风机齿轮箱故障分析方法

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检查结果


检查点：弹性支撑 检查结果：
力矩检查齿轮箱弹性支撑紧固螺栓无松动，外
观检查支撑无弯曲变形、连接螺栓完好； 检查扭力臂关节轴承转动灵活，内表面和球面 光滑完整未见磨损、划痕、裂纹、锈蚀等缺陷， 关节轴承密封件完整无损坏，弹性橡胶块无缺 损，锚销无伤痕。
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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；
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振动监测分析
紧固端子排接线后在重复RPM TEST时通过测试， 机组未报故障； 启动机组，齿轮箱轴向蹿动消失，运行平稳，未 见振动和异音，机组并网运行 。
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故障分析

依据齿轮箱解体后部件损坏和新齿轮箱安装 缺陷处理的情况，分析如下：
主轴箱轴承故障引起齿轮箱轴承损坏的分析不
成立； 紧急刹车造成行星轮齿轮和轴承的分析不成立； 控制系统导致变桨机构故障是造成该机组齿轮 箱振动和轴承损坏的原因；
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检查结果


检查点：胀紧套 检查结果：
锥形胀紧套（内套）与轴接触的部位有较为明
显的滑动痕迹，但没有毛刺、拉伤、凸起、沟 槽等缺陷，不影响继续使用； 螺栓孔完整无伤痕，螺纹完好无拉伤、断裂和 螺纹滑扣等缺陷； 力矩检查螺栓紧力符合标准；
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检查结果
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故障分析

变桨杆前端与轮毂内的三脚架相连，当变桨 杆快速运动时，以三脚架为固定支点推动液 压缸向前、后运动；液压缸也相应推动变桨 杆向前、后运动，液压缸的前后运动趋向带 动齿轮箱外壳前后轴向窜动，引起整个机舱 振动并伴随巨大的异音。
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故障分析

了解到该机组此次修前液压站比例阀更换过 4个，变桨液压缸也因为卡涩清洗过一次。 说明频繁的变桨使比例阀长期高负荷工作， 损坏了内部阀芯，更进一步说明齿轮箱故障 不是短期形成的，而是较长一段时期间歇振 动累积的结果。
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检查结果
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检查结果


检查点：齿轮箱 检查结果：
箱体内低速轴前轴承座内径磨损0.30mm； 行星轮前、后两盘轴承S值超标增大2.3mm； 低速输入轴轴承磨损；
润滑油颗粒度超标；
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检查结果

检查结果：低速轴前轴承座内径磨损
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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 部位； 采用振动监测可初步判断故障部位；

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振动监测分析
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故障分析


编码器测量发电机转速，信号送到CCU X111端子排01端子，接线松动导致 PLC接 收的发电机转子转速信号不稳定，使PLC采 集到的叶轮转速和发电机转速有偏差； PLC为了使转速达到预先设定值，就会控制 变桨驱动装置不断修正桨角变化，这样就引 起变桨液压缸活塞前后油压反复变化，促使 活塞带动变桨杆在缸体内快速往复运动；
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检查结果

检查结果：轴承S值超标
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检查结果

检查结果：轴承S值超标
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检查结果

检查结果：低速输入轴轴承磨损
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检查结果

检查结果分析：
从齿轮箱解体检查情况上分析，由于轴承游隙
增大，导致运行中齿轮蹿动，相互撞击，发出 异常声音； 齿轮蹿动，轴承受力超出设计值，外圈与轴承 座发生相对位移，由于箱体材质为铸铁，发生 磨损； 磨损的颗粒进入轴承，导致轴承磨损；
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振动监测分析
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振动监测分析

从数据结果推算
太阳轮轴转速=45 r/min 中间轴转速=330 r/min
输出轴转速=930 r/min


结合监测记录，输出轴转速为984 r/min ，由于风力 机组处于低负载运行状态，转速变化快，认为两个 结果一致； 初步诊断为行星轮轴承出现问题，该故障处于严重 阶段。

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故障分析

Gamesa机组是变桨距、双馈机组，其控制 结构如图所示：
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故障分析

变桨控制：
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故障分析

速度控制：
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故障分析

编码器：
OG 8 DN 2048来自百度文库CI 输出信号附加标
志脉冲和反向信 号； 每周输出2048个 脉冲；
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其他检查

控制系统检查时发现：
在10m/s风速下PITCH AND BRAKE测试中设定变桨值 为30°和转速达到570rpm时风力机组发出Gene-Rotor Discrepancy（转速不匹配）故障两次； CCU X111（Encoder）端子排01端子接线松动；



记录机组实时输出功率与实时风速的原因：
采用便携式振动监测仪，仅两个记录通道，无法
同时测量多点的数据，必须保证各点测量时机组 转速较接近； 双馈机组在8－10m/s区段转速变化较快，为保证 测量的准确性，记录功率和风速可以在对转速的 变化值进行校验；
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振动监测分析

测点布置如图，共11点；
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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； 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。
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基于主轴窜动而引起齿轮箱振动和轴承损坏的分析不成立。
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故障分析

紧急刹车造成行星轮齿轮和轴承的分析不成立
现场检查确认行星轮齿轮和外齿圈完好无异常； 解体检查行星轮齿轮与外齿圈啮合良好无卡涩； 运行中的紧急刹车并没有引起行星轮和外齿圈断齿损坏。


行星轮和外齿圈盘动灵活、完好无缺陷，说明紧 急刹车造成行星轮齿轮和轴承损坏的分析不成立
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振动监测分析
各采集点理论上均应位于轴承座6点钟位置 （承载区）上，可是个别位置由于传感器安 放不方便只能做到尽可能接近承载区。 采集并分析的振动参数为以下两种：

速度频谱：检测由于如松动、不平衡和不对中等
低频振动故障；监测和确认轴承、齿轮缺陷阶段。 加速度包络线谱：齿轮啮合，轴承早期缺陷，润 滑不良，重复性冲击等问题。
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故障分析

主轴箱轴承故障引起齿轮箱轴承损坏的分析不成立


第一种分析认为主轴箱轴承工作游隙增大，是造成齿轮箱振动和轴 承损坏的原因。通过对主轴箱外部检查，确认主轴箱安装间隙无变 化，地脚螺栓紧力符合要求，安装标记清晰完整。主轴与轮毂连接 螺栓无松动且紧力符合要求，轮毂连接法兰未发现裂纹和缺损等缺 陷。外观和力矩检查主轴箱前后轴承端盖螺栓无松动，轴承端盖无 裂纹和漏油现象，主轴箱壳体无裂纹和其它缺陷。 新齿轮箱安装后检查主轴窜动量小于0.10mm，现场实测主轴箱振 动0.03mm。这两项测量数据说明轴及轴承运转平稳，轴承工作游 隙正常，主轴未发生轴向窜动和跳动。
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检查结果

齿轮箱发生损坏的原因：
齿轮箱自身缺陷； 外部原因导致齿轮箱损坏；

具体原因待落实；
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机组恢复



安装备用齿轮箱，机组恢复运行； 在机组恢复后，进行整机的测试；发现当转 速达到800RPM以上时，齿轮箱箱体轴向前 后窜动频率不断增大，机舱振动明显，声音 很大 ； 机组存在其他缺陷；
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故障分析

控制系统导致变桨机构故障是造成该风力机组齿 轮箱振动和轴承损坏的原因
由于控制系统的问题，导致变桨液压缸频繁动作造成齿 轮箱振动和轴承损坏； 备用齿轮箱安装后仍然有很大的振动，解体检查变桨液 压缸及活塞、连接螺栓、变桨杆、变桨轴承、三脚架和 防转杆等均未发现异常； 将液压站比例阀和变桨液压缸进行清理检查，更换了新 液压油，未见任何异常； CCU X111（Encoder）端子排01端子接线松动，紧固 后振动消失，设备运转平稳；
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故障原因初步分析

紧急刹车造成行星轮齿轮损坏
行星轮和外齿圈曾经在其它的多种机型上，发生
过因为紧急刹车造成行星轮断齿损坏，最后外齿 圈断齿与行星轮抱死的恶性事故。 分析其原因一方面是制造工艺不良、材质选用不 当、装配工艺差等制造装配问题；另一方面风力 机紧急刹车时会使行星轮承受较大的扭力矩，频 繁紧急刹车会在齿轮受力疲劳损伤后，发生行星 轮断齿、轮齿剥光、外齿圈断齿等故障，进而损 坏行星轮轴承。
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振动监测分析
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振动监测分析
从上图中可以看到齿轮箱故障已经影响到机 舱大幅度轴向振动。 齿轮箱振动总值＝29.11mm/s，

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故障原因初步分析

主轴箱轴承故障
当主轴箱内双列滚子轴承工作游隙增大时，轴承
外圈被轴承座和端盖所固定无法移动，主轴会带 动轴承内圈轴向窜动，这种缺陷在转动设备中运 行中很常见。 由于主轴和齿轮箱低速输入轴被胀紧套连接为一 个相对刚性整体，主轴前后窜动会通过胀紧套将 力矩传递给齿轮箱行星轮，行星轮轴向蹿动撞击 齿圈和端盖发出异音，同时行星轮前后轴承内、 外圈位移增大而S值超标损坏。
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检查结果
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检查结果


检查点：变桨机构 检查结果：

液压缸壳体无裂纹和损伤，传感器安装牢固无松动，变 桨杆无弯曲、划痕、磨损、凹坑、锈蚀、脱皮等缺陷； 白轴光滑无损伤，白轴后部尼龙轴承完好； 黑轴螺栓固定端焊口前套断裂缺损，经分析是滑动轴承 间隙增大后白轴摆动挤裂，不影响继续使用； 连接螺栓无松动, 连接螺纹完好、紧密牢固； 三脚架上螺栓孔无磨损变形，防转杆光滑无弯曲变形， 变桨轴承转动无卡涩现象，叶片变桨拐臂螺栓无松动和 断裂；
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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
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检查结果


检查点：主轴箱体 检查结果：




塞尺检查主轴箱安装侧隙不大于安装要求0.50mm，外观和力矩检 查地脚螺栓无松动，安装标记线清晰完整； 外观和力矩检查主轴与轮毂连接螺栓无松动，轮毂连接法兰无明显 裂纹和缺损； 外观和力矩检查主轴箱端盖螺栓无松动，螺栓弹簧垫圈完好无断裂, 主轴箱轴承端盖无裂纹和漏油。主轴箱壳体无裂纹和其它缺陷,塞 尺检查主轴和齿轮箱输入轴间隙不大于1mm； 由于主轴箱无法解体检查轴承，主轴的飘偏度和同心度无法检查， 打开轴承端盖检查轴承侧面，确认油脂颜色正常无焦糊现象，滚动 体无伤痕，轴承座完好无磨损痕迹，轴承内圈挡圈环无变形损坏、 固定牢固。
Gamesa 机组齿轮箱故障 原因分析
2014年5月20日
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Gamesa机组简介

G52/58机组为典型的“丹麦设计”风电机组
水平轴 三叶片 上风向 主动偏航
变桨距功率调节
双馈式变速恒频控制
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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。
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故障原因初步分析

变桨液压缸故障
变桨液压缸利用螺栓固定在齿轮箱尾部与其成为一个整
体，变桨杆一端在液压缸内与活塞连接，一端穿过齿轮 箱二级套管与轮毂内三脚架超级螺母连接固定。 液压系统油质脏、比例阀故障、缸体活塞磨损泄油，都 会使变桨液压缸供油压力发生急剧变化，压力作用于活 塞造成液压缸体带动齿轮箱一起振动。箱体和轴承座为 整体铸造件，箱体前后窜动必然会使轴承外圈和轴承座 之间位移磨损，进而损坏轴承及轴承座。