陳文武

摘? ? 要：因為齒輪箱的運作情況與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有著直接關(guān)系，所以工程技術(shù)人員要正確地判斷風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱的故障和問題，并且采取有效的措施加以解決和完善，進一步降低風(fēng)力發(fā)電機組的損失概率，還可以更好地維修齒輪箱設(shè)備。齒輪箱可以通過監(jiān)測信號來知曉設(shè)備的運行情況，所以工程技術(shù)人員應(yīng)該重點關(guān)注振動信號的變化，并且分區(qū)域和分時段來處理信號數(shù)據(jù)，從而更好地診斷齒輪箱的運行效果。本文重點比較了齒輪箱不同運轉(zhuǎn)環(huán)境下的振動情況，之后總結(jié)出風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱故障的診斷原理和方法。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機;齒輪箱;故障診斷

1? 風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱的構(gòu)造和工作原理

1.1? 風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱的構(gòu)造

風(fēng)力發(fā)電機組齒輪共有箱體、齒輪傳動零件、軸承和相關(guān)的潤滑系統(tǒng)。傳動零件中有行星架、太陽輪、輸入軸、行星輪和內(nèi)齒圈等零件，依照動力傳動方式可以分成定軸齒輪、行星齒輪傳動和組合式的傳動形式。而齒輪箱的箱體需要借助齒圈軸來支持，并且將葉輪的轉(zhuǎn)動力有效地帶至輸出軸中，這樣可以更好地承擔內(nèi)外等載荷;而齒輪箱里面有3行星輪與兩級定軸的齒輪傳動。而一級行星齒輪傳動同二級定齒輪傳動齒輪箱組合在一起，形成一個完整的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)。

1.2? 風(fēng)力發(fā)電機齒輪箱的工作原理

葉輪在風(fēng)的作用下可以將輪轂轉(zhuǎn)動納入到齒輪箱的輸入軸中，這樣可以促進行星架的轉(zhuǎn)動和運作。行星輪和輪箱體上的內(nèi)齒圈在自轉(zhuǎn)的時候還要完成公轉(zhuǎn)運動，還要做好第一輪的增速運動;之后太陽輪還要帶動同軸大齒輪以及中間軸的小齒輪嚙合一起轉(zhuǎn)動，這樣可以更好地實現(xiàn)二級的增速運動;當中間軸與輸出軸的齒輪嚙合之后一起轉(zhuǎn)動，這樣可以實現(xiàn)三級的增速運動。經(jīng)過三個層級的轉(zhuǎn)速運動可以更好地讓發(fā)電機發(fā)電和運作。

2? 風(fēng)力發(fā)電機齒輪箱中常見故障和問題

2.1? 斷齒問題

風(fēng)力發(fā)電機齒輪在轉(zhuǎn)動的時候需要承擔很大的沖擊力和偏載力，經(jīng)常通過周期力的形式呈現(xiàn)出來，而且如果齒輪根部不斷擴大會造成斷齒問題的出現(xiàn)。除此之外，異物顆粒進入到齒輪中也會產(chǎn)生較大危害。

2.2? 軸承問題

齒輪的周期性載重也會給軸承帶來相應(yīng)的沖擊力，甚至出現(xiàn)軸承問題。與此同時，如果工作不太穩(wěn)定也會造成軸承的油膜晃蕩或者潤滑不良等現(xiàn)象，這樣容易破壞軸承的穩(wěn)定性和安全性。

2.3? 漏油問題

從漏油問題來看是因為部件之間的安裝不太合理有效，其中零件制造手藝不夠精湛，運行環(huán)境條件較差，從而引發(fā)了漏油問題。

2.4? 潤滑油超溫問題

風(fēng)力發(fā)電機長時間工作或者是滿負荷，那么就會造成潤滑油溫度的升高，并且出現(xiàn)一些問題，首先，潤滑油的管路被堵，散熱風(fēng)扇難以正常運作，從而造成散熱效果較差，并且出現(xiàn)潤滑油溫度增高的現(xiàn)象;第二，冷卻系統(tǒng)如果被破壞就容易降低效率，也會提升潤滑油的溫度;第三，發(fā)電機組齒輪和軸系沒有安裝妥當也會造成潤滑油溫度超標，從而引發(fā)一些超溫問題。

2.5? 點蝕問題

因為齒輪在運作的時候會需要擔負交變的載荷，并且在齒面深處產(chǎn)生較大的剪切力，因為剪切力變化是不均勻的，如果剪切力到達了齒輪的最大疲勞值，那么就會出現(xiàn)嚴重的疲勞破壞，并且還會殘留裂紋在齒面上，并且出現(xiàn)小金屬顆粒的掉落現(xiàn)象，這種情況也被稱作是點蝕問題。

2.6? 齒面磨損問題

風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱的齒輪磨損大多出現(xiàn)在漸開線的工作面上，而齒輪嚙合的磨損表現(xiàn)在四個方面，首先，一般性磨損是指金屬表面的接觸和自然速率的破損，從而影響了齒輪的正常運轉(zhuǎn)，這對于齒面的使用年限也有一定的要求;第二，金屬長時間在惡劣的環(huán)境下工作，需要負擔的負荷重力較大，那么會導(dǎo)致中度的磨損，這也會影響齒輪的正常運行;第三，齒面的破損也會影響齒輪的不平衡性和不穩(wěn)定性;第四，外物對齒輪也會帶來一定的影響，如果外物侵蝕比較嚴重，那么很有可能造成齒輪的破損和損壞。

3? 診斷故障和問題的方法與技術(shù)

3.1? 振動幅值的調(diào)制診斷方式

由于齒輪箱長時間負擔著周期載荷壓力，這樣會產(chǎn)生一定量的振動幅值，要合理地調(diào)制好振動幅值，并且診斷好齒輪箱的問題，而診斷過程中主要把齒輪旋轉(zhuǎn)軸信號當作是調(diào)制波頻率，并且將齒輪嚙合的頻率設(shè)置為載波的頻率。當齒輪負擔了一定的載荷之后，齒輪的轉(zhuǎn)速也會有所變化，并且組成振動系統(tǒng)中的頻率調(diào)制。如果齒輪出現(xiàn)問題那么就會在頻譜上有所反應(yīng)。比方說，如果齒輪副破損就會在頻率譜上出現(xiàn)多頻率，這與磨損種類也有一定聯(lián)系。一般來說，使用頻率測試裝置來檢測可以更好地判斷齒輪副的工作情況。

3.2? 診斷振動問題的技術(shù)和手段

齒輪運作的時候容易出現(xiàn)振動現(xiàn)象，而振動信號當中也會包含較多內(nèi)容，這有助于進一步分析和思考振動的問題和故障種類，由于不同故障或問題也有規(guī)律，并且與振動特征也所關(guān)聯(lián)，這將會帶來一些頻率譜線改變。使用在線檢測的方法可以更好地提取振動頻譜，并將其作為基準頻譜，之后對比和監(jiān)測齒輪箱的頻譜差異，這樣可以更好地為診斷工作奠定基礎(chǔ)。而該檢測方式是將復(fù)雜波形分解成諧波，這樣可以進一步降低分析難度，還可以有效地判斷出風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱的問題。

3.3? 診斷振動頻譜的技術(shù)和方法

齒輪箱結(jié)構(gòu)具有兩種振動模式，也就是常規(guī)振動與非常規(guī)振動模式。齒輪箱在運轉(zhuǎn)的時候如果未出現(xiàn)故障問題不會產(chǎn)生太大的振動，但是非常規(guī)型振動中如果齒輪箱出現(xiàn)故障就會帶來相應(yīng)的振動幅度變化與振動頻率變化，這主要與齒輪箱的綜合剛度有關(guān)。一般來說，正常工作中的齒輪箱與非正常工作中的齒輪箱會出現(xiàn)不同的振動現(xiàn)象，而這些變化與頻譜有著很大關(guān)聯(lián)，因此工程技術(shù)人員要結(jié)合振動信號來診斷齒輪箱的問題。

4? 結(jié)束語

齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機組當中的重要設(shè)備，而齒輪箱關(guān)系到運行穩(wěn)定，與發(fā)電機組的安全也有很大關(guān)系，所以工程技術(shù)人員要正確認識和分析風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱中的問題，還要把握好風(fēng)力發(fā)電機組的相關(guān)原理，這樣才能夠更好地判斷出風(fēng)力發(fā)電機組中齒輪箱故障問題，并且采取有效的診斷技術(shù)和手段。

參考文獻：

[1] 嚴如強，錢宇寧，胡世杰，高曉旸.基于小波域平穩(wěn)子空間分析的風(fēng)力發(fā)電機齒輪箱故障診斷[J].機械工程學(xué)報，2014（11）：9～16.

[2] 陳文濤，謝志江，陳平.風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱故障監(jiān)測與診斷[J].機床與液壓，2012（3）：167～169.

[3] 路宏，王文婷.風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱的結(jié)構(gòu)研究及故障分析[J].內(nèi)蒙古石油化工，2011（22）：16～18.

[4] 楊明莉，劉三明，張衛(wèi)，劉琦.基于振動分析的風(fēng)力機齒輪箱故障診斷[J].電機與控制應(yīng)用，2015（1）：66～71.