振動分析和內窺鏡檢測在風力發電機組齒輪箱故障診斷中的配合應用

索紅光 唐偉

摘 要：組合利用離線式振動分析設備和工業視頻內窺鏡，對一臺出現齒面裂紋的風力發電機組齒輪箱進行振動數據采集和分析，對完善風電機組齒輪箱故障數據，積累故障診斷經驗有較大的現實意義。

關鍵詞：風力發電齒輪箱；故障診斷；振動分析；內窺鏡檢測

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

1 背景概述

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

由于機組安裝在高山、荒野、海灘、海島等風口處，無規律的變向變載荷的風況，強陣風的沖擊，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力發電機組中故障率較高、停機損失較大的薄弱環節。因此，尋找切實有效的齒輪箱故障診斷方法，及時發現設備隱患，采取主動性維護維修措施，對提升風電機組的發電性能，保證機組的安全穩定運行，具有非常重要的意義。

隨著現代測試技術和信號處理技術的發展進步，振動分析方法得到了快速發展，成為齒輪箱狀態監測和故障診斷主流方法之一。但是由于風力發電機組具有齒輪箱結構復雜、運行工況復雜多變的特點，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。工業視頻內窺鏡具有成像直觀的優點，但同時也存在視野局限的不足。因此在現代風力發電齒輪箱故障診斷實踐中，結合使用振動分析和工業視頻內窺鏡，使兩者優勢互補，這對提升齒輪箱狀況診斷精度，及時發現故障隱患，保證風電機組的安全運行有重要意義。

2 振動理論

風電齒輪箱是一個復雜的彈性機械系統。齒輪嚙合時輪齒的彈性變形、時變嚙合剛度、嚙入出沖擊、齒側間隙、制造誤差等都對輪齒靜動力接觸特性、系統動態性能、系統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，從而導致齒輪箱振動信號復雜，難以建立完美的動力學模型。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，以簡化研究過程。

5 結 語

齒輪箱是風力發電機組中最主要，同時也是故障率較高、故障損失較大的核心部件之一，及早發現齒輪箱的故障，找到故障原因并采取相應的處理措施，對避免發生重大故障、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視頻內窺鏡工具，采集發生齒面裂紋的風電機組齒輪箱振動數據，為以后進行齒輪箱故障診斷打下了良好的基礎。不過，由于風電齒輪箱具有結構復雜、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確性，建議從以下幾方面著手開展工作：

①積累故障數據，掌握典型故障特征。主要是根據各軸的轉頻、齒輪嚙合頻率、滾動軸承運動學和動力學特征頻率，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據，為齒輪箱智能診斷系統打下良好基礎；②在大量數據積累的基礎上，建立故障評判標準。由于風力發電機型多種多樣，各機組安裝地理位置和運行風況等條件也不一樣，導致無法按照統一的標準，進行齒輪箱狀況評判。而是需要長時間積累大量的數據，才能形成有針對性的齒輪箱狀況等級評判標準；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分析法、振動分析法、油液分析法、噪聲分析法、聲發射分析法和工業視頻內窺鏡直接檢測法等。各種方法各有優缺點，應用場合也不盡相同。在現場實際應用過程中，可以組合選用若干種診斷工具，探尋最優方法，提高故障診斷的準確性。

參考文獻：

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