風(fēng)電齒輪箱故障診斷分析方法

一、風(fēng)電齒輪箱結(jié)構(gòu)分析

目前國際上采用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)形式主要分為直驅(qū)型、齒輪箱增速傳動(dòng)型。增速齒輪箱作為風(fēng)電機(jī)組中重要零部件之一，是風(fēng)電供應(yīng)鏈的關(guān)鍵一環(huán)，其精密度、可靠性及工作壽命直接影響風(fēng)電機(jī)組的性能。風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(yùn)行工況較為復(fù)雜。國內(nèi)外風(fēng)電齒輪箱結(jié)構(gòu)類型較多，主要是根據(jù)風(fēng)電機(jī)組整機(jī)廠提供的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而導(dǎo)致與其配套的風(fēng)電齒輪箱產(chǎn)品種類、規(guī)格多，差異大，從而形成了技術(shù)路線的多樣化。但總體方面，風(fēng)電齒輪箱可分為平行級傳動(dòng)、行星級傳動(dòng)、行星級加平行級傳動(dòng)、復(fù)合行星輪系、功率分流等傳動(dòng)形式，均由箱體、齒輪、軸承等核心部件組成。

二、風(fēng)電齒輪箱工作原理

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的齒輪箱是一個(gè)很重要的機(jī)械部件，其主要功用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的能量傳遞給發(fā)電機(jī)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(yùn)行工況較為復(fù)雜。通常風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速很低，遠(yuǎn)達(dá)不到雙饋發(fā)電機(jī)、高速永磁發(fā)電機(jī)所要求的并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，這時(shí)需通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實(shí)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(jī)相連（或直接與發(fā)電機(jī)集成）。

三、狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)是在設(shè)備管理和維修的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要通過對動(dòng)設(shè)備振動(dòng)參數(shù)、性能參數(shù)、工藝參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)測、分析，評估設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)正?；虍惓Ｅc故障之間的關(guān)系，及時(shí)掌握設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，對設(shè)備存在的潛在故障及時(shí)預(yù)警以預(yù)測未來發(fā)展趨勢。就其技術(shù)手段而言，已逐步形成包含振動(dòng)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(shù)。計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展以及軟件技術(shù)的日新月異，極大地促進(jìn)了信號分析與處理技術(shù)的提升，從而進(jìn)一步推動(dòng)了狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)向著科學(xué)化和實(shí)用化的方向發(fā)展?？傊?，通過狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的實(shí)施，對關(guān)鍵設(shè)備如泵組、風(fēng)機(jī)等潛在故障適時(shí)維護(hù)、維修，保證泵組和風(fēng)機(jī)運(yùn)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(fēng)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(jìn)行分析，通過觀察其正常運(yùn)作以及發(fā)生故障時(shí)的尺寸大小、完好程度、凹凸?fàn)顩r等，對不同時(shí)期的照片進(jìn)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(yàn)。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(yīng)部件進(jìn)行提取，移動(dòng)到實(shí)驗(yàn)室中使用高倍顯微鏡等儀器對肉眼找到的細(xì)微痕跡進(jìn)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(xué)的診斷方法離不開資料分析診斷，由于風(fēng)電機(jī)組屬于大型機(jī)械，要求作業(yè)人員對機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、保養(yǎng)等情況進(jìn)行記錄，以及理解風(fēng)電機(jī)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(jìn)行分析，從而可以有效地篩查重點(diǎn)，找到問題所在，還可以根據(jù)以往風(fēng)電齒輪箱故障的原因進(jìn)行類比分析。除此之外，我們還應(yīng)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(dòng)分析法

振動(dòng)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(jìn)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(dòng)診斷法等是常見的分析法。振動(dòng)診斷法是利用齒輪的振動(dòng)強(qiáng)度大小來判別齒輪的工作狀態(tài)是否正常，振動(dòng)診斷法根據(jù)判定指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)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(fù)雜，在實(shí)際工作中，通常是先利用風(fēng)電機(jī)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(shí)候顯示儀上顯示的結(jié)果就是故障結(jié)果。有時(shí)則需要采用其他的分析法進(jìn)一步對故障進(jìn)行識別取人，最終得出精密診斷結(jié)果。

五、存在的損傷

風(fēng)場調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，停機(jī)對齒輪箱輸出軸軸承損傷情況和齒輪嚙合情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)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(yīng)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(qiáng)大的扭矩下，輸入軸與軸承內(nèi)圈產(chǎn)生相對滑動(dòng)，發(fā)生高溫?zé)齻S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(kuò)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(shè)備損傷類型完全與故障診斷結(jié)論相一致，為了進(jìn)一步驗(yàn)證狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在齒輪箱故障診斷方面的效果，我們對修復(fù)后的齒輪箱進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)檢修后的齒輪箱振動(dòng)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(shí)發(fā)現(xiàn)齒輪箱存在嚴(yán)重的設(shè)備隱患，并及時(shí)進(jìn)行檢修，避免了惡性設(shè)備事故發(fā)生和全裝置非計(jì)劃的停工，實(shí)際解體和修復(fù)后的監(jiān)測結(jié)果也證明狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)知性檢修，提高設(shè)備管理水平。

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