鐵譜分析技術(shù)在風(fēng)電的應(yīng)用

【摘 ?要】風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行環(huán)境惡劣，工況復(fù)雜多變，故障維修困難，費(fèi)用高昂。鐵譜技術(shù)是設(shè)備磨損監(jiān)測(cè)的重要方法，能有效地監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)齒輪箱磨損狀況，為日常維護(hù)與故障維修工作提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】鐵譜分析;風(fēng)機(jī)齒輪箱;磨損故障;監(jiān)測(cè)

1 鐵譜分析技術(shù)介紹

鐵譜分析技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)明起來的一種機(jī)械磨損測(cè)試方法，近二十年來發(fā)展非?？?，應(yīng)用行業(yè)不斷擴(kuò)大，目前已成為機(jī)械故障診斷技術(shù)中非常重要的方法了。鐵譜儀是利用高強(qiáng)度磁場(chǎng)，潤滑油經(jīng)稀釋后在沿傾斜放置的玻璃片上流過，該玻璃片放置在磁場(chǎng)上方，在磁場(chǎng)力、重力、油內(nèi)摩擦力的共同作用下，潤滑油里的鐵磁性磨屑有規(guī)律地在玻璃片上沉積，制成譜片，能夠有效收集到1～200μm金屬顆粒。利用鐵譜顯微鏡或電子顯微鏡對(duì)譜片上的磨屑進(jìn)行觀察，根據(jù)磨粒的形態(tài)、顏色及尺寸等，與之相關(guān)的磨損類型、磨損進(jìn)程，有非常密切關(guān)系。鐵譜技術(shù)在診斷設(shè)備磨損故障發(fā)生的部位、嚴(yán)重程度、發(fā)展趨勢(shì)及產(chǎn)生的原因等方面能發(fā)揮作用，并能準(zhǔn)確判斷機(jī)器部件的磨損類型和磨損程度。通過裝置在顯微鏡上的光密度計(jì)對(duì)譜片上不同位置處的磨屑覆蓋面積進(jìn)行讀數(shù)，對(duì)譜片上的磨粒按大小分類進(jìn)行定量分析，也可用計(jì)算機(jī)對(duì)磨屑進(jìn)行圖像處理，以獲取磨屑外形的幾何參數(shù)。

鐵譜儀根據(jù)其工作方式的不同，主要分為直讀式鐵譜儀、分析式鐵譜儀，實(shí)驗(yàn)室常見應(yīng)用以分析式鐵譜為主。

分析式鐵譜儀工作原理：油液被稀釋后在自身重力下直接通過薊型玻璃導(dǎo)管，緩慢流過鐵譜基片;油樣中所有鐵磁性顆粒在磁場(chǎng)及重力作用下，沉積到鐵譜基片上，經(jīng)徹底沖洗、烘干，制作好的譜片。譜片經(jīng)雙色顯微鏡或掃描電子顯微鏡（SEM）上進(jìn)行形貌、大小、數(shù)量和成分的觀察，分別記錄小顆粒（AS）和大顆粒（AL）的數(shù)量、種類、磨損類型，并以AS和AL為基礎(chǔ)，進(jìn)而對(duì)相應(yīng)相關(guān)設(shè)備磨損狀態(tài)診斷。

分析式鐵譜儀有如下特點(diǎn)：

①提供的信息豐富，不僅能提供關(guān)于磨損程度的信息，而且通過對(duì)磨屑形貌及其成份的觀察，還能提供設(shè)備磨損發(fā)生機(jī)理及發(fā)生部位的信息。

②制譜過程較慢，制作一個(gè)完整的譜片約需半個(gè)小時(shí)，且制譜實(shí)驗(yàn)要求嚴(yán)格，需要依賴有一定經(jīng)驗(yàn)工作人員操作、判斷。

2 磨損類型分析

風(fēng)電機(jī)組容易造成磨損的部件主要有增速齒輪組、偏航齒輪組、變槳齒輪組，需要重點(diǎn)定期監(jiān)測(cè)的設(shè)備主要是雙饋風(fēng)電機(jī)組的增速齒輪箱，風(fēng)電齒輪箱內(nèi)部的主要零部件為軸承及齒輪，根據(jù)磨損原因的不同，主要為粘著磨損、磨料磨損、疲勞磨損三種類型。不同類型磨損及特點(diǎn)見下表：

3 鐵譜技術(shù)在風(fēng)電潤滑磨損監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)大多設(shè)在高山、戈壁、海上，運(yùn)行條件十分惡劣，通常伴隨有風(fēng)沙、鹽霧、潮濕、嚴(yán)寒、高溫、臺(tái)風(fēng)、冰雪等嚴(yán)酷環(huán)境，強(qiáng)陣風(fēng)，湍流、切變等復(fù)雜多變的風(fēng)況，功率和載荷時(shí)常變化、不規(guī)律，齒輪箱作為風(fēng)電機(jī)組的增速部件，是風(fēng)機(jī)最主要的部件之一。齒輪箱出現(xiàn)故障約占風(fēng)機(jī)故障總數(shù)的30%，一旦出現(xiàn)故障，費(fèi)用非常昂貴.如何有效地監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)齒輪箱磨損狀況，做好日常維護(hù)與故障維修工作，就顯得十分重要了。

以下以我公司某風(fēng)電場(chǎng)C1風(fēng)機(jī)為例，闡述鐵譜技術(shù)在風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用。某風(fēng)電場(chǎng)C1風(fēng)機(jī)為金風(fēng)科技750KW機(jī)型，已并網(wǎng)運(yùn)行11年，齒輪箱為重慶齒輪箱廠，型號(hào)FL800A，一級(jí)平行軸，二級(jí)斜齒傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)比率為1：67，里面的摩擦副主要有齒輪和軸承。實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)風(fēng)機(jī)相應(yīng)時(shí)期的鐵含量和油品污染度數(shù)據(jù)，并對(duì)鐵含量大于50ppm樣品做鐵譜技術(shù)分析。光譜鐵含量分析及油品污染等級(jí)數(shù)據(jù)如下：

在對(duì)某風(fēng)電場(chǎng)C1風(fēng)機(jī)在用油質(zhì)量連續(xù)監(jiān)測(cè)過程中，前三次的鐵含量及污染度都是在較低水平，到了第四次以后顯著增大，第五次的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)超過警告值，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維人員采用更換過濾器濾芯等措施，第六次取樣的測(cè)得數(shù)據(jù)還是比較大，并且是大顆粒增加比較多。分別對(duì)第5、第6次油樣做鐵譜分析，典型圖譜如下：

鐵譜圖譜顯示，第5次油樣的磨粒非常多，第6次磨粒變大，顏色部分變藍(lán)，設(shè)備磨損在較短時(shí)間內(nèi)顯著加劇，齒輪箱設(shè)備已產(chǎn)生嚴(yán)重的滑動(dòng)磨損和疲勞磨損，并且有瞬時(shí)高溫情況。運(yùn)維人員做內(nèi)窺鏡檢查齒輪箱發(fā)現(xiàn)，齒輪的齒面已產(chǎn)生較嚴(yán)重的疲勞磨損和擦傷，同鐵譜分析結(jié)果一致。下圖為內(nèi)窺鏡檢查相片：

4 總結(jié)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)行業(yè)近幾年發(fā)展較快，大多風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)備還在正常磨損期階段，對(duì)設(shè)備磨損監(jiān)測(cè)還沒引起普遍重視，對(duì)設(shè)備磨損的危害還是認(rèn)識(shí)不夠。做好科學(xué)運(yùn)維，有效延長風(fēng)機(jī)的使用壽命，做好定期風(fēng)電齒輪箱油品質(zhì)量和設(shè)備磨損監(jiān)測(cè)工作，對(duì)出現(xiàn)異常的情況及早查清原因，做好整改措施，防止情況進(jìn)一步惡化。對(duì)具體出現(xiàn)的異常磨損的部件排查油品質(zhì)量、設(shè)備材料、加工裝配等問題，爭取早期科學(xué)處理，防止設(shè)備磨損加劇，避免引起更大的故障。

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（作者單位：華潤電力技術(shù)研究院有限公司）