振动分析和内窥镜检测在风力发电机组齿轮箱故障诊断中的配合应用

索红光 唐伟

摘 要：组合利用离线式振动分析设备和工业视频内窥镜，对一台出现齿面裂纹的风力发电机组齿轮箱进行振动数据采集和分析，对完善风电机组齿轮箱故障数据，积累故障诊断经验有较大的现实意义。

关键词：风力发电齿轮箱；故障诊断；振动分析；内窥镜检测

中图分类号：TH113.21 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）18-0047-02

1 背景概述

在异步和双馈型风力发电机组中，齿轮箱是重要的增速部件，它将风轮在风力作用下获得的动力传递给发电机并使之增速，发电机将获得的动能最终转化为电能并输送到电网。

由于机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，无规律的变向变载荷的风况，强阵风的冲击，酷暑、严寒和极端温差的影响等，一系列因素使得齿轮箱成为风力发电机组中故障率较高、停机损失较大的薄弱环节。因此，寻找切实有效的齿轮箱故障诊断方法，及时发现设备隐患，采取主动性维护维修措施，对提升风电机组的发电性能，保证机组的安全稳定运行，具有非常重要的意义。

随着现代测试技术和信号处理技术的发展进步，振动分析方法得到了快速发展，成为齿轮箱状态监测和故障诊断主流方法之一。但是由于风力发电机组具有齿轮箱结构复杂、运行工况复杂多变的特点，振动分析法在强背景噪声的条件下的诊断精度还有待进一步验证。工业视频内窥镜具有成像直观的优点，但同时也存在视野局限的不足。因此在现代风力发电齿轮箱故障诊断实践中，结合使用振动分析和工业视频内窥镜，使两者优势互补，这对提升齿轮箱状况诊断精度，及时发现故障隐患，保证风电机组的安全运行有重要意义。

2 振动理论

风电齿轮箱是一个复杂的弹性机械系统。齿轮啮合时轮齿的弹性变形、时变啮合刚度、啮入出冲击、齿侧间隙、制造误差等都对轮齿静动力接触特性、系统动态性能、系统传动精度等有很大影响。齿轮箱同时承受由原动机和负载引入的外部激励和由时变啮合刚度、齿轮传动误差和啮合冲击所引起的内部激励，其振动受轴、齿轮、轴承等多种振动的影响，具有高度的非线性特点及耦合效应，从而导致齿轮箱振动信号复杂，难以建立完美的动力学模型。在研究齿轮及齿轮箱故障时，我们将齿轮传动副作为一个振动系统，以简化研究过程。

5 结 语

齿轮箱是风力发电机组中最主要，同时也是故障率较高、故障损失较大的核心部件之一，及早发现齿轮箱的故障，找到故障原因并采取相应的处理措施，对避免发生重大故障、延长齿轮箱使用寿命、降低运维成本有着十分重要的意义。

本文综合使用振动分析和工业视频内窥镜工具，采集发生齿面裂纹的风电机组齿轮箱振动数据，为以后进行齿轮箱故障诊断打下了良好的基础。不过，由于风电齿轮箱具有结构复杂、运行工况严峻的特点，造成振动频率成分较多，为了提升齿轮箱故障诊断准确性，建议从以下几方面着手开展工作：

①积累故障数据，掌握典型故障特征。主要是根据各轴的转频、齿轮啮合频率、滚动轴承运动学和动力学特征频率，建立齿面点蚀、微点蚀、剥落、齿面裂纹、断齿、轴弯曲、轴承点蚀和打滑磨耗等齿轮箱常见故障特征数据，为齿轮箱智能诊断系统打下良好基础；②在大量数据积累的基础上，建立故障评判标准。由于风力发电机型多种多样，各机组安装地理位置和运行风况等条件也不一样，导致无法按照统一的标准，进行齿轮箱状况评判。而是需要长时间积累大量的数据，才能形成有针对性的齿轮箱状况等级评判标准；③综合利用多种故障诊断工具。目前，针对齿轮箱的故障诊断方法主要有性能参数分析法、振动分析法、油液分析法、噪声分析法、声发射分析法和工业视频内窥镜直接检测法等。各种方法各有优缺点，应用场合也不尽相同。在现场实际应用过程中，可以组合选用若干种诊断工具，探寻最优方法，提高故障诊断的准确性。

参考文献：

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