风电机组传动系统检修策略分析

风电机组传动系统检修策略分析

段 浩

山东龙源新能源有限公司 山东德州 253300

摘要：风力机驱动系统的故障主要包括齿轮箱故障、传感器故障和轴承故障。目前，输电系统故障诊断的方法主要有基于信号的方法和基于模型的方法。基于信号的方法在输电系统中得到了广泛的研究，而基于模型的方法在输电系统故障诊断中的研究较少。由于滑模观测器对系统干扰和噪声具有很强的鲁棒性，本文采用滑模观测器来实现输电系统的故障检测。

关键词：风电机组；传动系统；检修策略；分析

1 风电机组传动机构常见故障举例

风力发电机组存在多种故障现象。我们不能直接确定问题出在哪一部分，但我们可以根据故障现象间接判断故障原因，然后借助特定的检测工具进行检查，从而准确确定故障原因。例如，在交变载荷的影响下，轴承设备的疲劳损伤会加速，在疲劳状态下首先会出现小裂纹。如果装置仍在工作，裂纹将继续扩展，导致轴承零件断裂。这种情况在轴承和齿轮中更常见。一旦传动机构的轴承或齿轮等部件出现问题，整个传动系统将出现故障，无法正常工作。因此，了解风机部件的故障形式和原因，规范传动部件的日常维护和定期维护，对降低风机的故障率具有重要意义。

1.1齿轮故障类别

① 断齿：齿轮中的齿面将继续承受交变载荷，因此齿根将承受最大弯曲应力。由于齿根过渡区截面形状的变化，齿根处经常出现应力集中现象，导致齿根处出现裂纹。裂纹逐渐扩展，大致会折断牙根和牙齿。

② 齿面胶合：在重载和高速齿轮运行期间，如果齿轮润滑不足，当两个啮合齿面相对滑动时，油膜会破裂。此时，啮合齿面在压力和摩擦的作用下会发热，导致温度升高，导致啮合面局部熔焊，导致啮合面粘连。在这种情况下，如果齿轮继续工作，齿面啮合区域将破裂，这就是齿面胶合。

③ 齿面点蚀：在交变载荷作用下，由于受力不均，齿面会呈现点蚀状。这种现象就是“点蚀”。在交变载荷作用下，齿轮箱中的齿轮经常发生点蚀。如果表面上的点蚀继续扩展并连接形成点蚀点，会导致大面积金属剥落，导致齿面断裂。

1.2主轴轴承故障类别

① 腐蚀：腐蚀主要分为三种类型：轴承中频繁通过较大电流引起的电腐蚀、轴承表面与水或润滑油接触引起的腐蚀，以及轴颈中微小相对运动引起的微振动腐蚀。

② 断裂：轴承热处理过程中不可避免地会产生较大的残余应力。如果轴承在工作过程中没有良好的润滑，或承受较大的交变载荷、疲劳载荷、过大载荷等情况，可能会导致轴承中的部件断裂，损坏轴承。

③ 在高速润滑条件下，轴承表面和其他零件的温度会在短时间内被烧坏或粘合。因此，由于润滑不良，轴承表面的温度会升高。

④ 疲劳剥落：在交变载荷和冲击载荷的作用下，轴承内圈和外圈会产生周期性的对接应力。经过一段时间的作用，这种应力会在轴承接触面上形成裂纹，然后逐渐扩展到轴承的其他接触面，最终使接触面的金属区域脱落。由于滚动体或滚动体与滚道之间的接触面疲劳，相同的应力也会导致金属脱落。

2风电机组传动系统故障及检修策略

2.1 故障类型

风力发电机组的传动系统存在多种故障类型。下面主要分析几个常见的系统故障，如下所示。

2.1.1主轴故障。在风机装置中，主轴的主要功能是保持风轮和齿轮箱之间的有效连接。然而，如果制造材料存在质量缺陷且未能消除应力集中因素，则会导致轴错位、轴不平衡等故障问题。其中，轴不对中是指主轴轴线与轴承中心线的倾斜或偏移。这类故障的主要特征是在一定转速下，相位相对稳定，转子轴线轨迹呈双环椭圆。通常，可以根据振动信号[7]发现此类故障。此外，轴不平衡故障主要是由偏心质量和偏心距引起的离心力引起的。其主要特点是振幅随转速的增加而增大。

2.1.2变速箱故障。对于齿轮箱故障，常见的故障有齿裂、齿面疲劳和胶合。从故障原因来看，主要分为以下几种类型：

2.1.2.1冲击载荷引起的故障。对于风速的变化，它具有随机性的特点，并且传输系统会受到不断变化的负载的影响。当冲击载荷大于齿轮箱的设计载荷时，齿轮之间的局部应力将高于允许极限应力，这将导致齿轮突然损坏，进而导致局部裂纹和胶合问题。在严重情况下，会导致齿轮随机断裂。

2.1.2.2 由交流负载引起的故障。在交变载荷的影响下，齿轮箱的交变应力会对轮齿产生影响。如果循环应力高于轮齿的疲劳极限，则轮齿表面会出现疲劳裂纹。随着时间的不断延长，疲劳损伤将变得越来越严重，这将导致点蚀、胶合和齿面剥落等隐患。如果不及时有效地实施治疗策略，很容易使轮齿进一步断裂。

2.1.2.3 由重载或高速引起的故障。如果齿高速与金属表面接触，齿与金属表面之间会产生摩擦力，然后齿高速与金属表面接触。

2.2 检修策略

为了有效预防和控制风电机组驱动系统的故障，需要实施以下有效的维护策略。

2.2.1 主轴轴承维护策略。主轴轴承在日常维修过程中，可采用听、摸、看等检查技术方法，要求相关维修技术人员加深对轴承生产运行原理和维修知识的学习。在监听方面，合理使用监听针等相关工具，检测设备运行过程中是否有干扰、噪声和不稳定。在触摸方面，可以用温度计测量温度，用手触摸轴承外壳以掌握温度。检查主要观察润滑油油位的高度、颜色、粘度等，检查加油记录时间，分析判断油品、加脂量、轴承油规格信号是否正确。此外，在风力发电期间，要做好发电现场的监管工作，使设备处于稳定安全的运行环境中，有效避免故障。

2.2.2 变速箱维护策略。对齿轮箱进行定期检查、维护和维修，有效延长齿轮箱的使用寿命，有效预防和控制故障的发生。齿轮箱日常检查时，应检查是否有异常噪音，油位是否正常，是否有泄漏。同时对齿轮箱泄漏、油量不足等问题进行澄清，及时采取补油等处理措施。如果没有漏油，需要定期清洁和冲洗齿轮箱的滤清器盖。此外，要认真检查设备弹性支架的使用情况，及时维修更换，避免损坏、老化等质量隐患。此外，为了有效避免齿轮箱长期停机，有必要合理安排齿轮箱的运行，以保持齿轮箱的高性能运行，提高工作效率。

2.2.3 其他维护策略。风电机组传动系统的故障多发区是上述主轴轴承、齿轮箱和齿轮箱轴承。如果机组部件出现故障，将导致振动信号和温度信号异常。此时，风力发电机组的在线监测系统可以用来监测和诊断机组的故障信号。通过对故障部件、故障类型和故障严重程度的准确定位，可以有效地实现早期故障诊断的目标，进而制定优化的维修策略，有效地实现设备可靠性最高、维修成本最低的状态维修目标。此外，在对在线监测数据进行预处理的过程中，可以采用主成分分析法，在机组各部件的状态监测参数中选择相互独立的变量参数，即代表风电机组传动系统运行状态的相互独立的变量，从而有效简化计算过程，有效提高数据应用效率，为后续检测模型的优化奠定坚实的基础。

结束语

综上所述，风电机组传动系统作为整个风电机组系统的重要组成部分，涉及到很多部件和故障问题。为了预防和控制风机传动系统的故障，有必要加强风机传动系统的维护，即加强主轴轴承和齿轮箱的维护，为进一步提高风电驱动系统的可靠性和安全性奠定了坚实的基础，为提高风电机组的整体运行质量和效益奠定了基础。

参考文献

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