风电机组在役齿轮油质量改善研究及新方法应用

发布时间：2023-06-05

摘　要：伴随着风电行业的飞速发展，一系列亟待解决的难题逐渐显露，机械类故障频繁出现，齿轮箱内部齿轮损坏导致的齿轮箱整体下架维修情况逐年增多，大家意识到风电机组齿轮箱损坏将是困扰风电企业未来发展的顽疾，如何解决风电机组齿轮箱健康高效运行问题，成为摆在风电企业面前的一道难题。

关键词：在役齿轮油；质量改善；新方法

一、研究风电机组在役齿轮油质量改善的目的与意义

对于在役风电机组齿轮油质量改善课题，国内外专家、学者并没有形成一个统一的规范和标准，而是根据经验进行初评判，因此，对齿轮油在风电机组的实际使用中，油品抗磨损和散热性能对机组的影响与本身状态的质量控制和改善，面临着很大的技术挑战。

通过多年来对风电机组机械故障开展具有针对性的诊断方法研究，使其能够快速准确地发现传动系统中齿轮箱和轴承等机械部件存在的故障隐患，并及时制定维修方案以便进行针对性维修，减少因传动系统机械部件故障所造成的机组停机和经济损失，保证整个机组的安全稳定运行并提升风电场的经济效益，进而提高风电行业的竞争力，是我们在风电机组机械故障诊疗上一直探索研究的重点。

为了改善和监测风机的润滑状态，对齿轮油各类指标进行检测，结合风机组在线振动检测和工业内窥镜，可以更好更科学的指导风电机组合理选油、合理用油，提高润滑油管理水平，提高设备运行可靠性，有效降低运维成本。

二、风电机组在役齿轮油质量改善研究方向及实施情况

（一）研究方向

1、研究齿轮油磨损指标控制策略，改善在役齿轮油品质，提升润滑效果

在役风机齿轮油的金属元素含量、PQ指数、不同金属颗粒磨损类型和形态等指标在没有质量控制措施的情况下，油品裂化，失效、导致部件磨损加剧。

2、研究齿轮油性能指标控制策略，做到选择性换油，节约成本

在役风机齿轮油的运动粘度、总酸值、水分含量、热氧化稳定性、抗剪切安定性、抗乳化特性在没有质量控制措施的情况下，会产生不同程度的失效。

3、研究定向分析齿轮箱磨损部位及磨损状态，做到早发现早治理

风电机组齿轮的磨损，主要是因为润滑油的性能下降，不能为设备提供良好的润滑环境，在此状态下，会加剧齿轮箱的部件磨损。

（二）实施情况

1、齿轮油性能指标控制

齿轮油性能会随着服役过程中受到的外来污染物的污染，氧化、剪切等因素导致油品性能下降，性能下降直接影响齿轮油抗磨损和散热能力，如何控制齿轮油性能指标使齿轮油高品质的为齿轮箱运转服务是我们研究齿轮油性能指标控制策略的意义所在。

通过油品检测可以监督油品性能各项指标，当齿轮油性能指标下降到限值或出现断崖式下降时应及时进行换油，保证齿轮箱正常运转。

2、齿轮油磨损指标控制

齿轮箱在运转过程中势必会产生磨损，但如何控制齿轮在正常的磨损范围内，并控制磨损脱落物对齿轮运转影响Z小是我们研究齿轮油磨损指标的意义。齿轮油磨损指标超过标准值我们要采取以下几项措施：

（1）采用精密过滤装置对油品进行过滤，保证油品中磨损指标在正常范围，减小磨损脱落物对齿轮箱的影响。

（2）对磨损颗粒物进行铁谱分析，确定是否是正常磨损所积累。

（3）确定磨损部件，查看磨损程度，根据实际情况进行提前治疗。

3、定向分析齿轮箱磨损部位及磨损状态

（1）我们通过油品分析润滑油中金属和非金属元素的含量，可以初步确定故障部件。以南高齿齿轮箱为例，其主要部件添加剂如下：

在不考虑润滑油中元素含量的情况下：

Si ：如果油品中含有此元素，说明小齿轮处于磨损状态

Mn：如果油品中含有此元素，说明行星轮处于磨损状态

Cu：如果油品中含有此元素，说明保持架处于磨损状态

（2）通过在线振动监测系统确定磨损部件。由于旋转机械在工作过程中会产生振动，当旋转机械出现故障时振动的幅度、频率、方向等信息会发生改变。因此可以利用振动信息的改变来监测机械运行的情况，通过测震系统对信号采集、存储并通过网络传送到用户终端，Z终由客户终端专用分析软件进行分析。根据用户设定的报警门限值得出机械振动是否超标、是否出现损坏，更进一步得到已坏的位置等用户所需要的结果。

风电场振动监测系统示意图

数据处理分析

振动监测能精确的诊断设备的故障点，但对超早期和早期故障信号的提取和捕捉并不敏感。在油品分析的基础上，利用油品分析中的故障预警数据，将其与振动监测融合起来，能够有效的提高故障诊断的准确性并能进行精确的定位诊断。

（3）工业内窥镜检测

内窥镜，是一种多学科通用的工具，其功能是能对弯曲管道或设备内部进行探查，能观察不能直视到的部位，能在密封空腔内观察内部空间结构与状态，能实现远距离观察与操作。将其融合在油品检测和振动监测诊断的技术中，对我们进行故障诊断和实际验证起到了良好的指导作用，为我们建立故障诊断辅助系统和专家诊断系统提供精确的故障类型依据。

（1）内窥镜检查中

（2）内窥镜拍下齿轮断齿

（3）内窥镜拍下齿轮齿面剥落

（4）内窥镜拍下轴锈蚀

三、风电机组在役齿轮油质量改善研究的实际作用

通过风电机组在役齿轮油质量改善的研究，我们可以对性能指标超标的油品提前更换，做到有选择性更换，避免过度维护及维护不及时，节约成本；可以对油品磨损指标超标的进行在线精滤，查找磨损原因，确定磨损部位，做进一步改善；通过质量控制，齿轮的磨损、点蚀、剥落得到了有效控制，故障率大大降低；油品性能管理使齿轮箱长期维持在良好运行环境中，形成健康良性循环，并且形成了以检测数据为依据的科学换油周期。

通过对风电机组在役齿轮油质量改善的研究，我们逐渐摸索出了一条“以油品监测主线，融合在线振动监测和工业内窥镜检测为一体的全新保证齿轮箱正常运行的运维模式”。

企业需根据实际情况，对润滑油品要进行定期和非定期的检测，做到对设备和润滑油品的有效监测。通过对在役齿轮油质量改善的研究，突显了检测和故障诊断的时效性，大大降低了风电机组的非计划停运时间，为风电机组的故障预警和精确诊断提供了强有力的保障。

四、结束语

通过对风电机组在役齿轮油质量改善的研究，我们虽然在状态监测和状态维修这领域内取得了一些成效，但是，科学技术发展，日新月异，机组设备不断更新，对风电场运维提出了更高更新的要求，这是风电企业所面临的一个挑战。随着大数据技术在风电场运维管理中的有效运用，同时也给风电企业带来了一些契机，未来风电场的管理模式将更趋向于可靠数字化、网络化和智能化，逐渐形成一个专家共享、知识共享、协作诊断的中心，融入多项高精尖科技技术，引进先进的管理理念，并采用现代化的管理方式。所以，积极探索新的运维模式，积极加强技术创新，坚持与时俱进，充分发挥科技、信息、网络在风电运维管理工作中的应用价值，为企业潜能的发挥提供可靠的保障，推进风电事业的稳定发展，我们将不断的探索、研究、实践，以便为企业的长足和持续发展，提供更多的支持来解决实际问题！

参考文献：

[1]方志翔，唐芳宁.风电齿轮箱润滑油应用研究[J].机械工程与自动化，2019.

[2]李彬，韩东伟，朱鑫鑫等.润滑油检测综合分析诊断设备机械状态[J].风能，2014.

[3]谷玉海.大型风电机组齿轮箱早期故障诊断技术与系统研究[J].机械科学研究总院，2016.

来源：《风能产业》2020年第8期

（版权归原作者或机构所有）