海上風電機組主要機械故障機理研究

趙朋偉

摘要：本文主要對海上風電機組的三種維修方案的優(yōu)點和缺點進行分析，通過分析證明通過在線檢測進行維修的方式更為經(jīng)濟。對如何處理風葉機片故障的機理進行分析，并建立數(shù)學模型進行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：海上機組風電機組維修

1風電機組維修方案

風電場的維護方案主要三種：定期維護、停機維護、狀態(tài)檢測。其中定期維護就是在每個固定的時間段都要對風電機組進行檢查和維護，這種維護是周期性的，周期時間要根據(jù)風電機組的壽命而定。其優(yōu)點是：大大的降低停機率、有計劃的進行維修、方便配件的補給。不足是，這種維修方案，只能到了維修的時間才能維修，如果在不是維修的時間風電機組出現(xiàn)故障或者疲勞，就會影響到風電機組的使用。對于海上風電機組來說，這種方式并不適合。

風電機組很少會進行停機檢修，除非風電機組系統(tǒng)出現(xiàn)重大的故障，才會進行停機維修。這種維修方式的缺點是：風電機組產(chǎn)生重大故障所導致的風險很大，維修所需要的時間也很長；無法根據(jù)維修計劃維修；配件供給會復雜一些，時間長。另外由于海上天氣變幻莫測，很難對風電機組進行及時維修，導致停機時間延長，產(chǎn)生十分巨大的電力損失。所以這種方案對海上風電機組來說，也不是合適的維修方式。

狀態(tài)檢測就是對海上風電機組的運行狀況進行實時監(jiān)控，對設(shè)備發(fā)出的各種信號實時進行分析，根據(jù)分析的結(jié)果判定系統(tǒng)是出現(xiàn)故障，這種維修方式可以很好的確保設(shè)備在既定的疲勞和磨損范圍內(nèi)進行工作，一旦風電機組達到疲勞狀態(tài)就會被更換。這種維修方式的優(yōu)點是：風電機組的的各個部件得到最大化的利用，有效的降低停機率，有效的執(zhí)行檢修方案，配件的補給也十分方便。但其也存在缺點，對部件的剩余使用壽命需要確切的信息，對檢修的軟件和硬件要求也高。

下圖為三種維修方案的對比：

2風電機組易損部件

容易受損的部件主要有：葉片、齒輪箱、發(fā)電機、傳動機等。

在對海上機電組進行故障分析的時候，齒輪箱是首要，然后是發(fā)電機。海上機組機組多陸地機組根據(jù)海上的天氣改造的，所以并不是完全適合海洋環(huán)境的機組。

3、故障原理

3.1風機葉片

3.1.1葉片表面粗糙度

在長時間的旋轉(zhuǎn)之后，葉片表面會有積土和昆蟲的尸體，進而變得粗糙；油漆干裂、結(jié)冰等增加葉片表面粗糙度。這會葉片的空氣場造成破壞，減少電力輸出，長時間來說，這種影響會越來越大。

3.12葉片不平衡。

由于旋轉(zhuǎn)葉片不平衡會使葉輪產(chǎn)生震動，風機被破壞的幾率會增加。下圖為三葉片風機的簡化圖：

假設(shè)旋轉(zhuǎn)速度為：ω，距中心r葉素的質(zhì)量為m，那么離心力就是：

Fc=mac （1）

（2）

如果轉(zhuǎn)速一樣，在平衡條件下，三葉風片質(zhì)量滿足關(guān)系如下：

m1r1=m2r2=m3r3 FC1→FC2→FC3→FC1+FC2FC3 （3）

從（3）可知，當質(zhì)量平衡的時候，每個葉片的離心力是相等的，矢量為0.如果mi和ri產(chǎn)生變化，i=1，2，3，，那風機葉輪的質(zhì)量就會不平衡。導致這種情況發(fā)生的原因有多種，比如葉片被腐蝕等。另外，如果葉片內(nèi)部產(chǎn)生松動，也會使質(zhì)量失衡。

3.1.3空氣動力場不對稱

變槳距風機在安裝產(chǎn)生誤差使葉片攻角不同也會的失衡，也有可能會出現(xiàn)空氣動力場不對稱。誤差和運行產(chǎn)生的力場不平衡也會使葉輪震動，增加風電機產(chǎn)生故障的概率。

3.2傳動機構(gòu)故障

導致起軸故障的原因有很多，主要有以下幾種：負荷下工作、扭矩超負荷、材料出現(xiàn)問題、在運輸?shù)倪^程中被損壞等等。

這些因素產(chǎn)生的不平衡，可以用電渦流傳感器檢測，檢測出軸心的軌跡，以及移動位置，出現(xiàn)這種故障的特征為頻率為兩倍頻率。

3.3滾動軸承故障

如果風電機組的齒輪箱和發(fā)電機里有滾動軸承的時候，就一定要對滾動軸承這種經(jīng)常會發(fā)生的故障進行分析，方便后期更好的處理這種故障和進行維護，下表是軸承常見故障列表，以及出現(xiàn)故障的原因和后果。

3.4齒輪故障

因為海上的氣候和環(huán)境跟陸地有很大的差別，而海上風電機組多是根據(jù)陸地機組進行改變，因此風電機組的齒輪也是經(jīng)常會出現(xiàn)故障的部件，導致齒輪裝置經(jīng)常會產(chǎn)生故障的原因如下表：

4結(jié)論

本文對海上風電機組主要機械故障的機理以及維修的方案進行了分析比較，通過分析比較證明采用狀態(tài)檢測的方式，可以有效的及時發(fā)現(xiàn)海上風電機組運行中產(chǎn)生的故障，并可以及時對這些故障進行維修，大大的降低了風電機組維護的費用，確保風電機組的安全運行，使海上風電機組檢測、維修、運行更加的安全和經(jīng)濟。

參考文獻：

[1]任臘春，張禮達.基于模糊理論的風力機故障診斷專家系統(tǒng)構(gòu)建[J].機械科學與技術(shù).2007（05）endprint