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風電機組在役齒輪油質量改善研究及新方法應用

發(fā)布時間：2023-06-05

摘　要：伴隨著風電行業(yè)的飛速發(fā)展，一系列亟待解決的難題逐漸顯露，機械類故障頻繁出現(xiàn)，齒輪箱內部齒輪損壞導致的齒輪箱整體下架維修情況逐年增多，大家意識到風電機組齒輪箱損壞將是困擾風電企業(yè)未來發(fā)展的頑疾，如何解決風電機組齒輪箱健康高效運行問題，成為擺在風電企業(yè)面前的一道難題。

關鍵詞：在役齒輪油；質量改善；新方法

一、研究風電機組在役齒輪油質量改善的目的與意義

對于在役風電機組齒輪油質量改善課題，國內外專家、學者并沒有形成一個統(tǒng)一的規(guī)范和標準，而是根據經驗進行初評判，因此，對齒輪油在風電機組的實際使用中，油品抗磨損和散熱性能對機組的影響與本身狀態(tài)的質量控制和改善，面臨著很大的技術挑戰(zhàn)。

通過多年來對風電機組機械故障開展具有針對性的診斷方法研究，使其能夠快速準確地發(fā)現(xiàn)傳動系統(tǒng)中齒輪箱和軸承等機械部件存在的故障隱患，并及時制定維修方案以便進行針對性維修，減少因傳動系統(tǒng)機械部件故障所造成的機組停機和經濟損失，保證整個機組的安全穩(wěn)定運行并提升風電場的經濟效益，進而提高風電行業(yè)的競爭力，是我們在風電機組機械故障診療上一直探索研究的重點。

為了改善和監(jiān)測風機的潤滑狀態(tài)，對齒輪油各類指標進行檢測，結合風機組在線振動檢測和工業(yè)內窺鏡，可以更好更科學的指導風電機組合理選油、合理用油，提高潤滑油管理水平，提高設備運行可靠性，有效降低運維成本。

二、風電機組在役齒輪油質量改善研究方向及實施情況

（一）研究方向

1、研究齒輪油磨損指標控制策略，改善在役齒輪油品質，提升潤滑效果

在役風機齒輪油的金屬元素含量、PQ指數、不同金屬顆粒磨損類型和形態(tài)等指標在沒有質量控制措施的情況下，油品裂化，失效、導致部件磨損加劇。

2、研究齒輪油性能指標控制策略，做到選擇性換油，節(jié)約成本

在役風機齒輪油的運動粘度、總酸值、水分含量、熱氧化穩(wěn)定性、抗剪切安定性、抗乳化特性在沒有質量控制措施的情況下，會產生不同程度的失效。

3、研究定向分析齒輪箱磨損部位及磨損狀態(tài)，做到早發(fā)現(xiàn)早治理

風電機組齒輪的磨損，主要是因為潤滑油的性能下降，不能為設備提供良好的潤滑環(huán)境，在此狀態(tài)下，會加劇齒輪箱的部件磨損。

（二）實施情況

1、齒輪油性能指標控制

齒輪油性能會隨著服役過程中受到的外來污染物的污染，氧化、剪切等因素導致油品性能下降，性能下降直接影響齒輪油抗磨損和散熱能力，如何控制齒輪油性能指標使齒輪油高品質的為齒輪箱運轉服務是我們研究齒輪油性能指標控制策略的意義所在。

通過油品檢測可以監(jiān)督油品性能各項指標，當齒輪油性能指標下降到限值或出現(xiàn)斷崖式下降時應及時進行換油，保證齒輪箱正常運轉。

2、齒輪油磨損指標控制

齒輪箱在運轉過程中勢必會產生磨損，但如何控制齒輪在正常的磨損范圍內，并控制磨損脫落物對齒輪運轉影響Z小是我們研究齒輪油磨損指標的意義。齒輪油磨損指標超過標準值我們要采取以下幾項措施：

（1）采用精密過濾裝置對油品進行過濾，保證油品中磨損指標在正常范圍，減小磨損脫落物對齒輪箱的影響。

（2）對磨損顆粒物進行鐵譜分析，確定是否是正常磨損所積累。

（3）確定磨損部件，查看磨損程度，根據實際情況進行提前治療。

3、定向分析齒輪箱磨損部位及磨損狀態(tài)

（1）我們通過油品分析潤滑油中金屬和非金屬元素的含量，可以初步確定故障部件。以南高齒齒輪箱為例，其主要部件添加劑如下：

在不考慮潤滑油中元素含量的情況下：

Si ：如果油品中含有此元素，說明小齒輪處于磨損狀態(tài)

Mn：如果油品中含有此元素，說明行星輪處于磨損狀態(tài)

Cu：如果油品中含有此元素，說明保持架處于磨損狀態(tài)

（2）通過在線振動監(jiān)測系統(tǒng)確定磨損部件。由于旋轉機械在工作過程中會產生振動，當旋轉機械出現(xiàn)故障時振動的幅度、頻率、方向等信息會發(fā)生改變。因此可以利用振動信息的改變來監(jiān)測機械運行的情況，通過測震系統(tǒng)對信號采集、存儲并通過網絡傳送到用戶終端，Z終由客戶終端專用分析軟件進行分析。根據用戶設定的報警門限值得出機械振動是否超標、是否出現(xiàn)損壞，更進一步得到已壞的位置等用戶所需要的結果。

風電場振動監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

數據處理分析

振動監(jiān)測能精確的診斷設備的故障點，但對超早期和早期故障信號的提取和捕捉并不敏感。在油品分析的基礎上，利用油品分析中的故障預警數據，將其與振動監(jiān)測融合起來，能夠有效的提高故障診斷的準確性并能進行精確的定位診斷。

（3）工業(yè)內窺鏡檢測

內窺鏡，是一種多學科通用的工具，其功能是能對彎曲管道或設備內部進行探查，能觀察不能直視到的部位，能在密封空腔內觀察內部空間結構與狀態(tài)，能實現(xiàn)遠距離觀察與操作。將其融合在油品檢測和振動監(jiān)測診斷的技術中，對我們進行故障診斷和實際驗證起到了良好的指導作用，為我們建立故障診斷輔助系統(tǒng)和專家診斷系統(tǒng)提供精確的故障類型依據。

（1）內窺鏡檢查中

（2）內窺鏡拍下齒輪斷齒

（3）內窺鏡拍下齒輪齒面剝落

（4）內窺鏡拍下軸銹蝕

三、風電機組在役齒輪油質量改善研究的實際作用

通過風電機組在役齒輪油質量改善的研究，我們可以對性能指標超標的油品提前更換，做到有選擇性更換，避免過度維護及維護不及時，節(jié)約成本；可以對油品磨損指標超標的進行在線精濾，查找磨損原因，確定磨損部位，做進一步改善；通過質量控制，齒輪的磨損、點蝕、剝落得到了有效控制，故障率大大降低；油品性能管理使齒輪箱長期維持在良好運行環(huán)境中，形成健康良性循環(huán)，并且形成了以檢測數據為依據的科學換油周期。

通過對風電機組在役齒輪油質量改善的研究，我們逐漸摸索出了一條“以油品監(jiān)測主線，融合在線振動監(jiān)測和工業(yè)內窺鏡檢測為一體的全新保證齒輪箱正常運行的運維模式”。

企業(yè)需根據實際情況，對潤滑油品要進行定期和非定期的檢測，做到對設備和潤滑油品的有效監(jiān)測。通過對在役齒輪油質量改善的研究，突顯了檢測和故障診斷的時效性，大大降低了風電機組的非計劃停運時間，為風電機組的故障預警和精確診斷提供了強有力的保障。

四、結束語

通過對風電機組在役齒輪油質量改善的研究，我們雖然在狀態(tài)監(jiān)測和狀態(tài)維修這領域內取得了一些成效，但是，科學技術發(fā)展，日新月異，機組設備不斷更新，對風電場運維提出了更高更新的要求，這是風電企業(yè)所面臨的一個挑戰(zhàn)。隨著大數據技術在風電場運維管理中的有效運用，同時也給風電企業(yè)帶來了一些契機，未來風電場的管理模式將更趨向于可靠數字化、網絡化和智能化，逐漸形成一個專家共享、知識共享、協(xié)作診斷的中心，融入多項高精尖科技技術，引進先進的管理理念，并采用現(xiàn)代化的管理方式。所以，積極探索新的運維模式，積極加強技術創(chuàng)新，堅持與時俱進，充分發(fā)揮科技、信息、網絡在風電運維管理工作中的應用價值，為企業(yè)潛能的發(fā)揮提供可靠的保障，推進風電事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，我們將不斷的探索、研究、實踐，以便為企業(yè)的長足和持續(xù)發(fā)展，提供更多的支持來解決實際問題！

參考文獻：

[1]方志翔，唐芳寧.風電齒輪箱潤滑油應用研究[J].機械工程與自動化，2019.

[2]李彬，韓東偉，朱鑫鑫等.潤滑油檢測綜合分析診斷設備機械狀態(tài)[J].風能，2014.

[3]谷玉海.大型風電機組齒輪箱早期故障診斷技術與系統(tǒng)研究[J].機械科學研究總院，2016.

來源：《風能產業(yè)》2020年第8期

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