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诊断风力发电机组齿轮箱故障的方法和技术

2020-03-13 286 上传者：管理员

摘要：因为齿轮箱的运作情况与风力发电系统有着直接关系，所以若想进一步降低风力发电机组的损失概率，更好地维修齿轮箱设备，就需要工程技术人员准确地判断和找出风力发电机组齿轮箱的故障和问题，并采取有效的措施加以解决和完善。齿轮箱可以通过监测信号来知晓设备的运行情况，因此工程技术人员应该将振动信号的变化作为重点的关注内容，并分区域和分时段来处理信号数据，以更好地诊断齿轮箱的运行效果。基于此，本文重点比较了齿轮箱不同运转环境下的振动情况，之后更是总结出了风力发电机组齿轮箱故障的诊断原理和方法，以供参考。

关键词：
故障诊断
转动结构
风力发电机
齿轮箱
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1、风力发电机组齿轮箱的构造和工作原理

1.1 风力发电机组齿轮箱的构造

风力发电机组齿轮共有箱体、齿轮传动零件、轴承和相关的润滑系统。传动零件中有行星架、太阳轮、输入轴、行星轮和内齿圈等零件，依照动力传动方式可以分成定轴齿轮、行星齿轮传动和组合式的传动形式。而齿轮箱的箱体需要借助齿圈轴来支持，并且将叶轮的转动力有效地带至输出轴中，这样可以更好地承担内外等载荷；而齿轮箱里面有3行星轮与两级定轴的齿轮传动。而一级行星齿轮传动同二级定齿轮传动齿轮箱组合在一起，形成一个完整的转动结构。

1.2 风力发电机齿轮箱的工作原理

叶轮在风的作用下可以将轮毂转动纳入到齿轮箱的输入轴中，这样可以促进行星架的转动和运作。行星轮和轮箱体上的内齿圈在自转的时候还要完成公转运动，还要做好第一轮的增速运动；之后太阳轮还要带动同轴大齿轮以及中间轴的小齿轮啮合一起转动，这样可以更好地实现二级的增速运动；当中间轴与输出轴的齿轮啮合之后一起转动，这样可以实现三级的增速运动。经过三个层级的转速运动可以更好地让发电机发电和运作。

2、风力发电机齿轮箱中常见故障和问题

2.1 断齿问题

风力发电机齿轮在转动的时候需要承担很大的冲击力和偏载力，经常通过周期力的形式呈现出来，而且如果齿轮根部不断扩大会造成断齿问题的出现。除此之外，异物颗粒进入到齿轮中也会产生较大危害。

2.2 轴承问题

齿轮的周期性载重也会给轴承带来相应的冲击力，甚至出现轴承问题。与此同时，如果工作不太稳定也会造成轴承的油膜晃荡或者润滑不良等现象，这样容易破坏轴承的稳定性和安全性。

2.3 漏油问题

从漏油问题来看是因为部件之间的安装不太合理有效，其中零件制造手艺不够精湛，运行环境条件较差，从而引发了漏油问题。

2.4 润滑油超温问题

风力发电机长时间工作或者是满负荷，那么就会造成润滑油温度的升高，并且出现一些问题，首先，润滑油的管路被堵，散热风扇难以正常运作，从而造成散热效果较差，并且出现润滑油温度增高的现象；第二，冷却系统如果被破坏就容易降低效率，也会提升润滑油的温度；第三，发电机组齿轮和轴系没有安装妥当也会造成润滑油温度超标，从而引发一些超温问题。

2.5 点蚀问题

因为齿轮在运作的时候会需要担负交变的载荷，并且在齿面深处产生较大的剪切力，因为剪切力变化是不均匀的，如果剪切力到达了齿轮的最大疲劳值，那么就会出现严重的疲劳破坏，并且还会残留裂纹在齿面上，并且出现小金属颗粒的掉落现象，这种情况也被称作是点蚀问题。

2.6 齿面磨损问题

风力发电机组齿轮箱的齿轮磨损大多出现在渐开线的工作面上，而齿轮啮合的磨损表现在四个方面，首先，一般性磨损是指金属表面的接触和自然速率的破损，从而影响了齿轮的正常运转,这对于齿面的使用年限也有一定的要求；第二，金属长时间在恶劣的环境下工作，需要负担的负荷重力较大，那么会导致中度的磨损，这也会影响齿轮的正常运行；第三，齿面的破损也会影响齿轮的不平衡性和不稳定性；第四，外物对齿轮也会带来一定的影响，如果外物侵蚀比较严重，那么很有可能造成齿轮的破损和损坏。

3、诊断故障和问题的方法与技术

3.1 振动幅值的调制诊断方式

由于齿轮箱长时间负担着周期载荷压力，这样会产生一定量的振动幅值，要合理地调制好振动幅值，并且诊断好齿轮箱的问题，而诊断过程中主要把齿轮旋转轴信号当作是调制波频率，并且将齿轮啮合的频率设置为载波的频率。当齿轮负担了一定的载荷之后，齿轮的转速也会有所变化，并且组成振动系统中的频率调制。如果齿轮出现问题那么就会在频谱上有所反应。比方说，如果齿轮副破损就会在频率谱上出现多频率，这与磨损种类也有一定联系。一般来说，使用频率测试装置来检测可以更好地判断齿轮副的工作情况。

3.2 诊断振动问题的技术和手段

齿轮运作的时候容易出现振动现象，而振动信号当中也会包含较多内容，这有助于进一步分析和思考振动的问题和故障种类，由于不同故障或问题也有规律，并且与振动特征也所关联，这将会带来一些频率谱线改变。使用在线检测的方法可以更好地提取振动频谱，并将其作为基准频谱，之后对比和监测齿轮箱的频谱差异，这样可以更好地为诊断工作奠定基础。而该检测方式是将复杂波形分解成谐波，这样可以进一步降低分析难度，还可以有效地判断出风力发电机组齿轮箱的问题。

3.3 诊断振动频谱的技术和方法

齿轮箱结构具有两种振动模式，也就是常规振动与非常规振动模式。齿轮箱在运转的时候如果未出现故障问题不会产生太大的振动，但是非常规型振动中如果齿轮箱出现故障就会带来相应的振动幅度变化与振动频率变化，这主要与齿轮箱的综合刚度有关。一般来说，正常工作中的齿轮箱与非正常工作中的齿轮箱会出现不同的振动现象，而这些变化与频谱有着很大关联，因此工程技术人员要结合振动信号来诊断齿轮箱的问题。

4、结束语

齿轮箱是风力发电机组当中的重要设备，而齿轮箱关系到运行稳定，与发电机组的安全也有很大关系，所以工程技术人员要正确认识和分析风力发电机组齿轮箱中的问题，还要把握好风力发电机组的相关原理，这样才能够更好地判断出风力发电机组中齿轮箱故障问题，并且采取有效的诊断技术和手段。

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