杨宜明
大唐云南发电有限新能源分公司，云南省昆明市650000
摘要：风能是一种可再生能源。近年来风力发电技术在全世界的市场份额、规模和技术设计方面都经历了快速发展，风力发电将成为未来主要的电力来源之一。全球风电发展报告显示，无论是陆上风力发电市场还是海上风力发电市场，2018年中国装机容量均居全球榜首，其中陆上装机容量为21200兆瓦，比全球第二名美国(7588兆瓦)多13612兆瓦，海上装机容量首次超过其他所有国家，达到1800兆瓦，比第二名英国(1312兆瓦)多488兆瓦。根据中国风电发展路线图2050，到2050年，我国风力发电的装机容量将突破10亿千瓦，成为电能的主力军。本文主要分析风电齿轮箱检修方法的研究与进展。
关键词：风电齿轮箱；状态监测；故障诊断；维修策略；现状与发展
引言
既然风电齿轮箱发生故障不可避免，如何降低运维成本是迫切需要研究的重要课题。降低运维成本，关键是对风电齿轮箱开展科学的检测和维修。本文从风电齿轮箱检测和维修的现状出发，总结主要的状态监测方法与手段、故障特征提取方法、维修策略，分析风电齿轮箱检修方法存在的主要问题，并基于现代检测维修理论，提出开展风电齿轮箱检修方法研究的相关建议。
1、状态监测方法与手段
1.1振动与声音监测
在风电齿轮箱状态监测方法中，振动监测是迄今为止最成熟的一种方法。从理论上讲，无论是早期初始故障，还是断齿故障，振动信号都会发生变化，从振动信号中能够进行故障定位和故障类型的判断。故障状态下，风电齿轮箱的振动信号一般为非线性非平稳信号。振动故障机理主要研究故障条件下，振动信号的特征。振动故障机理研究是开展振动监测的基础。从20世纪60年代以来，国内外有关学者就开始对振动故障机理进行了大量研究。研究方法包括:集中质量法、虚拟样机法以及缩微模型实验法。通过研究，基本上揭示了常见风电齿轮箱不同部位不同故障类型与振动信号之间的映射关系。风电齿轮箱受内部和外部激励时，除了产生振动，也会产生噪声。
1.2油液磨粒监测
风电齿轮箱在正常工作时，离不开润滑油的冷却和润滑。风电齿轮箱在磨合阶段，通常产生的金属磨粒尺寸小于20μm。当齿轮或轴承出现疲劳点蚀故障时，会产生直径大于100μm的金属磨粒，剧烈磨损时将会产生直径250μm以上的金属磨粒，因此，润滑油中所含金属磨粒的尺寸以及密度能够反映风电齿轮箱的故障程度。开展油液监测，是评价风电齿轮箱健康状态的重要依据。目前，成熟的油液监测手段是离线监测，通常对在役的风电齿轮箱的润滑油每隔一段时间(通常半年)进行一次取样，分析油液品质和齿轮轴承等部件磨损情况的变化。油液离线监测手段存在的主要问题是检测周期长、发现故障不及时、费用较高。研制风力发电机齿轮箱油液在线监测系统，核心是设计或选用磨粒传感器。磨粒监测传感器的类型主要包括电磁感应型、静电型、光电型、超声波型等。
1.3温度监测
风电齿轮箱内无论是齿轮、轴承还是润滑油，工作时温度不应过高，否则会缩短齿轮箱的寿命。齿轮温度过高，必然会导致润滑油温度高，最终失去润滑作用，从而导致齿轮工作温度进一步升高最终失效，但直接监测齿轮的温度比较困难，所以对风电齿轮箱开展温度监测，主要通过相应的温度传感器检测轴承和润滑油的温度。温度测量传感器主要有热电偶和红外成像两大类，其中热电偶传感器需要与被测对象直接接触，而红外成像传感器利用被测对象的热辐射能量，实现了非接触测量，操作较热电偶传感器简单。国内在役的风电齿轮箱一般都设置有温度传感器来监测润滑油和轴承的温度，能够实现对温度对的有效监测。
2、故障特征提取方法
2.1轴承孔放孔镶套修复法
采用镶块修复技术可最大化修补厚度的方案，主要适用于轴承孔变形和磨损严重的情况，变形量一般在2mm范围以上。 但是，首先从轴承孔的强度角度出发，加工变形部位，然后考虑加工后的孔的强度和刚性是否满足要求。 (1)开孔处理工序。 根据加工需要，通过镶嵌处理轴承孔，可以将直径扩大到原来的孔径，增加两个套筒的厚度。 的镶环是指满足齿轮箱强度、刚性要求，能够将钢套嵌入壳体孔并以有效方式固定的工艺技术。 (2)在零件修复过程中，镶有箱体的钢套的机械加工是最基本的内容，适合比较严重的损伤情况，要有效地进行孔壁的加固处理，通过合理的过盈控制，保证衬套回原位。 这种修复方式体现出操作方便、工艺简单、节省材料的特点，常用于许多零件孔系的修复。 一般来说，镶块材料的材质应结合实际进行，箱体类零件的材质为铸铁，这种情况下镶块材料常采用45或40Gr钢。 (3)在进行箱体类零件修复的过程中，要利用开孔镶嵌方法，大部分采用薄壁衬套的方式，结合实际合理选择有效的镶嵌过盈量。 镗削原孔的处理过程中，请重视将箱体的定位基准设定在原孔未损伤的部分和肩膀等处。 (4)具体在进行套筒过盈量的过程中，必须明确套筒的强度内容，保障在特定条件下，实现镶套的套筒性能要求。 在这种背景下，盲目选择过盈量会导致压力环的故障。 因此，关键的工作是进行过盈量的合理选择。 结合相关轴和孔的公称直径，以及实践工作经验，明确轴、孔之间的过盈量。 例如，对于嵌套的壁厚，应该满足3mm以上的要求。 实际上，大多要求能够控制在5mm~10mm的范围内，同时使保龄球的剩余量在2mm以上。 适用于轻配合的过盈量小于0.0025mm、轴力小的情况。 在这种情况下，请以较大的力量开展相关的焊止工作。
2.2修补后的修补
通过对修补后的容器进行退火处理，可以有效地释放内部应力。 处理后，对于修补后的轴承孔，由于修补后的孔没有圆心，要进行相应的圆心恢复，必须依靠其他措施手段。 其中，最简单可行的方法是结合轴承孔的修复和同心孔进行加工处理，或根据图纸进行数控加工还原处理。 另外，结合设计规范满足还原后表面粗糙度和尺寸公差的要求，如有检测不合格，应进行再加工处理。
2.3移动诊断机器人
在新时达的背景下，一些中小企业由于自身的限制，特别是在成本投入方面有一定的局限性，在关键设备的投入、维护以及操作人员、维修人员的培训方面存在一定的不足之处，这在风电齿轮箱的故障检测工作上存在一定的滞后。 在机器人技术逐渐成熟的影响下，它可以保障移动诊断机器人发挥优势，有效保障现场故障诊断、状态监测中的现场分析、数据采集及快速诊断等方面的工作，使这部分工作有效一体化，这是24小时的
结束语
风电齿轮箱是风力发电机组中的重要部件，在长期运行过程中不可避免会发生故障，其检修方法必然成为学者研究的焦点。虽然在状态监测方法和手段、故障特征提取方法、维修策略等方面的研究取得了较大进展，但仍然存在许多尚未解决的理论和工程应用方面的技术问题。要想科学开展风电齿轮箱的维修工作，降低全寿命周期费用，需要不断完善状态监测方法和手段，提高故障诊断的智能化程度，应用新型预防性维修策略，积累工程实际经验，使风电齿轮箱的检修方法更加完善。
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