3.2 裝配原因分析
在風力發電機組中偏航系統的設計、制造時,為確保減速器輸出齒輪與齒圈間能保持合理的齒隙,降低齒圈與機架上減速器安裝中心之間的制造難度,通常需要將減速器輸出齒輪的中心與安裝止口的中心之間做成偏心的形式。可以通過偏心,來調整減速器輸出小齒輪與偏航軸承外圈大齒輪的嚙合間隙。下面分析影響側隙的因素。
3.2.1 嚙合齒輪的中心距變化。
在實際加工制造過程中,造成兩個齒輪回轉中心分離或靠近,使得兩個齒輪的中心距發生改變。在此種情況下,嚙合節圓的直徑發生改變,從而使得兩個齒輪的齒側隙發生改變。為保持齒輪中心距發生改變時,仍能保證齒輪之間的嚙合間隙,需要將實際的中心距調整到理論中心距。
3.2.2 齒圈齒厚的變化。
由于加工誤差的存在,齒圈的齒厚存在誤差,在中心距不改變的情況下,齒輪的嚙合間隙也會發生變化,因此為保證側隙的要求值,需要通過偏心來調整。
偏航大齒輪與小齒輪之間的側隙是靠減速器輸出齒輪的中心與安裝止口的中心之間的偏心量來調節的。但由于安裝減速器的螺栓孔是等分的,調整偏心量實際上是不連續的,而是離散性的,所以同一臺機組的若干個偏航齒輪嚙合的間隙不可能相同,若出現側隙相差較大的情況,各個偏航小齒輪受載不同,也容易引起斷齒。
安裝減速器的工藝規定:找到偏航軸承齒頂圓的最大標記處,在該處調整齒側間隙,在齒輪上下兩處用壓鉛絲法,測量齒側嚙合的間隙值為0.4 ~ 0.8mm( 雙邊)。上間隙比下間隙大0.05 ~ 0.1mm。保證大齒圈轉動一周,檢查大、小齒輪嚙合情況。而從斷裂的部分小齒輪來看,起裂位置位于齒根部,斷裂部位位于齒的上半部分,斷裂部位齒面積小于整個齒面的1/2,明顯是受載不均引起的斷裂。安裝過程中未完全按照安裝工藝進行,使得齒輪嚙合的上間隙較小,完全受載,引起齒輪斷裂。
3.3 沖擊載荷的分析
偏航減速器只能作為傳動部件,不能作為主要的制動部件,正常工作下偏航制動器必須對機艙進行制動,保證偏航減速器不受風載的沖擊。機組偏航時,必須保證制動器有偏航余壓,確保機組運行的穩定。而檢查偏航減速器損壞時的偏航余壓,部分機組余壓有小幅下降,甚至有的為0bar(正常為25bar)。偏航減速器在偏航運行時頻繁受到風載的沖擊,導致減速器小齒輪不斷受到沖擊,最終斷裂。制動壓力和偏航余壓不滿足設計要求是偏航減速器小齒輪失效的另一原因。
甚至有些項目位于臺風多發地區,瞬時風速大,沖擊載荷加速了齒輪的疲勞損傷,同時臺風湍流強度大,使部分偏航減速器小齒輪在早期已出現疲勞損傷源,長期運行后,再經過多次大風天氣的沖擊,逐漸出現裂痕,在大風期間偏航時發生斷裂。
3.4 低溫原因的分析
小齒輪在冬末春初的季節斷裂所占比例大,這跟低溫有必然的聯系。
3.4.1 由于低溫造成減速器的潤滑油粘度增大及偏航軸承潤滑脂的變硬,大大增加了偏航系統的阻力,使啟動力矩變大,增加了齒輪傳動的載荷。
3.4.2 日夜溫差大也使材料脆性增加,這也就是偏航小齒更容易在冬末春初季節斷裂。
3.5 解決措施
3.5.1 在設計中可以對齒輪進行修形設計,保證齒輪傳動的平穩和受載均勻。
3.5.2 安裝時應嚴格按照安裝工藝進行,保證齒輪嚙合間隙在要求范圍內,在機組并網調試中需再次進行齒輪嚙合間隙的測量,保證齒輪受載的均勻。
3.5.3 應嚴格按照材料熱加工工藝對材料進行熱處理,加強對材料質量的檢驗,首先材料要到達設計的要求。
3.5.4 低溫環境更容易造成減速器小齒輪的斷裂,因此設計時要充分考慮低溫對材料、潤滑油等的影響。
4. 結束語
國內風力發電機組技術逐漸趨于成熟,設計水平也不斷再提高。但還是存在一些問題,我們要注視出現的問題,從中吸取更多的經驗教訓,為以后優化設計提供寶貴的現場經驗。