風電齒輪箱故障診斷分析方法

一、風電齒輪箱結(jié)構(gòu)分析

目前國際上采用的風力發(fā)電機組傳動形式主要分為直驅(qū)型、齒輪箱增速傳動型。增速齒輪箱作為風電機組中重要零部件之一，是風電供應鏈的關鍵一環(huán)，其精密度、可靠性及工作壽命直接影響風電機組的性能。風力發(fā)電機組一般安裝在高原、寒冷、沙塵、腐蝕、海邊等工作環(huán)境惡劣的地區(qū)，且運行工況較為復雜。國內(nèi)外風電齒輪箱結(jié)構(gòu)類型較多，主要是根據(jù)風電機組整機廠提供的要求進行設計，從而導致與其配套的風電齒輪箱產(chǎn)品種類、規(guī)格多，差異大，從而形成了技術路線的多樣化。但總體方面，風電齒輪箱可分為平行級傳動、行星級傳動、行星級加平行級傳動、復合行星輪系、功率分流等傳動形式，均由箱體、齒輪、軸承等核心部件組成。

二、風電齒輪箱工作原理

風力發(fā)電機組中的齒輪箱是一個很重要的機械部件，其主要功用是將風輪在風力作用下所產(chǎn)生的能量傳遞給發(fā)電機并使其得到相應的轉(zhuǎn)速。風力發(fā)電機組一般安裝在高原、寒冷、沙塵、腐蝕、海邊等工作環(huán)境惡劣的地區(qū)，且運行工況較為復雜。通常風輪的轉(zhuǎn)速很低，遠達不到雙饋發(fā)電機、高速永磁發(fā)電機所要求的并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，這時需通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實現(xiàn)功率傳遞。齒輪箱輸入端通過脹緊套裝置或螺栓與主軸相連，輸出端通過聯(lián)軸器與發(fā)電機相連（或直接與發(fā)電機集成）。

三、狀態(tài)監(jiān)測技術

狀態(tài)監(jiān)測技術是在設備管理和維修的基礎上發(fā)展起來的，主要通過對動設備振動參數(shù)、性能參數(shù)、工藝參數(shù)等數(shù)據(jù)進行采集、監(jiān)測、分析，評估設備當前狀態(tài)正常或異常與故障之間的關系，及時掌握設備實際運行狀態(tài)，對設備存在的潛在故障及時預警以預測未來發(fā)展趨勢。就其技術手段而言，已逐步形成包含振動監(jiān)測、油樣分析、溫度監(jiān)測和仿真建模等多參數(shù)為主的綜合性分析監(jiān)測技術。計算機硬件技術的發(fā)展以及軟件技術的日新月異，極大地促進了信號分析與處理技術的提升，從而進一步推動了狀態(tài)監(jiān)測技術向著科學化和實用化的方向發(fā)展。總之，通過狀態(tài)監(jiān)測技術的實施，對關鍵設備如泵組、風機等潛在故障適時維護、維修，保證泵組和風機運行狀態(tài)的穩(wěn)定性與可靠性。

四、齒輪箱故障的診斷方法

4.1、觀察法

風電齒輪箱故障診斷主要是根據(jù)齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)外表進行分析，通過觀察其正常運作以及發(fā)生故障時的尺寸大小、完好程度、凹凸狀況等，對不同時期的照片進行觀察，發(fā)現(xiàn)故障前和故障后的區(qū)別，從而找出故障原因，需要觀察者具有較高的從業(yè)經(jīng)驗。微觀分析主要是在宏觀分析的前提下，通過精確測量齒輪箱零部件的形狀和大小，對相應部件進行提取，移動到實驗室中使用高倍顯微鏡等儀器對肉眼找到的細微痕跡進行放大觀察，從而為未能通過宏觀分析找出故障問題的類型提供參考依據(jù)。

4.2、資料分析法

科學的診斷方法離不開資料分析診斷，由于風電機組屬于大型機械，要求作業(yè)人員對機組運行狀態(tài)、保養(yǎng)等情況進行記錄，以及理解風電機組的使用說明等，通過對齒輪箱各傳感器的歷史數(shù)據(jù)記錄，如：軸承溫度、潤滑油壓力等進行分析，從而可以有效地篩查重點，找到問題所在，還可以根據(jù)以往風電齒輪箱故障的原因進行類比分析。除此之外，我們還應保存好每一次的維修、保養(yǎng)記錄，做好資料留存工作，以便下一次分析使用。

4.3、振動分析法

振動分析是對齒輪、軸承是否處于正常工作狀態(tài)的一種建議分析，也可以對處于異常工作狀態(tài)的齒輪、軸承進行精密診斷分析并采取其他措施。噪聲診斷法、沖擊脈沖（SPM）診斷法和振動診斷法等是常見的分析法。振動診斷法是利用齒輪的振動強度大小來判別齒輪的工作狀態(tài)是否正常，振動診斷法根據(jù)判定指標和標準不同分為絕對值判定法和相對值判定法。

4.4、信號分析法

齒輪故障比較復雜，在實際工作中，通常是先利用風電機組自帶的故障顯示器的顯示結(jié)果去判斷齒輪箱的故障問題，有時候顯示儀上顯示的結(jié)果就是故障結(jié)果。有時則需要采用其他的分析法進一步對故障進行識別取人，最終得出精密診斷結(jié)果。

五、存在的損傷

風場調(diào)整生產(chǎn)計劃，停機對齒輪箱輸出軸軸承損傷情況和齒輪嚙合情況進行檢查，發(fā)現(xiàn)以下幾個方面的損傷：

5.1、輸入軸軸承在沖擊載荷作用下，工作表面的局部應力超過材料的疲勞極限，在軸承滾道與滾子接觸面上出現(xiàn)不均勻的凹坑，發(fā)生沖擊性塑性變形。

5.2、軸承工作不良，在強大的扭矩下，輸入軸與軸承內(nèi)圈產(chǎn)生相對滑動，發(fā)生高溫燒傷軸頸的現(xiàn)象。

5.3、相互嚙合的齒的頂部受到交變沖擊載荷的作用，逐漸產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋又在嚙合過程中不斷擴展，齒面表層金屬一小塊一小塊地剝落下來，最終形成坑蝕。

解體檢查發(fā)現(xiàn)的設備損傷類型完全與故障診斷結(jié)論相一致，為了進一步驗證狀態(tài)監(jiān)測技術在齒輪箱故障診斷方面的效果，我們對修復后的齒輪箱進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)檢修后的齒輪箱振動速度值和加速度值均在正常范圍內(nèi)，而且趨勢平穩(wěn)。

總之，本文通過對狀態(tài)監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)的觀察分析，及時發(fā)現(xiàn)齒輪箱存在嚴重的設備隱患，并及時進行檢修，避免了惡性設備事故發(fā)生和全裝置非計劃的停工，實際解體和修復后的監(jiān)測結(jié)果也證明狀態(tài)監(jiān)測技術能及時發(fā)現(xiàn)設備隱患，實現(xiàn)設備的預知性檢修，提高設備管理水平。

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