风力发电主齿轮箱质量控制技术要点的研究

刘超

南京高速齿轮制造有限公司 江苏南京 211100

想要保证运行风电机组的有效寿命，就要对齿轮箱的整体质量做好保障。首先，稳健的设计可以确保齿轮箱在不同工况下都具备良好的可靠性；其次，控制零部件在制造过程中的质量，最后用合适的管理模式来保证上述要求均能够被满足和有效的实施，这些方式都为能够安全有效运行风电机组打下基础。

1 风电齿轮箱技术特点

风轮的转速一定程度上影响着齿轮箱的转速，为了确保整个机组在机构上的紧凑性，在设计时，采用行星转动方式，与此同时还有平行轴齿轮的方式。在设计齿轮箱时，为了避免传动比太高，优化实际方案，增强紧凑性，兆瓦级的风电机组多半选用了半直驱的方式。在齿轮箱中，几个关键的产品性能指标有：1．频率在0-200Hz，齿轮箱弹性支撑处的最大振动速度不能超过1．3mm/s；更高频率时的振动速度不能超过0．75mm/s。2．兆瓦级以下噪音的控制小于88dB（A），兆瓦级以上最大噪音不能超过100dB（A）。3．机械效率大于97．5%。4．油液清洁度达到-/14/11的标准。齿轮箱这些关键性能指标的要求大大提高了装配精度，但也增加了制作难度。风力发电机组一般情况下所用的齿轮箱传动方式有，平行轴圆柱传动、行星和平行轴传动，还有功率混合传动等。主要用来传递动力的构件有轴、齿轮、齿圈、齿轮轴、箱体等[1]。这些零件的材料各项指标和关键尺寸精度的控制要求必须达到标准，使其能够承受机组各种恶劣的工况，延长机组的使用寿命。齿轮箱的工艺涉及材料热处理、机械制造、动态仿真、3D检测、噪声与振动等方面的知识。一个齿轮是否能够达到承载标准，是由外部载荷和内部对加工材料的工艺质量等条件决定的，所以，必须要对齿轮的制造和设计方面严格要求，用合理高效的控制方式来完成目标，从原材料控制、制造工艺控制、装配实验、油漆包装运输等等程序入手，严格把控细节。只有在大工业生产和完备的平台下才能确保齿轮箱的质量安全稳定，与风力发电主机正常运行所要求的标准相符合。

1.1 齿轮箱制造过程质量控制

为了延长齿轮箱的使用寿命，确保风电机组安全稳定运行，就必须对齿轮箱的制造工艺严格管控[2]。

1.2 风电齿轮箱损坏类型分析

在实际中，齿轮箱使用时比较容易发生故障的部件是齿轮、齿轴和轴承，以及箱体和油封的密封。齿轮损坏时会出现点蚀、磨损以及产生裂纹等情况；而轴承损坏时会出现保持架变形，内部滚珠脱落，白点蚀等情况；轴如果发生损坏，会出现磨损和断裂。作为高度复杂的组装零件，它有着速度快，荷载大的特点，在实际运行中，因为密封不严密导致漏油或者润滑油质量低导致在齿轮的内部会混入杂质，造成磨损[3]。

2 齿轮箱制造过程质量控制

首先，在控制齿轮箱制造所用的原材料质量方面，主要对锻钢和球墨铸铁件两种材料的质量控制，从源头把控材料化学成分、机械性能和探测其内部缺陷的大小和位置。其次，在热处理方面，以渗碳层来说，要把握好其硬度、深度以及奥氏体级别等情况。以调质件来说，要控制好他的机械性能，检查它的硬度。以氮化件来说，要对它的层深和硬度进行控制。无损检测方面，调质件和行星架等都需要进行无损检测，渗碳件粗加工之后要利用超声波探伤或水浸探伤，磨后要利用磁粉探伤和酸洗侵蚀检验。再次，齿轮箱机械加工的控制，要注意在零部件在尺寸和形状位置公差方面的控制，如行星架的安装孔需要利用三坐标检测其形位公差，齿轮、齿轴和齿圈需要利用齿轮检查仪检测齿轮精度各项指标，确保每个部件的精度等级符合标准要求。在装配和试验的质量控制，要按照图纸和标准作业指导书，仔细检查装配间隙和配合的要求，重点监控着色和清洁度，在产品空载或加载试验过程中，重点监控齿轮箱振动、噪音和温升等性能指标，并记录所有试验数据。

3 大质量闭环管控

为实现上述产品技术性能指标和制造过程要求，齿轮箱制造商需要利用合理的管理体系对全过程质量进行整体的把控，这种质量管控不再仅仅限于生产和研发，而是整体产业各环节都应全面参与，在产品和服务流程中进行优化，在财务、员工成长、企业可持续发展和社会责任等方面进行权衡，以达到超越顾客期望的产品和服务的目的。为此，需要在以下几方面进行大质量闭环管控。首先，在设计质量方面，应建立系统化的新产品开发流程，应用全生命周期管理系统从产品开发体系保证产品设计可靠性。其次，在风力发电主机厂商的客户需求满足层面，需时刻关注客户满意度，寻找持续改进的机会。通过PPAP严格控制新产品的质量风险，确保新品项目质量满足客户要求。在服务领域，需搭建高效的服务系统及专业化的服务团队，提供全方位运维。再次，在产品过程控制方面，应建立了多层次的审核监督机制，保证过程及产品的有效性、稳定性。同时通过7M管理从人、机、料、法、环、测等环节确保每个过程的稳健。质量的改进关键在于预防，这方面需要引入信息化、智能化建设，对数据进行自动采集、分析，实现预防性的过程控制。

4 结语

齿轮箱作为整个风力发电机组中最为关键的零部件之一，需要对它的全过程进行严格把控、保证质量。齿轮箱质量控制包含很多方面，如原材料、零部件加工、装配试车以及最终的喷涂包装和运输，这些环节都需要确保万无一失。在了解齿轮箱的技术特点后，明确质量控制的各个环节要点，让生产出来的齿轮箱可靠性更高，在风电机组中发挥出应有的作用。齿轮箱的高性价比是最终所追求的目标，这就需要积极地开展研究，在制造工艺上不断完善，在设计和制造中积累经验并及时总结，与风电主机厂商建立良好的沟通机制，增强对信息数据库的应用来对生产实践和整体质量控制进行指导才具有现实意义。