風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障判斷探討

申凱

（營(yíng)口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 營(yíng)口 115000）

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障判斷探討

申凱

（營(yíng)口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 營(yíng)口 115000）

風(fēng)能本身屬于一種可再生的清潔類能源，具有取用不竭、無(wú)污染輻射以及節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，故而受到了電力企業(yè)與廣大群眾的青睞。近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中所包括的旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件數(shù)量較多，因此為了進(jìn)一步保證機(jī)組設(shè)備的安全性，相關(guān)部門必須要加大對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的關(guān)注力度，以此使損失下降到最低。基于此，筆者結(jié)合風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械比較容易出現(xiàn)的故障提出了幾點(diǎn)可行性較高的整改措施，其中包括潤(rùn)滑油油液故障分析法、振動(dòng)信號(hào)故障分析法、電子信號(hào)故障分析法等等。

風(fēng)力發(fā)電；旋轉(zhuǎn)機(jī)械；故障判斷

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，風(fēng)輪、齒輪、發(fā)電機(jī)等相關(guān)旋轉(zhuǎn)機(jī)械發(fā)揮出了十分重要的作用，如果任意一個(gè)螺旋機(jī)械出現(xiàn)了故障，那么將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無(wú)法順利運(yùn)行，從而引發(fā)嚴(yán)重的連鎖事故。相較于其他發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)看，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)尚處于初期的發(fā)展中階段，因此有關(guān)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的研究水平也相對(duì)落后，為了能夠盡快的改變現(xiàn)狀，風(fēng)力發(fā)電行業(yè)中的技術(shù)人員要進(jìn)一步加大對(duì)存在于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的關(guān)注力度，從根本上提高風(fēng)力發(fā)電的安全性、可靠性以及有效性。

1 國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障技術(shù)的研究

（1）國(guó)外研究。目前，一些發(fā)達(dá)國(guó)家在針對(duì)風(fēng)電機(jī)組的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障技術(shù)進(jìn)行研究時(shí)，將重點(diǎn)放到了發(fā)電機(jī)組、齒輪以及葉片中，所采用的主要故障診斷方式為，針對(duì)由發(fā)電機(jī)組所給出的電子信號(hào)展開全方位分析，根據(jù)分析結(jié)果來(lái)得出故障的具體所在方位。例如，通過(guò)分析發(fā)電機(jī)所輸出的功率信號(hào)頻率，進(jìn)一步分析轉(zhuǎn)子是否處于平衡狀態(tài)、氣動(dòng)力是否處于對(duì)稱狀態(tài)；再例如，通過(guò)分析轉(zhuǎn)子的信號(hào)頻譜，進(jìn)一步分析發(fā)電機(jī)機(jī)組的定子與轉(zhuǎn)子是否處于對(duì)稱狀態(tài)等等。

（2）國(guó)內(nèi)研究。通過(guò)上文中的介紹可知，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)起步時(shí)間較晚，因此有關(guān)于發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障判斷技術(shù)的研究比較局限，研究目標(biāo)大致鎖定在齒輪箱。國(guó)內(nèi)的相關(guān)技術(shù)人員主要是通過(guò)分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械在運(yùn)作時(shí)所發(fā)出的振動(dòng)信號(hào)，以此來(lái)確定故障的所在位置，準(zhǔn)確率較低。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械的常見(jiàn)故障

（1）葉片故障。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的最常見(jiàn)故障即為葉片平衡性較差、運(yùn)作疲勞、裂紋、磨損以及斷裂等等。其中，葉片不平衡的主要原因是葉片的質(zhì)量參差不齊，葉片的安裝位置不夠?qū)ΨQ以及葉片在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作后出現(xiàn)損壞等。在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，主軸會(huì)由于慣性而稍稍偏離旋轉(zhuǎn)軸線，由于風(fēng)輪的離心慣性具有不平衡的特點(diǎn)，因此會(huì)導(dǎo)致主軸出現(xiàn)運(yùn)行疲勞、振動(dòng)以及噪聲等，從而對(duì)機(jī)組的運(yùn)行壽命帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響。另外，如果葉片出現(xiàn)了比較微小的裂紋，那么就可以采用看色、探傷以及超聲波技術(shù)來(lái)進(jìn)行故障檢測(cè)；如果葉片出現(xiàn)的裂紋較大，那么就要通過(guò)分析振動(dòng)信號(hào)或分析發(fā)電機(jī)電信號(hào)等方式來(lái)進(jìn)行故障研究。

（2）主軸故障。主軸的主要功能是將風(fēng)輪扭矩轉(zhuǎn)送到增速箱，在運(yùn)行過(guò)程中比較容易出現(xiàn)磨損、斷裂以及偏心等故障。技術(shù)人員可以采用振動(dòng)信號(hào)分析、電信號(hào)分析、噪聲信號(hào)分析以及濕度信號(hào)分析等方式來(lái)對(duì)主軸故障加以判斷。

（3）軸承故障。軸承的常見(jiàn)故障為：軸承振動(dòng)、軸承疲勞以及軸承磨損等等。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主軸軸承需要承受十分巨大的風(fēng)輪壓力，如果風(fēng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)了不平衡狀況，那么會(huì)導(dǎo)致主軸軸承的振動(dòng)幅度加大，從而引發(fā)軸承疲勞與軸承磨損的情況。對(duì)于此類故障，技術(shù)人員可以采用電信號(hào)分析、振動(dòng)信號(hào)分析、聲發(fā)射技術(shù)以及潤(rùn)滑油油液檢測(cè)等方式來(lái)予以診斷。

（4）發(fā)電機(jī)故障。發(fā)電機(jī)的常見(jiàn)故障為定子與轉(zhuǎn)子的不對(duì)稱、定子線圈、絕緣老化等等。技術(shù)人員在判斷發(fā)電機(jī)故障時(shí)，可以優(yōu)先考慮分析發(fā)電機(jī)電的信號(hào)、溫度信號(hào)等，此外也可以通過(guò)開展絕緣試驗(yàn)的方式來(lái)進(jìn)一步診斷發(fā)電機(jī)故障。

（5）齒輪故障。齒輪的常見(jiàn)故障大致包括齒輪折斷、磨損、偏心以及點(diǎn)蝕等等。其中，齒輪折斷故障的形成原因?yàn)辇X輪與滾動(dòng)軸承的表面過(guò)于粗糙，齒輪膠合的形成原因是潤(rùn)滑選擇不當(dāng)，外界因素干擾過(guò)大等等。技術(shù)人員可以采用振動(dòng)信號(hào)分析、噪聲信號(hào)分析、電信號(hào)分析等方式來(lái)對(duì)齒輪故障進(jìn)行判斷。

3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障判斷技術(shù)

（1）潤(rùn)滑油油液故障分析法。潤(rùn)滑油油液故障分析法所指的是通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械的潤(rùn)滑油油液使用狀態(tài)，來(lái)進(jìn)一步鎖定故障的類型與發(fā)生部位。潤(rùn)滑油油液故障分析法主要包括微粒分析與優(yōu)質(zhì)分析這兩種技術(shù)。其中，前者所采用的是鐵譜分析與光譜分析等技術(shù)方法，針對(duì)潤(rùn)滑油中的顆粒數(shù)量來(lái)展開技術(shù)分析，而后再針對(duì)顆粒的分布與大小進(jìn)行深入研究，從而得出旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障情況；油質(zhì)分析方法所采用的是油質(zhì)檢測(cè)儀，通過(guò)分析潤(rùn)滑油是否被外界所污染，油質(zhì)是否達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，以此來(lái)判斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的具體位置與磨損程度等等。

（2）振動(dòng)信號(hào)故障分析法。振動(dòng)信號(hào)故障分析法所指的是通過(guò)分析振動(dòng)信號(hào)的方式來(lái)診斷故障，這種故障判斷方法相對(duì)傳統(tǒng)，因此在我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)中發(fā)展的比較成熟。振動(dòng)信號(hào)故障分析法需要利用傳感器來(lái)獲取振動(dòng)的速度、位移以及加速度等信息數(shù)據(jù)，而后再結(jié)合實(shí)際情況來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)信息加以分析與處理，最終得出旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障類型與故障方位。

截止到目前為止，比較常用的振動(dòng)信號(hào)分析法包括時(shí)域分析、頻譜分析、包絡(luò)分析等。首先，時(shí)域分析所指的即為對(duì)時(shí)域振動(dòng)信號(hào)站直接分析，具有操作簡(jiǎn)單且便于理解等優(yōu)勢(shì)，如果信號(hào)中表現(xiàn)出了十分明顯的簡(jiǎn)諧、周期以及脈沖成分時(shí)，那么所得出的故障判斷結(jié)果將更加可靠；其次，頻譜分析所指的是針對(duì)頻域中的原信號(hào)分布展開分析，它的直觀性更強(qiáng)，因此能夠直觀地看到信號(hào)的組成形式；最后，包絡(luò)分析所指的是針對(duì)存在于信號(hào)中的共振波形展開分析，經(jīng)常被應(yīng)用到齒輪、軸承等旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件的故障判斷中。

（3）電子信號(hào)故障分析法。電子信號(hào)故障分析法所指的是針對(duì)由發(fā)電機(jī)組所輸出的電流、電壓以及電子信號(hào)來(lái)展開分析，此種故障分析方法比較常用于現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中，例如核能發(fā)電廠、渦輪機(jī)械工業(yè)等等。基于此種情況，電子信號(hào)故障分析法在我國(guó)同樣擁有十分豐富的實(shí)踐應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。此種故障分析方法首先會(huì)對(duì)電子信號(hào)的頻譜展開全面分析，在此基礎(chǔ)之上再根據(jù)信號(hào)的頻譜特征以及相關(guān)的數(shù)據(jù)來(lái)做出診斷，將故障的發(fā)生方位與類型確定出來(lái)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨之我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展速度的持續(xù)加快，風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展空間也變得愈來(lái)愈大。通過(guò)對(duì)以往風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障發(fā)生數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究后可知，通過(guò)采用科學(xué)化的故障判斷方法，不僅可以有效減少不必要的資源浪費(fèi)，而且還能夠進(jìn)一步提升我國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的整體技術(shù)水平，從而為我國(guó)電力事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)大的力量支持。

［1］王闖，李玲君，陳宏，等.基于頻諧頻段的旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)方法［J］.機(jī)床也液壓，2014，（19）：137-140.

［2］趙和佳，蘇建.振動(dòng)檢測(cè)判斷風(fēng)機(jī)振動(dòng)異常案例分析［J］.中國(guó)設(shè)備工程，2014，（6）：57-58.

［3］李忠平，劉杰中，蘇邊茹.旋轉(zhuǎn)機(jī)械不平衡故障自愈調(diào)控方法研究［J］.中國(guó)設(shè)備工程，2014，（6）：156-157.

Discussion on Fault Judgment of Rotating M achinery for W ind Turbine

SHEN Kai
（Yingkou Vocational and Technical College，Yingkou，Liaoning 115000，China）

Wind energy itself belongs to a kind of renewable clean energy，with inexhaustible，pollution-free radiation and energy saving and environmental protection and other advantages，so it is popuplar in the power companies and the masses of all ages.In recent years，the scope of application of wind power in China is expanding,due to a large number of rotary power components in the wind turbine，so in order to further ensure the safety of the unit equipment，the relevant departments must pay more attention to the rotating machinery failure in order to minimize the loss.Based on this，combining with the wind turbine rotating machinery more prone to the failure,the author puts forward several feasible solutions to the rectification，including lubricating oil failure analysis，vibration signal failure analysis，electronic signal failure analysis，etc.

wind power generation；rotating machinery；fault judgment

TM315

A

2095-980X（2017）06-0041-02

2016-05-30

申凱（1982-），男，吉林農(nóng)安人，碩士，工程師，主要研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)，風(fēng)力發(fā)電。