畢業(yè)設(shè)計(jì)---風(fēng)力發(fā)電機(jī)常見(jiàn)故障及其分析

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　2012 屆 電氣工程及其自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè) 0806072 班級(jí)</p><p>　　題 目 風(fēng)力發(fā)電機(jī)常見(jiàn)故障及其分析 </p><p>　　姓 名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱(chēng) 講 師

2、 </p><p>　　二О一 二 年 五 月 八 日</p><p><b>　　內(nèi) 容 摘 要</b></p><p>　　隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增長(zhǎng)，人類(lèi)正面臨著能源利用和環(huán)境保護(hù)兩方面的壓力，能源問(wèn)題和環(huán)境污染日益突出。風(fēng)能作為一種蘊(yùn)藏量豐富的自然資源，因其使用便捷、可再生、成本低、無(wú)污染等特點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)得到了較為廣泛的使用

3、和迅速發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電己成為世界各國(guó)更加重視和重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的能源之一。隨著大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量的增加，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜，當(dāng)機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，不僅會(huì)造成停電，而且會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的安全事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。</p><p>　　本論文先探討了課題的實(shí)際意義以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)常見(jiàn)的故障模式，在這個(gè)基礎(chǔ)上對(duì)齒輪箱故障這種常見(jiàn)故障做了詳盡的闡述，包括引起故障的原因、如何識(shí)別和如何改進(jìn)設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)常見(jiàn)故障的分析，給風(fēng)力發(fā)電廠技術(shù)

4、維護(hù)提供故障診斷幫助，同時(shí)也給風(fēng)電設(shè)備制造和安裝部門(mén)提供理論研究依據(jù)。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞</b></p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī);故障模式;齒輪箱;故障診斷</p><p>　　Common Faults And Their Analysis</p><p>　　Of The Wind Turbine&

5、lt;/p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the global economic development and population growth, humanity is facing with the pressure from two sides of the energy use and environmental

6、protection, the energy problem and environmental pollution has become an increasingly prominent issue. Wind power as a abundant reserves of natural resources, because of its convenient use, renewable, low cost, no pollut

7、ion, has been more widely used and rapid development in the world. Wind power has been taken as one of the priority development ener</p><p>　　In the beginning, the dissertation introduces the practical signi

8、ficance of project and the common failure mode of wind turbines, then researches and describes the failure of gearbox in detail, including the cause of failure, how to identify and how to improve the design. Based on the

9、 analysis of common failures, not only provide assistance for fault diagnosis to the technical maintenance of wind power plants, but also provide a theoretical basis to the wind power equipment manufacturing and ins</

10、p><p><b>　　Key Words</b></p><p>　　Wind Turbines; Failure Mode; Gear Box; Fault Diagnosis目 錄</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 風(fēng)力發(fā)電的背景1</p

11、><p>　　1.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障診斷的意義2</p><p>　　第二章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)常見(jiàn)故障模式及機(jī)理分析5</p><p>　　2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)5</p><p>　　2.2 常見(jiàn)故障模式及機(jī)理分析7</p><p>　　2.2.1 葉片故障及機(jī)理7</p><p>　　2.2

12、.2 變流器故障及機(jī)理8</p><p>　　2.2.3 發(fā)電機(jī)故障及機(jī)理10</p><p>　　2.2.4 變槳軸承故障及機(jī)理13</p><p>　　2.2.5 偏航系統(tǒng)故障及機(jī)理16</p><p>　　2.3 本章小結(jié)21</p><p>　　第三章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱故障診斷22</p>

13、;<p>　　3.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱常見(jiàn)故障模式及機(jī)理分析22</p><p>　　3.2 齒輪箱典型故障振動(dòng)特征與診斷策略28</p><p>　　3.3 針對(duì)齒輪箱不同故障的改進(jìn)措施32</p><p><b>　　第四章 結(jié)論36</b></p><p><b>　　致 謝37&

14、lt;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)常見(jiàn)故障及其分析</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 風(fēng)力發(fā)電的背景</p><p>　　隨著全球人口數(shù)量的上升和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷增長(zhǎng)

15、，世界范圍內(nèi)對(duì)能源需求持續(xù)增加，化石能源、生物能源等常規(guī)能源使用帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題日益突出。在此背景下，低碳經(jīng)濟(jì)即以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式應(yīng)運(yùn)而生。風(fēng)力發(fā)電作為清潔能源的一種，是適應(yīng)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)下國(guó)際能源發(fā)展的新型發(fā)電技術(shù)，有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)：風(fēng)能分布廣泛，蘊(yùn)藏量巨大，是一種可再生資源，有利于可持續(xù)發(fā)展；風(fēng)力發(fā)電無(wú)溫室氣體排放，清潔無(wú)污染，完全符合低碳經(jīng)濟(jì)低能耗、低污染、低排放的要求；風(fēng)力發(fā)電施工周期短，占地少。<

16、/p><p>　　風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，蘊(yùn)量巨大，全球的風(fēng)能約為2.74×10MW，其中可利用的風(fēng)能為2×10MW，比地球上可開(kāi)發(fā)利用的水能總量還要大10倍。中國(guó)風(fēng)能儲(chǔ)量很大、分布面廣，僅陸地上的風(fēng)能儲(chǔ)量就有約2.53億千瓦。自2004年以來(lái)，全球風(fēng)力發(fā)電能力翻了一番，2006年至2007年間，全球風(fēng)能發(fā)電裝機(jī)容量擴(kuò)大27%。2007年已有9萬(wàn)兆瓦，這一數(shù)字到2010年是16萬(wàn)兆瓦。預(yù)計(jì)未

17、來(lái)20-25年內(nèi)，世界風(fēng)能市場(chǎng)每年將遞增25%。隨著技術(shù)進(jìn)步和環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，風(fēng)能發(fā)電在商業(yè)上將完全可以與燃煤發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)。</p><p>　　在“九五”期間，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的建設(shè)開(kāi)始了快速發(fā)展。2001年底，我國(guó)已在新疆、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、廣東、福建、浙江、甘肅、河北、山東、海南等11個(gè)省區(qū)建立了27座風(fēng)電場(chǎng)，總裝機(jī)容量達(dá)40萬(wàn)KW，風(fēng)電發(fā)電量占全國(guó)總發(fā)電量的0.1％。過(guò)去十年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電以年均55％的高速增長(zhǎng)

18、，按國(guó)家制定的“十一五”規(guī)劃，2010年整機(jī)裝機(jī)容量達(dá)到1000萬(wàn)KW，國(guó)產(chǎn)化率將達(dá)到75％～85％。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電的原理是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車(chē)葉片旋轉(zhuǎn)，再透過(guò)增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來(lái)促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是一種利用風(fēng)能驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)槳葉，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電的能源技術(shù)。由于風(fēng)能儲(chǔ)量豐富、用之不竭、無(wú)污染等特點(diǎn)，被各國(guó)廣泛重視，紛紛投入大量的人力、物力、財(cái)力來(lái)發(fā)展風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。根據(jù)國(guó)際新能源網(wǎng)的有關(guān)

19、資料顯示，迄今為止，世界上已有82個(gè)國(guó)家在積極開(kāi)發(fā)和應(yīng)用風(fēng)能資源。目前，風(fēng)電發(fā)展正在不斷超越其預(yù)期的發(fā)展速度而發(fā)展，并一直保持著世界增長(zhǎng)最快能源的地位。</p><p>　　1.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障診斷的意義</p><p>　　風(fēng)電對(duì)緩解能源供應(yīng)，改善能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)環(huán)境和電力工業(yè)的持續(xù)發(fā)展意義重大。這些年來(lái)，風(fēng)電機(jī)組在我國(guó)得到了廣泛的安裝使用。隨著大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量的增加，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

20、也日趨復(fù)雜，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的故障也成為一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。</p><p>　　隨著風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的加長(zhǎng)，目前這些機(jī)組陸續(xù)出現(xiàn)了故障（包括風(fēng)輪葉片、變流器、齒輪箱、變槳軸承，發(fā)電機(jī)、以及偏航系統(tǒng)等都有），導(dǎo)致機(jī)組停止運(yùn)行。當(dāng)機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，不僅會(huì)造成停電，而且會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的安全事故。風(fēng)電機(jī)組的部分部件一旦損壞，在風(fēng)電場(chǎng)無(wú)法修復(fù)，必須運(yùn)到專(zhuān)業(yè)廠家進(jìn)行修理。因其維修費(fèi)用高、周期長(zhǎng)、難度大，勢(shì)必給風(fēng)電場(chǎng)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，

21、嚴(yán)重影響了風(fēng)電的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　風(fēng)電機(jī)組的輸出功率是波動(dòng)的，可能影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量，如電壓的偏差、電壓的波動(dòng)和閃變、諧波以及周期電壓脈動(dòng)等。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，輸往電網(wǎng)的有、無(wú)功功率發(fā)生波動(dòng)，且造成電網(wǎng)的諧波污染和電壓波動(dòng)。伴隨的危害有照明燈光的閃爍、電視機(jī)畫(huà)面質(zhì)量下降、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不均和影響電子儀器、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制設(shè)備的正常工作狀況等。風(fēng)電機(jī)組的故障也會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)從額定出力狀態(tài)自動(dòng)退出并網(wǎng)

22、狀態(tài)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的脫網(wǎng)會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓的突降，而機(jī)端較多的電容補(bǔ)償高于脫網(wǎng)前風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行電壓，引起了電網(wǎng)電壓的急劇下降，從而影響接在同一個(gè)電網(wǎng)上的其它電氣設(shè)備的正運(yùn)行，甚至?xí)绊懙秸麄€(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因?yàn)殚L(zhǎng)期工作在野外、暴曬和雷雨等惡劣環(huán)境中，其損壞率高達(dá)40％-50％。同時(shí)，由于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的維護(hù)技術(shù)跟不上風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展速度，一旦其關(guān)鍵零部件(如齒輪、軸承、葉片等)發(fā)生故障，

23、將會(huì)使設(shè)備損壞、發(fā)電機(jī)停機(jī)，帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。例如,2006年，德國(guó)北部奧爾登堡的一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片被強(qiáng)風(fēng)刮斷,長(zhǎng)達(dá)10米的沉重碎片飛到20米遠(yuǎn)的田地里，造成了嚴(yán)重的事故;2007年，榮成市港西鎮(zhèn)附近的風(fēng)力發(fā)電機(jī)因齒輪油泄漏，導(dǎo)致其周?chē)?.07畝的海參飼養(yǎng)池受到污染，造成海參大量死亡。</p><p>　　風(fēng)機(jī)維護(hù)主要分為定期檢修和日常排故維護(hù)兩種方式。定期的維護(hù)保養(yǎng)可以讓設(shè)備保持最佳狀態(tài)，并延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使

24、用壽命，是重要的維護(hù)方式。但是定期維修可能存在維修不足、維修過(guò)剩的問(wèn)題。日常排故維護(hù)是在風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)備檢修，為了避免因故障造成意外停電，還要求維護(hù)人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)并預(yù)測(cè)、診斷故障。</p><p>　　隨著野外裝機(jī)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的故障診斷也就顯得越來(lái)越重要了。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要由將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的風(fēng)力機(jī)和將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電機(jī)兩大部分組成，其中發(fā)電機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的

25、核心，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能、效率和供電質(zhì)量，同時(shí)也是系統(tǒng)中易發(fā)生故障的部分。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)受到的風(fēng)場(chǎng)切片風(fēng)復(fù)雜多變，且長(zhǎng)期工作在野外、暴曬和雷雨等的惡劣環(huán)境中，易發(fā)生多種機(jī)械或電氣故障。因此開(kāi)展對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障診斷的研究，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的早期故障并進(jìn)行維修，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可靠性，對(duì)保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正常安全運(yùn)行具有重大的實(shí)際意義。</p><p>　　第二章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)常見(jiàn)故障模式及機(jī)理分析</p&g

26、t;<p>　　2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)由風(fēng)輪及變槳距系統(tǒng)、輪轂、結(jié)構(gòu)(機(jī)艙、地基和塔架)、傳動(dòng)裝置、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳感器、剎車(chē)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和偏航系統(tǒng)等構(gòu)成。風(fēng)電機(jī)組首先將風(fēng)能通過(guò)風(fēng)輪轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再借助主軸、齒輪箱等傳動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖如下圖2.1所示：</p><p>

27、　　圖2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　其主要部件的功能如下：</p><p>　　塔架：風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架是支撐機(jī)艙和風(fēng)輪的部件，它將風(fēng)輪支撐到能較好的捕捉風(fēng)能的高度。</p><p>　　風(fēng)輪：主要由葉片、輪轂組成。風(fēng)輪一般由3個(gè)葉片組成，因?yàn)樗\(yùn)行平穩(wěn)，能輸出穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩。輪轂是用來(lái)連接葉片與輪轂的固定部件，它將來(lái)自葉片的載荷傳遞到風(fēng)輪的支撐結(jié)構(gòu)上。風(fēng)輪

28、的作用是獲取風(fēng)能，并將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，再由與風(fēng)輪相連的低速軸將動(dòng)力輸出到傳動(dòng)系統(tǒng)。</p><p>　　傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：主要包括低速軸(主軸)、齒輪箱、高速軸和剎車(chē)裝置。齒輪箱用來(lái)提高轉(zhuǎn)速和傳遞動(dòng)力。風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱大致可分為兩類(lèi)，即定軸線齒輪傳動(dòng)和行星齒輪傳動(dòng)。實(shí)際應(yīng)用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪系統(tǒng)中，最常見(jiàn)的形式是一個(gè)行星齒輪系加上一個(gè)或多個(gè)平行輪系構(gòu)成的。</p><p>　　發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)是風(fēng)力

29、發(fā)電系統(tǒng)的做功裝置。它的作用是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。風(fēng)電系統(tǒng)常用兩種三相發(fā)電機(jī)：一種是異步發(fā)電機(jī)，另一種是同步發(fā)電機(jī)。通過(guò)變頻器，可以使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流與電網(wǎng)上的電流相適應(yīng)。</p><p>　　偏航機(jī)構(gòu)：主要由風(fēng)向標(biāo)和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)組成，其作用是保證在風(fēng)向改變的情況下，使風(fēng)輪始終與風(fēng)向保持垂直。目前大多數(shù)大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用主動(dòng)偏航來(lái)對(duì)風(fēng)，經(jīng)風(fēng)向標(biāo)測(cè)定風(fēng)向后，通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)馬達(dá)實(shí)現(xiàn)調(diào)向。</p><

30、;p>　　控制柜：作用是對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作情況進(jìn)行控制，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。</p><p>　　機(jī)艙：機(jī)艙包容并保護(hù)著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備，包括齒輪箱、發(fā)電機(jī)和控制器等。維護(hù)人員可以通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)塔進(jìn)入機(jī)艙，進(jìn)行維護(hù)工作。</p><p>　　液壓系統(tǒng)：用于重置風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空氣動(dòng)力閘。</p><p>　　冷卻元件：包含一個(gè)風(fēng)扇，用于冷去熱發(fā)電機(jī)。此

31、外，它包含一個(gè)油冷卻元件，用于冷卻齒輪箱內(nèi)的油。</p><p>　　2.2 常見(jiàn)故障模式及機(jī)理分析</p><p>　　2.2.1 葉片故障及機(jī)理</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)葉片將空氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再由發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，風(fēng)輪及葉片在能量轉(zhuǎn)化中擔(dān)任著重要角色。</p><p>　　葉片從葉尖到葉根，厚度和弦長(zhǎng)都逐漸增加

32、，這是由于葉片尖部的旋轉(zhuǎn)速度高、掃掠面積大，其氣動(dòng)性能對(duì)風(fēng)機(jī)性能具有決定性影響，因此使用空氣動(dòng)力特性較好的薄翼型。而葉片根部的載荷較大，因此使用結(jié)構(gòu)性能較好的厚翼型，葉根則呈圓柱形狀，方便葉根與輪轂的連接。</p><p>　　在結(jié)構(gòu)上，葉片可以分成三個(gè)組成部分：大梁—承載結(jié)構(gòu)、蒙皮—?dú)鈩?dòng)結(jié)構(gòu)和葉根—連接結(jié)構(gòu)。大梁由梁帽和剪切腹板組成，梁帽由拉壓強(qiáng)度很高的單向纖維復(fù)合材料制造，腹板是多向纖維復(fù)合材料和泡沫制成的夾

33、層結(jié)構(gòu)，大梁承受了葉片的絕大部分載荷；蒙皮與剪切腹板結(jié)構(gòu)相同，用于構(gòu)成葉片的氣動(dòng)外形；葉根由多向纖維復(fù)合材料制造，將大梁上的載荷均勻分散傳遞給葉根連接螺栓。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在工作過(guò)程中，槳葉的轉(zhuǎn)速是隨風(fēng)速的變化而變。當(dāng)陣風(fēng)襲來(lái)，葉片受到短暫而頻繁的沖擊載荷，而這個(gè)沖擊載荷也會(huì)傳遞到傳動(dòng)鏈上的各個(gè)部件，使得各個(gè)部件也受到復(fù)雜交變的沖擊，對(duì)其工作壽命造成極大的影響，使風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)各種故障。

34、尤其是風(fēng)輪以及與其剛性連接的主軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)等在交變載荷的作用下很容易出現(xiàn)故障，造成機(jī)組停機(jī)。</p><p>　　葉片常見(jiàn)的故障模式有葉片斷裂、偏移、彎曲、和疲勞失效等。</p><p>　　葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中受力最復(fù)雜的部件。它在不停地旋轉(zhuǎn), 各種激振力幾乎都是通過(guò)葉片傳遞出去的。無(wú)論是地球附面層形成的風(fēng)的不均勻流,還是重力和陣風(fēng)等影響因素, 都是作用在葉片上。</p>

35、;<p>　　現(xiàn)實(shí)中，風(fēng)力發(fā)電所處環(huán)境比較惡劣，風(fēng)車(chē)葉片不能精確地對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向而存在偏斜，風(fēng)速在風(fēng)輪掃掠面上的不均勻，風(fēng)速的瞬時(shí)變化，造成風(fēng)機(jī)葉槳的振動(dòng)、偏移、彎曲等不正常運(yùn)行的狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)速增大、風(fēng)速減小、風(fēng)速不均時(shí)都會(huì)造成葉槳的振動(dòng)。</p><p>　　由于葉片較長(zhǎng)，剛性較差，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中自身不規(guī)則的振動(dòng)或強(qiáng)風(fēng)沖擊可能引起葉片斷裂。大型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)都在露天工作，長(zhǎng)期旋轉(zhuǎn)后，葉片表面因積灰、粘有昆蟲(chóng)尸體

36、或結(jié)冰而起葉片受力不均，導(dǎo)致葉片整體重心偏移，同時(shí)葉片長(zhǎng)時(shí)間受到交變載荷作用，導(dǎo)致工作條件惡化，引起疲勞失效。</p><p>　　2.2.2 變流器故障及機(jī)理</p><p>　　目前各大風(fēng)電場(chǎng)的主力機(jī)型大體有3類(lèi)：鼠籠式風(fēng)力發(fā)電機(jī)、直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)和雙饋感應(yīng)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)。其中除鼠籠式以外，其余兩種形式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)都不可避免地要經(jīng)過(guò)一個(gè)電力電子變流器，只不過(guò)由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)不同，

37、同樣額定功率的機(jī)組中，流過(guò)雙饋式風(fēng)機(jī)變流器的能量大約只占直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的1/3。</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的大型變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用的發(fā)電機(jī)主要為雙饋發(fā)電機(jī)，機(jī)組的正常并網(wǎng)發(fā)電須采用兩個(gè)變流器。變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)主電路圖如下圖2.2所示：</p><p>　　圖2.2 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)主電路圖</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變流器是一種運(yùn)用現(xiàn)代高

38、科技技術(shù)，集成現(xiàn)代控制理論、微電子技術(shù)及現(xiàn)代電力電子變換技術(shù)等交叉學(xué)科的高新技術(shù)產(chǎn)品，是把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能并入電網(wǎng)的紐帶，既能對(duì)電網(wǎng)輸送風(fēng)力發(fā)電的有功分量，又能連結(jié)、調(diào)節(jié)電網(wǎng)端無(wú)功分量，起到無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?。風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)的是直流電要用蓄電池將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電存起來(lái)。但我們用的電器大多用交流電，所以要用變流器將直流電變?yōu)榻涣麟姡兤骶褪且粋€(gè)逆變器。</p><p>　　變流器常見(jiàn)故障模式有：變流器誤動(dòng)作，與預(yù)期效果誤差大

39、、過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱及欠電壓等。過(guò)電壓和過(guò)電流可能導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管超過(guò)耐受極限而擊穿或燒毀，有時(shí)甚至是永久性損壞。</p><p>　　變流器所處現(xiàn)場(chǎng)往往環(huán)境惡劣，高溫發(fā)熱、油水臟污、灰塵以及交變的電磁干擾等都無(wú)法估計(jì)，既影響變流器性能，也極易導(dǎo)致變流器故障。目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)中電力電子開(kāi)關(guān)大量使用了絕緣柵雙極晶體管，當(dāng)其兩端電壓過(guò)高或過(guò)電流導(dǎo)致溫度過(guò)高，亦或其運(yùn)行功率超過(guò)了在正常工作溫度下允許的最大耗散功率（最大集電極

40、功耗）等，都可能導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管超過(guò)耐受極限而擊穿或燒毀，有時(shí)甚至是永久性損壞。</p><p>　　導(dǎo)致變流器中開(kāi)關(guān)管過(guò)電壓和過(guò)電流的原因是多方面的，常見(jiàn)的有變流器本身的質(zhì)量問(wèn)題、元件接觸不良以及型號(hào)參數(shù)不匹配等。此外，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中遭遇電網(wǎng)故障，功率無(wú)法饋送入電網(wǎng)，導(dǎo)致功率直流側(cè)和輸出側(cè)電壓升高，發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中由于負(fù)載突變產(chǎn)生過(guò)高的沖擊電流，發(fā)電機(jī)及傳輸電纜絕緣老化導(dǎo)致匝間或相間短路形成短路電流等，如最

41、終超過(guò)元件的耐受限度，都會(huì)導(dǎo)致變流器元件故障。</p><p>　　2.2.3 發(fā)電機(jī)故障及機(jī)理</p><p>　　發(fā)電機(jī)是風(fēng)電機(jī)組的核心部件，負(fù)責(zé)將旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并為電氣系統(tǒng)供電。隨著風(fēng)力機(jī)容量的增大，發(fā)電機(jī)的規(guī)模也在逐漸增加，使得對(duì)發(fā)電機(jī)的密封保護(hù)受到制約。發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行于變工況和電磁環(huán)境中，容易發(fā)生故障。</p><p>　　發(fā)電機(jī)常見(jiàn)的故障模式有

42、發(fā)電機(jī)振動(dòng)過(guò)大、發(fā)電機(jī)過(guò)熱、軸承過(guò)熱、轉(zhuǎn)子/定子線圈短路、轉(zhuǎn)子斷條以及絕緣損壞等。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的大小直接關(guān)系到機(jī)組能否安全運(yùn)行，而對(duì)于發(fā)電廠來(lái)說(shuō)安全就是最大的經(jīng)濟(jì)效益。引起機(jī)組振動(dòng)過(guò)大或者不正常的原因有很多，既有設(shè)計(jì)制造方面的原因，也有運(yùn)行方面的方面的原因，還有安裝和檢修等方面的原因。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，如果轉(zhuǎn)子的質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)中心

43、不重合，則會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)子的不平衡而產(chǎn)生一個(gè)離心力，這個(gè)離心力對(duì)軸承產(chǎn)生一個(gè)激振力使之引起機(jī)組振動(dòng)，如果這個(gè)離心力過(guò)大，則機(jī)組的振動(dòng)就會(huì)異常。所以，風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在裝配時(shí)每裝配一級(jí)葉片都應(yīng)該對(duì)該級(jí)葉片進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，整個(gè)轉(zhuǎn)子裝配完成后在出廠之前還應(yīng)該對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)子進(jìn)行低速和高速動(dòng)平衡，以確保轉(zhuǎn)子的不平衡量在一個(gè)合格的范圍內(nèi)。在制造廠家，轉(zhuǎn)子不平衡量較大的原因主要由是機(jī)械加工精度不夠和裝配質(zhì)量較差引起，所以必須提高加工精度，同時(shí)保證裝配質(zhì)量，從而才

44、能保證轉(zhuǎn)子的原始不平衡量不致于太大。另外，如果機(jī)組的設(shè)計(jì)不當(dāng)也會(huì)引起機(jī)組的振動(dòng)。例如，在設(shè)計(jì)階段軸承的選用是非常重要的，如果軸承選取不當(dāng)，則會(huì)因?yàn)檩S承穩(wěn)定性太差而轉(zhuǎn)子極小的不平衡量也可能引起機(jī)組較大的振動(dòng)，或者油膜形成不好而極易誘發(fā)油膜振蕩。</p><p>　　電機(jī)運(yùn)行中葉片折斷、脫落或不均勻磨損、腐蝕、結(jié)垢，使轉(zhuǎn)子發(fā)生質(zhì)量不平衡。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組松動(dòng)或不平衡等，均會(huì)使轉(zhuǎn)子發(fā)生質(zhì)量不平衡。這樣，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，就要

45、受到一次不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力的沖擊，這種離心力周期作用的結(jié)果，就發(fā)生振動(dòng)。轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲，即使不引起發(fā)電機(jī)動(dòng)靜部件之間的摩擦，也會(huì)引起振動(dòng)，其振動(dòng)特性和由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡振動(dòng)的情況相似，不同之處是這種振動(dòng)顯著地表現(xiàn)為軸向振動(dòng)。尤其當(dāng)通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，其軸向振幅增大得更為顯著。如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和靜子之間的空氣隙不均勻、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路等，均會(huì)引起機(jī)組振動(dòng)。</p><p>　　對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械來(lái)說(shuō)，微小的振動(dòng)是不可避免的，

46、振動(dòng)幅度不超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的屬正常振動(dòng)。這里所說(shuō)的振動(dòng)，系指機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)中振幅比原有水平增大，特別是增大到超過(guò)允許標(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)，也就是異常振動(dòng)。任何一種異常振動(dòng)都潛伏著設(shè)備損壞的危險(xiǎn)。比如軸系質(zhì)量失去平衡（掉葉片、大軸彎曲、軸系中心變化、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水路局部堵塞等）、動(dòng)靜磨擦、膨脹受阻、軸承磨損或軸承座松動(dòng)，以及電磁力不平衡等等都會(huì)表面在振動(dòng)增大，甚至強(qiáng)烈振動(dòng)。而強(qiáng)烈振又會(huì)導(dǎo)致機(jī)組其他零部件松動(dòng)甚至損壞，加劇動(dòng)靜部分摩擦，形成惡性循環(huán)，加劇設(shè)備

47、損壞程度。因此，新安裝或檢修后的機(jī)組，必須經(jīng)過(guò)試運(yùn)行，測(cè)試各軸承振動(dòng)及各軸承處軸振在合格標(biāo)準(zhǔn)以下，方可將機(jī)組投入運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行中發(fā)生振動(dòng)，不僅會(huì)影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，而且會(huì)直接威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。因此，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行中，對(duì)軸承和大軸的振動(dòng)必須嚴(yán)格進(jìn)行監(jiān)視。如振動(dòng)超過(guò)允許值，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)措施，以免造成事故。</p><p>　　由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)不停的工作，也會(huì)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)過(guò)熱的故障現(xiàn)象：發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)殼溫度很高，超過(guò)

48、60攝氏度，觸摸有燙手感覺(jué)。引起發(fā)電機(jī)過(guò)熱故障原因有：軸承缺油或間隙太小，造成軸承劇烈摩擦產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象。軸承嚴(yán)重偏磨或損壞，以及轉(zhuǎn)子軸彎曲或磁片安裝有誤差，引起轉(zhuǎn)子磁極與定子鐵芯發(fā)生碰擦，即掃膛。定子線圈匝間短路、開(kāi)路，或接線錯(cuò)誤，使發(fā)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生短路電流。發(fā)電機(jī)超負(fù)荷作業(yè)。為了防止發(fā)電機(jī)過(guò)熱，必須采取一定的措施：定期保養(yǎng)發(fā)電機(jī)，發(fā)現(xiàn)缺油及時(shí)添加復(fù)合鈣基潤(rùn)滑脂，一般充滿軸承腔三分之二即可。檢查軸是否彎曲，軸承是否偏磨，必要時(shí)更換軸承，校

49、正轉(zhuǎn)子軸、鐵芯等。用萬(wàn)用表法或試燈法檢查定子線圈是否短路或開(kāi)路，如是，應(yīng)重新繞制定子線圈。檢查負(fù)荷是否與發(fā)電機(jī)匹配，如不匹配，應(yīng)更換。</p><p>　　2.2.4 變槳軸承故障及機(jī)理</p><p>　　風(fēng)能是一種綠色的可再生能源, 風(fēng)力發(fā)電也在迅猛發(fā)展。但是風(fēng)速的變化是隨機(jī)的, 從空氣動(dòng)力學(xué)角度考慮，當(dāng)風(fēng)速過(guò)高或過(guò)低時(shí), 只有通過(guò)調(diào)整槳葉節(jié)距, 改變氣流對(duì)葉片攻角, 從而改變風(fēng)力發(fā)電

50、機(jī)組獲得的空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩, 才能使功率輸出保持穩(wěn)定。同時(shí), 風(fēng)力機(jī)在起動(dòng)過(guò)程也需要通過(guò)變距來(lái)獲得足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)距。</p><p>　　變槳系統(tǒng)的所有部件都安裝在輪轂上，風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)所有部件都隨輪轂以一定的速度旋轉(zhuǎn)。變槳系統(tǒng)通過(guò)控制葉片的角度來(lái)控制風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制風(fēng)機(jī)的輸出功率，并能夠通過(guò)空氣動(dòng)力制動(dòng)的方式使風(fēng)機(jī)安全停機(jī)。風(fēng)機(jī)的葉片通過(guò)變槳軸承與輪轂相連，每個(gè)葉片都要有自己的相對(duì)獨(dú)立的電控同步的變槳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。變

51、槳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)小齒輪與變槳軸承內(nèi)齒嚙合聯(lián)動(dòng)。  </p><p>　　風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行期間，當(dāng)風(fēng)速超過(guò)機(jī)組額定風(fēng)速時(shí)（風(fēng)速在12m/s到25m/s之間時(shí)），為了控制功率輸出變槳角度限定在0度到30度之間（變槳角度根據(jù)風(fēng)速的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整），通過(guò)控制葉片的角度使風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速保持恒定。任何情況引起的停機(jī)都會(huì)使葉片順槳到90度位置。</p><p>　　目前變槳系統(tǒng)有液壓驅(qū)動(dòng)

52、變槳系統(tǒng)和電動(dòng)變槳系統(tǒng)2種類(lèi)型。近來(lái), 電動(dòng)變槳距系統(tǒng)已越來(lái)越多地應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的3個(gè)槳葉分別帶有獨(dú)立的電驅(qū)動(dòng)變槳距系統(tǒng), 其機(jī)械部分包括回轉(zhuǎn)支承、減速機(jī)和傳動(dòng)裝置等。減速機(jī)固定在輪轂上, 回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)環(huán)安裝在葉片上, 葉片軸承的外環(huán)固定在輪轂上。當(dāng)變槳距系統(tǒng)通電以后, 電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)的輸出軸小齒輪旋轉(zhuǎn),而且小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)環(huán)嚙合,從而帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)環(huán)與葉片一起旋轉(zhuǎn), 實(shí)現(xiàn)了改變槳距角的目的。</p>

53、;<p>　　電動(dòng)變槳機(jī)構(gòu)傳動(dòng)圖如下圖2.3所示：</p><p>　　圖2.3 電動(dòng)變槳機(jī)構(gòu)傳動(dòng)圖</p><p>　　葉片由變槳電機(jī)帶動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)調(diào)整葉片的受風(fēng)角度。3個(gè)葉片分別由3臺(tái)獨(dú)立的電機(jī)帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng), 它們接受的是同一個(gè)旋轉(zhuǎn)信號(hào), 因此3個(gè)葉片的旋轉(zhuǎn)是同步的，使3個(gè)葉片保持相同的受風(fēng)角度。變槳電機(jī)在接受調(diào)整信號(hào)后通過(guò)變槳齒輪箱減速, 通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)變槳軸承轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)

54、角度, 調(diào)整葉片的受風(fēng)角度。</p><p>　　電動(dòng)變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī),在運(yùn)行過(guò)程中主要存在的問(wèn)題是3個(gè)葉片在變槳電機(jī)的帶動(dòng)下變換葉片的角度,出現(xiàn)變槳不同步的現(xiàn)象,也就是同時(shí)給變槳電機(jī)輸送變槳信號(hào)后,由于變槳軸承發(fā)生了故障,只有2個(gè)葉片發(fā)生了變槳,另外一個(gè)沒(méi)有動(dòng),或者3個(gè)葉片都不發(fā)生動(dòng)作。使風(fēng)機(jī)的效率大大降低,輸出的功率達(dá)不到要求,甚至停機(jī)。</p><p>　　電動(dòng)變槳軸承是在不同于一般的

55、條件下工作的。軸承的內(nèi)外圈不相對(duì)旋轉(zhuǎn),而是在很小的角度范圍內(nèi)擺動(dòng),因此它的滾珠不是沿整個(gè)滾道滾動(dòng),而只移動(dòng)很小的距離,事實(shí)上是在搖動(dòng),也就是說(shuō)永遠(yuǎn)是同一部分的滾珠受載荷的作用。軸承發(fā)生故障原因: 軸承潤(rùn)滑不好造成的磨損，螺栓松動(dòng)引起軸承移位，安裝不當(dāng)引起軸承變形。</p><p>　　(1)軸承潤(rùn)滑不好造成的磨損 </p><p>　　做擺動(dòng)的軸承與單向旋轉(zhuǎn)的軸承不同,如果沒(méi)有很好的潤(rùn)滑

56、,那么在短時(shí)間工作之后軸承就會(huì)磨損及損傷.滾道磨損及滾珠損傷將使摩擦力矩增加。在擺動(dòng)的振幅相當(dāng)大的情況下,軸承圈將受到2種載荷的作用, 如下圖2.4(a)所示。軸承圈上未被潤(rùn)滑部分邊緣一段處在與連續(xù)旋轉(zhuǎn)的軸承相似工作滾珠改變運(yùn)動(dòng)方向后經(jīng)過(guò)的區(qū)域,在被潤(rùn)滑之前將出現(xiàn)壓力峰, 該壓力峰的壓力比連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的壓力大1倍。當(dāng)軸承以很小的擺動(dòng)振幅工作時(shí),如下圖2.4(b)所示。這時(shí)相離最遠(yuǎn)的兩接觸面也部分地相互重疊,軸承的工作條件將變得極端不

57、好。</p><p>　　圖2.4 滾珠及潤(rùn)滑劑運(yùn)動(dòng)圖</p><p>　　(a) 大振幅擺動(dòng)時(shí)軸承圈載荷圖 (b) 小振幅擺動(dòng)時(shí)軸承全載荷圖</p><p>　　因?yàn)闈?rùn)滑劑不可能流入重疊的接觸面,因此該區(qū)域內(nèi)的壓力峰將變得非常大,以至于立刻就會(huì)產(chǎn)生了永久變形。在此情況下金屬表面由于猛烈擠壓,可能發(fā)生分子溶接現(xiàn)象—接觸部分燒化,滾道上留下凹坑。軸承磨損逐漸加大

58、,由于軸承圈金屬被氧化及部分潤(rùn)滑劑變成酸而生成氧化物的侵蝕作用,軸承將更快損壞,導(dǎo)致軸承變形卡死。</p><p>　　(2)螺栓松動(dòng)引起軸承移位 </p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中葉片所受到的氣動(dòng)力是變化的,風(fēng)速不僅大小變化而且方向也會(huì)變化,從而產(chǎn)生陀螺力矩,它作用在葉片上是一種變化的慣性載荷,這個(gè)載荷對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片是變化的,也是激振源。這個(gè)振源使葉片產(chǎn)生振動(dòng),葉片是用螺栓固定

59、在變槳軸承的內(nèi)圈上。葉片的振動(dòng)使固定螺栓產(chǎn)生松動(dòng),葉片的受力不再均勻,從而引起軸承在受載時(shí)內(nèi)外圈相對(duì)錯(cuò)位,使接觸角發(fā)生變化,造成滾動(dòng)體載荷不均勻或滾動(dòng)體與滾道產(chǎn)生邊緣力,從而引起滾動(dòng)體卡死在滾道上。</p><p>　　(3)安裝不當(dāng)引起軸承變形 </p><p>　　變槳軸承是安裝在支承基座上,保證軸承有足夠的剛度和應(yīng)力的均勻分布?；剞D(zhuǎn)支承安裝不好,軸承運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生工作變形。支承的形狀偏

60、差導(dǎo)致滾道變形,滾動(dòng)體在滾道中卡死,引起停機(jī)或鎖死。</p><p>　　2.2.5 偏航系統(tǒng)故障及機(jī)理</p><p>　　偏航系統(tǒng)是水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必不可少的組成系統(tǒng)之一。偏航系統(tǒng)的主要作用有兩個(gè)：其一是與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)相互配合，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪始終處于迎風(fēng)狀態(tài)，充分利用風(fēng)能，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率；其二是提供必要的鎖緊力矩，以保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電機(jī)

61、組的偏航系統(tǒng)一般分為主動(dòng)偏航系統(tǒng)和被動(dòng)偏航系統(tǒng)。被動(dòng)偏航指的是依靠風(fēng)力通過(guò)相關(guān)機(jī)構(gòu)完成機(jī)組風(fēng)輪對(duì)風(fēng)動(dòng)作的偏航方式，常見(jiàn)的有尾舵、舵輪和下風(fēng)向三種；主動(dòng)偏航指的是采用電力或液壓拖動(dòng)來(lái)完成對(duì)風(fēng)動(dòng)作的偏航方式，常見(jiàn)的有齒輪驅(qū)動(dòng)和滑動(dòng)兩種形式。對(duì)于并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，通常都采用主動(dòng)偏航的齒輪驅(qū)動(dòng)形式。</p><p>　　在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，機(jī)械部件比電氣部件更容易壞，而機(jī)械部件中，偏航系統(tǒng)部件又是機(jī)械中經(jīng)常出現(xiàn)故障的重

62、點(diǎn)問(wèn)題。常用的1.5兆瓦風(fēng)機(jī)的偏航系統(tǒng)包括：偏航電機(jī)、偏航減速器、機(jī)艙位置傳感器、偏航加脂器、毛氈齒潤(rùn)滑器、偏航軸承、偏航剎車(chē)閘、偏航剎車(chē)盤(pán)。</p><p>　　偏航軸承采用四點(diǎn)接觸球轉(zhuǎn)盤(pán)軸承結(jié)構(gòu)。偏航電機(jī)是多極電機(jī)，電壓等級(jí)為400V，內(nèi)部繞組接線為星形。電機(jī)的軸末端裝有一個(gè)電磁剎車(chē)裝置，用于在偏航停止時(shí)使電機(jī)鎖定，從而將偏航傳動(dòng)鎖定。附加的電磁剎車(chē)手動(dòng)釋放裝置，在需要時(shí)可將手柄抬起剎車(chē)釋放。偏航剎車(chē)閘為液壓

63、盤(pán)式，由液壓系統(tǒng)提供約140～160bar的壓力，使剎車(chē)片緊壓在剎車(chē)盤(pán)上，提供足夠的制動(dòng)力。偏航時(shí)，液壓釋放但保持24bar的余壓，這樣一來(lái)，偏航過(guò)程中始終保持一定的阻尼力矩，大大減少風(fēng)機(jī)在偏航過(guò)程中的沖擊載荷。偏航剎車(chē)盤(pán)是一個(gè)固定在偏航軸承上的圓環(huán)。偏航減速器為一個(gè)行星傳動(dòng)的齒輪箱，將偏航電機(jī)發(fā)出的高轉(zhuǎn)速低扭矩動(dòng)能轉(zhuǎn)化成低轉(zhuǎn)速高扭矩動(dòng)能。機(jī)艙位置傳感器內(nèi)是一個(gè)10千歐姆的環(huán)形電阻，風(fēng)機(jī)通過(guò)電阻的變化，確定風(fēng)機(jī)的偏航角度并通過(guò)其電阻的變

64、化計(jì)算偏航的速度。偏航加脂器負(fù)責(zé)給偏航軸承的潤(rùn)滑加脂的工作。毛氈齒潤(rùn)滑器負(fù)責(zé)給偏航齒的潤(rùn)滑。</p><p>　　偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖如下圖2.5所示：</p><p>　　圖2.5 偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖</p><p>　　偏航電機(jī)根據(jù)風(fēng)向標(biāo)的指示，通過(guò)PLC的過(guò)濾和控制來(lái)使電機(jī)同時(shí)動(dòng)作，從而帶動(dòng)與其錐型連接的偏航齒頭，偏航齒頭再帶動(dòng)一個(gè)三級(jí)齒盤(pán)傳動(dòng)動(dòng)力，然后，最后一

65、級(jí)齒盤(pán)將動(dòng)力傳給上塔筒法蘭盤(pán)上的偏航系統(tǒng)大齒輪，從而帶動(dòng)整個(gè)機(jī)艙進(jìn)行偏航定向。</p><p>　　當(dāng)60秒平均風(fēng)向角度持續(xù)20秒小于155度時(shí)，風(fēng)機(jī)向左偏航對(duì)風(fēng)；當(dāng)60秒平均風(fēng)向角度持續(xù)3.5分鐘小于171度時(shí)，風(fēng)機(jī)向左偏航對(duì)風(fēng)，當(dāng)30秒平均風(fēng)向角度持續(xù)3秒大于175時(shí)，風(fēng)機(jī)停止向左偏航。當(dāng)60秒平均風(fēng)向角度持續(xù)20秒大于205度時(shí)，風(fēng)機(jī)向右偏航對(duì)風(fēng)；當(dāng)60秒平均風(fēng)向角度持續(xù)3.5分鐘大于189度時(shí)，風(fēng)機(jī)向左偏

66、航對(duì)風(fēng)，當(dāng)30秒平均風(fēng)向角度持續(xù)3秒小于185時(shí)，風(fēng)機(jī)停止向右偏航。</p><p>　　偏航系統(tǒng)工作原理為：通過(guò)風(fēng)傳感器將風(fēng)向的變化傳遞到偏航電機(jī)控制回路的處理器里，判斷后決定偏航方向和偏航角度，最終達(dá)到對(duì)風(fēng)目的。為減少偏航時(shí)的陀螺力矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速將通過(guò)同軸聯(lián)接的減速器減速后，將偏航力矩作用在回轉(zhuǎn)體大齒輪上，帶動(dòng)風(fēng)輪偏航對(duì)風(fēng)。當(dāng)對(duì)風(fēng)結(jié)束后，風(fēng)傳感器失去電信號(hào)，電機(jī)停止工作，偏航過(guò)程結(jié)束。偏航系統(tǒng)的原理框圖如下圖2

67、.6所示：</p><p>　　圖2.6 偏航系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航系統(tǒng)常見(jiàn)故障模式有：偏航位置故障、右偏航反饋丟失、偏航位置傳感器故障、左偏航反饋丟失和偏航速度故障（偏航過(guò)載）。</p><p>　　偏航電機(jī)經(jīng)常因?yàn)檫^(guò)載或者軸頭軸承損壞而引起偏航故障。偏航減速器的齒頭因?yàn)楣潭菟ǖ燃?jí)不夠，經(jīng)過(guò)過(guò)多的振動(dòng)，引起螺栓松動(dòng)，最后損害偏航齒頭內(nèi)

68、部齒輪。由于偏航減速器內(nèi)部齒輪質(zhì)量不高，熱處理不到位，引起內(nèi)部齒輪經(jīng)常備上級(jí)齒輪打壞。偏航系統(tǒng)大齒輪是由五塊弧型齒條構(gòu)成，這樣，在兩個(gè)齒條連接處，其連接如果不緊湊，焊接質(zhì)量不高的情況下，連接處的齒輪容易被打掉。偏航減速器里面充滿了潤(rùn)滑油，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)，其油性都已經(jīng)有了變化，如果沒(méi)有得到及時(shí)的處理，也會(huì)造成偏航系統(tǒng)問(wèn)題。這都是偏航系統(tǒng)中最容易出現(xiàn)的問(wèn)題，而且，在更換這些部件時(shí)，都是相當(dāng)不容易更換的。一個(gè)是因?yàn)槊總€(gè)部件的自身重量都很重

69、，另一個(gè)是因?yàn)楦鼡Q這些部件時(shí)，空間都很狹小，沒(méi)有足夠下手工作的空間。所以，對(duì)這些部件我們應(yīng)該給予重視。</p><p>　　偏航電機(jī)的選擇不當(dāng)就會(huì)造成偏航系統(tǒng)故障。如果選用功率不變，增大其啟動(dòng)扭力，電機(jī)帶動(dòng)齒頭時(shí)更容易。偏航電機(jī)的損壞，一般內(nèi)部線圈燒壞的情況比較少，大都是因?yàn)閱?dòng)扭力太大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，造成軸頭軸承磨損或者損壞，從而使電機(jī)不能旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致電機(jī)燒壞。不能使用等級(jí)不夠的螺栓來(lái)連接電機(jī)和齒頭，因?yàn)椴粔虻燃?jí)的

70、螺栓會(huì)造成電機(jī)和齒頭的直接損壞。</p><p>　　風(fēng)電設(shè)備一般都是大批量的生產(chǎn)，由于生產(chǎn)廠家急于供貨，一些風(fēng)機(jī)上的零部件并沒(méi)有達(dá)到真正的合格標(biāo)準(zhǔn)。而且，出廠后沒(méi)有一定的技術(shù)監(jiān)督部門(mén)進(jìn)行驗(yàn)收，導(dǎo)致偏航系統(tǒng)中的齒輪存在一定的缺陷，此點(diǎn)相對(duì)于其它問(wèn)題有一定的解決難度。風(fēng)機(jī)的使用壽命是20年，但偏航大齒輪由于長(zhǎng)時(shí)間的累計(jì)工作，必然磨損越來(lái)越嚴(yán)重，有可能在風(fēng)機(jī)使用壽命期限內(nèi)造成斷齒等問(wèn)題。如果廠家沒(méi)有嚴(yán)格控制其質(zhì)量，用

71、戶又沒(méi)有做好定期維護(hù)和檢查，那么不僅損壞的是大齒輪，有可能整個(gè)減速器和偏航電機(jī)都會(huì)損壞，造成巨大的損失。偏航減速器是由一些傳動(dòng)齒輪構(gòu)成，里面充滿了潤(rùn)滑油。這些油經(jīng)過(guò)偏航齒輪長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)，使油本身的質(zhì)量和性質(zhì)發(fā)生了變化，所以，無(wú)論從其潤(rùn)滑性講還是從缺油情況來(lái)講，都對(duì)偏航系統(tǒng)有著一定的影響。</p><p>　　偏航系統(tǒng)故障的解決，也正是解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)中機(jī)械部分的難點(diǎn)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電事業(yè)，有著更進(jìn)一步的推動(dòng)和促進(jìn)作用。

72、</p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)，并對(duì)各部件的功能做了簡(jiǎn)要的介紹。在此基礎(chǔ)上對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)常見(jiàn)的各種故障進(jìn)行了分析，包括故障產(chǎn)生原因和故障產(chǎn)生機(jī)理。風(fēng)力發(fā)電機(jī)常見(jiàn)的故障包括：葉片故障、變流器故障、發(fā)電機(jī)故障、變槳軸承故障、偏航系統(tǒng)故障和齒輪箱故障等，在本章中主要分析了前五種常見(jiàn)故障，齒輪箱故障將在

73、下一章詳細(xì)分析。通過(guò)對(duì)常見(jiàn)故障的分析，對(duì)及早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障、提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性具有重大的實(shí)際意義。</p><p>　　第三章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱故障診斷</p><p>　　3.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱常見(jiàn)故障模式及機(jī)理分析</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的齒輪箱是一個(gè)重要的機(jī)械部件，它安裝在距地面幾十米高架塔之上狹小的機(jī)艙內(nèi)，其主要功能是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的

74、動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，它的正常運(yùn)行關(guān)系到整機(jī)的工作性能。通常風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速很低，遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)電機(jī)發(fā)電所要求的轉(zhuǎn)速，必須通過(guò)齒輪箱齒輪的增速作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，故也將齒輪箱稱(chēng)之為增速箱。</p><p>　　齒輪箱系統(tǒng)一般包括齒輪、軸承、軸和箱體4部分。其零部件如齒輪、軸和軸承的加工工藝復(fù)雜，裝配精度高，再加上風(fēng)力發(fā)電機(jī)常常在高速重載荷下連續(xù)工作，而其狀態(tài)的好壞往往直接影響到機(jī)械設(shè)備的正常工作，故對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)

75、行診斷是故障診斷技術(shù)問(wèn)世以來(lái)一直受到人們普遍重視的課題之一。</p><p>　　風(fēng)電技術(shù)的快速發(fā)展和單機(jī)容量的增加，使得風(fēng)力機(jī)的規(guī)模越來(lái)越大，對(duì)其性能的要求也越來(lái)越高。隨著大重型機(jī)組的投入運(yùn)行，齒輪箱的故障頻率也隨之增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)風(fēng)力機(jī)故障停機(jī)時(shí)間的20%是由齒輪箱故障引起的。一旦齒輪箱出現(xiàn)問(wèn)題，除了高額的維修費(fèi)用，長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)造成的發(fā)電量損失也是巨大的。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電

76、機(jī)組齒輪箱常見(jiàn)故障按發(fā)生部位分主要有齒輪損傷，軸承損壞，斷軸等。齒輪損傷主要包括：齒面磨損、齒面膠合和擦傷、齒面接觸疲勞、彎曲疲勞與斷齒。軸承損壞主要包括磨損失效、疲勞失效、腐蝕失效、斷裂失效、壓痕失效、膠合失效。軸的故障主要有軸彎曲，軸向竄動(dòng)，軸不對(duì)中等。</p><p><b>　　(1)齒面磨損</b></p><p>　　齒輪的磨損部位主要是齒的嚙合和漸開(kāi)線工

77、作面以及齒輪兩端平面。磨損一般包括四種。第一種是正常的磨損或磨光它是由接觸表面上的金屬以一定的速率緩慢的損耗，在齒輪的預(yù)期壽命內(nèi)它對(duì)正常的使用將不影響。第二種是中度磨損，它可能產(chǎn)生于重負(fù)荷的輪齒，是金屬的較快的損耗。該種磨損一定產(chǎn)生破壞, 也會(huì)降低使用壽命,并可能加大噪音。第三種則是破壞性磨損，它是齒面的損傷、損壞或由于磨損而造成齒廓的變化以至于達(dá)到非常嚴(yán)重的程度, 顯著的降低齒輪的壽命,平穩(wěn)性也將受到破壞。第四種是磨料性磨損，它是角于

78、在輪齒的嚙合中進(jìn)入細(xì)顆粒而引起損壞。這種顆?？赡苁莵?lái)自鑄造后遺留的砂或片落，齒輪箱中未清除的污物, 油中或空氣中的雜質(zhì)以及輪齒表面或軸承剝下的金屬顆粒。</p><p>　　根據(jù)不同的磨損機(jī)理，可將齒輪的磨損劃分為四個(gè)基本類(lèi)型：磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損。磨粒磨損主要是梨溝和微觀切削作用,粘著磨損與表面分子作用力和摩擦熱密切相關(guān)。疲勞磨損是在循環(huán)應(yīng)力作用下表面疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展的結(jié)果,而腐蝕磨損則是由

79、環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)作用產(chǎn)生。在實(shí)際的磨損現(xiàn)象中，通常是幾種形式的磨損同時(shí)存在，而且一種磨損發(fā)生后往往誘發(fā)其他形式的磨損。輪齒磨損使齒廓改變，側(cè)隙加大，以至由于齒輪過(guò)度減薄導(dǎo)致斷齒。</p><p><b>　　(2)膠合和擦傷</b></p><p>　　對(duì)于重載和高速傳動(dòng)的齒輪，齒面工作區(qū)溫度很高，一旦出現(xiàn)潤(rùn)滑條件不良，齒面間的油膜便會(huì)消失，一個(gè)齒面的金屬會(huì)熔焊在與之嚙

80、合的另一個(gè)齒面上，在齒面上形成垂直于節(jié)線的劃痕狀膠合。新齒輪未經(jīng)磨合便投入使用時(shí)，常在某一局部產(chǎn)生這種現(xiàn)象，使齒輪擦傷。</p><p>　　膠合是相嚙合齒面在嚙合處的邊界膜受到破壞，導(dǎo)致接觸齒面金屬融焊而撕落齒面上的金屬的現(xiàn)象。對(duì)于重載和高速齒輪的傳動(dòng)，一旦潤(rùn)滑條件不良，由于齒面工作區(qū)溫度很高，齒面間的油膜就會(huì)受到影響甚至?xí)?，長(zhǎng)時(shí)間工作之后，一個(gè)齒面的金屬會(huì)熔焊在與之嚙合的另一個(gè)齒面上，這樣就會(huì)在齒面上形成

81、垂直于節(jié)線的劃痕狀膠合。</p><p>　　(3)接觸疲勞與點(diǎn)蝕</p><p>　　齒輪在實(shí)際嚙合過(guò)程中，既有相對(duì)滾動(dòng)，又有相對(duì)滑動(dòng)，而且相對(duì)滑動(dòng)的摩擦力在節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的方向相反，從而產(chǎn)生脈動(dòng)載荷。載荷和脈動(dòng)力的作用使齒輪表面的深處產(chǎn)生脈動(dòng)循環(huán)變化的剪應(yīng)力，當(dāng)這種剪應(yīng)力超過(guò)齒輪材料的疲勞極限時(shí)，在接觸表面會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，并隨著裂紋的擴(kuò)展，最終導(dǎo)致齒面剝落細(xì)小金屬片，在齒面上形成小坑，稱(chēng)之為

82、點(diǎn)蝕。當(dāng)點(diǎn)蝕現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)可連成片，形成齒面上金屬塊剝落。此外，材質(zhì)不均勻或局部擦傷，也容易在某一齒上首先出現(xiàn)接觸疲勞，產(chǎn)生剝落。</p><p>　　疲勞裂紋的產(chǎn)生是由于齒輪在實(shí)際嚙合過(guò)程中，既有相對(duì)滾動(dòng)，又有相對(duì)滑動(dòng)，從而產(chǎn)生脈動(dòng)載荷，進(jìn)而產(chǎn)生剪應(yīng)力，這種力使齒輪表面層深處產(chǎn)生脈動(dòng)循環(huán)變化使齒輪表面層深處產(chǎn)生脈動(dòng)循環(huán)變化，當(dāng)這種剪應(yīng)力超過(guò)齒輪材料的疲勞極限時(shí)，接觸表面將產(chǎn)生裂紋。</p><p

83、>　　在過(guò)大的接觸剪應(yīng)力和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)作用下，輪齒表面或其表層下面產(chǎn)生疲勞裂紋并進(jìn)一步擴(kuò)展而造成的齒面損傷，其表現(xiàn)形式有破壞性點(diǎn)蝕、早期點(diǎn)蝕、齒面剝落、和表面壓碎等。特別是破壞性點(diǎn)蝕，常在齒輪嚙合線部位出現(xiàn)，并且不斷擴(kuò)展，使齒面嚴(yán)重?fù)p傷，磨損也會(huì)加大，最終導(dǎo)致斷齒失效。正確進(jìn)行選擇好材質(zhì)，齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)，選擇合適的精度配合，提高安裝精度，保證熱處理質(zhì)量，改善潤(rùn)滑條件等，是解決齒面疲勞的根本措施。</p><p&g

84、t;　　(4)彎曲疲勞與斷齒</p><p>　　在齒輪運(yùn)行過(guò)程中，承受傳動(dòng)載荷的輪齒如同懸臂梁，其根部受到脈沖循環(huán)的彎曲應(yīng)力作用最大，當(dāng)這種周期性應(yīng)力超過(guò)齒輪材料的疲勞極限時(shí)，會(huì)產(chǎn)生根部裂紋，并逐步擴(kuò)展，當(dāng)剩余輪齒無(wú)法承受載荷時(shí)就會(huì)發(fā)生斷齒現(xiàn)象。齒輪由于工作中嚴(yán)重的沖擊、偏載以及材質(zhì)不均勻也可能會(huì)引起斷齒。</p><p>　　根據(jù)裂紋擴(kuò)展的情況和斷齒原因。斷齒包括過(guò)載折斷（包括沖擊折斷

85、）、疲勞折斷以及隨機(jī)斷裂等，斷齒常由細(xì)微裂紋逐步擴(kuò)展而成。</p><p>　　疲勞折斷發(fā)生從危險(xiǎn)截面（如齒根）的疲勞源起始的疲勞裂紋不斷擴(kuò)展，使輪齒剩余截面上的應(yīng)力超過(guò)其極限應(yīng)力，造成瞬時(shí)折斷。其根本原因是輪齒在過(guò)高的交變應(yīng)力重復(fù)作用，在疲勞折斷的處，是貝狀紋擴(kuò)展的出發(fā)點(diǎn)并向外輻射。產(chǎn)生的原因有很多，主要是材料選用不當(dāng)、齒輪精度過(guò)低、熱處理裂紋、磨削燒傷、齒根應(yīng)力集中等等。因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮傳動(dòng)的動(dòng)載荷譜，優(yōu)

86、選齒輪參數(shù)，正確選用材料和齒輪精度，充分保證加工精度消除應(yīng)力集中集中因素等等。</p><p>　　過(guò)載折斷總是由于作用在輪齒上的應(yīng)力超過(guò)其極限應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋迅速擴(kuò)展，常見(jiàn)的原因有軸承損壞、突然沖擊、超載軸彎曲或較大硬物擠入嚙合區(qū)等。斷齒斷口有兩種形式，一種呈放射狀花樣的裂紋擴(kuò)展區(qū)，一種是斷口處有平整的塑性變形，斷口副可以拼合。仔細(xì)檢查可看到齒面精度太差，材質(zhì)的缺陷，輪齒根部未作精細(xì)處理等。在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取必要的措

87、施，充分考慮預(yù)防過(guò)載因素。安裝時(shí)防止箱體變形，防止硬質(zhì)異物進(jìn)入箱體內(nèi)等等。</p><p><b>　　(5)其它故障</b></p><p>　　斷軸也是齒輪箱常見(jiàn)的重大故障之一。究其原因是在過(guò)載或交變應(yīng)力的作用下，超出了材料的疲勞極限所致。因而對(duì)軸上易產(chǎn)生的應(yīng)力集中因素要給予高度重視，特別是在不同軸徑過(guò)渡區(qū)要有圓滑的圓弧連接，此處不允許有切削刀具刃尖的痕跡，光潔度

88、要求較高，軸的強(qiáng)度應(yīng)足夠，軸上的鍵槽、花鍵等結(jié)構(gòu)也不能過(guò)分降低軸的強(qiáng)度。保證相關(guān)零件的剛度，防止軸變形，可以提高軸的可靠性。軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于安裝、潤(rùn)滑、維護(hù)等方面的原因，套圈與滾動(dòng)體表面之間經(jīng)受交變負(fù)荷的反復(fù)作用，而產(chǎn)生裂紋、點(diǎn)蝕、表面剝落等缺陷，使軸承失效，從而使齒輪副和箱體產(chǎn)生損壞。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電廠一般處在遠(yuǎn)離居民住宅的偏僻地區(qū)，且風(fēng)力發(fā)電機(jī)無(wú)外在保護(hù)設(shè)施。這種特殊的環(huán)境對(duì)齒輪箱的正常運(yùn)

89、行具有不良的影響，下面主要從風(fēng)場(chǎng)氣流和溫度這兩個(gè)方面分析環(huán)境對(duì)故障產(chǎn)生的影響。</p><p>　　風(fēng)場(chǎng)氣流的影響：風(fēng)場(chǎng)氣流的不穩(wěn)定性使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱長(zhǎng)期處于復(fù)雜的交變載荷下工作，由于風(fēng)速和風(fēng)向隨機(jī)變化，導(dǎo)致齒輪箱載荷也隨之波動(dòng)。對(duì)于齒輪的嚙合表面和軸承的滾動(dòng)表面，這種交變應(yīng)力的作用會(huì)使其表層材料出現(xiàn)疲勞，然后出現(xiàn)微觀裂紋，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)加速裂紋的產(chǎn)生并導(dǎo)致剝落，點(diǎn)蝕、麻點(diǎn)、凹坑等損傷，即為疲勞磨損。&l

90、t;/p><p>　　同時(shí)，交變載荷會(huì)引起齒輪箱的微小振動(dòng)，在微小振動(dòng)的激勵(lì)作用下，接觸表面互相摩擦，撞擊、擠壓，會(huì)引起表面劃傷、咬死等現(xiàn)象。風(fēng)載荷的大小隨機(jī)變化，會(huì)出現(xiàn)過(guò)載荷的循環(huán)作用，導(dǎo)致齒輪出現(xiàn)彎曲疲勞而造成斷齒，軸承內(nèi)外環(huán)與滾動(dòng)體接觸表面在交變載荷反復(fù)作用下出現(xiàn)小裂紋，裂紋逐漸擴(kuò)大，產(chǎn)生麻點(diǎn)，最后大面積剝落，使齒輪和箱體損壞。</p><p>　　在過(guò)載或交變應(yīng)力載荷作用下，易發(fā)生斷軸

91、故障。當(dāng)載荷超過(guò)應(yīng)力極限時(shí)會(huì)出現(xiàn)輪齒因過(guò)載而折斷的現(xiàn)象，在過(guò)高交變應(yīng)力載荷作用下，出現(xiàn)疲勞折斷。</p><p>　　氣溫的影響：季節(jié)交替、晝夜溫差大的環(huán)境中，外界氣溫會(huì)對(duì)齒輪箱正常運(yùn)行帶來(lái)不利影響。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的齒輪箱受潤(rùn)滑不充分、氣溫低、潤(rùn)滑劑過(guò)熱提前失效等因素影響，故障率非常高。</p><p>　　當(dāng)氣溫較低時(shí)，齒輪箱潤(rùn)滑油變稠，黏度變低，甚至凝固，齒輪(尤其是采取飛濺潤(rùn)滑的齒輪)

92、潤(rùn)滑不良，會(huì)導(dǎo)致齒輪或軸承短時(shí)缺乏潤(rùn)滑而出現(xiàn)膠合、點(diǎn)蝕等損壞。而且材料自身在低溫下的機(jī)械特性會(huì)發(fā)生變化，即變脆，導(dǎo)致齒輪在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)裂紋而產(chǎn)生破壞。</p><p>　　當(dāng)氣溫較高時(shí)，由于齒輪箱在動(dòng)力傳遞的過(guò)程中會(huì)使油溫進(jìn)一步升高。油溫的升高會(huì)降低潤(rùn)滑油黏度，使油膜厚度變薄，更容易使油滲入齒面裂紋進(jìn)行擠壓，加速裂紋的擴(kuò)展，從而導(dǎo)致齒面金屬小微粒剝落，即齒面點(diǎn)蝕。</p><p>　　當(dāng)摩擦

93、生熱繼續(xù)增大，齒面工作區(qū)溫度達(dá)到很高，致使齒面間的油膜破裂，造成齒面金屬粘連；齒面繼續(xù)滑動(dòng)會(huì)使較軟齒面金屬沿滑動(dòng)方向被撕下，即出現(xiàn)齒面膠合故障。</p><p>　　3.2 齒輪箱典型故障振動(dòng)特征與診斷策略</p><p>　　隨著大批大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)發(fā)電，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行引起了很多新問(wèn)題，如主軸載荷、葉輪轉(zhuǎn)速和齒輪箱的增速比等。 同時(shí)由于載荷的增加不再像小風(fēng)機(jī)那樣拆裝容易，因此

94、一旦出現(xiàn)故障, 將會(huì)對(duì)發(fā)電造成很大的影響。特別是大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)造價(jià)昂貴，一旦發(fā)生嚴(yán)重事故，將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。齒輪箱中的軸、齒輪和軸承在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，若發(fā)生故障，其振動(dòng)信號(hào)的能量分布就會(huì)發(fā)生變化，振動(dòng)信號(hào)是齒輪箱故障特征的載體。通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的采集分析，可以確定故障的準(zhǔn)確位置，大大減少風(fēng)力發(fā)電機(jī)的維護(hù)成本。</p><p>　　對(duì)齒輪箱和主軸信號(hào)的采集是通過(guò)振動(dòng)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)行信

95、號(hào)采集，將采集到的信號(hào)處理保存，在某一次風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行異常時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集。通過(guò)對(duì)正常運(yùn)行和異常運(yùn)行時(shí)的頻譜進(jìn)行對(duì)比，找出發(fā)生故障頻譜的變化情況。通過(guò)對(duì)頻譜變化的歸類(lèi)進(jìn)行總結(jié)來(lái)確定故障發(fā)生的部位，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以避免嚴(yán)重的故障產(chǎn)生。</p><p>　　在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的齒輪箱和主軸的適當(dāng)位置放置振動(dòng)傳感器。對(duì)具有故障的齒輪箱振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，在分析中除了傳統(tǒng)的頻譜分析外，還采用細(xì)化譜及解

96、調(diào)譜分析方法，并與正常狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行比較，從而提取該故障的特征。根據(jù)其故障信號(hào)的特征、提出行之有效的診斷方法。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)的信號(hào)采集系統(tǒng)主要包括振動(dòng)傳感器、信號(hào)調(diào)理及A/D轉(zhuǎn)換電路、無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊、無(wú)線信號(hào)接收模塊及PC機(jī)。信號(hào)采集框圖如下圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 齒輪箱信號(hào)采集框圖</p><p>　　通過(guò)振動(dòng)傳感器

97、采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)信號(hào)，將采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)通過(guò)無(wú)線信號(hào)傳輸模塊發(fā)射出去。通過(guò)無(wú)線信號(hào)接收模塊將信號(hào)接收，然后傳給PC機(jī)，完成整個(gè)信號(hào)的采集。</p><p><b>　　(1)齒形誤差</b></p><p>　　齒形誤差時(shí)，頻譜產(chǎn)生以嚙合頻率及其高次諧波為載波頻率，齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻與其倍頻為調(diào)制頻率的嚙合

98、頻率上出現(xiàn)調(diào)制現(xiàn)象，譜圖上在嚙合頻率及其倍頻附近產(chǎn)生幅值小且稀疏的邊頻帶；解調(diào)譜上出現(xiàn)轉(zhuǎn)頻階數(shù)較少，一般以一階為主。而當(dāng)齒形誤差嚴(yán)重時(shí)，由于激振能量較大，產(chǎn)生以齒輪各階固有頻率為載波頻率，齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻與其倍頻為調(diào)制頻率的齒輪共振頻率上出現(xiàn)調(diào)制現(xiàn)象。振動(dòng)能量有一定程度的增大。</p><p><b>　　(2)齒輪磨損</b></p><p>　　因?yàn)闊o(wú)沖擊振動(dòng)信號(hào)產(chǎn)

99、生，所以不會(huì)出現(xiàn)明顯的調(diào)制現(xiàn)象。齒輪的嚙合頻率及其諧波的幅值明顯增大。如果為不均勻磨損，會(huì)產(chǎn)生以齒輪嚙合頻率及其諧波為載波頻率，齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻及其倍頻為調(diào)制頻率的調(diào)制現(xiàn)象，但幅值較小。</p><p><b>　　(3)斷齒</b></p><p>　　斷齒故障時(shí)，表現(xiàn)為幅值很大的沖擊型振動(dòng)，出現(xiàn)以齒輪嚙合頻率及其諧波為載波頻率，故障齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻及其倍頻為調(diào)制頻率的

100、調(diào)制現(xiàn)象，調(diào)制邊頻帶寬而高。也出現(xiàn)以齒輪各階固有頻率及其諧波為載波頻率，故障齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻及其倍頻為調(diào)制頻率的調(diào)制現(xiàn)象，調(diào)制邊頻帶寬而高；振動(dòng)能量有較大增加。</p><p><b>　　(4)箱體共振</b></p><p>　　出現(xiàn)箱體共振時(shí)，對(duì)于薄板結(jié)構(gòu)，齒輪箱的一階固有頻率占主導(dǎo)地位，其他頻率成分較少，振動(dòng)能量有很大的增加。出現(xiàn)以箱體、齒輪固有頻率和齒輪嚙合頻

101、率及其諧波為載波頻率，故障齒輪或軸所在軸轉(zhuǎn)頻及其倍頻為調(diào)制頻率的調(diào)制現(xiàn)象；齒輪嚙合頻率及其諧波幅值明顯增大，振動(dòng)能量有很大的增加。</p><p><b>　　(5)軸不對(duì)中</b></p><p>　　軸不對(duì)中時(shí)，會(huì)出現(xiàn)以齒輪嚙合頻率及其諧波為載波頻率，齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻及其倍頻為調(diào)制頻率的調(diào)制現(xiàn)象；齒輪嚙合頻率及其諧波幅值增大；振動(dòng)能量有一定程度的增大。</p&

102、gt;<p><b>　　(6)軸輕度彎曲</b></p><p>　　軸輕度彎曲時(shí)，會(huì)出現(xiàn)以齒輪嚙合頻率及其諧波為載波頻率，故障齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻及其倍頻為調(diào)制頻率的調(diào)制現(xiàn)象，但調(diào)制邊頻帶窄而??；如果軸上有多對(duì)齒輪嚙合，則會(huì)出現(xiàn)多對(duì)齒輪嚙合調(diào)制；軸向振動(dòng)能量有較大的增加。</p><p><b>　　(7)軸嚴(yán)重彎曲</b></

103、p><p>　　軸嚴(yán)重彎曲時(shí)，齒輪嚙合過(guò)程中會(huì)有連續(xù)多次的沖擊振動(dòng)，當(dāng)沖擊能量很大時(shí)會(huì)激勵(lì)起箱體的固有頻率振動(dòng)；出現(xiàn)以齒輪嚙合頻率及其諧波、齒輪固有頻率、箱體固有頻率為載波頻率，齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻為調(diào)制頻率的調(diào)制現(xiàn)象，邊頻帶較寬；如果軸上有多對(duì)齒輪嚙合，則會(huì)出現(xiàn)多對(duì)齒輪嚙合調(diào)制；軸向振動(dòng)能量增加。</p><p><b>　　(8)軸向竄動(dòng)</b></p>&l

104、t;p>　　當(dāng)軸上有兩個(gè)方向相反的斜齒輪同時(shí)參與嚙合時(shí)，可能發(fā)生軸箱竄動(dòng)現(xiàn)象。其中齒數(shù)較多的齒輪嚙合頻率的幅值大幅度增加，振動(dòng)能量有較大的增加。</p><p>　　(9)軸有嚴(yán)重的不平衡</p><p>　　軸嚴(yán)重不平衡時(shí)，會(huì)出現(xiàn)以齒輪嚙合頻率及其諧波為載波頻率，故障齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻及其倍頻為調(diào)制頻率的嚙合頻率調(diào)制，但邊頻帶較少且??；故障軸的轉(zhuǎn)頻成分有較大的增加；軸向振動(dòng)能量有較大的

105、增加。</p><p>　　(10)軸承疲勞剝落和點(diǎn)蝕</p><p>　　在齒輪箱中，一般滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸過(guò)盈配合，即軸與內(nèi)圈緊密牢固地連為一體，要激起固有頻率需要較大能量。外圈與箱體軸承座也是過(guò)盈配合，但與內(nèi)圈相比要松得多。且外圈在工作中一直受到滾動(dòng)體對(duì)其較大的壓力，當(dāng)軸承出現(xiàn)剝落故障并運(yùn)行一段時(shí)間后，外圈與軸承座之間基本完全松動(dòng)，由于外圈松動(dòng)且質(zhì)量較輕，軸承元件出現(xiàn)故障時(shí)，振動(dòng)能量通