孫偉楠

摘 要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱中滾動(dòng)軸承運(yùn)行過(guò)程中極易出現(xiàn)故障問(wèn)題，一旦診斷不準(zhǔn)確及故障處理不到位，會(huì)給風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行造成極為不利的影響，因此積極做好風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱滾動(dòng)軸承故障診斷是非常必要的，以下開(kāi)展具體分析，僅供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；齒輪箱；滾動(dòng)軸承；故障；診斷

齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，其良好的運(yùn)行狀態(tài)是保證傳動(dòng)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件，尤其是通過(guò)齒輪箱中滾動(dòng)軸承、齒輪、軸等部件之間的協(xié)調(diào)配合，保證保證整個(gè)齒輪箱的正常運(yùn)作。而滾動(dòng)軸承在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中極易出現(xiàn)故障問(wèn)題，在實(shí)際故障診斷過(guò)程中應(yīng)當(dāng)掌握其診斷技巧，以提高齒輪箱滾動(dòng)軸承故障診斷的科學(xué)性和合理性。以下開(kāi)展具體論述。

1 振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在齒輪箱中的應(yīng)用

相關(guān)實(shí)踐表明，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱滾動(dòng)軸承故障診斷的過(guò)程中，大多以振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)作為主要方式，通過(guò)對(duì)齒輪箱軸承座上火齒輪箱殼體中上部的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確提取，并加以妥善處理后，對(duì)潛在故障特征信息進(jìn)行科學(xué)化分析，進(jìn)而明確故障性質(zhì)及其所在部位，從而促進(jìn)故障問(wèn)題得到科學(xué)的診斷和解決。振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)大多通過(guò)頻譜分析法、時(shí)域分析法以及包絡(luò)分析法等作為常用的振動(dòng)信號(hào)分析方法。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱滾動(dòng)軸承故障特點(diǎn)分析

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱運(yùn)行過(guò)程中，若齒輪箱存在故障，其特征頻率發(fā)生明顯變化，在出現(xiàn)諧波的同時(shí)，也會(huì)存在一定量的邊頻帶，振動(dòng)現(xiàn)象也存在一定差異性。若齒輪箱滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致滾動(dòng)體相對(duì)滾道旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生較大能量的沖擊，形成載波頻率，以軸承外圈固有頻率為主，并且形成固有頻率調(diào)制振動(dòng)狀態(tài)。一旦風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱滾動(dòng)軸承出現(xiàn)嚴(yán)重的故障問(wèn)題，并且存在比較鮮明的故障特征頻率成分，尤其是和頻與差頻往往會(huì)隨著基本成分的變化而變化，因此加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱滾動(dòng)軸承故障診斷分析是非常必要的。

3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱滾動(dòng)軸承故障診斷難點(diǎn)

3.1 確定齒輪箱中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速難

齒輪箱通常具有多級(jí)結(jié)構(gòu)，每級(jí)傳動(dòng)產(chǎn)生不同的速比。一般情況下，齒輪箱廠家僅提供齒輪總速比，并不詳細(xì)提供每級(jí)傳動(dòng)速比以及齒輪齒數(shù)，這為準(zhǔn)確判斷中間傳動(dòng)軸的軸承故障增加了難度。確定每根傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，是正確分析判斷軸承故障的關(guān)鍵，因?yàn)檩S承故障特征頻率是與軸承結(jié)構(gòu)尺寸及軸的轉(zhuǎn)速相關(guān)。軸承的結(jié)構(gòu)尺寸（滾子直徑、滾子分布圓直徑、接觸角）以及軸承滾子數(shù)量等是內(nèi)在因素，是由軸承制造商決定的。而轉(zhuǎn)速是屬外在因素，同一軸承在不同的轉(zhuǎn)速上，軸承的故障特征頻率不同。

3.2 確定頻譜中故障特征頻率成分難

目前齒輪箱故障診斷方法是以箱體振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行研究的，信號(hào)在傳遞過(guò)程中經(jīng)過(guò)的環(huán)節(jié)很多，部分信號(hào)在傳遞過(guò)程中衰減或受調(diào)制。另外，由于齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作條件多樣，箱內(nèi)多對(duì)齒輪和滾動(dòng)軸承同時(shí)工作，頻率成分多且復(fù)雜，各種干擾較大。所以傳感器所提取的振動(dòng)信號(hào)中，各信號(hào)頻率雜、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(dòng)軸承故障產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)能量要比齒輪或軸系故障產(chǎn)生的振動(dòng)能量小，其故障信號(hào)很容易被淹沒(méi)在其他振動(dòng)信號(hào)中，故障特征更不明顯，這為確定軸承故障特征頻率增加了很大難度。

4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱滾動(dòng)軸承故障診斷經(jīng)驗(yàn)

本文在對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱滾動(dòng)軸承故障特點(diǎn)以及診斷難點(diǎn)開(kāi)展分析的基礎(chǔ)上，對(duì)齒輪箱滾動(dòng)軸承故障診斷經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

第一，明確風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)及軸承故障特點(diǎn)。也就是說(shuō)，為保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱滾動(dòng)軸承故障診斷的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確把握齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括齒輪模式、傳動(dòng)軸數(shù)量、軸承型號(hào)等，從而為測(cè)點(diǎn)的布置提供可靠的數(shù)據(jù)支持。與此同時(shí)，應(yīng)當(dāng)明確電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)齒輪齒數(shù)，便于進(jìn)一步確定傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)頻和嚙合數(shù)。除此之外，應(yīng)當(dāng)基于齒輪嚙合頻率以及軸承故障特征頻率等要素來(lái)明確齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及軸承故障特點(diǎn)，以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱滾動(dòng)軸承故障診斷的科學(xué)性。

第二，對(duì)傳動(dòng)軸所在軸承座上的振動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。一般情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱運(yùn)作過(guò)程中，受到不同信號(hào)傳遞路徑的影響，齒輪箱殼體上的不同測(cè)點(diǎn)對(duì)于激勵(lì)所產(chǎn)生的響應(yīng)也各不相同。研究可知，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置于齒輪箱傳動(dòng)軸所在軸承座部位，能夠準(zhǔn)確接收軸承振動(dòng)信號(hào)；而將監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置于殼體中上部靠近齒輪的嚙合點(diǎn)，能夠?qū)X輪的其他故障進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。

第三，基于水平、垂直和軸向三個(gè)方向?qū)φ駝?dòng)進(jìn)行測(cè)量。為促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱滾動(dòng)軸承故障得到科學(xué)化診斷，在對(duì)振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)應(yīng)當(dāng)掌握好測(cè)量方向，并選擇恰當(dāng)?shù)臏y(cè)點(diǎn)位置，以保證振動(dòng)測(cè)量的準(zhǔn)確度。一般情況下，在帶散熱片的齒輪箱以及軸承處于軸中間位置等情況下，測(cè)點(diǎn)方向應(yīng)當(dāng)有選擇性的設(shè)置，基于水平、垂直和軸向三個(gè)方向進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量，密切觀察其軸向振動(dòng)能量變化與頻率變化，以保證測(cè)量的有效性。

第四，兼顧高低頻段振動(dòng)開(kāi)展測(cè)量，合理選擇傳感器并控制好測(cè)量范圍。具體來(lái)講，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱運(yùn)作過(guò)程中，以固有頻率、傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)頻率以及軸承故障特征頻率等作為基本振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)寬帶頻振動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，基于不同頻率范圍選擇適宜的傳感器，并控制好測(cè)量范圍，以促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱故障的妥善處理。

第五，最好在齒輪滿負(fù)荷狀態(tài)下測(cè)量振動(dòng)。滿負(fù)荷下測(cè)量齒輪箱振動(dòng)，能夠較清晰地捕捉到故障信號(hào)。有時(shí)候，在低負(fù)荷時(shí)，部分軸承故障信號(hào)會(huì)被齒輪箱內(nèi)其它信號(hào)所淹沒(méi)，或者受其他信號(hào)調(diào)制而不容易發(fā)現(xiàn)。當(dāng)然，在軸承故障比較嚴(yán)重時(shí)，在低負(fù)荷時(shí)，就是通過(guò)速度頻譜也是能夠清晰地捕捉到故障信號(hào)。

第六，分析數(shù)據(jù)時(shí)要兼顧頻譜圖與時(shí)域圖。當(dāng)齒輪箱發(fā)生故障時(shí)，有時(shí)在頻譜圖上各故障特征的振動(dòng)幅值不會(huì)發(fā)生較大的變化，無(wú)法判斷故障的嚴(yán)重程度或中間傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確值，但在時(shí)域圖中可通過(guò)沖擊頻率來(lái)分析故障是否明顯或所在傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速是否正確。因此，要準(zhǔn)確確定每一傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速或者某一故障的沖擊頻率，都需要將振動(dòng)頻譜圖和時(shí)域圖兩者結(jié)合起來(lái)推斷。特別對(duì)異常諧波的邊頻族的頻率確定，更是離不開(kāi)時(shí)域圖的輔助分析。

5 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，為促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱滾動(dòng)軸承故障問(wèn)題得到科學(xué)化診斷，應(yīng)當(dāng)明確齒輪箱滾動(dòng)軸承的故障特點(diǎn)，準(zhǔn)確把握故障后相關(guān)參數(shù)的變化情況，明確診斷過(guò)程中的重點(diǎn)與難點(diǎn)，基于以往齒輪箱滾動(dòng)軸承故障診斷經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，就滾動(dòng)軸承故障進(jìn)行科學(xué)診斷和分析，便于采取可行的措施對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱滾動(dòng)軸承故障問(wèn)題進(jìn)行妥善處理，維護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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