趙鐵印

摘要：滾動(dòng)軸承是雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中應(yīng)用較為廣泛的一類部件，但是在實(shí)際的運(yùn)行工作中極易受到相關(guān)工況的影響出現(xiàn)磨損情況，從而造成發(fā)電機(jī)組的故障問題。本文從風(fēng)力發(fā)電機(jī)的振動(dòng)分析和滾動(dòng)軸承的振動(dòng)診斷兩個(gè)方面入手，對雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷方法進(jìn)行分析，希望能為機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行做出相應(yīng)的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；發(fā)電機(jī)滾動(dòng)軸承；狀態(tài)監(jiān)測；故障診斷

雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的滾動(dòng)軸承非常容易受到相關(guān)運(yùn)行設(shè)備實(shí)際工況的影響而出現(xiàn)不同程度的磨損情況，如果不對其采取相應(yīng)的狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷方法，很有可能會由此引發(fā)機(jī)組整體出現(xiàn)更大的故障。滾動(dòng)軸承的缺陷會使設(shè)備出現(xiàn)異常振動(dòng)，通過對軸承保持架、軸承內(nèi)外圈故障特征頻率等進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算分析，可以更早的明確滾動(dòng)軸承的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，從而提升設(shè)備的整體運(yùn)行可靠性。

一、雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷原理[WT][ST]

（一）風(fēng)力發(fā)電機(jī)的振動(dòng)分析

一般情況下，雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的震動(dòng)分析主要應(yīng)用的是時(shí)域分析方法，但是這種分析方式能夠提供的數(shù)據(jù)信息量往往非常有限，只能對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行粗略的故障判斷。當(dāng)機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)較為嚴(yán)重的故障時(shí)，則需要對滾動(dòng)軸承采取震動(dòng)信息頻譜分析方法，通過對頻譜圖中展現(xiàn)的頻率成分和各類頻率成分的不同幅值的分析，配合時(shí)域分析方法對故障嚴(yán)重程度、故障位置以及故障的具體類型進(jìn)行明確。利用對雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷采取的綜合分析，從而提出最為合理的維護(hù)檢修方案。[1]

（二）滾動(dòng)軸承的振動(dòng)診斷

滾動(dòng)軸承的震動(dòng)診斷一般是利用頻譜分析方法對不同的部件進(jìn)行故障特征頻譜的初步分析，再根據(jù)分析結(jié)果判斷滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障的具體部位和故障發(fā)生的實(shí)際嚴(yán)重程度。在這一過程中，想要對故障頻率清晰定位需要對各個(gè)部件之間的理論特征頻率進(jìn)行計(jì)算。不同的故障頻率有著不同的計(jì)算方式，根據(jù)實(shí)際故障特點(diǎn)的來對診斷方式進(jìn)行合理的選擇，從而最大程度的降低設(shè)備檢修維護(hù)成本，達(dá)到機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益的提升目的。

二、滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷方法實(shí)例研究

（一）設(shè)備參數(shù)及故障頻率分析

在某省的風(fēng)力發(fā)電企業(yè)中一共安裝了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組66臺，且總裝機(jī)容量為99MW，其中共有55臺帶有齒輪箱的雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)總?cè)萘繛?2.5MW，占總體裝機(jī)容量的83.3%。而常見的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有四種型號，不同的機(jī)組之間設(shè)備型號各不相同，而在整體的發(fā)電機(jī)組中，發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端與發(fā)電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端一共存在三種型號的滾動(dòng)軸承，因此在進(jìn)行相應(yīng)的故障頻率分析過程中需要根據(jù)滾動(dòng)軸承的不同幾何尺寸、滾動(dòng)體數(shù)量以及公稱接觸角對內(nèi)圈故障特征頻率、外圈故障特征頻率、滾動(dòng)體故障特征頻率、保持架故障特征頻率和對應(yīng)軸回轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行計(jì)算。以滾動(dòng)體故障特征頻率為例，6326型號、6328型號、6332型號三種軸承型號對應(yīng)的故障特征頻率為：2197、2.201、2.359。

（二）振動(dòng)監(jiān)測與分析診斷系統(tǒng)

根據(jù)對發(fā)電機(jī)組滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷模型可以建立相應(yīng)的振動(dòng)監(jiān)測和分析診斷系統(tǒng)，振動(dòng)監(jiān)測與分析診斷系統(tǒng)是由速度傳感器、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集卡以及微型計(jì)算機(jī)組成，其中微型計(jì)算機(jī)包括監(jiān)測、通訊、分析和診斷軟件等。該系統(tǒng)也被稱為TCPC機(jī)械故障巡檢系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集卡和微型計(jì)算機(jī)兩者之間一般需要通過USB接口形式進(jìn)行連接。

（三）離線監(jiān)測

在對相應(yīng)的測試參數(shù)進(jìn)行選擇以及實(shí)際監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行布置工作過程中，利用離線監(jiān)測與分析診斷系統(tǒng)可以對雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的不同風(fēng)機(jī)采取獨(dú)立式的振動(dòng)監(jiān)測。在對垂直以及水平兩個(gè)方向的振動(dòng)值進(jìn)行測量時(shí)需要利用到系統(tǒng)中的速度傳感器裝置，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際的振動(dòng)監(jiān)測情況對發(fā)電機(jī)組的驅(qū)動(dòng)端位置軸承以及發(fā)電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端位置軸承采取重點(diǎn)振動(dòng)測試。具體的離線監(jiān)測測試點(diǎn)可以依據(jù)現(xiàn)場情況的不同進(jìn)行不同方式的布置。例如：如果在整個(gè)機(jī)組中想要布置五處測點(diǎn)，可以在葉輪與齒輪箱之間的兩處軸承點(diǎn)分別設(shè)置測點(diǎn)1、測點(diǎn)2，在齒輪箱與發(fā)電機(jī)之間的兩處軸承位置設(shè)置測點(diǎn)3、測點(diǎn)4，最后在發(fā)電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承處選擇設(shè)置測點(diǎn)5。

（四）測試結(jié)果分析

通過對整體發(fā)電機(jī)組的測試數(shù)據(jù)信息對比可以發(fā)現(xiàn)，在風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承的振動(dòng)烈度相對較大，且驅(qū)動(dòng)端軸承在垂直方向的振動(dòng)幅值在1.764mm左右，驅(qū)動(dòng)端軸承在水平方向的振動(dòng)幅值在0.591mm左右，與其他4臺風(fēng)機(jī)的振動(dòng)幅值相比超出了整整5倍。另外，選取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中驅(qū)動(dòng)端軸承與非驅(qū)動(dòng)端軸承振動(dòng)幅值均處于較小幅值的一臺風(fēng)機(jī)進(jìn)行分析，編號為F1。F1的實(shí)際運(yùn)行工況為：軸轉(zhuǎn)速1706r/min、軸回轉(zhuǎn)頻率2844Hz、輸出電壓690V、輸出功率1450kW。經(jīng)過對F1號風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承在水平方向以及垂直方向的監(jiān)測振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域分析和頻譜分析之后，可以明顯發(fā)現(xiàn)頻譜中實(shí)際的頻率值與6326軸承的外圈故障特征頻率和其倍頻出現(xiàn)吻合的現(xiàn)象，因此可以總結(jié)出F1號風(fēng)力發(fā)電機(jī)在驅(qū)動(dòng)端軸承的外圈存在較為嚴(yán)重的損傷情況。針對F1號風(fēng)力發(fā)電機(jī)的嚴(yán)重?fù)p傷情況，需要對其進(jìn)行及時(shí)的更換處理，以免出現(xiàn)較大的機(jī)組運(yùn)行事故。

三、總結(jié)

綜上所述，在雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷工作中，利用振動(dòng)監(jiān)測以及分析診斷系統(tǒng)方式所提出的基于滾動(dòng)軸承故障特征頻率的頻譜分析方法，除了可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行和避免重大運(yùn)行事故的發(fā)生之外，還可以進(jìn)一步降低故障停機(jī)次數(shù)。通過對故障停機(jī)時(shí)間的有效縮減，到達(dá)控制檢修成本的目的，從而在根本上大大提升機(jī)組的實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]王廣義.基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化控制及故障診斷[D].西安理工大學(xué)，2017.

[2]張巍，秦玉志，崔瑞.雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷方法探究[J].吉林電力，2015，43（06）：1618.