防止N60机组齿轮箱机架窜动和报警装置
（华电风力发电有限公司，黑龙江哈尔滨，157599）
摘要：N60机组2005年03月份投产发电，至今运行15年有余，机组各部件已存在老化现象，尤其是振动减震缓冲胶垫；主机架承载着齿轮箱运行时大部分的冲击力，而胶垫起到缓冲主机架的作用力，胶垫一旦老化破损，主机架就会窜动。本文通过对N60主机架窜动故障机理分析的研究，发明了防止N60机组齿轮箱机架窜动和报警装置。并从实际的机械结构、工作位置、电气反馈信号等方面，研究如何解决胶垫一旦老化破损，主机架就会窜动；该缺陷非常危险，易造成齿轮箱脱离主机架束缚而发生剧烈振动，发生更严重的机械损伤。
关键词：齿轮箱 窜动 报警
1 引言
齿轮箱在风力发电机组中的应用很广泛，在风力发电机组当中就经常用到，而且是一个重要的机械部件，齿轮箱其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。主机架齿轮箱支撑结构，包括底座和第一法兰，底座内腔的两侧壁上对称地设有两个支撑板，两个支撑板用于安装并支撑齿轮箱；支撑板上设有第一筋板和第二筋板；第一筋板设置在支撑板靠近第一法兰一侧并向底座的底部延伸，第一筋板与底座的底面形成第一夹角；第二筋板设置在支撑板远离第一法兰一侧并向底座的底部延伸，第二筋板与底座的底面形成第二夹角；第一筋板、支撑板和第二筋板为一体设置并形成平顶拱形结构。通过将支撑板设计成一体设置的平顶拱形结构，相比支撑板加竖直或倾斜支撑结构，拱形结构合理均匀分散了水平和竖直方向的载荷，以使得支撑结构合理均匀的传递齿轮箱的作用力，降低了支撑结构脚趾处的应力集中，在满足强度设计要求的同时便于重量控制和工艺生产。
根据主机架位置的特点，可以尝试设计出一种防止N60机组齿轮箱机架窜动的机构，制作L型高强度厚铁板，固定在窜动的位置，加装相应的报警反馈装置，当主机架有发生相对位移的时候触发形成开关，反馈信号到主控室通知检修人员。
2 制作机械挡板结构
根据主机架位置的特点，可以设计出一种防止N60机组齿轮箱机架窜动的机构，制作L型高强度厚铁板，固定在窜动的位置，加装相应的报警反馈装置，当主机架有发生相对位移的时候触发形成开关，反馈信号到主控室通知检修人员 ；测量主机架本体得到以下数据量：
（1）安装螺栓的螺帽直径24mm，长度30mm；
（2）两个螺栓之间的中心孔距是170mm;
（3）螺栓中心孔到边界的距离27mm；
（4）螺栓中心孔到主机架固定螺栓的距离35mm；
（5）主轴上下的边界尺寸是300mm，左右的尺寸400mm；
按照测量尺寸制作Ｌ型高强度后铁板：与主机架相接触的位置在L型铁板内侧中心处附近焊接高强度弹簧，目的是当主机架发生窜动时可以推动带有弹簧的长螺杆向前移动，弹簧的长度受到上面测量数据的影响，最佳尺寸是27mm。制作图如下：
上图：机械挡板
3 反馈信号
当主机架发生窜动时，主机架推动L型铁板内侧中心处附近焊接高强度弹簧，螺杆发生移动，螺杆上灵敏度可调节的螺母帽（垫片和螺母焊接组成）就会触发行程开关，使常闭触点变成常开，该回路内的24V因此消失，风机柜内的服务功能模块7.18的13口失去24V电压，触发机组停机显示服务模式，主控监盘人员发现后，通知检修人员登机查看齿轮箱机架是否发生窜动；就算齿轮箱主机架已经发生相对窜动，也会由于安装的铁板阻止其更进一步发生位移变化。
4 产生价值
应用到这种报警装置，一旦齿轮箱机架发生窜动，机组能够及时停机，监控人员无法复位，必须上到机舱检查，可将小范围的窜动进行人工修复，不至于缺陷扩大化，安全隐患也会大大降低；目前该装置已经在华富穆棱风电场内推广应用，该装置也可应用到其他易发生机械窜动得风电机组；已经采用新工艺实际解决隐患23台次。单机直接节省工程外包费用80余万元（雇用吊车费和更换大部件费用），单台机组平均故障处理时间节省30天（发生大部件损坏，从采购、招标、进场、安全考试、调试、验收所用到的时间），每天的平均发电量3600kW（按照可研年平均风速6.5m/ｓ和N60的功率曲线150kw），一度电的上网电价0.72元，单机间接电量收益7.7万余元。累计创造效益近87.7万元。经过新工艺的实施，解决了运行15年的N 60机组在齿轮箱机架窜动由外来单位入场进行外包的局面。
5 结论
根据风电机组的故障，进行数据分析和机械机构的特点，结合工作的实际情况，制作相应装置，经过近几个月的观察数据，在未出现过齿轮箱机架窜动，定期对装置进行检查，未发现触发报警信号。
参考文献：
【1】霍志红，郑源，左潞，张德虎.风力发电机组控制技术[J].中国水利水电2010,(05)
个人简介：陈鸿鹏（1987.6-2065），男，黑龙江省牡丹江市；民族：汉，职称：工程师，学历：本科，研究方向：机电一体化。
