風力發(fā)電機組齒輪箱監(jiān)測與故障診斷技術(shù)探討

王振

摘 要：風能具有清潔、可再生等等優(yōu)勢特點，這也是近年以來風力發(fā)電技術(shù)實現(xiàn)了快速發(fā)展的主要原因之一，并且風力發(fā)電已經(jīng)逐漸成為了新能源技術(shù)中的中堅力量和代表力量，受到了社會各界的高度重視。但是風力發(fā)電容易受到自然因素的影響，對于現(xiàn)如今的風力發(fā)電技術(shù)來說，如何高效地保障風力發(fā)電機組良好運行是非常重要的一項工作，其中齒輪箱是整個發(fā)電機組中的重要機械傳動裝置，其容易受到自然因素影響，進而出現(xiàn)一定的故障影響風力發(fā)電機組的運行。因此在后續(xù)的風力發(fā)電機組運行過程中，一方面需要重視齒輪箱運行狀態(tài)的監(jiān)測，另一方面需要對其進行故障診斷，及時排除故障，保障風力發(fā)電機組的良好運行。故此，在本文中就將針對風力發(fā)電機組齒輪箱監(jiān)測與故障診斷技術(shù)進行相關(guān)的研究和分析。

關(guān)鍵詞：風力發(fā)電;齒輪箱監(jiān)測;故障診斷;診斷技術(shù);研究分析

前言：隨著時間的推移，國內(nèi)的社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)都實現(xiàn)了快速的發(fā)展，與此同時，時代發(fā)展和社會大眾對于不同領(lǐng)域的各項工作也提出了嶄新且更高的要求，其中之一就是風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)。目前部分風力發(fā)電機組在實際的運行過程中，其齒輪箱故障情況頻繁出現(xiàn)，在一定程度上影響到了風力發(fā)電機組的正常發(fā)電，對于社會發(fā)展和社會大眾的日常工作和生活都產(chǎn)生了嚴重的負面影響，而且風力發(fā)電機組的齒輪箱的工作環(huán)境、機械特性都是相對特殊的，在這種情況下，針對風電機組齒輪箱的監(jiān)測及故障診斷技術(shù)的研究是十分有意義及必要的，所以，在接下來的文章中就將針對其進行闡述，希望對國內(nèi)風力發(fā)電機組齒輪箱監(jiān)測和故障診斷工作起到一定的借鑒作用和效果。

1風力發(fā)電機組齒輪箱主要故障及其主要特點分析

在風力發(fā)電機組中的齒輪箱部分，其內(nèi)部組成相對復(fù)雜，因此在進行安裝、使用、監(jiān)測的過程中需要注重其內(nèi)部的構(gòu)造和配合?？偨Y(jié)下來，目前在風力發(fā)電機組的齒輪箱的主要故障主要具有以下幾個方面;

1.1齒輪常見故障。在風力發(fā)電機組齒輪箱齒輪的常見故障當中主要分為以下幾種，分別是斷裂、 磨損和齒面疲勞等。其中齒輪的斷裂一般情況主要以兩種形式出現(xiàn)，分別是疲勞斷路和過負荷斷裂。之所以出現(xiàn)這種情況，其主要原因是因為齒輪經(jīng)常工作，并且具有超負荷工作現(xiàn)象[1]，由此，齒輪容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，后續(xù)就會出現(xiàn)齒輪斷裂。齒輪的磨損現(xiàn)象是不可避免的一種現(xiàn)象，其中如果齒輪油膜破壞情況下，就容易出現(xiàn)粘著磨損，潤滑油中的雜質(zhì)較多的情況下，會出現(xiàn)磨粒磨損，另外還會具有概率出現(xiàn)腐蝕磨損現(xiàn)象。最后是齒輪疲勞現(xiàn)象，在風力發(fā)電機組齒輪箱工作過程中，會出現(xiàn)一定的點蝕和剝落現(xiàn)象，這都是齒輪的疲勞現(xiàn)象表現(xiàn)。

1.2軸承常見故障。在實際的風力發(fā)電機組齒輪箱運行過程中，其軸承部分會受到徑向荷載和軸向荷載，從中不難看出，軸承部分所承受的工作壓力是比較大的，由此就容易出現(xiàn)故障情況，常見的風力發(fā)電機組齒輪箱軸承故障包含軸承振動異常、 內(nèi)外圈剝落開裂、 保持架斷裂和滾道產(chǎn)生壓痕等等，一旦出現(xiàn)以上幾種情況，軸承的振動信號會發(fā)生相應(yīng)的變化，相關(guān)工作人員可以依據(jù)振動信號變化進行故障的診斷和處理[2]。

2風力發(fā)電機組齒輪箱監(jiān)測與故障診斷技術(shù)概述

2.1齒輪箱監(jiān)測系統(tǒng)。為了事先風力發(fā)電機組齒輪箱工作狀態(tài)的監(jiān)測，就需要從其振動方面著手，利用相關(guān)的設(shè)備采集風力發(fā)電機組齒輪箱的振動信號，對其進行故障特征提取，以此為基礎(chǔ)進行故障診斷，這可以快速地判斷故障來源和嚴重程度，而且還能夠事先齒輪箱故障情況的預(yù)防，為了實現(xiàn)監(jiān)測效果的提升，在齒輪箱監(jiān)測系統(tǒng)中還需要附帶加入其他風力發(fā)電機組關(guān)鍵部件的監(jiān)測;

筆者提出的風力發(fā)電機組齒輪箱監(jiān)測如上圖所示，首先需要在機組中安裝相關(guān)的傳感器設(shè)備，這樣就能夠時刻采集到齒輪箱的振動信號數(shù)據(jù)，并且在此基礎(chǔ)之上還需要安裝噪聲傳感器和溫度傳感器，這樣就能夠針對風力發(fā)電機組齒輪箱進行全方位、多角度的監(jiān)測。在完成數(shù)據(jù)的采集之后，經(jīng)過系統(tǒng)的調(diào)節(jié)處理，將數(shù)據(jù)上傳到web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫當中，這是風力發(fā)電機組齒輪箱監(jiān)測的重要基礎(chǔ)，同時借助數(shù)據(jù)庫和web服務(wù)器還能夠?qū)崿F(xiàn)風力發(fā)電機組齒輪箱監(jiān)測的實時監(jiān)測和遠程診斷。

2.2風力發(fā)電機組齒輪箱故障技術(shù)。在風力發(fā)電機組齒輪箱故障診斷方面，筆者建議采取直接測試兆瓦級風力發(fā)電機組齒輪箱振動信號，后續(xù)通過階比分析和Hilbert時頻譜結(jié)合診斷技術(shù)，針對不同的風力發(fā)電機組齒輪箱故障情況得到具體的診斷結(jié)論;

風力發(fā)電機組齒輪箱在實際的運行過程中，其發(fā)生故障情況下，齒輪箱就會產(chǎn)生故障的振動信號，這一信號可以通過上述監(jiān)測系統(tǒng)得到，然后將其送到數(shù)據(jù)采集器當中，后續(xù)再送到分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計的測試節(jié)點當中，測試節(jié)點再以無線方式將信號傳出到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器當中，而眾所周知的，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器當中內(nèi)置診斷中心[4]，診斷中心可以采用SVD降噪方式對信號實施處理。在實踐應(yīng)用過程中不難發(fā)現(xiàn)，通過階比分析和Hilbert時頻譜結(jié)合診斷技術(shù)診斷齒輪箱振動信號方式，能夠得到很好的效果，并且快速得到結(jié)論，通過局域網(wǎng)送到各個客戶端前，顯示在用戶面前，這樣用戶就能夠依據(jù)實際情況采取針對性的措施對風力發(fā)電機組齒輪箱故障進行處理，使其快速恢復(fù)到健康狀態(tài)，實現(xiàn)穩(wěn)定、持續(xù)性的風電發(fā)電，依據(jù)實踐應(yīng)用來看，這一診斷技術(shù)的應(yīng)用使得風力發(fā)電機組齒輪箱故障診斷準確率也具有很大的提升。

結(jié)論：綜上所述，就是筆者針對風力發(fā)電機組齒輪箱監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的相關(guān)研究和分析了，從文中闡述內(nèi)容中能夠看出，風力發(fā)電機組齒輪箱出現(xiàn)故障的概率比較高，并且容易受到外界因素的影響，因此在后續(xù)的風力發(fā)電領(lǐng)域需要重視風力發(fā)電機組齒輪箱監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的研發(fā)工作，實現(xiàn)實時動態(tài)齒輪箱故障監(jiān)測和診斷，為風力發(fā)電機組的穩(wěn)定發(fā)電、供電打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]趙章樂.風力發(fā)電機組齒輪箱監(jiān)測與故障診斷技術(shù)探討[J].科技經(jīng)濟導(dǎo)刊，2020，28（17）：47.

[2]張振偉，程明杰，甄亮.風力發(fā)電機組齒輪箱基于油液和振動信號分析的故障診斷技術(shù)研究[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2018（19）：70-71.

[3]張惠華.風力發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)研究[J].通訊世界，2017（19）：160-161.

[4]封新建. 風力發(fā)電機組齒輪箱振動監(jiān)測與故障診斷方法研究[D].東北電力大學(xué)，2017.