风电机组齿轮箱
风电齿轮箱(增速机)基础知识简介
（二）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、其他机件阻尼等。齿轮箱的效 率在不同的工况下是不一致的。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。
（三）噪声级
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风电增速机基础知识简介
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一、概述
风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械 部件，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 常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求 的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实 现，故也将齿轮箱称之为增速箱。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 机组用固定平行轴和行星齿轮传动最为常见。
二、齿轮箱的分类
风力发电机组齿轮箱的种类很多，按照 传统类型可分为圆柱齿轮增速箱、行星增 速箱以及它们互相组合起来的齿轮箱；按 照传动的级数可分为单级和多级齿轮箱； 按照转动的布置形式又可分为展开式、分 流式和同轴式以及混合式等等。
三、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。
设计要求
• • • • 设计载荷 效率 噪声级 可靠性
（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/T10300 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。
风电机组齿轮箱
2.4.1 齿轮箱齿面点蚀
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
轮齿受力后，齿面接触处将产生循环变化的接触应力， 在接触应力反复作用下，轮齿表层或次表层出现不规则的 细线状疲劳裂纹，疲劳裂纹扩展的结果，使齿面金属脱落 而形成麻点状凹坑，称为齿面疲劳点蚀，简称为点蚀。 它可分为早期点蚀和破坏性点蚀。 提高齿面硬度和润滑油的粘度，采用正角度变位传动 等，可减缓或防止点蚀产生。
冷却器单元
管路 2. 加热系统 叶轮锁 3. 其它 雷电保护装置
油-空气冷却器（油冷风扇） 加热器
温度控制器
Pt100（温度传感器）
视孔盖 检查孔 排油阀 集油盒
液位传感器
油位指示器 空气过滤器
3.1 润滑与冷却系统简介
电机 泵单元
油泵
冷却器单元
分配器以及管路
过滤网（粗滤、精滤）
3.1.1 润滑与冷却系统的作用
2.5 一级行星双臂整体式行星架
双臂整体式行星架：
结构刚性较好，行 星轮的轴承一般安装在 行星轮内。
2.5 二级行星单臂式行星架
单臂式行星架：
结构简单，装配方便，轴向尺寸小。但 行星轮属悬臂布置，受力不好，刚性差。
2.6 空心轴
空心轴结构：
与轮毂内 滑环相连接
法兰盘前端加轴承和齿轮箱后方固定的方式，使得 各级传动轴在转动的过程中空心轴保持不转动。 空心轴中：动力电缆和控制电缆。给轮毂中的电机 和控制柜提供电源和控制信号用以实现对变浆系统的控 制。
溢流阀：一种液压压力控制阀。在液压设备中主要起定压溢流作用 和安全保护作用。泵单元中 3bar/10bar/0.2bar溢流阀，分别是在压 力大于3bar和10bar的时候打开。0.2bar溢流阀防止回流。 温控阀：调速阀是进行了压力补偿的节流阀。泵单元中的温控阀采 用机械结构，热胀冷缩的原理。油温↑，油路流量↓ 油温↓，油路流量↑。
风力发电机组齿轮箱故障诊断
风力发电机组齿轮箱故障诊断1. 引言1.1 背景介绍齿轮箱是风力发电机组中的重要组成部分，承担着转动力传递和速度变换的功能。
由于长期运行和恶劣环境条件的影响，齿轮箱容易出现各种故障，影响发电机组的正常运行和发电效率。
及时准确地诊断齿轮箱故障尤为重要。
随着风力发电技术的飞速发展，齿轮箱故障诊断技术也在不断创新和完善。
通过对齿轮箱故障进行精确诊断，可以有效提高风力发电机组的运行可靠性和安全性，降低运维成本，延长设备寿命，最大限度地实现风能资源的利用。
本文旨在对风力发电机组齿轮箱故障诊断方法进行概述，探讨常见的齿轮箱故障特征，介绍故障诊断技术和原理，分析振动信号分析方法和温度监测技术的应用，并总结齿轮箱故障诊断的重要性和未来发展趋势。
希望通过本文的研究，为风力发电行业的技术进步和发展贡献一份力量。
1.2 研究目的研究目的：本文旨在探讨风力发电机组齿轮箱故障诊断的方法与技术，提供有效的故障诊断方案，为风力发电行业提供更加可靠、高效的运维保障。
通过对常见齿轮箱故障特征、故障诊断技术及原理、振动信号分析方法、温度监测技术等方面进行综合分析与研究，旨在提高齿轮箱故障的预警能力，减少故障带来的损失和影响，保障风力发电机组的安全稳定运行。
本研究还将探讨齿轮箱故障诊断的重要性，展望未来发展趋势，为该领域的深入研究和技术创新提供参考和借鉴。
通过本文的研究成果，期望能够为风力发电行业提供更加科学、可靠的齿轮箱故障诊断解决方案，推动行业的持续发展与进步。
1.3 研究意义风力发电机组在风能资源利用中起到至关重要的作用。
齿轮箱作为风力发电机组的核心部件之一，其故障诊断对于发电机组的正常运行至关重要。
研究齿轮箱故障诊断技术可以帮助提前发现和解决齿轮箱的故障问题，保障风力发电机组的运行稳定性和有效性。
齿轮箱故障诊断的研究意义主要体现在以下几个方面：在风力发电行业中，齿轮箱故障是一种常见的故障类型，及时准确地诊断齿轮箱故障可以有效降低故障率，延长齿轮箱的使用寿命，减少维修成本，提高发电效率；齿轮箱故障一旦发生，可能会导致整个风力发电机组的停机维修，给发电厂和电网带来损失，影响电力供应的稳定性，因此研究齿轮箱故障诊断技术对于保障电力供应的可靠性具有重要意义；齿轮箱故障诊断技术的研究也可以促进风力发电行业技术的进步和发展，推动我国清洁能源产业的发展。
风力发电机组齿轮箱故障分析及检修讲解
一、风力发电机组齿轮箱简单介绍 二、常见一般故障的处理 三、常见齿轮箱大修故障分析 四、风电齿轮箱的使用、维护和检查
一、风力发电机组齿轮箱简单介绍
（一）、风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其 主要作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。使齿轮箱的增速来达到发电机发电的要求。 （二）、认识齿轮箱从铭牌开始
2、由温控阀控制大小循环。 从图中可以看出它有此齿轮箱只有 一个双速电机控制齿轮油冷却循环系统 ，在Vestas600kW Hansen与Valmet的 齿轮箱上在三轴轴端装配了一个与三轴 同步的齿轮油泵，当风力机启动并网后 齿轮油泵达到额定转速开始工作。在温 控阀的作用下齿轮油循环，当油温达到 45度时温控阀慢慢开启，冷却电机在低 带状态下运行，此时大小循环同时存在 。当油温达到55度时，大循环开启，冷 却电机在高速下运行。此时齿轮油的压 力在压力阀的控制下运行在 0.5bar(+_0.2bar)的范围内，保证有一 定的压力向齿轮啮合面与轴承喷射齿轮 油。当温度下降时，冷却电机先向低速 降速，同时温控阀也在向小循环过渡。 当风力机停机后齿轮油循环停止。这样 的系统非常智能化，比较节能。
每一台齿轮箱都会有一 个铭牌，铭牌就是它的 身份。 从右下图可以看出它的生 产厂家、生产地、传动比、 出厂序列号、型号、功率、 输入输出转速、齿轮油粘 度指标、齿轮油质量、齿 轮箱重量 右上图是齿轮箱选用的油 类型，加油量、加油时间
（三）、几种常见的风力机齿轮箱内部结构
一级行星两级平行轴斜齿，齿轮 箱分两个部分，行星齿箱部分与 斜齿箱部分。箱体特点：体积小 ，传递功率大，运行平稳，加工 困难。这样的齿轮箱有 Vestas600kW Hansen箱体， NegMicon750kW Flender箱体。
风电齿轮箱结构原理及维护知识
一、齿轮箱基本认识
3、风电齿轮箱的轴承
轴承分类： 按载荷方向：向心轴承、推力轴承 按滚动体形态：球轴承 滚子轴承：圆柱滚子 圆锥滚子 球面滚子 滚针
一、齿轮箱基本认识 3、风电齿轮箱的轴承
风电齿轮箱轴承主要类型 满圆柱滚子轴承； 圆柱滚子轴承； 调心滚子轴承； 圆锥滚子轴承； 四点接触球轴承；
一、齿轮箱基本认识
一、齿轮箱基本认识
1、风电齿轮箱的结构 3）单级行星（半直驱） 目前我公司有的型号： FLD1500F
一、齿轮箱基本认识
1.1、风电齿轮箱的结构
4）两级行星 目前我公司有的型号： FLW3000J FLW3000C
一、齿轮箱基本认识
1.1、风电齿轮箱的结构
5）renk 目前我公司有的型号： FLA800 FLC750 该结构常见于Renk系列， 重点在于齿圈输入，行星 轮轴通过轴承连接到箱体 上，该结构的好处就是行 星齿轮上轴承外圈与箱体 连接，改进了轴承工作环 境，增加了轴承的使用寿 命；但不足是该结构加工 精度和装配要求高
3、风电齿轮箱的轴承
风电齿轮箱轴承主要类型 圆柱滚子轴承：
圆柱滚子与滚道为线接触轴承 。负荷能力大，主要承受径向 负荷。滚动体与套圈挡边摩擦 小，适于高速旋转。根据套圈 有无挡边，可以分有NU、NJ 、NUP、N、NF等单列轴承， 及NNU、NN等双列轴承。该 轴承是内圈、外圈可分离的结 构。内圈或外圈无挡边的圆柱 滚子轴承，其内圈和外圈可以 向轴向作相对移动，所以可以 作为自由端轴承使用。在内圈 和外圈的某一侧有双挡边，另 一侧的套圈有单个挡边的圆柱 滚子轴承，可以承受一定程度 的一个方向轴向负荷
一、齿轮箱基本认识 2、风电齿轮箱的齿轮基础
齿轮失效的主要形式： 3、胶合：局部升温+重载、润滑不够、油变质
风电机组齿轮箱介绍
风电机组齿轮箱介绍一、什么是风电机组齿轮箱？风电机组齿轮箱是风力发电设备中的关键部件之一，用于将风轮旋转的动能传递给发电机，从而产生电能。
它通常由多个齿轮组成，通过精确的传动比例来提高风轮转速，并将其转化为适合发电机工作的转速。
二、风电机组齿轮箱的结构风电机组齿轮箱由外壳、轴、齿轮、轴承和润滑系统等组成。
2.1 外壳外壳是齿轮箱的保护壳体，具有良好的密封性能和机械强度。
其结构通常由上、下两部分组成，方便维护和齿轮更换。
2.2 轴齿轮箱中的轴承负责承受齿轮和旋转部件的载荷，并确保它们平稳运行。
轴通常由高强度合金钢制成，具有较高的刚度和耐磨性。
2.3 齿轮齿轮是风电机组齿轮箱的核心部件，它们通过齿轮传动实现能量转换和传递。
常见的齿轮有斜齿轮、圆柱齿轮和行星齿轮等。
齿轮的优质材料和精确加工能够提高传动效率和耐久性。
2.4 轴承轴承是支撑齿轮箱内齿轮和转动部件的重要组成部分。
它们能够减少摩擦和磨损，并确保齿轮箱平稳运转。
常见的轴承类型包括滚动轴承和滑动轴承。
2.5 润滑系统润滑系统负责为齿轮箱提供足够的润滑油，并对齿轮和轴承进行冷却和保护。
良好的润滑系统能够降低齿轮箱的摩擦和磨损，延长使用寿命。
三、风电机组齿轮箱的工作原理风电机组齿轮箱采用齿轮传动的方式将风轮的旋转动能传递给发电机。
1.风轮旋转驱动主轴旋转；2.主轴通过第一级齿轮传动将低速大扭矩的运动转化为高速小扭矩的运动；3.高速轴通过第二级齿轮传动将高速小扭矩的运动转化为低速大扭矩的运动；4.最后，低速轴将此运动传递给发电机，发电机产生电能。
四、风电机组齿轮箱的维护与故障排除为保证风电机组齿轮箱的正常运行，需要进行定期的维护与故障排除。
4.1 维护•定期更换润滑油，并清洗润滑系统；•检查齿轮和轴承的磨损情况，及时更换或修复；•检查外壳密封性能，确保齿轮箱内部的油液不泄漏；•定期检查齿轮箱的整体结构，排查潜在故障。
4.2 故障排除•齿轮断裂：检查齿轮材料和制造工艺，确认是否需要更换更坚固的齿轮；•轴承失效：检查轴承润滑情况，并及时更换损坏的轴承；•润滑系统故障：检查润滑系统的油泵、油管和过滤器等，确保润滑油畅通无阻；•外壳磨损：定期检查外壳磨损情况，如有需要及时更换。
双馈风机发电机齿轮箱结构及工作原理讲解
2、轴承分类：
按载荷方向：向心轴承、推力轴承 按滚动体形态：球轴承
滚子轴承：圆柱滚子 圆锥滚子 球面滚子 滚针
3、风电齿轮箱轴承主要类型 圆柱滚子轴承：
导致小块金属剥落，
产生齿面点蚀.点蚀是 由于接触面上金属疲
劳而形成细小的疲劳
裂纹，裂纹的扩展造
成的金属剥落现象。
（3）、胶合：局部升温+重载、润滑不 够、油变质
（4）、剥落
5、塑变：
低速重载传动时，若齿轮齿面硬度较低，当齿面 间作用力过大，啮合中的齿面表层材料就会沿着 摩擦力方向产生塑性流动，这种现象称为塑性变 形。
风电齿轮箱轴承主要类型 调心滚子轴承：
调心滚子轴承有 其特点是外圈滚 道呈球面形，具 有自动调心性， 可以补偿不同心 度和轴挠度造成 的误差，但其内、 外圈相对倾斜度 不得超过3度。
风电齿轮箱轴承主要类型 圆锥滚轴承：
圆锥滚子轴承主要承受以 径向为主的径、轴向联合 载荷。轴承承载能力取决 于外圈的滚道角度，角度 越大承载能力越大。该类 轴承属分离型轴承，根据 轴承中滚动体的列数分为 单列、双列和四列圆锥滚 子轴承。单列圆锥滚子轴 承游隙需用户在安装时调 整；双列和四列圆锥滚子 轴承游隙已在产品出厂时 依据用户要求给定，不须 用户调整。即使在高速时 圆锥滚子轴承也承受很高 的径向和轴向负载。
5#管
风冷器 电机
风冷器
压力传 感器２
压力表
压力表 开关
2
1
四、风电齿轮箱的润滑
排气口
压力传感 器1
单
向
风电机组齿轮箱故障分析报告
风电机组齿轮箱故障分析报告
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修复方案
➢ 根据故障分析结果，制定了修复方案：
对可能的故障点进行进一步检查； 更换备用齿轮箱，尽快恢复机组运行； 对损坏齿轮箱进行解体检查； 落实轴承损坏的具体原因
风电机组齿轮箱故障分析报告
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检查结果
➢ 检查点：主轴箱体
➢ 检查结果：
Gamesa机组简介
➢ 机组采用常见的“一字型” 布置形式,为保证 变桨系统的安装位置，齿轮箱输出轴在机组 的左侧，与发电机相连，主轴采用双轴承设 计。
风电机组齿轮箱故障分析报告
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故障现象
➢ 现场巡检中，在塔架下部听到机舱发出很大 的异常声音。
➢ 停机进入机舱检查发现：
转速到350RPM左右时，齿轮箱壳体与输入轴相 对前、后轴向窜动，蹿动量为3-5mm左右；
部位； ➢ 采用振动监测可初步判断故障部位；
风电机组齿轮箱故障分析报告
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振动监测分析
➢ 测试仪器：便携式离线振动监测设备 ➢ 测试状态： ➢ 机组并网运行，
发电机转速：860－1200rpm左右； 发电功率：40－120kW左右；
➢ 记录数据：
传动系统的多点的振动频率、幅值与加速度； 发电机实时转速； 机组实时输出功率； 实时风速；
在行星轮外齿圈处有很大的“咕咚、咕咚”撞击 声音，声音均匀而且连续，异音和撞击同步出现。
风电机组齿轮箱故障分析报告
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故障初步分析
➢ 根据齿轮箱声音大小和撞击位置手感检查， 初步判定齿轮箱行星轮位置有故障；
➢ 齿轮箱观察孔无法观察到行星齿部分； ➢ 受齿轮箱结构限制，内窥镜也无法观察； ➢ 齿轮已出现故障，齿轮油监测无法判断故障
风电齿轮箱测试国标
风电齿轮箱测试国标风电齿轮箱测试国标风电齿轮箱，作为风电机组的核心部件之一，其运行状态直接影响着整个风电机组的性能和寿命。
由于其工作环境的复杂性，以及其运行时受到的振动、冲击等多种因素的影响，以往使用的国内外标准已经不能够完全满足实际要求。
为此，中国在2019年发布了《风电齿轮箱振动、噪声、温升、油液等测试规范》，即风电齿轮箱测试国标，经过多次论证和更新，已成为风电齿轮箱测试的标准之一。
该标准规定了风电齿轮箱的测试方法和要求。
其中，振动测试是风电齿轮箱测试的重中之重。
该标准规定，在测试的各个频段内，各个测点的振动参数的上限和下限，以及其测量和分析时间，以确保能够充分反映出齿轮箱的振动情况。
同时，该标准还规范了齿轮箱的噪声测试、油液测试和温升测试等参数的测试方法。
在这些参数的测试中，必须严格按照标准规定的测试流程和测试设备进行测试，从而确保测试的准确性和可靠性。
在运行状态下，风电齿轮箱还受到风速、温度、湿度、气压等因素的影响，因此在测试前还需先对拟测试风电齿轮箱所在的区域环境进行监测和测试。
这是风电齿轮箱测试流程的一个非常重要的环节。
只有通过对环境因素的测试和分析，才能够准确地评估和分析风电齿轮箱的运行状态和整体性能。
风电齿轮箱测试国标的制定和实施，为风电齿轮箱的安全使用、运行维护和更新换代提供了坚实的技术依据。
该标准的出台，有助于落实可再生能源的可持续发展理念，为保障我国能源安全做出贡献。
总之，风电齿轮箱测试国标的制定和实施，对于提高风电机组的运行效率和可靠性，保障风电行业的可持续发展至关重要。
各相关企业和机构应该高度重视该标准，按照其要求，将其纳入到自身的技术规范和质量管理中，从而不断提升产品的品质和竞争力。
同时，还需要进一步完善和优化该标准，以适应未来风电行业的发展需求。
风电齿轮箱操作手册
1.5MW 风电齿轮箱操作维护手册大连重工·起重集团通用减速机厂目录1.用途与结构 22.辅助装置 33.性能参数 64.安装85.运行前的准备工作96.起动107.运行118.常见故障原因分析与处理方法139.维护1510.运输、储存1611.安全防护1712.易损件明细1813.附件1 润滑系统14.附件2 恒温开关15.附件3 电阻温度计16.附件4 加热器1.用途与结构该齿轮箱用于PWE1570/1577 型风力发电机，其用途是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并通过齿轮箱齿轮副的增速作用使输出轴的转速提高到发电机发电所需的转速。
齿轮箱由两级行星和一级平行轴传动以及辅助装置组成。
为了传动平稳和提高承载能力，齿轮采用斜齿并精密修形，外齿轮材料为渗碳合金钢，内齿轮为合金钢，一级行星架采用高合金铸钢材料，二级行星架和箱体采用高强度抗低温球墨铸铁。
主轴内置于增速机，与第一级行星架过盈连接。
齿轮箱通过弹性减震装置安装在主机架上。
齿轮箱的轴向空心孔用于安装控制回路电缆。
具体结构见图1。
图12 辅助装置2.1 润滑供油系统：润滑供油系统由泵-电机组、过滤器、阀及管路等组成，用于润滑系统所需的压力和流量，并控制系统的清洁度。
其工作原理见图2。
油泵上的安全阀设定压力为10bar,以防止压力过高损坏系统元件。
当润滑油温度低或当过滤器滤芯压差大于 4bar 时，滤芯上的单向阀打开，液压油只经过50μ的粗过滤；当温度逐渐升高，滤芯压差低于4bar 时，液压油经过10μ和50μ两级过滤。
无论何种情况，未经过滤的液压油决不允许进入齿轮箱内各润滑部位。
当油池温度低于30°C时，过滤器的压差发讯器报警信号无效；而当油池温度超过30°C时，当压差达到 3 bar 时，此时报警信号才有效，必须在两天内更换清洁的滤芯。
图22.2 风冷却器：用于冷却齿轮箱的润滑油。
该风冷却器由电机、高性能轴向风扇、散热片和温控阀、旁通阀组成。
风电机组齿轮箱高温故障及处理分析
风电机组齿轮箱高温故障及处理分析摘要：齿轮箱是风电机组的重要组成部分，齿轮箱工作质量对风电机组运行工况、风电场综合效益造成深远影响。
目前来看，在风电机组运行期间，受到复杂环境、部件老化等因素影响，齿轮箱高温故障时有出现，影响风电机组正常运行。
鉴于此，本文以风电机组齿轮箱高温故障作为切入点，深入探讨故障问题形成原因，从多个方面针对性提出故障处理措施。
旨在有效预防齿轮箱高温故障，实现风电机组平稳运行目标，为风机运行管理工作的开展提供参考。
关键词：风电机组；齿轮箱；高温故障；处理措施1 风电机组齿轮箱高温故障的形成原因1.1 润滑油分配不均在风电机组运行期间，需要使用到大量的润滑油，润滑油通过油路从集油分配器内流经齿轮箱，再从箱体出来进行分流处理，分别向前轴承、后轴承部位供油，起到降低齿轮箱摩阻值、降温冷却的效果。
然而，根据实际运行情况来看，润滑油分流后，受到齿轮箱进口油温、压力等因素影响，油体运动黏度大幅提升，在支管路内流动时会产生明显阻力，进而导致齿轮箱前轴承、后轴承流量分配不均，最终因润滑油不足而无法持续吸收齿轮箱运行期间释放的热量，出现高温故障。
同时，在风电机组维护保养工作不及时的情况下，润滑油内夹杂的铁屑等杂质会在管路内沉积，随着时间推移，逐渐出现管路堵塞情况，润滑油无法顺利流入齿轮箱和向前后轴承供油，这同样会引发齿轮箱高温故障出现。
1.2 温控阀失效温控阀是由温度感应组件、阀体、阀芯和调节弹簧组成，阀的开启和关闭过程是一个弹簧力与温度感应介质的膨胀力的力平衡过程。
调节弹簧是自力式温度控制中的重要组件，其性能的优、劣直接影响到阀瓣的提升和回位，由于受到交变载荷的作用，其性能参数的设计就显得更为重要。
温控阀有着先天的热滞后性，滞后性加重是其失效前期的征兆，温包在感温中存在热滞后性；定值弹簧最初值给定有偏差；温包密封性差、破损或泄漏都会导致温控阀失效。
1.3 齿轮油品质不达标齿轮油是在石油润滑液中添加极压抗磨剂等组分制成的一种润滑剂，其质量是影响齿轮运行的重要因素。
风电机组齿轮箱故障分析报告
风电机组齿轮箱故障分析报告一、引言随着全球对清洁能源的需求不断增长，风力发电作为一种可再生、清洁的能源形式，得到了广泛的应用和发展。
风电机组是风力发电系统的核心设备，而齿轮箱作为风电机组的关键部件之一，其运行状态直接影响着整个风电机组的性能和可靠性。
然而，由于风电机组运行环境恶劣、工况复杂，齿轮箱容易出现各种故障，给风电场的运行和维护带来了巨大的挑战。
因此，对风电机组齿轮箱故障进行深入分析，找出故障原因，提出有效的预防和维护措施，对于提高风电机组的可靠性和经济性具有重要意义。
二、风电机组齿轮箱的结构和工作原理（一）结构风电机组齿轮箱通常由行星齿轮系、平行轴齿轮系、箱体、轴承、润滑冷却系统等组成。
行星齿轮系具有体积小、承载能力大、传动比大等优点，常用于风电机组齿轮箱的高速级；平行轴齿轮系则用于低速级，以实现最终的输出扭矩。
（二）工作原理风电机组的叶片在风力的作用下旋转，通过主轴将扭矩传递给齿轮箱。
齿轮箱通过各级齿轮的传动，将转速逐渐提高或降低，以满足发电机的转速要求，同时将扭矩传递给发电机，实现机械能到电能的转换。
三、风电机组齿轮箱常见故障类型（一）齿轮故障1、齿面磨损齿面在长期的啮合过程中，由于摩擦和润滑油中的杂质等因素，会导致齿面磨损。
轻度磨损会影响齿轮的传动精度，严重磨损则会导致齿轮失效。
2、齿面胶合在高速、重载和润滑不良的情况下，齿面接触区温度过高，导致润滑油膜破裂，两齿面金属直接接触并相互粘连，形成齿面胶合。
3、齿面点蚀齿面在反复的接触应力作用下，会产生疲劳裂纹，裂纹扩展后形成点蚀坑。
点蚀会降低齿轮的承载能力，严重时会导致齿轮折断。
4、轮齿折断轮齿在承受过大的载荷或存在制造缺陷时，会发生折断现象，导致齿轮箱无法正常工作。
（二）轴承故障1、疲劳剥落轴承在长期的交变载荷作用下，滚道或滚动体表面会产生疲劳裂纹，裂纹扩展后形成剥落坑。
2、磨损轴承在工作过程中，由于润滑不良、异物侵入等原因，会导致滚道和滚动体表面磨损。
风电机组齿轮箱故障分析及改进措施
风电机组齿轮箱故障分析及改进措施【摘要】我国风电企业正努力实现风力发电技术装备国产化, 推动我国风力发电技术大规模商业化发展。
齿轮箱作为风电机组的核心部件, 对机组质量起到至关重要的作用, 及早地发现齿轮箱的早期故障以及尽快找到齿轮箱故障原因, 采取相应的措施, 对避免发生重大人身、设备伤亡事故有着十分重要的意义。
【关键词】风电机组齿轮箱故障改进措施风电机组一般安装在荒郊野外、山口、海边等偏远地区，增速箱、发电机等部件又安装于距地面几十米高度的狭小的机舱内，因为机舱空间有限、环境恶劣、交通不便，齿轮箱一旦出现故障，修复十分困难。
如果齿轮箱出现故障后不能在塔上维修须下塔处理的话，维修费用较高，且整个维修周期较长，将严重影响风电场的经济效益。
因此减小风电齿轮箱出现故障的几率，提供风电齿轮箱易维护性，将是风电齿轮箱设计及运行维护中需重点考虑的问题。
一、风电机组齿轮箱运行现状近年来随着风电机组单机容量的不断增大,以及风电机组的投运时间的逐渐累积, 由齿轮箱故障引起的机组停运事件时有发生。
风机停止工作, 一是机器有效运行时间降低, 发电量减少; 二是风机停止发电, 会加大风力发电的波动性, 增加并网难度; 还有就是厂商要派遣专业维修人员进行维修, 如果故障严重, 还要动用大型起吊工具, 这会给厂商造成巨大的经济损失。
因此, 对齿轮箱故障进行正确的早期预警, 以及发生故障后能够迅速查找到故障源, 进行正确的故障处理, 尽快恢复机组运行是非常有必要的。
二、电机组齿轮箱特征频率的计算风力发电机组齿轮箱有三种类型：低速直接驱动采用无增速齿轮箱；混台驱动采用一级齿轮传动；高速驱动有多缓齿轮箱。
由于兆瓦级风力发电机叶片的直径较千瓦级的更大，转速更低，要求齿轮箱的增速比更高，所阻兆瓦级风力发电机齿轮箱大多采用多级齿轮结构，其典型结构简单如下图所示，第一级是结构紧凑且坚固的高转矩行星齿轮，第二和第三级为平行轴圆柱齿轮。
由于结构、运行特性的不同，各零部件有不同的特征频率，比如固有频率。
风电机组齿轮箱介绍
风电机组齿轮箱介绍一、背景介绍风力发电是一种清洁能源，近年来得到了广泛的关注和应用。
而风电机组作为风力发电的核心设备之一，其齿轮箱作为传动装置，承担着将风轮旋转产生的动能转化为电能的重要任务。
因此，齿轮箱的性能和可靠性对于整个风电机组的运行稳定性和经济效益具有至关重要的影响。
二、齿轮箱基本结构齿轮箱是由输入轴、输出轴、油泵系统、润滑系统、冷却系统等组成，其中最主要的部分是由齿轮副组成。
通常情况下，齿轮箱采用多级斜齿轮传动结构或行星式减速器结构。
在多级斜齿轮传动结构中，输入端与输出端均采用斜齿轮副实现传动，在行星式减速器结构中，则采用行星架与内外啮合行星齿轮实现传动。
三、齿轮材料选择由于风力发电场所处环境恶劣，风电机组长期工作在高温、低温、高湿度和强风等恶劣环境下，因此齿轮箱的材料选择至关重要。
目前，常用的齿轮材料包括合金钢、低碳合金钢、铸铁等。
其中，合金钢具有高强度、高硬度、高耐磨性和耐腐蚀性能好等优点，但是其成本较高；低碳合金钢则具有良好的可焊性和耐磨性，但是其强度和硬度相对较低；铸铁则具有成本低、加工性好等优点，但是其强度和硬度较差。
因此，在实际应用中需要根据不同情况选择不同的齿轮材料。
四、齿轮箱润滑系统齿轮箱润滑系统主要由油泵系统和润滑油路组成。
油泵系统主要负责将润滑油从储油罐中抽取并送到齿轮箱内部进行润滑；而润滑油路则负责将润滑油分配到各个部位进行润滑。
在实际应用中，通常采用循环式润滑系统或者静压式润滑系统。
循环式润滑系统的优点是结构简单、成本低，但是其润滑效果相对较差；而静压式润滑系统则具有润滑效果好、噪音小等优点，但是其结构复杂、成本较高。
五、齿轮箱故障原因及处理方法在实际使用中，齿轮箱可能会出现以下故障：齿轮损伤、轴承损坏、油泵故障等。
其中，齿轮损伤是最常见的故障之一，其原因主要有：过载、疲劳、腐蚀等。
处理方法包括更换齿轮副或者进行修复加固；而轴承损坏的原因主要有：过载、磨损等。
处理方法包括更换轴承或者进行修复加固；油泵故障的原因主要有：堵塞、漏油等。
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2、齿轮箱的结构 、 风力发电机组专用齿轮箱结构： 风力发电机组专用齿轮箱结构： 1）一级行星加二级平行轴 ） 2）两级行星加一级平行轴 ）
3、主要零部件的设计要求 、
1）载荷和强度计算 ） 2）推力轴承的选取 ） 3）防腐设计 ） 4）标准件的采用 ）
4、齿轮箱体和风轮轴轴承支架
1）齿轮箱体和风轮轴托架的主要作用 ）
（三） 可靠性 按照假定寿命最少20年的要求 年的要求， 按照假定寿命最少 年的要求，视载荷谱所 列载荷分布情况进行疲劳分析， 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、 强度分析、疲劳分析、稳定性和变形极限分析、 动力学分析等。 动力学分析等。分析方法除一般推荐的设计计算 方法外， 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。 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， 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。 对重要的零部件以及整机进行可靠性估算。
十、过载能力
齿轮箱应允许承受发电机短时间1.5倍额定功率的符合。 齿轮箱应允许承受发电机短时间 倍额定功率的符合。 倍额定功率的符合
*齿轮箱的正常工作条件 齿轮箱的正常工作条件
• 1）环境温度为-40~50 ゜C，当环境温度低于0 ゜C时应加注防冻型润 环境温度为当环境温度低于0 滑油。 滑油。 • 2）负荷是变化的或稳定的、连续运转的或间断的。 负荷是变化的或稳定的、连续运转的或间断的。 • 3）适用于单向或可逆运转。 适用于单向或可逆运转。 • 4）高速轴最高转速不得超过2000r/min。 高速轴最高转速不得超过2000r/min 2000r/min。 • 5）外啮合渐开线圆柱齿轮的圆周速度不得超过20m/s,内啮合渐开线 外啮合渐开线圆柱齿轮的圆周速度不得超过20m/s, 20m/s,内啮合渐开线 圆柱齿轮的圆周速度不得超过15m/s 15m/s。 圆柱齿轮的圆周速度不得超过15m/s。 • 6）工作环境应为无腐蚀环境。 工作环境应为无腐蚀环境。
• • • • 间位置。 （1）首先固定轴承的空间位置，再通过轴承固定轴的空 间位置。 ）首先固定轴承的空间位置， （2）将轴上的力通过轴承在齿轮箱体和风轮托架上得到平衡。 ）将轴上的力通过轴承在齿轮箱体和风轮托架上得到平衡。 （3）通过轴承使轴能够转动以传递扭矩。 ）通过轴承使轴能够转动以传递扭矩。 （4）用于安装轴承及齿轮的润滑系统及安全监测系统。 ）用于安装轴承及齿轮的润滑系统及安全监测系统。
*风力发电机组传动链 风力发电机组传动链
风力发电机组传动链方式： （一）风轮轴完全独立结构 （二）风轮轴半独立结构 （三）风轮轴为齿轮箱结构 （四）直驱型无齿轮箱结构
三 、齿轮箱的结构及主要零部件 齿轮箱的结构及主要零部件
1、齿轮箱的分类 、 风力发电机组齿轮箱的种类很多， 风力发电机组齿轮箱的种类很多，按 照内部传动链结构可分为平行轴结构齿轮 箱、行星结构齿轮箱以及它们互相组合起 来的齿轮箱； 来的齿轮箱；按照传动的级数可分为单级 和多级齿轮箱； 和多级齿轮箱；按照转动的布置形式又可 分为展开式、 分为展开式、分流式和同轴式以及混合式 等等。 等等。
（二） 噪声级 风力发电增速箱的噪声标准为85dB（A）左 风力发电增速箱的噪声标准为 （ ） 噪声主要来自各传动件， 右。噪声主要来自各传动件，故应采取相应降低 噪声的措施： 噪声的措施： 1. 适当提高齿轮精度，进行齿形修缘，增加啮合 适当提高齿轮精度，进行齿形修缘， 重合度； 重合度； 2. 提高轴和轴承的刚度； 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； 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 安装时采取必要的减振措施， 振动控制在GB/T8543规定的 级之内。 规定的C级之内 振动控制在 规定的 级之内。
风力发电机组增速箱的设计参数，除另有规定外， 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， 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。 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 功率损失主要包括齿轮啮合、轴承摩擦、 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。 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。 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 齿轮箱的机械效率应大于 ， 的指标。 的指标。
风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件， 风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其 主要作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。通常风轮的转速很低， 机并使其得到相应的转速。通常风轮的转速很低，远达不 到发电机发电所要求的转速， 到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增 速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。 速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。根据机组的 总体布置要求，有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴（ 总体布置要求，有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴（俗 称大轴）与齿轮箱合为一体， 称大轴）与齿轮箱合为一体，也有将大轴与齿轮箱分别布 其间利用涨紧套装置或联轴节连接的结构。 置，其间利用涨紧套装置或联轴节连接的结构。为了增加 机组的制动能力， 机组的制动能力，常常在齿轮箱的输入端或输出端设置刹 车装置，配合叶尖制动（定浆距风轮） 车装置，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。 共同对机组传动系统进行联合制动。
近年来随着风电机组单机容量的不断 增大， 增大，以及风电机组的投运时间的逐渐累 积，由齿轮箱故障或损坏引起的机组停运 事件时有发生， 事件时有发生，由此带来的直接和间接损 失也越来越大， 失也越来越大，维护人员投入相关工作的 工作量也有上升趋势。 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。 期保养工作。
八、对防护漆的要求
防护漆，涂层应薄厚均匀、 机械加工以后的全部外露表面应涂 防护漆，涂层应薄厚均匀、 表面平整、光滑、颜色均匀一致。 表面平整、光滑、颜色均匀一致。
• 九、相关附属设备
齿轮箱应设有相应的观察窗口盖、油标（必要时应设油位报警 齿轮箱应设有相应的观察窗口盖、油标（ 装置）、油压表（必要时应设油压报警装置）、空气滤清器、透气塞、 ）、油压表 ）、空气滤清器 装置）、油压表（必要时应设油压报警装置）、空气滤清器、透气塞、 带磁性垫的放油放油螺塞（放油阀）以及起重用吊钩等。 带磁性垫的放油放油螺塞（放油阀）以及起重用吊钩等。
由于机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处， 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以及强阵风的冲击， 受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，常 年经受酷暑严寒和极端温差的影响， 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，齿轮箱安装在塔顶的狭小空间内，一旦出现故障， 通不便，齿轮箱安装在塔顶的狭小空间内，一旦出现故障， 修复非常困难， 修复非常困难，故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般 机械高得多的要求。例如对构件材料的要求， 机械高得多的要求。例如对构件材料的要求，除了常规状 态下机械性能外，还应该具有低温状态下抗冷脆性等特性； 态下机械性能外，还应该具有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； 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， 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， 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 。
四、工作温度
齿轮箱最高工作温度不得高于80゜ ；最低温度不得低于10 齿轮箱最高工作温度不得高于 ゜C；最低温度不得低于 ゜C；其不同轴承间的温差不得高于 ゜C；必要时增设加热装置或 ；其不同轴承间的温差不得高于15゜ ； 冷却装置。 冷却装置。
五、振动要求
齿轮箱在工作范围内，传动轮系、轴系应不发生共振。 齿轮箱在工作范围内，传动轮系、轴系应不发生共振。齿轮箱 的机械振动应符合GB/T8543规定得 级。 的机械振动应符合 规定得C级 规定得
六、密封性能
齿轮箱应具有良好的密封性，不应有渗、漏油现象，并能避免水 齿轮箱应具有良好的密封性，不应有渗、漏油现象， 尘埃及其他杂质进入箱体内部。 分、尘埃及其他杂质进入箱体内部。齿轮箱的清洁度应符合 JB/T7929的规定。 的规定。 的规定
七、低速轴旋转方向
除非具有特殊要求， 除非具有特殊要求，一般情况下齿轮箱低速轴旋向应符合下列要 面对低速轴输入端看，低速轴的旋向为右旋，即顺时针方向。 求：面对低速轴输入端看，低速轴的旋向为右旋，即顺时针方向。
不同形式的风力发电机组有不一样的要求， 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。 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， 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， 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， 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， 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， 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， 常是机组中的齿轮箱。因此，加强对齿轮箱的研 重视对其进行维护保养的工作显得尤为重要。 究，重视对其进行维护保养的工作显得尤为重要