吳佳平

摘 要：在對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備故障進(jìn)行分析的過(guò)程中，對(duì)振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用，能夠準(zhǔn)確掌握風(fēng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)以及具體的運(yùn)行特征。從而對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不同部件的運(yùn)行頻率和故障頻率進(jìn)行準(zhǔn)確采集，并對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和即將出現(xiàn)的故障種類等進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。方便開展有效的故障維護(hù)工作，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行安全。本文就振動(dòng)分析在風(fēng)電機(jī)械設(shè)備故障診斷中的運(yùn)用進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)分析;風(fēng)電機(jī)械;設(shè)備故障診斷;運(yùn)用

1 風(fēng)電機(jī)械常見(jiàn)故障頻譜特征分析

1.1 安裝故障振動(dòng)分析

發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)階段振動(dòng)情況時(shí)有發(fā)生，常因各種原因造成，再加上長(zhǎng)時(shí)間服役，就會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)、不平衡等現(xiàn)象。機(jī)械不平衡。在風(fēng)機(jī)部件中軸承屬于核心部件，軸的回轉(zhuǎn)中心非常關(guān)鍵，當(dāng)其與軸的質(zhì)心發(fā)生偏離不再重合時(shí)就會(huì)誘發(fā)不平衡問(wèn)題，結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)可知，不平衡現(xiàn)象的存在絕大多數(shù)取決于轉(zhuǎn)子部分結(jié)垢，此外還要考慮轉(zhuǎn)子部分變形或是發(fā)生彎曲等狀況。在實(shí)踐中，經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)機(jī)檢測(cè)可知，機(jī)械不平衡故障發(fā)生概率較大，故障特征體現(xiàn)在時(shí)域波形中，特征非常鮮明。機(jī)械松動(dòng)。除機(jī)械不平衡外松動(dòng)問(wèn)題也時(shí)常發(fā)生，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間服役會(huì)受嚴(yán)重磨損，導(dǎo)致基座損傷，另外像腳螺栓等重要構(gòu)件也會(huì)松動(dòng)，在多種原因綜合作用下機(jī)械松動(dòng)故障由此形成。實(shí)踐證明，轉(zhuǎn)子的支承系統(tǒng)扮演重要角色，當(dāng)過(guò)盈間隙太小時(shí)外圈和軸承座的空間將會(huì)出現(xiàn)周期變化，這樣中間的油膜便無(wú)法發(fā)揮作用、出現(xiàn)不穩(wěn)定性。此時(shí)一旦地腳螺栓緊力不足振動(dòng)產(chǎn)生移動(dòng)就會(huì)形成，影響設(shè)備同軸度。其故障頻譜特征：強(qiáng)徑向振動(dòng)明顯，特別是垂直振動(dòng);存在常規(guī)的軸向振動(dòng)，通過(guò)觀察可知。振動(dòng)的方向性鮮明，并且伴隨垂直向振動(dòng)，這一故障頻譜特征可作為故障區(qū)分的依據(jù);各次諧波強(qiáng)烈。

1.2 滾動(dòng)軸承故障分析

在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)階段滾動(dòng)軸承作用顯著，由于腐蝕、裝配等各方面的原因會(huì)讓滾動(dòng)軸承損壞程度加深，出現(xiàn)不同規(guī)格的磨損?，F(xiàn)實(shí)應(yīng)用中滾動(dòng)軸承失效形式大致可分為以下幾種：疲勞剝落，隨著時(shí)間推移會(huì)承載較長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)力，在其影響下滾動(dòng)軸承滾子變化明顯，會(huì)逐漸拉大與內(nèi)圈外圈的間隙，并在交變載荷作用下導(dǎo)致明顯裂縫形成。實(shí)踐證明，最明顯的地方往往是最大剪切應(yīng)力處，且裂縫會(huì)不斷擴(kuò)大直至表面出現(xiàn)剝落。

結(jié)合以往的軸承損傷案例可知，疲勞剝落概率最高，在滾動(dòng)軸承故障中占據(jù)比重較大。在國(guó)家現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中，通常情況下軸承使用壽命計(jì)算需結(jié)合使用情況得出其疲勞壽命，即疲勞壽命=軸承使用壽命、磨損?，F(xiàn)實(shí)應(yīng)用， 磨損之所以會(huì)形成，主要是由摩擦過(guò)多導(dǎo)致的。究其根本，與滾子、內(nèi)外圈銜接程度有關(guān)，兩者間的摩擦?xí)屳S承出現(xiàn)損傷。通常雜質(zhì)的進(jìn)入會(huì)加劇摩擦，讓摩擦力度加大、導(dǎo)致表面磨損，另外在使用階段潤(rùn)滑不到位也會(huì)誘發(fā)類似問(wèn)題，變相加重磨損。磨損會(huì)嚴(yán)重降低各部件的性能，磨損時(shí)間增長(zhǎng)也就意味著部件尺寸變小，這種關(guān)系始終存在，且軸承內(nèi)部的游隙會(huì)不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致軸承粗糙度變大，最終的不良后果就是軸承壽命縮減。此外設(shè)備運(yùn)行期間還會(huì)造成其他影響，在環(huán)境微振作用下能明顯發(fā)現(xiàn)接觸面變小，且滾子與滾道接觸面積變小后就會(huì)出現(xiàn)交替滑動(dòng)，這種滑動(dòng)將會(huì)留下振動(dòng)條紋， 在振動(dòng)條紋影響下變相加劇損傷情況。塑性變形。除上述情況外現(xiàn)實(shí)中塑性變形普遍存在，塑性變形原因較多：在軸承運(yùn)行階段大負(fù)荷沖擊強(qiáng)烈，再加上遭遇過(guò)熱變形導(dǎo)致額外負(fù)荷產(chǎn)生，這種情況極易誘發(fā)塑性變形;有異物進(jìn)入軸承增加了塑性變形概率，處于這樣的條件下，軸承長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)形成明顯的凹痕。通常這些不可恢復(fù)的凹痕會(huì)引起負(fù)荷集中，基于這樣的前提表面金屬剝落機(jī)會(huì)便會(huì)增加，最終導(dǎo)致塑性變形。

2 在風(fēng)電機(jī)械設(shè)備故障診斷中振動(dòng)分析的具體應(yīng)用

利用振動(dòng)分析方法對(duì)風(fēng)電機(jī)械設(shè)備故障進(jìn)行診斷時(shí)，需要根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的實(shí)際情況加強(qiáng)數(shù)據(jù)采集工作，并根據(jù)具體的需求完成風(fēng)機(jī)振動(dòng)分析，對(duì)故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位，判斷故障程度，預(yù)測(cè)故障的具體發(fā)展趨勢(shì)。這樣才能夠提出有針對(duì)性的維修建議，之后采集風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)振動(dòng)數(shù)據(jù)，在拆解后需要對(duì)分析方法的可靠性和準(zhǔn)確性進(jìn)行有效驗(yàn)證。一般情況下，在振動(dòng)分析方法應(yīng)用過(guò)程中，需要從以下方面出發(fā)，保證該方法能夠充分發(fā)揮作用。

2.1 風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)采集作業(yè)

在數(shù)據(jù)采集之前必須確定最合適的測(cè)點(diǎn)，將振動(dòng)傳感器安裝在合適位置并采集振動(dòng)信號(hào)，測(cè)點(diǎn)位置越合理，獲取的數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，能夠在最大程度上提高故障診斷的準(zhǔn)確率以及成功率。一般情況下，在振動(dòng)傳感器位置選擇過(guò)程中，要保證傳感器可以直接獲取振動(dòng)數(shù)據(jù)。因此，要盡可能接近被測(cè)設(shè)備的承載區(qū)域或者在最大載荷方向。風(fēng)機(jī)內(nèi)部機(jī)械部件相對(duì)較多， 高低頻信號(hào)也比較混雜，其中高頻振動(dòng)傳播并無(wú)方向性，一般需要采集一個(gè)方向上的高頻信號(hào)。

2.2 獲取風(fēng)電機(jī)組部件運(yùn)行參數(shù)

及時(shí)確定風(fēng)機(jī)部件的具體型號(hào)，并獲取風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行過(guò)程中，不同部件的具體參數(shù)，將其帶入到公式中獲取風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障后的特征頻率。之后需要根據(jù)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行速度對(duì)工作頻率進(jìn)行準(zhǔn)確確定。

2.3 進(jìn)行頻譜分析

完成頻譜分析是振動(dòng)分析在故障診斷中的主要內(nèi)容。一般需要對(duì)頻域圖中的不同振動(dòng)頻率、幅值、邊額等進(jìn)行準(zhǔn)確分析。從而完成故障定位， 判斷故障的具體程度。在振動(dòng)分析過(guò)程中，需要對(duì)每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的時(shí)域波形進(jìn)行觀察，獲取振動(dòng)幅值最大值，并將最大值與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)部位的報(bào)警值進(jìn)行對(duì)比。如果振動(dòng)最大值超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值代表存在故障，可以利用超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值的多少對(duì)故障的嚴(yán)重程度進(jìn)行判斷。除此之外，需要對(duì)每一個(gè)測(cè)點(diǎn)的時(shí)域波形進(jìn)行分析，主要是利用軟件將采集到的測(cè)點(diǎn)速度、加速度、振動(dòng)信號(hào)利用傅里葉變換使其轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域圖與包絡(luò)譜。對(duì)相關(guān)的頻域波形進(jìn)行觀察獲取頻譜圖內(nèi)的轉(zhuǎn)頻和相關(guān)諧頻。并根據(jù)具體的形式與特征對(duì)故障類型進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，之后需要以頻譜圖中的具體情況為基礎(chǔ)，對(duì)不同部件故障振動(dòng)頻率和諧頻進(jìn)行分析，獲取故障問(wèn)題的具體情況。

2.4 確定故障情況

在振動(dòng)分析過(guò)程中需要分析機(jī)械設(shè)備故障的嚴(yán)重程度，并根據(jù)故障的具體情況提出有針對(duì)性的可靠的維修計(jì)劃。例如對(duì)只需要進(jìn)行維護(hù)作業(yè)的，可以開展?jié)櫥蛘咔逑垂ぷ?對(duì)需要更換部件的需要及時(shí)采購(gòu)配件， 風(fēng)機(jī)運(yùn)行風(fēng)速變小時(shí)可以及時(shí)更換部件，降低維修成本和時(shí)間，提前排除故障，確保風(fēng)機(jī)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的推廣和應(yīng)用具有至關(guān)重要的作用。為了保證風(fēng)電機(jī)組能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要重視智能診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)的充分應(yīng)用。在對(duì)風(fēng)電機(jī)組設(shè)備故障進(jìn)行診斷時(shí)，對(duì)振動(dòng)分析技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，可以在一定程度上提高故障診斷的準(zhǔn)確率以及可靠性，為故障排查與維修方案提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)。在對(duì)振動(dòng)分析技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，需要根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備的具體運(yùn)行情況，引入振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)。并根據(jù)相應(yīng)的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)振動(dòng)分析方法進(jìn)行總結(jié)，保證振動(dòng)分析工作的標(biāo)準(zhǔn)性和規(guī)范性，提高故障診斷結(jié)果的可靠性。

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