趙利新

摘要 在本論文中，筆者首先介紹了風(fēng)機(jī)發(fā)電傳動(dòng)鏈，而后對(duì)故障診斷分析技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，以期為相關(guān)工作者提供一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞 風(fēng)力發(fā)電；傳動(dòng)鏈故障； 診斷技術(shù)

【分類號(hào)】：TM315

1.風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)鏈介紹

所謂風(fēng)力發(fā)電，就是指通過某種手段將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。作為一種清潔的可再生能源，風(fēng)能收到越來越多的關(guān)注與重視。我國(guó)風(fēng)能資源豐富，可開發(fā)利用的風(fēng)能儲(chǔ)量達(dá)到10億kW：陸地上的風(fēng)能儲(chǔ)量為2.53億kW左右，海上可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲(chǔ)量為7.5億kW。風(fēng)力發(fā)電是把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械動(dòng)能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電力動(dòng)能，這就是風(fēng)力發(fā)電，其根本原理是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。

就我國(guó)來說，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)占到我國(guó)用電總量的很大一部分。但是，由于各種主客觀因素的影響，風(fēng)力發(fā)電的過程中會(huì)出現(xiàn)一些故障，影響發(fā)電過程以及電能的應(yīng)用效率。為了更好地做好故障診斷工作，國(guó)內(nèi)相關(guān)工作人員都進(jìn)行了大量的研究，還開發(fā)出大型的傳動(dòng)鏈故障診斷系統(tǒng)。傳動(dòng)鏈?zhǔn)怯蓛?nèi)鏈接和外鏈接兩部分組成的，還包括五個(gè)小部件：內(nèi)鏈板、外鏈板、銷軸、套筒以及滾柱。傳動(dòng)鏈在風(fēng)力發(fā)電的過程中常見的。風(fēng)機(jī)發(fā)電組通過風(fēng)輪葉片將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)出電能。風(fēng)電機(jī)組按照葉片可以分為雙葉式、三葉式和多葉式；而按照傳動(dòng)鏈的連接方式可以分為變速箱式和直驅(qū)式等。下面，筆者將對(duì)風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)鏈故障診斷技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的分析。

2.傳動(dòng)鏈故障診斷的基本原理

傳動(dòng)鏈故障診斷的方法有很多種。一般來說，按照診斷環(huán)境來說，可以分為離線和在線；按照檢測(cè)手段來分，可以分為振動(dòng)、噪聲、溫度、壓力以及聲發(fā)射等；按照診斷方法來說，可以分為頻域、時(shí)域、統(tǒng)計(jì)、信息理論、模式識(shí)別或者人工智能等。大部分故障診斷系統(tǒng)是以振動(dòng)分析為主要的診斷手段，振動(dòng)分析法也是目前傳動(dòng)機(jī)故障分析的最主要技術(shù)之一。

在檢測(cè)過程中，工作人員要對(duì)機(jī)器主要部分的振動(dòng)量，包括位移、速度以及加速度等方面進(jìn)行測(cè)定，并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行相應(yīng)的比較，以此得出傳動(dòng)鏈的具體運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。該種故障診斷的優(yōu)點(diǎn)是故障診斷的十分精確，可以進(jìn)行故障的定位工作；但是，診斷的過程中需要加裝傳感器和信號(hào)采集設(shè)備，診斷過程中的投資額度較大。傳動(dòng)鏈故障診斷過程中應(yīng)用最廣泛的方法使頻域分析法。該種方法就是通過快速富立葉變化將原來的時(shí)域波形轉(zhuǎn)變?yōu)轭l譜，這些頻譜與故障之間有著高度地對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)鏈故障診斷的具體流程

風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)鏈故障的診斷是一個(gè)系統(tǒng)性工程，需要多方面的共同努力與配合。下面，筆者將對(duì)風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)鏈故障診斷的具體流程進(jìn)行闡述。

風(fēng)機(jī)的傳動(dòng)鏈系統(tǒng)通常是由葉片、主軸、增速齒輪箱、連軸器、發(fā)電機(jī)等多個(gè)部件組成的，工作人員也可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。傳動(dòng)鏈?zhǔn)莿?dòng)態(tài)作用的，因此，我們必須關(guān)注其動(dòng)態(tài)特征。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈系統(tǒng)的故障主要可以分為三個(gè)方面，包括傳動(dòng)鏈震動(dòng)、噪聲以及共振問題等。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)鏈故障分析可以分為兩種手段進(jìn)行 數(shù)值仿真與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，從而診斷出故障的具體激勵(lì)，明確故障發(fā)生的原因與維護(hù)的建議。

4.風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)鏈故障診斷技術(shù)分析

風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)鏈的故障診斷是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作。下面，筆者將會(huì)結(jié)合具體的案例，根據(jù)仿真數(shù)據(jù)做好現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算工作。

4.1數(shù)值仿真

對(duì)于數(shù)值仿真方面，我們主要從風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的角度入手，在仿真過程中要注意借鑒多體動(dòng)力學(xué)仿真如見，對(duì)傳動(dòng)鏈的固有特性以及其動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行分析，從而甄別出傳動(dòng)鏈的共振源，診斷出傳動(dòng)鏈中各個(gè)部件的震動(dòng)問題及噪聲的大小等。

而數(shù)值仿真工作有包括以下步驟：第一，工作人員要建立柔性的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。我們知道數(shù)值仿真的根本原理是建立在多體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)之上的，風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈則是由多個(gè)剛體和柔性體共同組成的系統(tǒng)，也就被稱為柔體多體系統(tǒng)。在數(shù)值仿真的過程中，相關(guān)人員要將復(fù)雜的風(fēng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)模型簡(jiǎn)化成等效的動(dòng)力學(xué)模型，這就需要相關(guān)工作人員具備傳動(dòng)鏈系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋱D，并能夠輸入傳動(dòng)鏈 各個(gè)部件的剛度、質(zhì)量、慣性矩等等參數(shù)，之后再通過力元將各個(gè)部件連接起來，最終完成系統(tǒng)模型。

第二，要做好頻域分析工作。所謂頻域分析，就是指在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)精確建模的基礎(chǔ)之上，相關(guān)人員要進(jìn)行模態(tài)計(jì)算，并從中得出風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)的固有頻率值及振型等。但是，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)祭祖的轉(zhuǎn)速較快，激勵(lì)頻率帶也相對(duì)較寬，傳動(dòng)鏈容易發(fā)生共振現(xiàn)象，也會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成一定的影響。因此，在對(duì)風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)進(jìn)行頻域分析時(shí)，工作人員又要通過一定的步驟對(duì)潛在的共振點(diǎn)進(jìn)行分析：首先，要對(duì)切入、切出以及耳釘狀態(tài)下傳動(dòng)鏈系統(tǒng)的模態(tài)進(jìn)行分別計(jì)算。其次，要根據(jù)風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)在不同模態(tài)頻率下的振型和模態(tài)能量的分布特征繪制能量分布圖，從而篩選出那些扭轉(zhuǎn)振型，和扭轉(zhuǎn)方向能量的固有頻率。再次，要根據(jù)篩選出的固有頻率和傳動(dòng)鏈熊的激勵(lì)頻率機(jī)制繪制出工作轉(zhuǎn)速之內(nèi)的坎貝爾圖，坎貝爾圖中的焦點(diǎn)位置也就是風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈熊中的潛在共振點(diǎn)。頻域分析的根本目的是通過對(duì)照風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)的模態(tài)能量分布和坎貝爾圖，對(duì)共振點(diǎn)進(jìn)行初步的甄別，從而采取措施進(jìn)行防震工作。

第三，做好時(shí)域分析工作，對(duì)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)計(jì)算，從而得出系統(tǒng)的震動(dòng)加速度與速度，進(jìn)一步甄別共振點(diǎn)，處理系統(tǒng)噪聲和震動(dòng)問題。要辨別出傳動(dòng)鏈系統(tǒng)的內(nèi)、外部激勵(lì)，從而使得風(fēng)機(jī)在驅(qū)動(dòng)力的作用下橫過整個(gè)區(qū)間。要分析扭矩掃頻響應(yīng)，繪制三維坎貝爾圖。還對(duì)共振點(diǎn)進(jìn)行定性分析，看是否會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)加劇情況 最后，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，判斷系統(tǒng)是否存在振動(dòng)過大現(xiàn)象。

4.2現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算

進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的根本目的就是為了評(píng)價(jià)目標(biāo)風(fēng)機(jī)的健康狀況。下面，筆者將從三個(gè)方面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算工作進(jìn)行分析。

4.2.1確定測(cè)試位置

工作人員要通過數(shù)值分析的結(jié)果來確定風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)中振動(dòng)較大的元件，并在齒輪箱位置做好測(cè)試點(diǎn)的布置工作，當(dāng)然也要兼顧其他的部件，主要以齒輪箱的扭力臂、主軸承座為主要的測(cè)試點(diǎn) . 在測(cè)試過程中，要根據(jù)測(cè)試點(diǎn)的選取情況，分析計(jì)算結(jié)果，設(shè)置合理的寬帶。

4.2.2執(zhí)行測(cè)試

測(cè)試前要對(duì)傳動(dòng)鏈進(jìn)行振動(dòng)的基準(zhǔn)測(cè)試，由于風(fēng)載的強(qiáng)隨性，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況相對(duì)復(fù)雜。因此，在執(zhí)行測(cè)試之前，工作人員要做好系統(tǒng)檢測(cè)工作。

4.2.3數(shù)值分析

要利用振動(dòng)測(cè)試儀器作為傳動(dòng)鏈加速度的傳感器，對(duì)風(fēng)機(jī)一段時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定的工況進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與分析，并做好傅里葉的變換等工作，從而得出噪聲、振動(dòng)等的水平參數(shù)。之后，要結(jié)合數(shù)值仿真的結(jié)果和各個(gè)元件的固有頻率值，定位問題元件，并對(duì)出現(xiàn)問題的原因作出合理的介紹，為后續(xù)的維修工作提供建議。

5.總結(jié)

總之，風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)鏈故障分析的難度較大、復(fù)雜程度較高。這需要相關(guān)工作人員了解風(fēng)機(jī)作用的根本原理，熟悉各個(gè)部件的性能，以便能勝任檢測(cè)與調(diào)試工作。同時(shí)，相關(guān)單位必須注意引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，做好設(shè)備的采購(gòu)工作，保證設(shè)備的良性、合理運(yùn)轉(zhuǎn)，提高工作效率，避免各種故障的發(fā)生。

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