吳佳

摘　要：本文主要介紹了幾種特（tè）種修複技術（shù）及（jí）其在風電齒輪箱（xiāng）金屬零部件出現失效後的維（wéi）修方案。實踐（jiàn）表明，適當采用特種修複技術可有效延長零件的使用壽命（mìng），降低齒輪箱維修成本。

關鍵（jiàn）詞：風電齒輪箱（xiāng）；金（jīn）屬零部件；特（tè）種修複技術（shù）；使用壽（shòu）命

0　引言

上世紀90年代（dài），國家意識到風電將在國民（mín）經濟中發揮重要作用，於是開始鼓勵風電產業發展。從2005年開（kāi）始，我國（guó）風電裝機容量飛速增長，風機總裝機容量也在逐年增加，風電運維市（shì）場已成為行業關注的新增長點。風電機組的高可（kě）靠性（xìng）是（shì）風力發（fā）電的根本要求，但由於沙塵、低溫、冰雪、雷電、風暴等惡劣環（huán）境，加上載荷、風速的巨大波動，使得機組工作時工況及其複雜（zá），極易導（dǎo）致風電（diàn）機組傳動係統和葉片在壽命期內出現（xiàn）故障，從而影（yǐng）響機組的安全性和可靠性[1]。據統計（jì），陸（lù）上風電（diàn）場運（yùn）行與維護費用占發電（diàn）總成本的10%~20%[2]。降低運行及維修費用主要靠早期探測以減少後期（qī）維修，或者采用維修（xiū）優化（huà）技術降低維修成本。在可維修範圍內，特（tè）種修（xiū）複（fù）技（jì）術對於提高風（fēng）電機組（zǔ）運行的可靠性及（jí）降低維修成本具有非常重要的意義。

1　特種（zhǒng）修複技術種類

特種修複（fù）技術是相對傳統維（wéi）修技術手（shǒu）段的一個統稱，在機械再製造行業（yè）有著極其廣泛的應用，包括激光熔覆、超音速火焰噴塗、貼片式冷（lěng）焊、電刷（shuā）鍍等，本文主要介紹在（zài）風電齒輪箱運維方麵有成功使用經驗的幾（jǐ）種特種修複技（jì）術。

1.1 激光熔覆

激光熔覆是利用高能密（mì）度激光將熔覆（fù）材（cái）料與基材一起熔凝，並形成冶金結合塗層的再製造技術。該技術稀釋度小、熔覆層組織致密、塗層與基體（tǐ）結合好，主要應用在（zài）材（cái）料表麵（miàn）改性和產品表麵修複上。

激光熔覆工藝過程：

去疲勞層→激光熔覆（fù）→探傷→機加工→探傷→檢驗

1.2 超音速火（huǒ）焰（yàn）噴塗

超音速火焰噴塗是利用（yòng）丙烷、丙烯（xī）等碳（tàn）氫係燃氣或氫（qīng）氣與高（gāo）壓氧氣在燃燒室或特殊的（de）噴嘴（zuǐ）中燃（rán）燒，產生高達3200℃的高溫高壓（yā）燃氣，焰流速度（dù）高達1500m/s，將粉末送進火焰中（zhōng），產（chǎn）生熔（róng）化或半熔化的（de）粒子，高速撞擊（jī）在基（jī）體表麵上沉積形成塗層，獲得（dé）比普通火焰噴塗或等離子噴塗（tú）幾何強度更高的致（zhì）密塗（tú）層（céng）。超（chāo）音速噴塗組織致密、塗層硬度高（gāo），耐磨性好，塗層結合強度可（kě）達（dá）100MPa以上，該技術在耐磨、耐蝕和機械零件修複（fù）領域應用廣（guǎng）泛。

超音速火焰噴塗工藝過程：

去疲勞層→超音速火焰噴塗→探傷→磨削加工→探傷→檢驗

1.3 貼片式（shì）冷焊

貼片式冷焊是應用機械力、分子力或電力（lì）使得厚度為0.05~0.2mm的不鏽（xiù）鋼薄片（piàn）焊材粘附到零件表麵從而達到修複磨損零件的一種工藝方法。該技術修複（fù）零（líng）件時發（fā）熱很小，因此可以避免傳統焊接變形、裂紋、變色等缺點。此外，該技術（shù）使用的設備體積小、重量輕，可實（shí）現現場快修。

貼片式冷焊工藝過程：

打磨→計（jì）量→冷焊不鏽鋼薄片→打磨（mó）→計量

以上特種修複技術修複周期通常為3~5天，相對於傳統的新（xīn）製零件或（huò）新製軸套（tào）工藝，可大大縮短齒輪箱維（wéi）修的供貨（huò）期，為（wéi）風電齒輪箱運維降本增效做出實質貢獻。

2　齒輪箱主要故障形式及特種修複技術維修建議

風電齒輪（lún）箱金屬零部（bù）件主要有箱體、軸承座、轉架（jià）等鑄件（jiàn），齒輪件、軸類、主軸等鍛件。不同零件（jiàn）根（gēn）據使（shǐ）用需求、維修場（chǎng）地的不同選擇Z佳的維修方式進行修複，下麵對典（diǎn）型的幾種風電零件的故障形式給出維修方案建議。

2.1 箱體

箱體的常（cháng）見故障形式主要表現在軸承孔磨損，嚴重時出現箱體（tǐ）斷裂、裂紋、止口變形（xíng）等。除了箱體軸承孔磨損外，其他如斷裂、裂紋等故障形（xíng）式的箱體理應報廢。針對軸承孔磨損（sǔn），一般選用打（dǎ）膠、貼片式冷焊、激光熔覆、鑲套等方法進行修複。打膠及貼片式冷焊一般應用在塔上修（xiū）複中，可以減（jiǎn）少維修周期、降低（dī）維修成本。當磨損量大於（yú）0.2mm時打膠（jiāo）已不能滿足維修需求，故采用貼片式冷（lěng）焊技術進行修複。貼（tiē）片式冷焊維修時需保證在磨（mó）損軸承孔同一軸線上具有一段2cm左右的未磨損基準麵，此外借助定（dìng）心工裝保證維修軸承孔（kǒng）符合圓柱度（dù）要求，雙（shuāng）重保障修複軸承（chéng）孔的（de）幾何尺寸。當齒輪箱軸承孔磨損非常嚴重時需下架返修，返廠後一（yī）般選擇鑲套或激光熔覆技術修複箱體軸承孔（kǒng），由於鑲套在風電運（yùn）維方麵有著較長時間的使（shǐ）用經驗，且價格較低，故?先選擇鑲套（tào），無法滿足鑲套條件時（shí）即采用激光熔覆。

2.2 轉架

轉架故障一般在（zài）齒輪（lún）箱下架拆箱後發現，故障形式主要體現在軸頸磨（mó）損（sǔn）和轉架內孔拉毛。考慮到轉架受扭力較大，一般采用塗層（céng）結合性較好的激光熔覆技術進行修複，修?基本步驟與箱體相同（tóng），拉毛嚴重時需對較深凹坑進行打磨後局部熔覆填補，再進行整體熔覆罩麵。

2.3主軸

主軸（zhóu）故障通常表（biǎo）現在軸承軸頸磨損或拆卸時軸頸拉毛，由於主軸運（yùn）行（háng）時受到極大的扭力，修複時（shí）對塗層的結合性要求非常高，故通（tōng）常采用（yòng）激光熔覆技術進行修複。自2016年至（zhì）今，已有近百根主軸修複後投入運行，目前一切正常。

2.4 軸類零件

對（duì）於花鍵軸、高速軸等軸類零件，在其軸頸磨損失效後可采用超音速火焰噴塗或激光熔覆技（jì）術進行修複。花鍵軸壁薄，傳統的鑲套工藝、堆焊工藝較難滿足修複要求，而超音（yīn）速噴塗熱輸入小（xiǎo），不僅可以修複磨損的尺寸，還（hái）能使得修複後的花鍵軸軸頸（jǐng）具有優異的耐磨性。高速軸軸頸磨損時，激光（guāng）熔覆仍是首選的較為安全可（kě）靠的修複技術（shù）。

以上零件在（zài）實際維修中會（huì）根據需求采用不同的特（tè）種修（xiū）複技術進行（háng）修複，投入使用時間3~5年不等，且（qiě）仍在正常運行中。在安全可靠運（yùn）行的前提下，特種修複技術結合傳統修複（fù）工藝可以Z大（dà）程度降低零件報廢率，降低風電齒輪箱運維成本。

3　零件維修經濟性分析

3.1 零件（jiàn）修複經濟性計算（suàn）公式

零件維（wéi）修中Z受關注的因素包括維修成本、維修周期、維修後零（líng）件的使用期等。維修成本直（zhí）接決定零件維修的可能性；維修周期在風電齒輪（lún）箱運維（wéi）過程中顯得尤為重要，因為長時間停機必將給風電場帶（dài）來巨（jù）大的經濟損失；維修（xiū）後零件的使用期是（shì）評價（jià）維修方（fāng）法可靠有效的重要（yào）指標。零件維修經（jīng）濟性主要由修複零件費用、零（líng）件修複後的使用期（qī）及新零件製造成（chéng）本（běn）和使用期決定。

零件修複（fù）經濟性計算公式如下：

S修——修複（fù）舊零件的費用（元）；

T修（xiū）——零件修複後的使用期（月）；

S新——新零件的製造成本或購買新零件的費用（元）；

T新——新零件的使（shǐ）用期（月）。

一般情況下，

＜，即表示此種修複工藝經濟可取，且係數越低說明修複經濟性（xìng）越好。在製定零件維修方案時，可參照此計算公式進行評估選擇。

3.2 修複經濟性（xìng）評估（gū）案例

以激光熔覆修複某機型主軸軸頸（jǐng）為例，新主軸製造費用合計約100000元，使用（yòng）期一般為8-10年（nián），按120個月計（jì），主軸修複費用合計25000元，修複後可質保5年，使用期按60個月計，則＝＜，則該主軸采用激（jī）光熔覆工藝維修時，經濟性良好，可以維修。

4　結論

本文（wén）對（duì）幾種特種修複（fù）技（jì）術（shù）進行了簡單說明，並對（duì）可修複的風電齒輪箱零件給（gěi）出了維修（xiū）方案建議，這為風（fēng）電運維（wéi）市場的維修方式提供了更多的選擇。在製定零件修複方案時可參考零件修複經濟性計（jì）算（suàn）公式進行評估（gū），在（zài）維修質量可靠的條件下，以評估維修方案的經濟性。

參考文獻

[1] 張曉玲（líng）.試論風電機組維（wéi）修策略與故障統計[J].設備（bèi）管理與改造,2013，18：68-69.

[2] 翟長（zhǎng）武，董玉亮.風（fēng）電機組關鍵部件維修優（yōu）化[J].技術，2016，2:110-113.

作者：南京安維士傳動技術股份有（yǒu）限公司  

吳佳（1988- ），女，工程師，主要從事特種修複及熱處理相關工作。

來源：《第六（liù）屆中國風電後市場交流合作大會論文集》2019年