雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱故障磁塞分析技術(shù)

劉成

摘要：隨著風(fēng)力發(fā)電等新能源在國(guó)內(nèi)的快速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備故障消缺難題日趨突出，設(shè)備一旦發(fā)生故障，漫長(zhǎng)的備件運(yùn)輸時(shí)間將給生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益帶來嚴(yán)重影響。通過對(duì)國(guó)產(chǎn)風(fēng)機(jī)的常見故障總結(jié)與分析，本文主要針對(duì)雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的齒輪箱故障預(yù)警引入磁塞分析技術(shù)進(jìn)行探討研究。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī) 齒輪箱 磁塞 分析

近年來，風(fēng)力發(fā)電在國(guó)內(nèi)快速發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組故障日益突出，雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是由葉輪經(jīng)過齒輪箱增速后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而將大扭矩低轉(zhuǎn)速機(jī)械能轉(zhuǎn)化為小扭矩高轉(zhuǎn)速機(jī)械能，最后經(jīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。如何提早發(fā)現(xiàn)齒輪箱故障隱患、為調(diào)運(yùn)備件、調(diào)配裝載吊運(yùn)器材贏得寶貴時(shí)間是風(fēng)電自主運(yùn)維的一項(xiàng)難題。目前用作機(jī)械故障診斷手段的油樣分析技術(shù)有鐵譜分析、光譜分析及磁塞等。本文主要推薦的是磁塞技術(shù)。

1 磁塞檢測(cè)法的原理

磁塞檢測(cè)法是在飛機(jī)、輪船和其他工業(yè)部門中長(zhǎng)期采用的一種檢測(cè)方法，其基本原理是將磁塞安裝在潤(rùn)滑系統(tǒng)中的管道內(nèi)，用以收集懸浮在潤(rùn)滑油中的鐵磁性磨屑，然后用肉眼對(duì)所收集到的磨屑大小、數(shù)量和形貌進(jìn)行觀測(cè)與分析，以推斷機(jī)器零部件的磨損狀態(tài)，是一種簡(jiǎn)便易行的方法，很適合風(fēng)電的工作環(huán)境特點(diǎn)。

磁塞由一個(gè)永久安裝在潤(rùn)滑系統(tǒng)中的主體和一個(gè)可拆卸的磁性探頭組成。將磁塞安裝在潤(rùn)滑系統(tǒng)管道內(nèi)，收集懸浮在潤(rùn)滑油中的鐵磁性磨屑，用肉眼對(duì)收集到的磨屑大小、數(shù)量和形貌進(jìn)行觀測(cè)、分析。

如圖1所示，潤(rùn)滑油以一定的油壓夾帶磨損殘?jiān)汕邢蜻M(jìn)油口進(jìn)入敏感器上部的儲(chǔ)油器。儲(chǔ)油器為倒圓錐形，能使回旋的潤(rùn)滑油與它所夾帶的殘?jiān)蛛x。后者在底部沉淀并通過底部的小孔進(jìn)入敏感器內(nèi)，附著在磁塞的端面上。當(dāng)磁塞上附著的殘?jiān)_(dá)到一定數(shù)量時(shí)，由于磁通量的改變使控制電路動(dòng)作，依靠磁塞上的凹輪槽的作用，使磁塞從敏感器旋出并報(bào)警。

2 磁塞在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用

圖2為雙饋式風(fēng)機(jī)齒輪箱冷卻與潤(rùn)滑油系統(tǒng)圖，潤(rùn)滑油經(jīng)過了齒輪箱前端——油泵——濾芯——散熱系統(tǒng)——返回齒輪箱尾部的循環(huán)過程，在齒輪箱內(nèi)形成飛濺潤(rùn)滑，齒輪箱內(nèi)部零部件的磨損情況被此循環(huán)系統(tǒng)帶出齒輪箱。所以，我們?cè)跐?rùn)滑油冷卻系統(tǒng)的齒輪箱外循環(huán)管路中串入磁塞，將油中所攜帶的金屬磨屑吸附下來進(jìn)行目視分析，從而推測(cè)出齒輪箱內(nèi)部情況，同時(shí)觀察磨屑數(shù)量還能對(duì)齒輪箱濾芯的更換起到指導(dǎo)作用。注意磁塞檢測(cè)適用于檢測(cè)尺寸較大磨粒（≥100um），所以要將磁塞串接在齒輪箱濾芯的濾網(wǎng)進(jìn)油口前，這樣能夠最大程度增大捕獲磨屑的機(jī)會(huì)。

3 磁性磨屑的識(shí)別

磁性磨屑的識(shí)別是磁塞檢測(cè)成敗的關(guān)鍵步驟，也是一項(xiàng)復(fù)雜而艱巨的工作。運(yùn)行中的潤(rùn)滑油中微粒的主要來源是磨損和污染，磨屑的濃度和顆粒大小反應(yīng)了齒輪磨損的嚴(yán)重程度；磨屑的大小和形貌反應(yīng)了磨屑產(chǎn)生的原因；磨屑的成分反應(yīng)了磨屑產(chǎn)生的部位，即零件磨損的部位。沒有一成不變的經(jīng)驗(yàn)，需要根據(jù)日常故障情況和運(yùn)行環(huán)境的變化不斷修正，最終形成不同風(fēng)區(qū)環(huán)境、不同型號(hào)齒輪箱的病例表。下面介紹幾種常見磁性磨屑的形貌特征，僅供參考。

①軸承磨屑：高度光亮的表面組織，帶有暗淡的十字線和斑點(diǎn)痕跡，細(xì)粒狀、淡灰色、閃爍發(fā)光。

②齒輪磨屑：

正常磨損：呈深灰色，小的細(xì)發(fā)絲狀交織物通常成一團(tuán)，當(dāng)在磁性探頭上時(shí)，呈現(xiàn)較厚實(shí)的狀態(tài)。

膠接碎片：不規(guī)則形狀，光澤的表面組織，帶有小的凹痕，呈灰色。

故障碎片：不規(guī)則形狀，長(zhǎng)而撕裂，帶有刻痕，外表面粗糙，無光澤。

4 結(jié)語

磁塞檢測(cè)法對(duì)設(shè)備故障的早期預(yù)報(bào)性相對(duì)于鐵譜和光譜分析較差，但其采樣簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警的優(yōu)點(diǎn)卻能為風(fēng)電設(shè)備緊急消缺贏得準(zhǔn)備時(shí)間。所以，如何將一些在成熟的生產(chǎn)檢查技術(shù)與發(fā)展起步不久的風(fēng)電設(shè)備檢修維護(hù)結(jié)合起來，還需要我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)和嘗試。風(fēng)電檢修維護(hù)過程中，長(zhǎng)發(fā)生同類故障多發(fā)、微小故障頻次集中出現(xiàn)、反復(fù)故障循環(huán)出現(xiàn)等常見故障，讓維護(hù)消缺人員疲于應(yīng)付，也叫做頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳。其實(shí)有很多風(fēng)機(jī)故障，包括電氣類故障是因?yàn)闄C(jī)械傳動(dòng)部件修復(fù)安裝的不當(dāng)、工況環(huán)境惡劣而缺乏養(yǎng)護(hù)造成的。而且絕大部分可以通過前期檢測(cè)提前發(fā)現(xiàn)并做到有計(jì)劃地消缺。由于風(fēng)電機(jī)組臺(tái)數(shù)太多、高空設(shè)備攜帶困難、大風(fēng)和低溫，地處偏遠(yuǎn)等惡劣工作環(huán)境，所以用簡(jiǎn)捷有效的手段讓機(jī)械故障隱患的檢查變成實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)或隨手檢測(cè)，將能大大的提高風(fēng)電機(jī)械部件隱患發(fā)現(xiàn)率，可以提早對(duì)風(fēng)機(jī)部件的保養(yǎng)、調(diào)整、更換做出指導(dǎo)性作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]（美）J.S.mitchell著.機(jī)械故障的分析與監(jiān)測(cè)[M].林明邦等譯.機(jī)械工程出版社，1990.

[2]金元生編著.鐵譜技術(shù)及在磨損研究中的應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

[3]張俊哲等著.無損檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用[M].科學(xué)出版社，1993.

[4]《SL1500風(fēng)力發(fā)電機(jī)組維護(hù)手冊(cè)》，華銳風(fēng)電科技有限公司，2007.