２０１２年２月 机床与液压 ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＵＣＳ Ｆｅｂ．２０１２ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．３ 第４０卷第３期 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１２．０３．０４６ 风力发电机组齿轮箱故障监测与诊断 陈文涛 ，谢志江 ，陈平 （１．重庆大学机械工程学院，重庆４０００３０； ２．新疆轻工职业技术学院机电系，新疆乌鲁木齐８３００２１） 摘要：讨论齿轮故障机理及常用检测诊断方法，通过对某风力发电机组中齿轮箱振动监测数据的分析，判断出齿轮箱 故障部位与类型，并提出相应的维修措施。 关键词：齿轮；振动；故障诊断；在线监测 中图分类号：ＴＨ１６５．３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—３８８１（２０１２）３—１６７—３ Ｆａｕｌｔ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ａｎｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｇｅａｒｂｏｘ ｏｆ Ｗｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ＣＨＥＮ Ｗｅｎｔａｏ。 ．ＸＩＥ Ｚｈｉｊｉａｎｇ 。ＣＨＥＮ Ｐｉｎｇ （１．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３０，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｕｒｕｍｑｉ Ｘｉｎｊｉａｎｇ ８３００２１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｊ ．ａｃｔ：Ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｇｅａｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｙｐｅ ｏｆ ｆａｕｌｔ ｏｆ ｇｅａｒｂｏｘ ｗｅｒｅ ｉｄｅｎｔｉｉｆｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌｓ ｏｆ ｇｅａｒｂｏｘ ｆｏｒ ｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ｔｈｅ ｒｅｐａｉｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｗａｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｇｅａｒ；Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；Ｆａｕｌｔ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ；Ｏｎ．１ｉｎｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ 增速齿轮箱是风力发电机组中最常用的传动设 数据为依据，对风力发电机组齿轮状况进行了分析预 备，它位于叶轮和发电机之间，将叶轮受风力作用旋 测，使设备的故障率降低、维修时间和维修成本降低。 转而产生的动力传递给发电机发电，同时将叶轮输入 １ 齿轮故障机理与诊断方法 的较低转速提升为满足发电机所需的转速。增速齿轮 齿轮副可以看作一个振动系统，齿轮的振动分为 箱承受无规律变向载荷的风力作用及强阵风冲击的变 两部分：一部分为常规振动，它与齿轮的制造误差和 载荷作用，本身体积较大，质量大，结构相对复杂， 故障无关；另一部分取决于齿轮的综合刚度和故障函 对齿轮箱自身质量要求较高，其成本大约占到整机 数。齿轮处于正常或异常状态下时，两种振动水平有 （不含塔架）成本的１２％。近年来随着风电机组投行 所差异，齿轮的各种故障可在频谱上反映出来，可以 时间的逐渐累积，由齿轮箱故障或损坏引起的机组停 根据齿轮振动信号啮合频率分量进行齿轮故障诊断。 运事件时有发生，而齿轮箱故障造成的电量损失占到 以振动和噪声为故障信息载体进行齿轮的精密诊断， 全部非常规电量损失的６９％。由此带来的直接和间 目前常用的信号处理方法有以下几种：时域分析法， 接损失也越来越大，维护人员投入相关工作的工作量 包括时域波形、调幅解调等；频域分析法，包括细化 也有上升趋势。而目前针对风力发电机组关键部件采 谱和功率谱；倒频谱分析法；时频域分析法和共振解 取的人工巡检和定期维护的监测手段并不能准确地预 调分析法。由于时域信号受各种因素的影响较大，波 测故障的发生，企业往往是在设备出现严重故障无法 形较复杂，不易清晰地判别故障原因，因此，对齿轮 继续运转时才去采购备品备件、进行零件替换。但风 故障的判断多采用频谱分析法。 力发电机齿轮箱零部件生产成本比较高，制造商都是 齿轮载荷波动对振动幅值的影响造成幅值调制， 接单生产，不可能随时供货。另外在发现故障时，故 在齿轮信号中，啮合频率成分通常是载波成分，齿轮 障已经发展到比较严重的程度，修理周期也比较长。 轴旋转频率成分通常是调制波成分。齿轮转速产生波 这些因素都容易造成风电场故障停机时间过长。越来 动表现在振动上为频率调制，部分齿轮的故障使信号 越多的风电场开始加强齿轮箱的在线监测和故障诊断 产生调制，而调制的结果是在频谱上出现边频。当齿 工作，科学地指导维修和备件采购，保障风电机组的 轮副发生初期磨损时，其振动频谱上会产生相应的特 利用率。文中以某风力发电机组增速齿轮箱状态检测 征频率，通过测试仪器可以对其进行状态检测。 收稿日期：２０１１—０ｌ—ｌＯ 作者简介：陈文涛（１９７４一），女，硕士研究生，讲师，主要从事机电一体化技术的科研与教学工作。Ｅ—ｍａｉｌ：８３８６６９７８８ ＠ｑｑ．ｃｏｍ。