风电齿轮故障类型、原因及检测

无损检测专家

2023.3.10

作者华欧世纪

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齿轮箱在制造过程中如果不具备稳定的工艺技术，易造成齿轮箱工况无法达到设计要求，直接影响其正常运转，轮齿难以受力均匀，甚至发生断齿问题;即便正确安装，齿轮箱也无法彻底解决磨损问题。风电机组齿轮箱的故障涉及齿轮故障、轴承故障、箱体及紧固件故障，轴故障、油系统故障，其中失效比例较大的是齿轮故障。

故障原因及机理

齿面磨损(1) 齿面磨损：啮合过程发生了滑动与滚动问题，基于压应力、切应力和摩擦力的影响，严重损坏了齿轮。(2) 润滑不佳：润滑油液温度不恰当提高了磨损速率。(3) 磨粒：磨损形成的磨粒无法有效清除，容易在齿面发生二次磨损，甚至划伤齿轮。(4) 润滑油品质：当油中混合腐蚀性物质时，加重齿面的腐蚀程度。

齿面疲劳点蚀

齿面基于应力极限的影响出现很多小裂纹，当其掺入磨粒或润滑油时形成内部挤压，裂纹位置脱落金属片，产生若干小坑洞。

齿面胶合齿面油膜受损，齿面接触位置形成粘结，若出现转动，粘合位置产生撕裂，加重损伤情况。

轮齿断裂

(1) 传动中突发的冲击载荷或过载，这时齿根弯曲，应力改变，折断了根部。(2) 当长期载荷反复冲击齿轮时，齿面疲劳工作引发了裂纹。

齿轮磨削烧伤检测

作为风力涡轮机的关键部件，齿轮箱需要遵守极高的要求，因为大型齿轮箱需要承受极端负载，例如风速的变化。更换齿轮箱是风力涡轮机维护中较昂贵的操作之一，因此齿轮箱部件的质量必须确保完美无瑕。随着质量要求的不断地提升，风力涡轮机制造商需要对齿轮表面进行磨削烧伤可能性测试。磨削烧伤是热损伤的通用名称，通常发生在工件表面。磨削烧伤会导致工件表面局部变色，软化或硬化表层并产生不必要的残余应力。

美闻达（Moventas）是使用巴克豪森噪声分析仪的资深用户，他们的使用已经远远超越了只是分拣好样品和和烧伤样品的级别。Taisto Kymäläinen 工程师说，Barkhausen 噪声检测法能提早发现烧伤，因为 Barkhausen 噪声分析法会对微观结构的极小变化做出反应，巴克豪森噪声分析可在实际烧伤出现前显示出冷却或磨石磨损的缺陷，从而可以及时优化磨削工艺以找到正确的磨削参数。

美闻达（Moventas）在他们的工艺过程中使用了酸洗法来确定可接受的mp级别，然而，在酸洗法看到烧伤前，巴克豪森噪声法对磨削烧伤的反应是 10-20%。