風(fēng)電齒輪箱高速軸故障處理與分析
2013-04-19
招妙妍
（中山市中等專業(yè)學(xué)校）
（中山市中等專業(yè)學(xué)校）
摘 要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中使用的德國(guó)Jake公司增速齒輪箱，齒輪箱高速軸軸承滾子輥柱碎裂。有對(duì)中問(wèn)題，也有選用的軸承極限轉(zhuǎn)速低的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：風(fēng)電；齒輪箱；高速軸軸承
一、簡(jiǎn)介
德國(guó)Jahnel-Kestermann Getriebewerke GmbH（簡(jiǎn)稱Jake）是一家專業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)風(fēng)電增速齒輪箱的公司，早期伴隨國(guó)內(nèi)直接進(jìn)口德國(guó)風(fēng)電機(jī)組或引進(jìn)德國(guó)風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)技術(shù)的時(shí)候，曾經(jīng)有一批風(fēng)電機(jī)組采用了Jake公司增速齒箱輪。
汕頭風(fēng)場(chǎng)采用的33臺(tái)1.5MW雙饋型變槳變頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，機(jī)組中使用的齒輪箱全部是德國(guó)Jake公司生產(chǎn)的PPSC1290型兩級(jí)行星一級(jí)平行軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的齒輪箱，雖然低速級(jí)和中間級(jí)采用了兩級(jí)行星傳遞結(jié)構(gòu)，使用過(guò)程中表現(xiàn)得比較穩(wěn)定，但作為高速級(jí)的第三級(jí)平行軸傳遞結(jié)構(gòu)因?yàn)檗D(zhuǎn)速較高，相對(duì)扭矩也大，長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作，出現(xiàn)故障的情況比較多。
二、故障
某日，汕頭風(fēng)場(chǎng)22#機(jī)組運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)齒輪箱高速軸后軸承溫度偏高，類似火車撞擊鐵軌的低沉異響。用聽針對(duì)齒輪箱各級(jí)齒輪進(jìn)行檢查，低速級(jí)齒輪和中速級(jí)齒輪運(yùn)行的響聲不是很大，但高速軸一側(cè)聽到的異響聲明顯。初步判斷齒輪箱高速軸軸承或者齒輪可能有損壞。隨后檢查齒輪箱潤(rùn)滑油位和潤(rùn)滑油油壓，都在正常范圍。齒輪箱潤(rùn)滑油油溫和旁邊的其他齒輪箱潤(rùn)滑油油溫相比偏高，齒輪箱潤(rùn)滑油過(guò)濾器前后壓差偏大。
用內(nèi)窺鏡檢查，發(fā)現(xiàn)高速軸前軸承滾子輥柱碎裂脫落。由此判斷，齒輪箱高速軸軸承溫升異常和異響原因是高速軸軸承損壞。損壞的高速軸前軸承輥柱見圖1。
關(guān)鍵詞：風(fēng)電；齒輪箱；高速軸軸承
一、簡(jiǎn)介
德國(guó)Jahnel-Kestermann Getriebewerke GmbH（簡(jiǎn)稱Jake）是一家專業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)風(fēng)電增速齒輪箱的公司，早期伴隨國(guó)內(nèi)直接進(jìn)口德國(guó)風(fēng)電機(jī)組或引進(jìn)德國(guó)風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)技術(shù)的時(shí)候，曾經(jīng)有一批風(fēng)電機(jī)組采用了Jake公司增速齒箱輪。
汕頭風(fēng)場(chǎng)采用的33臺(tái)1.5MW雙饋型變槳變頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，機(jī)組中使用的齒輪箱全部是德國(guó)Jake公司生產(chǎn)的PPSC1290型兩級(jí)行星一級(jí)平行軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的齒輪箱，雖然低速級(jí)和中間級(jí)采用了兩級(jí)行星傳遞結(jié)構(gòu)，使用過(guò)程中表現(xiàn)得比較穩(wěn)定，但作為高速級(jí)的第三級(jí)平行軸傳遞結(jié)構(gòu)因?yàn)檗D(zhuǎn)速較高，相對(duì)扭矩也大，長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作，出現(xiàn)故障的情況比較多。
二、故障
某日，汕頭風(fēng)場(chǎng)22#機(jī)組運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)齒輪箱高速軸后軸承溫度偏高，類似火車撞擊鐵軌的低沉異響。用聽針對(duì)齒輪箱各級(jí)齒輪進(jìn)行檢查，低速級(jí)齒輪和中速級(jí)齒輪運(yùn)行的響聲不是很大，但高速軸一側(cè)聽到的異響聲明顯。初步判斷齒輪箱高速軸軸承或者齒輪可能有損壞。隨后檢查齒輪箱潤(rùn)滑油位和潤(rùn)滑油油壓，都在正常范圍。齒輪箱潤(rùn)滑油油溫和旁邊的其他齒輪箱潤(rùn)滑油油溫相比偏高，齒輪箱潤(rùn)滑油過(guò)濾器前后壓差偏大。
用內(nèi)窺鏡檢查，發(fā)現(xiàn)高速軸前軸承滾子輥柱碎裂脫落。由此判斷，齒輪箱高速軸軸承溫升異常和異響原因是高速軸軸承損壞。損壞的高速軸前軸承輥柱見圖1。
圖1
更換高速軸前軸承，型號(hào)由NKE NJ2324E.M換為SKF NJ2324ECMA，測(cè)量軸承外圈跟齒輪箱配合處的間隙。考慮到軸承的破損可能導(dǎo)致有碎片掉入箱體，于是將齒輪箱油放光，用32插板以及65插板將第3個(gè)加熱器拆開，檢查是否有軸承碎片，以便清理。清理完齒輪箱底部的軸承碎片，重新裝上加熱器。拆下的高速軸后軸承是圓錐滾子軸承，此軸承滾子的磨損點(diǎn)蝕失效，導(dǎo)致滾子接觸面金屬粘連剝落，進(jìn)而導(dǎo)致輥柱破裂。軸承中靠近發(fā)電機(jī)側(cè)的輥柱普遍產(chǎn)生表面金屬粘連剝落，而靠近齒側(cè)的輥柱沒有磨損，只有被灼燒的痕跡（圖2）。
圖2
由于Jake1.5MW風(fēng)電增速齒輪箱采用2P+1H傳動(dòng)結(jié)構(gòu)型式（圖3），高速軸后軸承是雙向固定，軸承外圈通過(guò)端蓋預(yù)緊。這種固定方式特別容易受到裝配精度的影響。間隙過(guò)大，容易造成軸向竄動(dòng)；間隙過(guò)小，潤(rùn)滑不充分，加劇摩擦生熱，表面軟化，過(guò)早出現(xiàn)異常剝落。
圖3
三、故障原因
機(jī)組在使用過(guò)程中，由于發(fā)電機(jī)重量和工作過(guò)程中的動(dòng)載荷，導(dǎo)致機(jī)座后端有一定的下沉，雖然齒輪箱輸出軸和發(fā)電機(jī)輸入軸之間采用了高彈性高適應(yīng)對(duì)中能力的Centa彈性聯(lián)軸器，僅后端發(fā)電機(jī)下沉后有一定的補(bǔ)償調(diào)解作用，但齒輪箱輸出軸的高速軸前、后軸承所承受的載荷更加復(fù)雜，出現(xiàn)故障的情況會(huì)比較多。更換軸承后，重新對(duì)機(jī)組進(jìn)行對(duì)中調(diào)整，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)至今一切正常。拆下來(lái)的軸承為NKE品牌的31328X/DF，根據(jù)NKE樣本介紹，圓錐滾子軸承31328X/DF采用油潤(rùn)滑時(shí)額定轉(zhuǎn)速為1300r/min，但Jake1.5MW齒輪箱運(yùn)行中額定轉(zhuǎn)速為1750r/min，實(shí)際運(yùn)行速度可能高達(dá)1800r/min，遠(yuǎn)大于樣本上規(guī)定的轉(zhuǎn)速。后來(lái)?yè)Q用SKF品牌的31328XJ2/DF，極限轉(zhuǎn)速為2200r/min，使用至今沒有出現(xiàn)任何異常。
機(jī)組在使用過(guò)程中，由于發(fā)電機(jī)重量和工作過(guò)程中的動(dòng)載荷，導(dǎo)致機(jī)座后端有一定的下沉，雖然齒輪箱輸出軸和發(fā)電機(jī)輸入軸之間采用了高彈性高適應(yīng)對(duì)中能力的Centa彈性聯(lián)軸器，僅后端發(fā)電機(jī)下沉后有一定的補(bǔ)償調(diào)解作用，但齒輪箱輸出軸的高速軸前、后軸承所承受的載荷更加復(fù)雜，出現(xiàn)故障的情況會(huì)比較多。更換軸承后，重新對(duì)機(jī)組進(jìn)行對(duì)中調(diào)整，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)至今一切正常。拆下來(lái)的軸承為NKE品牌的31328X/DF，根據(jù)NKE樣本介紹，圓錐滾子軸承31328X/DF采用油潤(rùn)滑時(shí)額定轉(zhuǎn)速為1300r/min，但Jake1.5MW齒輪箱運(yùn)行中額定轉(zhuǎn)速為1750r/min，實(shí)際運(yùn)行速度可能高達(dá)1800r/min，遠(yuǎn)大于樣本上規(guī)定的轉(zhuǎn)速。后來(lái)?yè)Q用SKF品牌的31328XJ2/DF，極限轉(zhuǎn)速為2200r/min，使用至今沒有出現(xiàn)任何異常。
來(lái)源：《設(shè)備管理與維修》2011年09期
