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風電機組在役齒輪油質(zhì)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(nèi)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(zhì)量改善；新方法

一、研究風電機組在役齒輪油質(zhì)量改善的目的與意義

對于在役風電機組齒輪油質(zhì)量改善課題，國內(nèi)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(jù)經(jīng)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(zhì)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(jīng)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(jīng)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(jié)合風機組在線振動檢測和工業(yè)內(nèi)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(zhì)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(zhì)，提升潤滑效果

在役風機齒輪油的金屬元素含量、PQ指數(shù)、不同金屬顆粒磨損類型和形態(tài)等指標在沒有質(zhì)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(zhì)量控制措施的情況下，會產(chǎn)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(zhì)的為齒輪箱運轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。

2、齒輪油磨損指標控制

齒輪箱在運轉(zhuǎn)過程中勢必會產(chǎn)生磨損，但如何控制齒輪在正常的磨損范圍內(nèi)，并控制磨損脫落物對齒輪運轉(zhuǎn)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(jù)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(zhuǎn)機械在工作過程中會產(chǎn)生振動，當旋轉(zhuǎn)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(wǎng)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(jù)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(jié)果。

風電場振動監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，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(nèi)窺鏡檢測

內(nèi)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(nèi)部進行探查，能觀察不能直視到的部位，能在密封空腔內(nèi)觀察內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)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(jù)。

（1）內(nèi)窺鏡檢查中

（2）內(nèi)窺鏡拍下齒輪斷齒

（3）內(nèi)窺鏡拍下齒輪齒面剝落

（4）內(nèi)窺鏡拍下軸銹蝕

三、風電機組在役齒輪油質(zhì)量改善研究的實際作用

通過風電機組在役齒輪油質(zhì)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(zhì)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(shù)據(jù)為依據(jù)的科學換油周期。

通過對風電機組在役齒輪油質(zhì)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(nèi)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(jù)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(zhì)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(jié)束語

通過對風電機組在役齒輪油質(zhì)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(nèi)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(shù)據(jù)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(shù)字化、網(wǎng)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(wǎng)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(chǎn)業(yè)》2020年第8期

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