風力發電機組齒輪箱故障診斷

陳文武

摘? ? 要：因為齒輪箱的運作情況與風力發電系統有著直接關系，所以工程技術人員要正確地判斷風力發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，進一步降低風力發電機組的損失概率，還可以更好地維修齒輪箱設備。齒輪箱可以通過監測信號來知曉設備的運行情況，所以工程技術人員應該重點關注振動信號的變化，并且分區域和分時段來處理信號數據，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環境下的振動情況，之后總結出風力發電機組齒輪箱故障的診斷原理和方法。

關鍵詞：風力發電機;齒輪箱;故障診斷

1? 風力發電機組齒輪箱的構造和工作原理

1.1? 風力發電機組齒輪箱的構造

風力發電機組齒輪共有箱體、齒輪傳動零件、軸承和相關的潤滑系統。傳動零件中有行星架、太陽輪、輸入軸、行星輪和內齒圈等零件，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，并且將葉輪的轉動力有效地帶至輸出軸中，這樣可以更好地承擔內外等載荷;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，形成一個完整的轉動結構。

1.2? 風力發電機齒輪箱的工作原理

葉輪在風的作用下可以將輪轂轉動納入到齒輪箱的輸入軸中，這樣可以促進行星架的轉動和運作。行星輪和輪箱體上的內齒圈在自轉的時候還要完成公轉運動，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動，這樣可以更好地實現二級的增速運動;當中間軸與輸出軸的齒輪嚙合之后一起轉動，這樣可以實現三級的增速運動。經過三個層級的轉速運動可以更好地讓發電機發電和運作。

2? 風力發電機齒輪箱中常見故障和問題

2.1? 斷齒問題

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

2.2? 軸承問題

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

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，運行環境條件較差，從而引發了漏油問題。

2.4? 潤滑油超溫問題

風力發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，并且出現一些問題，首先，潤滑油的管路被堵，散熱風扇難以正常運作，從而造成散熱效果較差，并且出現潤滑油溫度增高的現象;第二，冷卻系統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，那么就會出現嚴重的疲勞破壞，并且還會殘留裂紋在齒面上，并且出現小金屬顆粒的掉落現象，這種情況也被稱作是點蝕問題。

2.6? 齒面磨損問題

風力發電機組齒輪箱的齒輪磨損大多出現在漸開線的工作面上，而齒輪嚙合的磨損表現在四個方面，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，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境下工作，需要負擔的負荷重力較大，那么會導致中度的磨損，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

3.1? 振動幅值的調制診斷方式

由于齒輪箱長時間負擔著周期載荷壓力，這樣會產生一定量的振動幅值，要合理地調制好振動幅值，并且診斷好齒輪箱的問題，而診斷過程中主要把齒輪旋轉軸信號當作是調制波頻率，并且將齒輪嚙合的頻率設置為載波的頻率。當齒輪負擔了一定的載荷之后，齒輪的轉速也會有所變化，并且組成振動系統中的頻率調制。如果齒輪出現問題那么就會在頻譜上有所反應。比方說，如果齒輪副破損就會在頻率譜上出現多頻率，這與磨損種類也有一定聯系。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和手段

齒輪運作的時候容易出現振動現象，而振動信號當中也會包含較多內容，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律，并且與振動特征也所關聯，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。而該檢測方式是將復雜波形分解成諧波，這樣可以進一步降低分析難度，還可以有效地判斷出風力發電機組齒輪箱的問題。

3.3? 診斷振動頻譜的技術和方法

齒輪箱結構具有兩種振動模式，也就是常規振動與非常規振動模式。齒輪箱在運轉的時候如果未出現故障問題不會產生太大的振動，但是非常規型振動中如果齒輪箱出現故障就會帶來相應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。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不同的振動現象，而這些變化與頻譜有著很大關聯，因此工程技術人員要結合振動信號來診斷齒輪箱的問題。

4? 結束語

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

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