齿轮箱知识大全

      齿轮箱是风机中的重要部件，其主要作用是将转子轴的旋转加速后带动发电机发电，能量通过风轮叶片由风轮主轴传递至齿轮箱，然后通过柔性联轴器传递至发电机。那么问题来了，为什么要采用增速齿轮箱呢？

      由于叶轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，通过齿轮箱齿轮的增速作用来实现。因此增速齿轮箱设计及制造相当关键。同时风力发电机组增速齿轮箱由于其使用条件的限制，要求体积小，重量轻，性能优良，运行可靠，故障率低。用量大的双馈机型上的齿轮箱大多为行星轮系+平行轴传动。

 

      目前市场上的风机大致分为三种：双馈式风机、直驱式风机和半直驱式风机。齿轮箱含有以下七类零部件：齿轮/齿轮轴、轴承、锁紧盘、润滑冷却系统、冷却系统、加热器、空气滤清器。

 

 

• 一级行星两级平行轴（双馈）

    该种结构主要用于2MW以及2MW以下功率的风电齿轮箱，用一组平行级代替行，可靠性高，但体积与重量大。

 

• 两级行星一级平行轴（双馈）

    该种结构主要用于2.5MW以上功率的齿轮箱，承载能力强，体积小，重量轻，直径小但横向长。部分2MW以下齿轮箱也采用了该种结构。

 

• 带主轴齿轮箱（双馈）

     主轴安装在齿轮箱内部，结构紧凑，主轴承油润滑，有利于延长寿命，减轻重量。

 

• 紧凑型齿轮箱（半直驱）

     通常也叫半直驱齿轮箱，半直驱是兼顾有直驱和双馈风电机的特点。这个特点决定了半直驱一方面能够提高齿轮箱的可靠性与使用寿命，同时相对直驱发电机而言，能够兼顾对应的发电机设计，改善大功率直驱发电机设计与制造条件。                                             

     

      常见齿轮传动也分为很多种：圆柱齿轮、锥齿轮、内啮合齿轮、蜗杆齿轮、斜齿轮、行星齿轮。

 

• 行星轮系

     行星轮由一个太阳轮加上三个行星轮套在行星架上，外面再套一个大齿圈组合而成。

 

       这样设计到底有什么优点呢？

      由于采用了均载机构,也就是说数个结构相同的行星轮，均匀地分布于中心轮的周围，从而可使行星轮与转臂的受力平衡。同时，也使参与啮合的齿数增多，所以能提高齿轮的承载能力、啮合平稳性和可靠性。

 

• 平行轴系

       平行轴系齿轮主要由主动轮带动从动轮进行传动。

 

       行星轮系相对于平行轴系的优点有：结构紧凑、体积小、质量小、承载能力大、噪音小等；而缺点是：结构复杂、加工要求高、配装要求高等。

 

•  齿轮箱轴承介绍

       风力发电机组振动大，对轴承的安装有严格的工业标准规定。振动会传到轴承滚道内产生磨损毛刺，破坏轴承滚道的润滑，造成轴承失效。

       齿轮传动需要安装在轴上，而轴承是为轴提供支撑的构件，轴上构件的精准运转依托于轴承的支撑，轴承滚动体可以减少轴承与轴的摩擦。

       目前风电行业多选用进口轴承（SKF、FAG、NSK、NKE、TIMKEN等）。随着国内轴承技术的逐步提高，齿轮箱的轴承国产化将会完全实现。

• 齿轮箱润滑冷却系统

    

      润滑系统主要是为齿轮箱提供源源不断的润滑油，冷却系统用于降低润滑油的温度。

 

      齿轮箱润滑油的主要功能：

      润滑：齿轮和轴承在转动过程中它们实际都是非直接接触，这中间是靠润滑油建成油膜，使其形成非接触式的滚动和滑动，这时油起到了润滑的作用。

      冷却：虽然它们是非接触的滚动和滑动，但由于加工精度等原因使其转动都有相对的滚动摩擦和滑动摩擦，这都会产生一定的热量。如果这些热量在它们转动的过程中没有消除，势必会越集越多，然后导致高温烧毁齿轮和轴承。润滑油可以传递热量，冷却齿轮箱和轴承的温度。

     清洁：齿轮箱工作过程中会产生一些污染物和杂质，润滑油可以带走一些污染物和杂质防止齿轮和轴承的腐蚀。

 

 

图 润滑冷却流程图

 

      电动泵、机械泵同时向系统供油，润滑油经滤油器过滤后到温控阀，该温控阀根据润滑油的温度自动控制润滑油的流向。当油温低于45℃时，润滑油直接进入齿轮箱；当油温高于45℃时，温控阀开始动作，润滑油经冷却器冷却后再进入到齿轮箱。在齿轮箱的入口和油泵的出口均装有压力传感器用于检测润滑油的压力，当油泵出口压力超过阈值时，油液直接通过溢流阀进入齿轮箱。

• 齿轮箱冷却系统

      风机齿轮箱冷却系统分为风冷和水冷两种，风冷包括风扇、电机以及相应的连接胶管，是通过风扇换热降低油温；水冷是通过冷却液来冷却油温。          

   

• 齿轮箱加热器

      加热器一般位于齿轮箱的底部，有的机型油泵下面也有一个加热器。当风机在低温状态下启动时，油池内的润滑油粘度非常高，润滑油近乎固体状态。在这种工况下，齿轮箱的润滑系统无法进行工作。加热器的作用就是对齿轮箱油池的润滑油进行加热。

 

• 齿轮箱锁紧盘

      齿轮箱输入轴端与主轴通过锁紧盘联接，输出轴通过膜片式联轴器与发电机相联接，中耳依靠弹性支撑固定，弹性支撑上下各有一个调整螺钉，可以调整齿轮箱的上下位置，弹性支撑两侧各用螺栓与机架相联接。

 

• 齿轮箱空气滤清器

      空气滤清器由滤芯和壳体组成干燥剂，在正常状态下颜色为蓝色，当干燥剂的颜色变成红色时，需立即更换新的空气滤清器。

      空气滤清器的作用是清除空气中的微粒杂质以及水份，防止空气中的微粒以及水份进入到齿轮箱内部造成齿轮箱失效。而齿轮箱过滤器的作用是过滤油液中的颗粒物，二者有本质的区别。

       齿轮对于材料的选择和制作工艺也有其严格的要求，不然很容易损坏。下面列出了5种齿轮失效的主要形式：

       断裂：偏载、过载、严重冲击、热处理；

       点蚀：表面裂纹扩张、磨粒、剥落；

       胶合：局部升温和重载、润滑不够、油液变质、齿轮精度低；

       塑性变形：重载、热处理；

       磨损：金属微粒、灰尘、润滑剂不洁。

 

 

      齿轮箱一些常见的故障类型有：齿轮箱油温过高、轴承温度过高、润滑系统问题、齿轮箱出现异响、齿轮齿面常见异常、过滤器堵塞、冷却器散热异常等。

 

      为了保证风电机组的长期稳定运行，进行有效的故障诊断。齿轮箱是风电机组的核心部件，且故障发生率高，一旦发生故障将影响整个机组的运行，所以对其进行系统的预警分析就显得很有必要了。

 

     目前针对风机齿轮箱的故障诊断方法主要有：基于振动信号的方法、油液分析法等，其中振动信号主要采用时频分析来实现。故障预测基本方法以当前设备的正常运行状态作为基准，结合预测齿轮箱的相关测量指标，环境或者历史数据，预测设备关键测点的趋势，主要分为数学、统计方法，人工智能方法，专家知识经验法等。从现有研究报道看来，齿轮箱故障诊断和预测方法近几年主要的发展方向更多的是结合专家知识经验的人工智能方法。

来源：传动在线