風(fēng)力發(fā)電故障分析ppt

1、風(fēng)力發(fā)電故障分析 謝吉堂 2 目錄 風(fēng)力發(fā)電背景 風(fēng)力發(fā)電故障分析意義 風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)構(gòu) 風(fēng)力發(fā)電機組常見故障分析 小結(jié) 3 風(fēng)力發(fā)電背景 煤炭、石油和天然氣三大化石能源日漸枯 竭，并對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的污染。 風(fēng)能是清潔的，可再生的能源。 地球風(fēng)能資源比較豐富。 4 人類可使用的新能源 核能 太陽能 地?zé)崮?潮汐能 可燃冰 氫能 5 風(fēng)能作為可再生能源重要一員，倍受關(guān) 注。 6 因為風(fēng)力發(fā)電機組通常處于野外，環(huán) 境條件惡劣，容易出現(xiàn)故障，維修起來 耗費大量人力物力，因此對風(fēng)機的可靠 性越來越高，對風(fēng)力發(fā)電機組常見故障 機理進行分析研究顯得尤為重要，這對 保證風(fēng)力發(fā)電機組安全運行，預(yù)防故障

2、發(fā)生，減少故障發(fā)生率，提高風(fēng)力發(fā)電 機組運行的可靠性有重大的實際意義。 風(fēng)力發(fā)電故障分析意義 7 風(fēng)力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu) 8 1.風(fēng)輪：主要由葉片和輪轂組成的。風(fēng) 輪一般由3個葉片組成，因為它運行平 穩(wěn)，能輸出穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩。輪轂是用來 連接葉片與輪轂的固定部件，它將來 自葉片的載荷傳遞到風(fēng)輪的支撐結(jié)構(gòu) 上。風(fēng)輪的作用是捕捉和吸收風(fēng)能， 由風(fēng)輪軸將能量傳送到傳動裝置。 9 2.傳動裝置：一般是齒輪箱，經(jīng)過增速后 ，獲得較高的轉(zhuǎn)速傳遞給發(fā)電機。 3.發(fā)電機：是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的做功裝置， 將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?4.偏航機構(gòu)：保證在風(fēng)向改變的時候，使 風(fēng)輪正對風(fēng)向來獲得最佳的風(fēng)能利用。 現(xiàn)在大型風(fēng)機一般通過風(fēng)

3、向標測定風(fēng)向 ，通過驅(qū)動伺服電機來調(diào)向。 10 5.調(diào)速機構(gòu)：定槳距機組是利用槳葉的自 身失速特性來限制發(fā)電機組的功率輸出 ；變槳距機組是根據(jù)風(fēng)速的變化相應(yīng)的 改變槳葉的節(jié)距角，通過變距系統(tǒng)優(yōu)化 氣流對葉片的攻角，維持輸出功率的相 對穩(wěn)定。 6.塔架：支撐發(fā)電機組機艙。 11 變槳距風(fēng)電機組原理圖 12 風(fēng)電機組常見故障分析 風(fēng)電機組主要故障包括葉片故障、齒輪 箱傳動故障、發(fā)電機故障、變槳機構(gòu)故 障等。 本文著重對葉片故障和齒輪箱故障進行 分析研究。 13 葉片故障 葉片常見的故障模式有斷裂、開裂、砂眼、雷擊等。 開裂 雷擊 斷裂 砂眼 14 葉片斷裂 15 葉片斷裂主要是由于振動引起的。 葉

4、片在氣動力、重力和離心力的作用下 ，振動形式來自三個方向：平行于葉面 方向的振動（葉片彎曲偏擺）；垂直于 葉面方向的振動（葉片拍擊）和平行于 葉片弦線方向的振動（葉片扭曲變形） 。 葉片彎曲偏擺是造成葉片斷裂的主要原 因。 葉片斷裂 16 這是由于葉片彎曲偏擺振動的激振力的 頻率接近于葉片的固有頻率，如果這兩 個頻率的差值在一定范圍內(nèi)，葉片就會 產(chǎn)生共振現(xiàn)象，當激振力頻率越接近葉 片的固有頻率，共振就越激烈，振幅就 越大，造成的葉片變形也就越明顯，當 這個振動超出了葉片自身承受能力的時 候，就造成了葉片的斷裂。 葉片斷裂 17 避免發(fā)生共振，減少葉片振動時的振幅 ，能夠有效解決葉片的斷裂問題。

5、 方法：可以采用阻尼比較大的材料，或 者采用變槳葉片。 此外，臺風(fēng)等惡劣天氣也會造成葉片斷 裂，機組損壞。 葉片斷裂 18 開裂 葉片運轉(zhuǎn)一定年限后，葉片樹脂膠衣逐漸 被風(fēng)沙抽磨，原始葉片的內(nèi)粘合受到粘合 面積不勻，受力點不均，風(fēng)力機的每次彎 曲、扭曲、自振都有可能造成葉片的內(nèi)粘 合處自然開裂。尤其是葉片的迎風(fēng)面葉脊 處，是風(fēng)力機葉片受損最為嚴重的部位， 自然開裂率最高。發(fā)電機組長期運轉(zhuǎn)，葉 片有可能發(fā)生折斷，造成事故。 19 砂眼 風(fēng)電機組葉片出現(xiàn)砂眼，是由于葉片表面 失去保護層引起的。葉片表面的膠衣層破 損后，葉片在風(fēng)沙的侵蝕下出現(xiàn)麻面，麻 面是細小的砂眼，砂眼生成后，砂眼的演 變速度會越

6、來越快，通腔砂眼在雨季造成 葉片內(nèi)進水，濕度加大，防雷指數(shù)降低， 雷擊葉片事故出現(xiàn)。 要避免葉片開裂和砂眼，就要加強日常維 護，及時發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)開裂砂眼傾向，及時 進行修補。 20 雷擊 風(fēng)電機組葉片遭遇雷擊，較大可能是 葉片內(nèi)進水造成的，主要因為葉片膠 衣被磨光失去保護層導(dǎo)致進水。所以 為了防止葉片雷擊，葉片表面必須加 保護層，同時加強日常維護。 21 齒輪箱故障 風(fēng)力發(fā)電機齒輪箱 偏航驅(qū)動電機及齒輪箱 變槳驅(qū)動電機及齒輪箱 22 風(fēng)力發(fā)電機齒輪 箱內(nèi)外部構(gòu)造 23 齒輪箱故障 行星齒輪增速是風(fēng)力發(fā)電機增速箱的 主要傳動方式 ，傳動比大，一般為 80100,傳遞的功率可達MW級，傳遞負 載大，

7、因此容易發(fā)生故障。 齒輪箱系統(tǒng)一般包括齒輪、軸承、軸 和箱體組成，按齒輪箱內(nèi)部構(gòu)件可以 將齒輪箱故障分為齒輪故障、軸承和 軸故障。 24 齒輪故障 風(fēng)力發(fā)電機在運行過程中齒輪持續(xù)旋 轉(zhuǎn)，一直經(jīng)受交變載荷的作用，受到 振動、潤滑、油溫等因素的影響，齒 輪往往會發(fā)生各種不同類型的故障， 其中最為常見的有以下幾種: 25 齒輪點蝕 點蝕是閉式齒輪傳動中最常見的故障。在摩擦力 和接觸應(yīng)力和潤滑劑的共同作用下，齒輪表層可 能產(chǎn)生一些細小裂紋，細紋的逐步發(fā)展會演變成 齒輪表面的小面積脫落，形成稱為點蝕的凹坑表 面缺陷。點蝕的進一步發(fā)展，會產(chǎn)生噪音和振動 ，干擾風(fēng)電機組的運行，甚至將導(dǎo)致其無法正常 工作。

8、齒輪故障 26 齒面磨損 在齒輪的運行過程中，金屬、沙 礫等微?？赡軙A雜在嚙合齒輪 的接觸面，這將導(dǎo)致齒面的磨損 ，微粒的硬度大或是齒面潤滑不 良都將加重及加速齒面磨損網(wǎng)。 另外，葉片所受的不規(guī)則沖擊將 轉(zhuǎn)變?yōu)閷X輪的沖擊載荷，這也 是齒輪磨損的原因。 齒輪故障 27 膠合 在眾多故障類型中，膠合是一種相對較嚴重的故障類 型，它一般出現(xiàn)在齒頂或齒根等速度較高的部位。風(fēng) 電機組齒輪箱是高速重載的傳動系，齒輪速度高、齒 面壓力大，齒面嚙合是會產(chǎn)生大量熱量。散熱不良或 潤滑不良會導(dǎo)致齒輪表面溫度過高，齒面之間會有粘 焊現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致齒面劃痕的產(chǎn)生，嚴重時將導(dǎo)致齒 面剝離，引起齒輪的膠合。 齒輪故障

9、 28 斷齒 由于野外風(fēng)速不穩(wěn)定，齒輪容易受到?jīng)_擊載荷作用， 沖擊載荷不僅是齒面磨損的原因，它也可能導(dǎo)致齒輪 折斷。沖擊載荷會使齒輪根部受彎曲應(yīng)力，應(yīng)力超過 極限會使齒輪產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋的逐步擴展將最終 導(dǎo)致斷齒的發(fā)生。 齒輪故障 29 軸承常見故障 風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱 使用的各種型號軸承使用的各種型號軸承 30 滾動軸承是機電設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的機械 部件，在風(fēng)力發(fā)電機組工作過程中，軸承 長期受重載和交變載荷的影響，不管是低 速軸的軸承，還是高速軸的軸承，在交變 沖擊的作用下可能產(chǎn)生各種損壞。同時滾 動軸承在運轉(zhuǎn)過程常因裝配不當、潤滑不 良、水分和異物浸入、腐蝕性液體等各種

10、 原因引起損壞。 滾動軸承故障形式主要有以下幾個方面: 軸承常見故障 31 軸承疲勞剝落 軸承滾動體和內(nèi)、外圈在 交變沖擊載荷作用下，產(chǎn) 生周期變化接觸應(yīng)力。長 時間的運行，在接觸表面 處形成的裂紋逐漸發(fā)展， 最終使接觸面表層金屬片 剝落下來，在滾動體或內(nèi) 、外圈滾道工作面逐步擴 大形成凹坑，產(chǎn)生疲勞剝 落。 軸承常見故障 32 軸承磨損 磨損是由于滾動軸承密封不好等原因，使得周圍雜物 侵入滾道或滾動體，在滾動軸承的各元件間形成相對 滑動，而引起表面的磨損的情況。機組運行時間的增 長導(dǎo)致磨損量不斷增大，軸承表面變得粗糙，進而加 劇磨損，使得各部件游隙變大，大大降低了機組運行 精度，導(dǎo)致機組振動

11、和噪聲的增大。 軸承常見故障 33 軸承裂紋和斷裂 材料缺陷和高溫處理不當、潤滑 不良、交變載荷、重載荷或疲勞 等都會引起軸承破裂。 壓痕故障 堅硬物體進入滾動軸承內(nèi)部，在 長期運行過程中壓在滾動體與滾 道之間進行摩擦或擠壓，使?jié)L動 表面形成壓痕。甚至在產(chǎn)生過大 的沖擊負荷時會使接觸表面產(chǎn)生 局部塑性變形而形成凹坑。 軸承常見故障 34 齒輪箱軸的不平衡短期不會對機械運行產(chǎn)生影 響，但是設(shè)備的長期運行，會使不平衡現(xiàn)象變 得嚴重，從而導(dǎo)致故障發(fā)生。軸可能出現(xiàn)不平 衡、不對中和軸彎曲這幾種典型的故障。能導(dǎo) 致軸不平衡的原因有很多，質(zhì)量偏心引起的離 心力和力矩或部件的缺陷都包括其中。軸不對 中可能由于安裝不當或長期運行而引起，主要 出現(xiàn)在齒輪箱及其與其他部件相連接的部位。 風(fēng)電機