振動分析和內(nèi)窺鏡檢測在風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱故障診斷中的配合應(yīng)用

索紅光 唐偉

摘 要：組合利用離線式振動分析設(shè)備和工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡，對一臺出現(xiàn)齒面裂紋的風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱進行振動數(shù)據(jù)采集和分析，對完善風(fēng)電機組齒輪箱故障數(shù)據(jù)，積累故障診斷經(jīng)驗有較大的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電齒輪箱；故障診斷；振動分析；內(nèi)窺鏡檢測

中圖分類號：TH113.21 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）18-0047-02

1 背景概述

在異步和雙饋型風(fēng)力發(fā)電機組中，齒輪箱是重要的增速部件，它將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下獲得的動力傳遞給發(fā)電機并使之增速，發(fā)電機將獲得的動能最終轉(zhuǎn)化為電能并輸送到電網(wǎng)。

由于機組安裝在高山、荒野、海灘、海島等風(fēng)口處，無規(guī)律的變向變載荷的風(fēng)況，強陣風(fēng)的沖擊，酷暑、嚴寒和極端溫差的影響等，一系列因素使得齒輪箱成為風(fēng)力發(fā)電機組中故障率較高、停機損失較大的薄弱環(huán)節(jié)。因此，尋找切實有效的齒輪箱故障診斷方法，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，采取主動性維護維修措施，對提升風(fēng)電機組的發(fā)電性能，保證機組的安全穩(wěn)定運行，具有非常重要的意義。

隨著現(xiàn)代測試技術(shù)和信號處理技術(shù)的發(fā)展進步，振動分析方法得到了快速發(fā)展，成為齒輪箱狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷主流方法之一。但是由于風(fēng)力發(fā)電機組具有齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運行工況復(fù)雜多變的特點，振動分析法在強背景噪聲的條件下的診斷精度還有待進一步驗證。工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡具有成像直觀的優(yōu)點，但同時也存在視野局限的不足。因此在現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電齒輪箱故障診斷實踐中，結(jié)合使用振動分析和工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡，使兩者優(yōu)勢互補，這對提升齒輪箱狀況診斷精度，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，保證風(fēng)電機組的安全運行有重要意義。

2 振動理論

風(fēng)電齒輪箱是一個復(fù)雜的彈性機械系統(tǒng)。齒輪嚙合時輪齒的彈性變形、時變嚙合剛度、嚙入出沖擊、齒側(cè)間隙、制造誤差等都對輪齒靜動力接觸特性、系統(tǒng)動態(tài)性能、系統(tǒng)傳動精度等有很大影響。齒輪箱同時承受由原動機和負載引入的外部激勵和由時變嚙合剛度、齒輪傳動誤差和嚙合沖擊所引起的內(nèi)部激勵，其振動受軸、齒輪、軸承等多種振動的影響，具有高度的非線性特點及耦合效應(yīng)，從而導(dǎo)致齒輪箱振動信號復(fù)雜，難以建立完美的動力學(xué)模型。在研究齒輪及齒輪箱故障時，我們將齒輪傳動副作為一個振動系統(tǒng)，以簡化研究過程。

5 結(jié) 語

齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機組中最主要，同時也是故障率較高、故障損失較大的核心部件之一，及早發(fā)現(xiàn)齒輪箱的故障，找到故障原因并采取相應(yīng)的處理措施，對避免發(fā)生重大故障、延長齒輪箱使用壽命、降低運維成本有著十分重要的意義。

本文綜合使用振動分析和工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡工具，采集發(fā)生齒面裂紋的風(fēng)電機組齒輪箱振動數(shù)據(jù)，為以后進行齒輪箱故障診斷打下了良好的基礎(chǔ)。不過，由于風(fēng)電齒輪箱具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運行工況嚴峻的特點，造成振動頻率成分較多，為了提升齒輪箱故障診斷準(zhǔn)確性，建議從以下幾方面著手開展工作：

①積累故障數(shù)據(jù)，掌握典型故障特征。主要是根據(jù)各軸的轉(zhuǎn)頻、齒輪嚙合頻率、滾動軸承運動學(xué)和動力學(xué)特征頻率，建立齒面點蝕、微點蝕、剝落、齒面裂紋、斷齒、軸彎曲、軸承點蝕和打滑磨耗等齒輪箱常見故障特征數(shù)據(jù)，為齒輪箱智能診斷系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)；②在大量數(shù)據(jù)積累的基礎(chǔ)上，建立故障評判標(biāo)準(zhǔn)。由于風(fēng)力發(fā)電機型多種多樣，各機組安裝地理位置和運行風(fēng)況等條件也不一樣，導(dǎo)致無法按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，進行齒輪箱狀況評判。而是需要長時間積累大量的數(shù)據(jù)，才能形成有針對性的齒輪箱狀況等級評判標(biāo)準(zhǔn)；③綜合利用多種故障診斷工具。目前，針對齒輪箱的故障診斷方法主要有性能參數(shù)分析法、振動分析法、油液分析法、噪聲分析法、聲發(fā)射分析法和工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡直接檢測法等。各種方法各有優(yōu)缺點，應(yīng)用場合也不盡相同。在現(xiàn)場實際應(yīng)用過程中，可以組合選用若干種診斷工具，探尋最優(yōu)方法，提高故障診斷的準(zhǔn)確性。

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