風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱振動(dòng)測(cè)試與分析

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱振動(dòng)測(cè)試與分析齒輪箱做振動(dòng)測(cè)試和分析，通過模式識(shí)別找到齒輪箱損壞時(shí)呈現(xiàn)的特性，為齒輪箱故障診斷提供依據(jù)。我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)中安裝的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多為進(jìn)口機(jī)組。因?yàn)樵趷毫迎h(huán)境下工作，其損壞率高達(dá)40%50%。隨著清潔能源的普及，齒輪箱的故障診斷和預(yù)知維修已迫在眉睫。本文就齒輪箱的故障診斷作一些探索性研究。一、齒輪箱振動(dòng)測(cè)試采用北京東方所開發(fā)的DASP(Data Acquisition and SignalProcessing)測(cè)振系統(tǒng)，對(duì)某風(fēng)電場(chǎng)4#、5#機(jī)組齒輪箱的不同測(cè)點(diǎn)（圖1）做振動(dòng)測(cè)試和分析，4#機(jī)組剛進(jìn)行過檢修運(yùn)行正常作為對(duì)照機(jī)組，5#機(jī)組噪聲異常為待檢機(jī)組，對(duì)兩機(jī)組齒輪箱的振

2、動(dòng)信號(hào)對(duì)比分析，判斷存在故障。齒輪箱特征頻率見表1。表1 齒輪箱特征頻率表 Hz二、信號(hào)分析1.統(tǒng)計(jì)分析由統(tǒng)計(jì)表2、表3可看出，5#機(jī)組振動(dòng)值明顯偏大，尤其是510測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值基本上是4#機(jī)組相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的2倍以上。表2 4#機(jī)組幅域統(tǒng)計(jì)表 m/s表2 5#機(jī)組幅域統(tǒng)計(jì)表 m/s25#機(jī)組概率分布及概率密度函數(shù)反映其時(shí)間序列分布范圍較寬（圖2），峭度系數(shù)（即四階中心距）與4#機(jī)組的（圖3）明顯，同（若以4#機(jī)組為標(biāo)準(zhǔn)g=0，那么5#機(jī)組g=0），預(yù)示5#機(jī)組存在故障。2.時(shí)域分析通過時(shí)域分析（圖4、圖5），發(fā)現(xiàn)5#機(jī)組齒輪箱振動(dòng)信號(hào)有明顯異常幅值轉(zhuǎn)大，且有明顯的周期性，其頻率約大20Hz。3.頻坷分

3、析由圖6可見，5#機(jī)組齒輪箱的頻譜圖既有調(diào)幅成分又有調(diào)頻成分（調(diào)制頻率對(duì)中心頻率的幅值不對(duì)稱）。從5#機(jī)組功率譜密度函數(shù)（圖7）可以看出，在頻率177Hz、196Hz、531Hz及其倍頻處幅值和4#機(jī)組（圖8）相應(yīng)測(cè)點(diǎn)相比成倍數(shù)增大。而177Hz是高速軸轉(zhuǎn)頻的7倍頻，196Hz、531 Hz是齒輪箱第II級(jí)、第I級(jí)的嚙合頻率，因而可判斷故障出現(xiàn)在第II級(jí)、第級(jí)。4.特殊分析在倒頻譜（圖9、圖10）中可以看到，4#和5#機(jī)組的倒拼圖中都有一個(gè)明顯的頻率為9.8Hz的尖峰，這個(gè)頻率與 中間軸的轉(zhuǎn)頻相同，說明中間軸的回轉(zhuǎn)誤差較大，是主要的調(diào)制源。對(duì)比包絡(luò)解調(diào)譜（圖11、圖12）可以看出，5#機(jī)組19.5Hz、39.1Hz和58.6Hz（中間軸轉(zhuǎn)頻的2倍頻、4倍頻和6倍頻）就是調(diào)制的頻率，說明中間軸發(fā)生了故障。從圖13、圖14可以看到，齒輪箱的頻譜以第級(jí)、第級(jí)齒輪嚙合頻率（196Hz、531Hz）及其倍頻為中心頻率，以中間軸的轉(zhuǎn)頻及其倍頻為調(diào)制頻率形成上下邊頻帶。據(jù)以上分析，可以確定該齒輪箱的第級(jí)和第級(jí)軸、齒輪、軸承存在缺陷，拆檢結(jié)果與診斷結(jié)果相符。三、結(jié)論1.拆檢結(jié)果證明，用上述方法可以快速、準(zhǔn)確地判斷出待檢齒輪箱是否存在故障以及故障所在。2.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作環(huán)境十分惡劣，輸入載荷變化頻繁，故障率非常高，維修困難。建議加強(qiáng)機(jī)組安全保護(hù)方面的設(shè)計(jì)（如加裝機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等）