风力发电机组齿轮维修

由于风力涡轮机安装基数大,齿轮箱维修需求近年来稳步上升。各向同性超精加工是一种理想的修复损坏的齿轮侧面和轴承表面发现的旧风力发电机齿轮。

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风力涡轮机齿轮箱耐用性得到了改善在过去的十年里有很大的影响。由于流行的微点蚀而导致齿轮箱早期失效的日子在很大程度上已经过去了。改进的齿轮设计和制造使这些齿轮箱更可靠。然而,风力涡轮机齿轮仍然昂贵,并由有限数量的齿轮生产商制造。在大多数情况下,备件并不容易获得;更换损坏的齿轮是昂贵的,往往需要很长的前置时间。最终,风力涡轮机齿轮箱的维修通常会导致几个月的涡轮停机时间,这反过来又会损失业主运营商的收入。

如今,风力涡轮机齿轮箱维修往往发生在涡轮机的第五到第十次。最佳实践要求,当从涡轮机中取出齿轮箱进行维护时,任何显示损坏的齿轮都将被修复或更换。典型的齿轮齿损伤将是FOD(异物碎片)损坏的形式 - 导致牙齿凹陷或磨损 - 微动,磨损和/或腐蚀。鉴于涡轮机停机的明显缺点,需要修复损坏的风力涡轮机齿轮并尽快返回服务。

重新研磨

上述损坏的齿轮齿通常可以通过侧面再磨修复。然而,再磨也有一定的缺点和局限性。首先,再打磨很容易去除太多的金属,或者如果设置不当,会导致牙齿轮廓的丢失。这两种情况都会导致齿轮的报废。其次,风电机组齿轮维修往往发生在小批量。普通1.5-2.5 MW齿轮箱由九个齿轮组成:一个输入行星级(包含三个行星)和两个平行轴级。这些小批量不同的齿轮类型是不适合现代数控磨床发现在大多数制造商,因为这些机器是为大型系列生产运行。第三,回火烧伤检查是风电齿轮再磨的一个问题。这一过程既昂贵又危险,对作业者和环境都是如此。修理程序并不总是清楚,需要进行此检查后再磨。 Temper burn inspection is required with OEM wind turbine gear production; therefore, temper burn inspection should always be carried out after regrinding as well. Fourth, there are two situations in which regrinding of wind turbine gears is particularly problematic: nitrided ring gears and separately, gear “assemblies.” Nitrided ring gears are not permitted to be reground due to the thin case layer on the flanks. Assemblies, such as intermediate assemblies, compound planet gears, and hollow shaft gear assemblies, generally cannot be reground in their assembled state. Disassembling these components requires sophisticated tooling and often results in the scrapping of one of the two primary components. Reassembly is a similarly complicated process. These challenges create higher costs in association with the repair of these assemblies or the replacement of the nitrided ring gears.

各向同性的超级缺陷

在修复行业中,使用各向同性超精加工来修复损坏的风力发电机齿轮是一个日益增长的偏好。这种表面工程技术,在2015年10月的材料材料文章“各向同性超精加工”中描述,可以修复现代风力涡轮机齿轮箱中发现的所有典型类型的损伤。它是理想的处理低量和多个齿轮类型发现在一个典型的维修工作由于其过程的灵活性。此外,各向同性超精加工不需要齿轮工程图纸,并没有与再磨削相关的报废风险。化学加速各向同性超精加工工艺,如REM表面工程公司使用的那些,被批准用于氮化组件。这些化学加速各向同性超抛光工艺也能够修复组件,消除拆卸/重新组装或报废组件的需要。图1显示了经历了各向同性超精加工修复过程后的中间组件。

图1:各向同性超精加工后使用的中间装配。

此外,与再生相比,从各向同性超食用的牙齿侧翼表面产生的表现在表面耐久性方面具有更高的性能。齿轮研究所发表了显示的文章,显示出损坏,飞行临界齿轮可以通过使用各向同性的超缺陷来恢复优于原始性能条件。这些各向同性超清除,修复的齿轮显示出在性能方面优于新的地面齿轮[1,2]。因此,当施加到使用的齿轮时的各向同性超缺失通常被认为是风力涡轮机行业的齿轮箱升级。

初步检查

在确定各向同性超精加工周期时间之前,可以使用简单的轮廓测量法(详见一月份的材料材料文章,“精密齿轮齿的粗糙度测量”,以获得更多信息)作为进货检验工具。测量受损牙齿表面的Rz或Rt将确定需要去除多少材料。磨损、残差、微动或腐蚀损伤的深度通常在0.0001-0.0005英寸之间。太阳小齿轮FOD损伤前后的情况见图2a和图2b。

图2A:阳光小齿轮损坏。
图2B:在各向同性超缺陷后具有FOD损伤的阳光小齿轮。

加工

对于风力涡轮机维修,除了行星齿轮外,组件通常单独处理,它们作为一组处理。所有9个齿轮从一个风力涡轮机齿轮箱可以在一到两个班次在一个设备齐全的设施,允许往返提前时间不到一个月。如上所述,由于化学加速各向同性超精加工以这种可控的方式去除材料,即使是氮化环齿轮或复杂的齿轮组件也可以修复。该过程是在室温下用水基化学品进行的。因此,回火烧伤检查是不必要的。各向同性超精加工所有风力涡轮机齿轮的成本通常低于更换任何一个风力涡轮机齿轮本身的成本。此外,各向同性超精加工的结果是干净的,反光的齿面,很容易目视检查任何残余损伤。图3显示了在各向同性超精加工后的氮化齿圈上发现的齿裂纹,这在修复加工前是不可见的。

图3:各向同性超缺陷后氮化环齿轮裂纹显示。

结论

已经证明,各向同性的超级缺活是一种有效且经济高效的修复风力涡轮机齿轮表面损坏的方法。该过程能够修复不适合重新研磨的组件,并且被认为是地齿轮齿上的变速箱升级。这种过程的灵活性为大多数风力涡轮机维修工作的小体积环境提供了自身。鉴于需要最大限度地减少涡轮机停机以及当前和未来的维修成本,各向同性的超级缺活似乎是风力涡轮机齿轮维修市场的首选选择。

参考文献

  1. RAO,S.,McHerson,D.,Sroka,G.,直升机齿轮修理,美国齿轮制造商协会,2005年。
  2. 饶苏仁,CH-46直升机起落架的可靠性分析,中国机械工程,2007。
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《阿凡达》
Mark Michaud,Rem Surface Engineering的Rem技术研究员,是Rem Surface Engineerings的化学加速整理技术的发明者和先驱。他撰写了众多专利和技术文件,并在Agma董事会上服务了一个术语。他继续担任Agma航天委员会的副主席,作为Agma风电机委员会的成员,并作为ISO 61400-4风力发电机委员会的影子代表。他可以到达mmichaud@remchem.com.