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防止N60機(jī)組齒輪箱機(jī)架竄動和報警裝置
陳鴻鵬 2021/5/8 19:02:38
（華電風(fēng)力發(fā)電有限公司，黑龍江哈爾濱，157599）
摘要：N60機(jī)組2005年03月份投產(chǎn)發(fā)電，至今運(yùn)行15年有余，機(jī)組各部件已存在老化現(xiàn)象，尤其是振動減震緩沖膠墊；主機(jī)架承載著齒輪箱運(yùn)行時大部分的沖擊力，而膠墊起到緩沖主機(jī)架的作用力，膠墊一旦老化破損，主機(jī)架就會竄動。本文通過對N60主機(jī)架竄動故障機(jī)理分析的研究，發(fā)明了防止N60機(jī)組齒輪箱機(jī)架竄動和報警裝置。并從實(shí)際的機(jī)械結(jié)構(gòu)、工作位置、電氣反饋信號等方面，研究如何解決膠墊一旦老化破損，主機(jī)架就會竄動；該缺陷非常危險，易造成齒輪箱脫離主機(jī)架束縛而發(fā)生劇烈振動，發(fā)生更嚴(yán)重的機(jī)械損傷。
關(guān)鍵詞：齒輪箱 竄動 報警
1 引言
齒輪箱在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用很廣泛，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組當(dāng)中就經(jīng)常用到，而且是一個重要的機(jī)械部件，齒輪箱其主要功用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機(jī)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。通常風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速很低，遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)電機(jī)發(fā)電所要求的轉(zhuǎn)速，必須通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實(shí)現(xiàn)，故也將齒輪箱稱之為增速箱。主機(jī)架齒輪箱支撐結(jié)構(gòu)，包括底座和第一法蘭，底座內(nèi)腔的兩側(cè)壁上對稱地設(shè)有兩個支撐板，兩個支撐板用于安裝并支撐齒輪箱；支撐板上設(shè)有第一筋板和第二筋板；第一筋板設(shè)置在支撐板靠近第一法蘭一側(cè)并向底座的底部延伸，第一筋板與底座的底面形成第一夾角；第二筋板設(shè)置在支撐板遠(yuǎn)離第一法蘭一側(cè)并向底座的底部延伸，第二筋板與底座的底面形成第二夾角；第一筋板、支撐板和第二筋板為一體設(shè)置并形成平頂拱形結(jié)構(gòu)。通過將支撐板設(shè)計成一體設(shè)置的平頂拱形結(jié)構(gòu)，相比支撐板加豎直或傾斜支撐結(jié)構(gòu)，拱形結(jié)構(gòu)合理均勻分散了水平和豎直方向的載荷，以使得支撐結(jié)構(gòu)合理均勻的傳遞齒輪箱的作用力，降低了支撐結(jié)構(gòu)腳趾處的應(yīng)力集中，在滿足強(qiáng)度設(shè)計要求的同時便于重量控制和工藝生產(chǎn)。
根據(jù)主機(jī)架位置的特點(diǎn)，可以嘗試設(shè)計出一種防止N60機(jī)組齒輪箱機(jī)架竄動的機(jī)構(gòu)，制作L型高強(qiáng)度厚鐵板，固定在竄動的位置，加裝相應(yīng)的報警反饋裝置，當(dāng)主機(jī)架有發(fā)生相對位移的時候觸發(fā)形成開關(guān)，反饋信號到主控室通知檢修人員。
2 制作機(jī)械擋板結(jié)構(gòu)
根據(jù)主機(jī)架位置的特點(diǎn)，可以設(shè)計出一種防止N60機(jī)組齒輪箱機(jī)架竄動的機(jī)構(gòu)，制作L型高強(qiáng)度厚鐵板，固定在竄動的位置，加裝相應(yīng)的報警反饋裝置，當(dāng)主機(jī)架有發(fā)生相對位移的時候觸發(fā)形成開關(guān)，反饋信號到主控室通知檢修人員 ；測量主機(jī)架本體得到以下數(shù)據(jù)量：
（1）安裝螺栓的螺帽直徑24mm，長度30mm；
（2）兩個螺栓之間的中心孔距是170mm;
（3）螺栓中心孔到邊界的距離27mm；
（4）螺栓中心孔到主機(jī)架固定螺栓的距離35mm；
（5）主軸上下的邊界尺寸是300mm，左右的尺寸400mm；
按照測量尺寸制作Ｌ型高強(qiáng)度后鐵板：與主機(jī)架相接觸的位置在L型鐵板內(nèi)側(cè)中心處附近焊接高強(qiáng)度彈簧，目的是當(dāng)主機(jī)架發(fā)生竄動時可以推動帶有彈簧的長螺桿向前移動，彈簧的長度受到上面測量數(shù)據(jù)的影響，最佳尺寸是27mm。制作圖如下：
上圖：機(jī)械擋板
3 反饋信號
當(dāng)主機(jī)架發(fā)生竄動時，主機(jī)架推動L型鐵板內(nèi)側(cè)中心處附近焊接高強(qiáng)度彈簧，螺桿發(fā)生移動，螺桿上靈敏度可調(diào)節(jié)的螺母帽（墊片和螺母焊接組成）就會觸發(fā)行程開關(guān)，使常閉觸點(diǎn)變成常開，該回路內(nèi)的24V因此消失，風(fēng)機(jī)柜內(nèi)的服務(wù)功能模塊7.18的13口失去24V電壓，觸發(fā)機(jī)組停機(jī)顯示服務(wù)模式，主控監(jiān)盤人員發(fā)現(xiàn)后，通知檢修人員登機(jī)查看齒輪箱機(jī)架是否發(fā)生竄動；就算齒輪箱主機(jī)架已經(jīng)發(fā)生相對竄動，也會由于安裝的鐵板阻止其更進(jìn)一步發(fā)生位移變化。
4 產(chǎn)生價值
應(yīng)用到這種報警裝置，一旦齒輪箱機(jī)架發(fā)生竄動，機(jī)組能夠及時停機(jī)，監(jiān)控人員無法復(fù)位，必須上到機(jī)艙檢查，可將小范圍的竄動進(jìn)行人工修復(fù)，不至于缺陷擴(kuò)大化，安全隱患也會大大降低；目前該裝置已經(jīng)在華富穆棱風(fēng)電場內(nèi)推廣應(yīng)用，該裝置也可應(yīng)用到其他易發(fā)生機(jī)械竄動得風(fēng)電機(jī)組；已經(jīng)采用新工藝實(shí)際解決隱患23臺次。單機(jī)直接節(jié)省工程外包費(fèi)用80余萬元（雇用吊車費(fèi)和更換大部件費(fèi)用），單臺機(jī)組平均故障處理時間節(jié)省30天（發(fā)生大部件損壞，從采購、招標(biāo)、進(jìn)場、安全考試、調(diào)試、驗(yàn)收所用到的時間），每天的平均發(fā)電量3600kW（按照可研年平均風(fēng)速6.5m/ｓ和N60的功率曲線150kw），一度電的上網(wǎng)電價0.72元，單機(jī)間接電量收益7.7萬余元。累計創(chuàng)造效益近87.7萬元。經(jīng)過新工藝的實(shí)施，解決了運(yùn)行15年的N 60機(jī)組在齒輪箱機(jī)架竄動由外來單位入場進(jìn)行外包的局面。（未完，下一頁）
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