孫偉楠

　　摘（zhāi）　要：風（fēng）力發電機（jī）組齒輪箱中滾動軸承（chéng）運行過程中極易（yì）出現（xiàn）故障問題（tí），一旦診斷不準確及（jí）故障處理不到位，會給風力發電機組的正常運行（háng）造成極為（wéi）不利的影響（xiǎng），因此積極做好風力發（fā）電（diàn）機組齒輪箱滾動軸承故障診斷是非常必要的，以下開展具體分析，僅供相關人員（yuán）參考。
　　關鍵詞：風力發電（diàn）機組；齒輪箱（xiāng）；滾動軸承；故障；診斷
　　齒輪箱是風力發（fā）電機組的重要組（zǔ）成部分，其良好的運行狀態是保證傳動設（shè）備安全穩定運行的重要條件，尤其是通過齒輪箱中滾動軸承、齒輪、軸等（děng）部件之間的協調配合，保證保證整個齒輪箱的正常運作。而滾動軸承在風力發電機組運（yùn）行過程（chéng）中極易出現故障問題，在實際故障診斷過程中應當掌握其診斷技（jì）巧，以提高齒輪箱滾動軸承故障診斷的科學性和合理性。以下開展具體論述。
　　1　振動檢（jiǎn）測技術在齒輪箱中的應用
　　相關實（shí）踐表明，風力發電機組（zǔ）齒輪箱滾動軸承故障診斷的過程中，大多以振動檢測技術作為主要方式，通過對齒輪箱軸承（chéng）座上火齒輪（lún）箱殼體中上部的振動信號進行準確提取（qǔ），並（bìng）加以妥善處理後，對潛在故障特征信息進行科學化分析，進而明確（què）故障性質及（jí）其所（suǒ）在部（bù）位，從而促進故障問題得到科學的診斷和解決。振動檢測技術大多通過頻譜分析法、時域分析法以及（jí）包絡分析法等（děng）作為常（cháng）用的（de）振動信號分析方法。
　　2　風（fēng）力發電機組齒輪箱（xiāng）滾動軸（zhóu）承故障特點分析
　　風力發電機組齒（chǐ）輪箱運行過程中，若齒輪箱存在故障（zhàng），其特（tè）征頻率發生明顯變化，在（zài）出現諧波的同（tóng）時，也會存在一定量的邊頻帶，振動現象（xiàng）也存在一定差異性。若齒輪箱滾動軸承出（chū）現故障，會（huì）導（dǎo）致滾動體相對滾道旋轉過程中產生較大能量的衝擊，形（xíng）成載波頻率，以軸承外圈固有頻率為主，並且（qiě）形成固有頻率調製振動狀態。一旦風力發電機組齒輪箱滾動軸承出現嚴重的故（gù）障問題，並且存（cún）在（zài）比較鮮明（míng）的故障特征頻率成分，尤其是和頻與差（chà）頻往往會隨著基本成（chéng）分的變化（huà）而變化，因此加強風力發電機組齒輪（lún）箱滾動軸承故障診斷分析是非（fēi）常必要的。
　　3　風力發（fā）電機組齒輪（lún）箱滾（gǔn）動軸承故障診斷難點
　　3.1確定齒輪箱中間傳動軸的轉速難
　　齒輪箱通常具有多級（jí）結構，每級傳動產生不同的速比。一般情況（kuàng）下，齒輪箱廠家僅提供（gòng）齒輪總速比，並不（bú）詳細提供每級傳動（dòng）速比以及齒（chǐ）輪齒數，這為準確判斷中間傳動軸的軸承故障增加了難度。確定每根傳動軸的轉速（sù），是正確分析（xī）判斷軸承故障的關鍵，因為軸承故障特征頻率是與軸承結（jié）構尺（chǐ）寸及軸的轉速相關。軸承的結構尺寸（滾子直徑、滾（gǔn）子分布圓直徑、接觸角）以及軸承（chéng）滾子數量等是內在因（yīn）素（sù），是由軸承製造商決定的。而（ér）轉速是屬外在因素，同一軸承在不同（tóng）的（de）轉（zhuǎn）速上，軸承（chéng）的故障特征頻率不同。
　　3.2確定頻譜中（zhōng）故障（zhàng）特（tè）征頻率成分難
　　目前齒輪箱故障診斷方法是以箱體振動信號進行研究的，信號在傳遞過程中經過的（de）環節很多，部分（fèn）信號在傳遞（dì）過（guò）程中衰減或受調製。另外（wài），由於齒輪箱結構複雜，工作條件多樣，箱內多對齒輪和滾（gǔn）動軸承同時工作，頻率成分多且複雜，各種幹擾（rǎo）較大。所以傳感器所提取的振動信號中，各信號頻率雜（zá）、多且不易區（qū）分，確定其中某故障特征頻率就存在一定難度。滾動軸承故障產生的振動信號（hào）能量（liàng）要比（bǐ）齒（chǐ）輪或（huò）軸係故（gù）障產生的振動能量小，其故障（zhàng）信號很容易被淹沒在其他振動信號中，故障特征（zhēng）更不明顯，這為確（què）定軸承故障特征頻率增加了很大（dà）難度。
　　4　風力發電機組齒輪箱滾動軸承故障診斷經驗
　　本文在對風力發電（diàn）機組齒輪箱滾動軸承故障特點（diǎn）以及診斷難點開展（zhǎn）分析（xī）的基礎上，對齒輪箱滾動軸承故（gù）障診斷經驗總結如下：
　　，明確風力發電機組齒輪箱內部結構及軸承故障特點。也就是說，為保證風力發電機組齒輪箱滾動軸承故障診斷的科學性和準確性，應當準確把握齒輪箱內部結構，包括齒輪模（mó）式、傳（chuán）動軸數量、軸承型號等，從而為測點的布置提供可靠的數據支持。與此同時，應當明確電動機轉速和（hé）傳動齒輪齒數（shù），便於進一步確定傳動（dòng）軸的轉頻和齧合數。除此之外，應當基於齒輪齧合頻率以及軸承故障特征頻率（lǜ）等要（yào）素來明確齒（chǐ）輪箱內部結構以及軸承故障特點，以（yǐ）保證風力發（fā）電機組齒輪箱滾動軸承故（gù）障（zhàng）診斷的科學性。
　　第二，對傳動軸所在軸承座上的振動進行準確測量。一般（bān）情（qíng）況下，風力發電機組齒輪箱運作過程中，受到不同信號傳遞路徑的影響，齒輪箱殼體上的不同測點對於激勵所（suǒ）產（chǎn）生（shēng）的響（xiǎng）應也各不（bú）相同。研究可（kě）知，將監測（cè）點設（shè）置於（yú）齒輪箱傳動軸所在軸承座部位，能夠準確接收軸承振動（dòng）信號（hào）；而將監測點設置於殼體中上部（bù）靠近齒輪的齧合點（diǎn），能夠對齒輪的其他故障進行（háng）準確監測（cè）。
　　第三（sān），基於水平、垂直和軸向三個（gè）方向對振動進行測（cè）量。為促進風力發（fā）電機組齒輪箱（xiāng）滾動軸承故障得到科學化診斷，在（zài）對振動進行測量時應當掌握好測量方向，並選擇恰當的測點位置，以保證振動測量的準確度。一般情（qíng）況下，在帶散熱片的齒輪箱以及軸承處於（yú）軸（zhóu）中間位置等情況下，測點方向應當有選擇性的（de）設置（zhì），基於水平、垂直和軸向三（sān）個（gè）方向進行振動測量，密切觀察其軸向振動能量變化與頻（pín）率變化，以保證測量的有效性。
　　第四，兼顧高低頻段振（zhèn）動開展測量，合理選擇傳感器並控製好測（cè）量範圍。具體來講，在風（fēng）力發（fā）電（diàn）機組齒輪箱運作過程中，以（yǐ）固有（yǒu）頻率、傳動（dòng）軸旋轉頻（pín）率以（yǐ）及軸承（chéng）故障特征頻率等（děng）作為基本振動信號，通（tōng）過寬帶頻振動進行準確監測（cè），基於不同頻率範圍選擇適宜的傳感（gǎn）器，並控（kòng）製好測（cè）量範圍，以促進（jìn）風力發電機組齒輪箱故障的妥善處（chù）理。
　　第（dì）五，Z好在齒輪滿負荷（hé）狀態下測量振動。滿負荷下測量齒輪箱振動，能夠（gòu）較清（qīng）晰地捕捉到故障信號。有時候，在低負荷時，部分軸承故障信號會被齒輪箱內其它信（xìn）號所淹沒，或（huò）者受其他（tā）信號調製而（ér）不容易發現。當然，在軸（zhóu）承故障比較嚴重時，在低負（fù）荷時，就是通過速度頻譜也是能夠清（qīng）晰地捕捉到故障信號。
　　第六，分析數據時要兼顧頻譜圖與時域圖。當齒輪箱發生故障時，有時（shí）在（zài）頻譜圖（tú）上各故障特征的振（zhèn）動（dòng）幅值不會發生較大的變化（huà），無法判斷故障（zhàng）的嚴（yán）重程度或中間傳動軸轉速的準確值，但在（zài）時域圖中可通過衝擊（jī）頻率來分析故障是否明顯或所在傳動軸轉速是否正確。因此，要準（zhǔn）確確定每（měi）一傳動（dòng）軸的轉速或者某一故障的衝擊頻率，都需要將（jiāng）振動頻譜（pǔ）圖和時域圖（tú）兩者結合起來推斷（duàn）。特別對異常諧波的邊頻族的頻率確定，更是（shì）離不開時域圖的輔助分析。
　　5　結束語
　　總（zǒng）而言之，為促進風力發電機組齒輪（lún）箱滾動軸承故障問（wèn）題得到科學化診斷，應當明確齒輪（lún）箱滾動軸承的故障特點，準（zhǔn）確把握（wò）故（gù）障後相關參數的變化情況，明確診斷過程中的重（chóng）點與難點，基於以往齒輪箱滾動軸承故（gù）障診（zhěn）斷經驗（yàn）出發（fā），就滾動軸承故障進行科學診斷和分（fèn）析，便於采取可行的（de）措施對風力發電機組齒（chǐ）輪箱滾動軸承故障問題進行妥善處理，維護風力（lì）發電機組的正常運行。
　　參（cān）考文（wén）獻
　　[1]常勇.麵（miàn）向風（fēng）電機組（zǔ）的齒輪（lún）箱軸承故障診斷技術研究[D].蘭州理工大學，2014
　　[2]郭豔平.麵向（xiàng）風力發電機（jī）組齒輪箱滾動軸承故障診斷的理（lǐ）論與方（fāng）法研究[D].浙江大學，2012.

來源：《科學與（yǔ）財富》2016年35期