱故障等。据统计，我国风场齿轮箱损坏率高达40%～50%，是机组中故障率最高的部件，也是引起风电机组停机的最主要原因［1］，因此，在齿轮箱故障早期进行齿轮箱状态检测，并以此进行故障诊断和分析，可以在早期对故障进行有效诊断，有利于减少维修时间和降低由于齿轮箱故障引起的经济损失，对提高风电场的经济效益和安全性具有重大意义。 1 齿轮箱故障诊断的一般方法 以机械故障诊断的测试手段来分类，主要的故障诊 断方法有直接观察法、振动和噪声检测法、无损检测法、磨损残余物检测法、机械性能参数检测法等。其中最常用的是振动检测法［2］。我们在实例分析齿轮箱故障时使用的 齿轮箱故障诊断方法是以振动检测为主，辅助以直接观察法和磨损残余物检测法。 1.1 齿轮箱故障分析内容 一般情况下，对齿轮箱故障分析主要从以下几个方面开展：1）振动分析；2）齿面接触磨损分析；3）齿轮箱润滑油液分析。 1.2 齿轮箱振动检测点布置 在风电场现场对齿轮箱进行故障诊断时，通常按图 1 一级齿圈高速轴轴高速轴径 径向测点向测点向测点 发电机驱动端径向测点 扭矩臂轴向测点 图1振动传感器布置图文章编号：1002－2333（2014）04－0152－04 位置布置高速采集振动传感器。 2实例分析 以某风电场某台风电机组的齿轮箱故障诊断为例，介绍风电齿轮箱的故障诊断方法。 2.1 振动分析 2.1.1 振动测点分布与安装依据齿轮箱结构，现场安装高 速采集测点的传感器。 具体安装位置见图2。 图 2 齿轮箱高速采集测点 2.1.2 振动数据分析 表 1 为现场高速采集的各测点振动数据的加速度有效值和峭度指标。黑色字体数据为正常指标，灰色字体数 表1振动检测数据 测点项目 100 r/min 500 r/min 1 000 r/min 1 200r /min 空转空转空转加载200 kW 扭矩臂轴向 有效值（/m·s-2）0.143 9 2.702 3 10.814 5 12.417 1 峭度 3.171 9 7.719 1 3.365 9 3.528 1 一级齿圈径向 有效值（/m·s-2）0.236 1 0.237 4 0.245 6 0.250 4 峭度 2.560 5 2.552 0 2.490 5 2.458 7 高速轴径向 有效值（/m·s-2）0.026 8 0.315 8 5.942 7 11.081 3 峭度 4.052 3 3.394 5 6.319 7 33.895 8 高速轴轴向 有效值（/m·s-2）0.236 1 7.343 4 28.135 6 30.132 8 峭度 2.560 5 3.801 5 3.007 4 2.885 1 发电机驱动端径向 有效值（/m·s-2）0.129 2 2.135 9 3.679 1 4.600 0 峭度 3.751 8 3.896 4 3.009 4 37.405 4