風(fēng)電機(jī)組故障診斷綜述

陳凡 胡鑫

摘 要：對風(fēng)電機(jī)組故障診斷技術(shù)進(jìn)行綜述，按照基于定性診斷、定量診斷的分類方式，針對現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)組故障診斷方法并結(jié)合故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行分析。對每一類故障診斷方法歸類，指出這些方法的基本思想、適用條件和應(yīng)用范圍以及優(yōu)缺點(diǎn)，并探討了風(fēng)電機(jī)組故障診斷技術(shù)未來可能的主要發(fā)展方向。

關(guān)鍵字：風(fēng)力發(fā)電;風(fēng)電機(jī)組;傳動系統(tǒng);維護(hù)檢測

一、風(fēng)機(jī)傳動系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)及部件

風(fēng)機(jī)傳動系統(tǒng)就安裝的結(jié)構(gòu)而言，一般分為兩種情況：一種是水平軸風(fēng)機(jī)傳動，葉片是安裝在水平面的軸承上;另一種是垂直軸風(fēng)機(jī)傳動，風(fēng)輪與葉片是垂直擺放的，風(fēng)使葉片轉(zhuǎn)動，再帶動與之垂直的軸承，發(fā)動機(jī)被帶動以后就可以發(fā)電了。但目前大多都是水平軸風(fēng)機(jī)，葉輪與輪轂通過軸承相連接，雖然結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但能獲得較好的性能，而且葉輪承受的載荷較小、重量輕。傳動鏈主要由主軸、主軸承、偏航軸承、齒輪箱、聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)和機(jī)座等組成。這些構(gòu)成了風(fēng)機(jī)中最重要的一個部分，同時因為風(fēng)機(jī)傳動系統(tǒng)帶動的風(fēng)葉，所以壓力、溫度過高都容易導(dǎo)致故障。維護(hù)時要特別注意受力鉸鏈和傳動機(jī)構(gòu)的潤滑、磨損及腐蝕情況，及時進(jìn)行處理，以免影響機(jī)組的正常運(yùn)行。

二、風(fēng)電機(jī)組傳動系統(tǒng)的日常維護(hù)

（一）主軸軸承的日常維護(hù)及保養(yǎng)（以大唐華創(chuàng)風(fēng)能CCWE—3000/122.HD風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例）

軸承在工作的時候，會受到外界的影響，當(dāng)受到一定量頻率的震蕩或者載荷重量增高，即使低速運(yùn)行，都會影響到風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行。溫度過高、過低，潤滑不均勻、缺少潤滑脂或者其他物質(zhì)入侵軸承，就會導(dǎo)致主軸軸承的失效而無法繼續(xù)運(yùn)行，一般情況下，主軸承軸被磨損銹蝕都會導(dǎo)致軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的不流暢，使運(yùn)轉(zhuǎn)的阻力增大直至卡死造成嚴(yán)重的后果。就目前的形式來看，滾動式的軸承仍舊是風(fēng)力發(fā)電場最主要的選擇，因為其具有很大的優(yōu)勢，節(jié)約成本而且效率很高，但與此同時因結(jié)構(gòu)構(gòu)造較為簡單也容易受到損傷，軸承中出現(xiàn)故障的原因有很多，故進(jìn)行維護(hù)人員要特別重視這項內(nèi)容，大部分故障最后都導(dǎo)致主軸軸承卡死。如果出現(xiàn)主軸軸承卡死情況，首先考慮的就是軸承的質(zhì)量問題，或者是安裝的過程中出現(xiàn)了裝配上的錯誤，大部分都是滾軸在潤滑的中受天氣的影響導(dǎo)致了污染。所以在日常維護(hù)和保養(yǎng)中，要全方位、多角度分析和考慮。第一就是外觀檢查有無油脂溢出，清理主軸軸承處溢出油脂和集收盤中的油脂，如果發(fā)現(xiàn)潤滑油脂變質(zhì)，油脂碳化或者凝固等都要及時疏通或更換，妥當(dāng)處理，不能造成風(fēng)機(jī)附近環(huán)境污染。正常運(yùn)行的主軸軸承在沒有堵塞的情況下，潤滑油脂可以作為介質(zhì)正常的在軸承內(nèi)起到潤滑的作用。還要檢查軸承內(nèi)的衛(wèi)生情況，不能有其他雜物，保持軸承之間的接觸面的整潔，日常維護(hù)過程中要借助工具對軸承進(jìn)行清理，一旦雜物在里面堆積，就不能使軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作。第二則是檢查軸承是否存在松動的情況，或者軸承之間型號不相符，就會導(dǎo)致軸承之間的錯位，發(fā)現(xiàn)松動后要利用工具將其恢復(fù)成原本使用的狀態(tài)。第三就是給軸承進(jìn)行注油操作時，必須收槳，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到100rpm 以上時，才可進(jìn)行注油，每次必須檢查該接油口有無油脂（如有，應(yīng)清除所有油脂），每次注油量500g。

（二）齒輪箱的維護(hù)與保養(yǎng)

作為傳動系統(tǒng)中非常重要的零件之一，齒輪箱相對來說也容易產(chǎn)生故障，齒輪箱的使用范圍是長期不間斷運(yùn)行的，如果沒有及時進(jìn)行保養(yǎng)，極易影響風(fēng)機(jī)正常的運(yùn)行，因此要對齒輪箱進(jìn)行定期的有效的維護(hù)和保養(yǎng)，這樣能夠降低齒輪箱故障的發(fā)生率，還能夠增加齒輪箱使用的年限，節(jié)約生產(chǎn)成本。對齒輪箱的檢查是較為方便的，主要根據(jù)齒輪箱的聲音是否正常以及齒輪箱內(nèi)的潤滑油脂的狀態(tài)來判斷的。齒輪箱正常的聲音的頻率是穩(wěn)定沒有較大的起伏的，如果聲音過快或者過緩，聲音頻率不穩(wěn)定，噪音較大，就說明箱內(nèi)的齒輪可能出現(xiàn)了齒輪斷裂，齒輪面點(diǎn)蝕或者齒輪松動等問題，要及時進(jìn)行維修和更換，并且使齒輪重新安裝后能夠重新運(yùn)轉(zhuǎn)。其次就是潤滑油對齒輪的影響，油箱是否存在漏油的問題，或者齒輪箱油的質(zhì)量問題對其造成的影響。

三、風(fēng)電機(jī)組傳動機(jī)構(gòu)常見故障診斷

（一）主軸與軸承故障診斷

一般對主軸與承軸的故障診斷主要側(cè)重點(diǎn)在于需要嚴(yán)格加強(qiáng)對現(xiàn)場的管理，根據(jù)現(xiàn)場實時監(jiān)測，對那些經(jīng)常發(fā)生故障的部位進(jìn)行分析和處理，制定出最為合理的診斷方案。其中最為主要的因素就是因為天氣原因，主軸與承軸之間都是由潤滑油脂作為介質(zhì)來起到潤滑作用的，氣溫的過低，會使?jié)櫥椭蹋瑢?dǎo)致不能潤滑主軸與承軸之間的間隙，造成物理損傷對軸承產(chǎn)生磨損，影響使用的壽命。天氣氣溫過高，潤滑油脂不能及時散熱，內(nèi)部環(huán)境過熱則會導(dǎo)致油脂的碳化，使得軸承內(nèi)部材料的損壞，例如油污會干擾到傳感器的正常工作，使運(yùn)轉(zhuǎn)的間隙堵塞。潤滑油脂的變質(zhì)如果能夠及時發(fā)現(xiàn)更換，產(chǎn)生的影響較小，就需要更換潤滑油使內(nèi)部正常運(yùn)轉(zhuǎn)，如果發(fā)現(xiàn)較晚，主軸承軸之間的互相磨損會讓軸承之間無法轉(zhuǎn)動，需要更換新的軸承。檢測情況如果有故障的產(chǎn)生，會根據(jù)傳輸信號觀察軸承振動的情況，雖然由于風(fēng)力原因有時候會不穩(wěn)定，但是也要及時觀察進(jìn)行相應(yīng)的維修或者養(yǎng)護(hù)，避免因發(fā)現(xiàn)問題過晚而造成嚴(yán)重?fù)p失。

（二）齒輪箱故障診斷

齒輪箱常見的故障有：齒輪損傷、齒面疲勞、膠合、軸承損傷、斷軸、油溫高以及輪齒折斷（斷齒）、斷齒又分過載折斷（包括沖擊折斷）、疲勞折斷以及隨機(jī)斷裂等。這些故障一般都是由于齒面之間互相磨損、齒面間的粘著物相互磨損擦傷，齒面點(diǎn)蝕剝落導(dǎo)致。齒輪承載負(fù)荷就好比是房梁掛鐵錘，鐵錘的質(zhì)量越大房梁的彎曲程度越大。同理，齒輪受到的力越大它的根部彎曲的應(yīng)力越大。由于過載，特別是沖擊式的過載，就會有比較大概率導(dǎo)致齒輪的相應(yīng)部分的斷裂。當(dāng)周期性的應(yīng)力過于高的時候，也可能會引起齒輪的疲勞而斷裂。當(dāng)齒輪在工作時如果工作面間有金屬微粒、金屬氧化物或其他的物質(zhì)存在的時候也會造成齒輪的故障。這種齒輪間的擦傷通常是兩個嚙合的齒面上的油膜破裂造成的故障。在摩擦和表面壓力的雙重作用下工作中的齒輪會產(chǎn)生高溫，接觸區(qū)發(fā)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致金屬局部脫落產(chǎn)生故障。這一般都是潤滑油粘度不足、接觸面積過小、轉(zhuǎn)速過高、齒輪運(yùn)行穩(wěn)定過高、齒輪上的單位面積荷載過大使齒輪擦傷，造成齒輪箱故障，風(fēng)機(jī)停機(jī)。

結(jié)語：

從目前形式來看，我國經(jīng)濟(jì)正處于發(fā)展十分迅速的階段，國家的方針和政策一直在強(qiáng)調(diào)發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時要兼顧環(huán)境和能源的可持續(xù)發(fā)展政策。在這樣的大背景下，風(fēng)力發(fā)電被廣泛認(rèn)可和采用。同樣帶來的效益也是非?？捎^的，在環(huán)境保護(hù)方面產(chǎn)生的意義尤為明顯。但是我們也必須清楚的認(rèn)識到，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)以及故障的排除都是尤為重要的，這會影響到風(fēng)力發(fā)電能否使可持續(xù)發(fā)展的問題，同時也希望這項技術(shù)可以愈加完善為科技事業(yè)做出貢獻(xiàn)。

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