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再制造+黑科技”∣让风机变桨齿轮再次穿上“黄金铠甲”

作者:唐山二手发电机组 来源:未知 发布时间:2020-07-05 00:29

一、配景

变桨齿轮首要用于兆瓦级以上型号的风电机组上,是风力发电机组传动系统中受力复杂的零部件之一。按照变桨驱动系统的工作特点,要求变桨齿轮应具有高靠得住性、运转灵动等特点,一样变桨齿轮的设计寿命为20年,因为工作情况恶劣和交变载荷运行等原因,变桨齿轮在运行3-5后会显现分歧水平的磨损,如不实时修复将加剧齿轮磨损,引起齿面剥落或齿轮断齿等情形涌现,造成风机无法正常变桨。

变桨齿轮显现严重磨损而导致风机无法正常变桨时,普通采用吊装替代的格局进行修理。传统吊装替换修整不仅周期长、风险大、受地形情况影响制约,并且修理成本高、发电量损失大,是风电场业主遍及面临的难题之一。跟着塔上修理手艺的提高和新对象的泛起,风电齿轮箱塔上修整规模从早期的漏油处理、外部件替换,到失效齿轮的再制造等修理局限赓续扩大。2017年12月,由国度十二部门结合印发的《增材制造家产成长动作打算(2017-2020年)》通知明确指出,在核电、水电、风电、火电装备等设计、制造环节使用再制造手艺,实现大型、复杂零部件的快速原型制造、直接制造和修复。

二、变桨齿轮磨损剖析

风机恒久处于低速、重载及交变载荷的工况中,而风机变桨驱动系统为典型的开式齿轮传动,其首要失效格局为相对滑动引起的齿面磨损。因为风机非凡的掌握策略,风机变桨驱动系统在其工作寿命的70%时间里,都是由0°位置四周齿承受来去微动啮合,如下图所示。是以在长时间的交变载荷感化下,驱动齿与0°位置周边齿啮合频率高,其轮廓易显现因接触委靡引起的麻点、剥落及微点蚀等,从而加剧磨损。

图1 分歧啮合位置感化时间分布图

按照ISO 6336-5:2003尺度,对风机变桨齿轮磨损阐发和较量得出,当齿轮模数m>10mm~16mm时,齿面有效淬火层深度h≤2mm。是以,风电机组变桨齿轮单边的最大磨损量为不跨越2mm。当变桨齿轮单边磨损量跨越2mm时,应实时对淬火层进行再制造修复,确保风机正常运行。

三、再制造修复难点

(一)工艺难点

变桨齿轮大部门使用42CrMo材料(参照尺度GB/T 3077-2015)制备,属于中碳调质钢。变桨齿轮为获得较高的强度机能,采用整体调质(淬火+高温回火)后外面淬火的体式处理,加工后,齿轮外面硬度可达到HRC60。42CrMo的含碳量较高(0.38~0.45%),并插手其它合金元素,以包管钢的淬透性,消弭回火脆性,再过程调质处理获得综合机能较好的高强钢,具有高强度和高硬度特征,但韧性相对较低。是以,再制造手艺在变桨齿轮修复中应用时,对工艺要求极高。

(二)工况难点

高空修复对增材制造手艺和设备限制较大,变桨齿轮受力频仍且复杂,这些身分对修复工艺和材料要求极高。修复材料应具有较高的强度特征,能经受恶劣的工况,与齿轮连系性好,修复后不发生剥落。此外,这种工况恶劣的齿轮不克进行多次修理,多次修理频仍的热输入对基体影响极大,轻易造成齿轮泛起断齿情形。

四、修复方案

针对变桨齿轮淬火层的再制造修复需求,提出“颗粒增加增材制造+再制造升级”的思路。对齿轮进行预处理后,现场功课,进行再制造修复,使得齿面尺寸获得恢复。修复材料选择自立研发的颗粒增加金属基复合强化材料H17。H17属于高耐磨性金属基强化复合材料,材料机能德国SGS认证,耐磨性处于国际领先水平。H17在充实考虑材料配副性的同时,可提高修复齿的耐磨性。同时哄骗怪异的材料设计,使得修复齿面具有自润滑结果,服役过程中或许改善润滑前提,进一步提高齿轮服役寿命。

图2 焦点材料

基于工艺及工况难点,变桨齿轮再制造修复过程中应严酷节制焊层厚度、焊道长度及层温等,并选用合适的焊接参数掌握来实现材料焊接和材料强化,修复流程如下图所示。该修复手艺可实现平均3天完成1台风机修复,修复后齿面的尺寸、硬度等获得恢复,风机可不变运行。

五、修复业绩

大生清风(北京)科技有限公司研发的风电机组变桨齿轮淬火层修复手艺过程再制造手艺登塔功课,可有效进行淬火层的再制造,恢复齿轮精度,提高齿面强度和耐磨性,从而耽误齿轮的使用寿命,工艺解决了风电机组变桨齿轮淬火层磨损问题,同时大大降低了修复周期,包管风场正常发电,提高发电效率。2019年,公司承接风电机组变桨齿轮磨损修复总数约40台,修复齿数300余个,买卖分布全国十余个省市,修复结果均获得业主承认。




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