風(fēng)力發(fā)電故障分析課件

風(fēng)力發(fā)電故障分析謝吉堂風(fēng)力發(fā)電故障分析謝吉堂目錄風(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(jī)組結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組常見(jiàn)故障分析小結(jié)目錄風(fēng)力發(fā)電背景風(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(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)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。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(duì)生態(tài)人類(lèi)可使用的新能源核能太陽(yáng)能地?zé)崮艹毕芸扇急鶜淠苋祟?lèi)可使用的新能源核能風(fēng)能作為可再生能源重要一員，倍受關(guān)注。風(fēng)能作為可再生能源重要一員，倍受關(guān)注。因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)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(lái)耗費(fèi)大量人力物力，因此對(duì)風(fēng)機(jī)的可靠性越來(lái)越高，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組常見(jiàn)故障機(jī)理進(jìn)行分析研究顯得尤為重要，這對(duì)保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行，預(yù)防故障發(fā)生，減少故障發(fā)生率，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可靠性有重大的實(shí)際意義。風(fēng)力發(fā)電故障分析意義

因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常處于野外，環(huán)境條件惡劣

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)

1.風(fēng)輪：主要由葉片和輪轂組成的。風(fēng)輪一般由3個(gè)葉片組成，因?yàn)樗\(yùn)行平穩(wěn)，能輸出穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩。輪轂是用來(lái)連接葉片與輪轂的固定部件，它將來(lái)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(dòng)裝置。1.風(fēng)輪：主要由葉片和輪轂組成的。風(fēng)輪一般由3個(gè)葉片組成，因2.傳動(dòng)裝置：一般是齒輪箱，經(jīng)過(guò)增速后，獲得較高的轉(zhuǎn)速傳遞給發(fā)電機(jī)。3.發(fā)電機(jī)：是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的做功裝置，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?.偏航機(jī)構(gòu)：保證在風(fēng)向改變的時(shí)候，使風(fēng)輪正對(duì)風(fēng)向來(lái)獲得最佳的風(fēng)能利用?，F(xiàn)在大型風(fēng)機(jī)一般通過(guò)風(fēng)向標(biāo)測(cè)定風(fēng)向，通過(guò)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)來(lái)調(diào)向。2.傳動(dòng)裝置：一般是齒輪箱，經(jīng)過(guò)增速后，獲得較高的轉(zhuǎn)速傳遞給5.調(diào)速機(jī)構(gòu)：定槳距機(jī)組是利用槳葉的自身失速特性來(lái)限制發(fā)電機(jī)組的功率輸出；變槳距機(jī)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(guò)變距系統(tǒng)優(yōu)化氣流對(duì)葉片的攻角，維持輸出功率的相對(duì)穩(wěn)定。6.塔架：支撐發(fā)電機(jī)組機(jī)艙。5.調(diào)速機(jī)構(gòu)：定槳距機(jī)組是利用槳葉的自身失速特性來(lái)限制發(fā)電機(jī)變槳距風(fēng)電機(jī)組原理圖

變槳距風(fēng)電機(jī)組原理圖風(fēng)電機(jī)組常見(jiàn)故障分析風(fēng)電機(jī)組主要故障包括葉片故障、齒輪箱傳動(dòng)故障、發(fā)電機(jī)故障、變槳機(jī)構(gòu)故障等。本文著重對(duì)葉片故障和齒輪箱故障進(jìn)行分析研究。風(fēng)電機(jī)組常見(jiàn)故障分析風(fēng)電機(jī)組主要故障包括葉片故障、齒輪箱傳動(dòng)葉片故障

葉片常見(jiàn)的故障模式有斷裂、開(kāi)裂、砂眼、雷擊等。開(kāi)裂雷擊斷裂砂眼葉片故障

葉片常見(jiàn)的故障模式有斷裂、開(kāi)裂、砂眼、雷擊等。開(kāi)裂葉片斷裂葉片斷裂葉片斷裂主要是由于振動(dòng)引起的。葉片在氣動(dòng)力、重力和離心力的作用下，振動(dòng)形式來(lái)自三個(gè)方向：平行于葉面方向的振動(dòng)（葉片彎曲偏擺）；垂直于葉面方向的振動(dòng)（葉片拍擊）和平行于葉片弦線方向的振動(dòng)（葉片扭曲變形）。葉片彎曲偏擺是造成葉片斷裂的主要原因。葉片斷裂葉片斷裂主要是由于振動(dòng)引起的。葉片斷裂這是由于葉片彎曲偏擺振動(dòng)的激振力的頻率接近于葉片的固有頻率，如果這兩個(gè)頻率的差值在一定范圍內(nèi)，葉片就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，當(dāng)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(dāng)這個(gè)振動(dòng)超出了葉片自身承受能力的時(shí)候，就造成了葉片的斷裂。葉片斷裂這是由于葉片彎曲偏擺振動(dòng)的激振力的頻率接近于葉片的固有頻率，避免發(fā)生共振，減少葉片振動(dòng)時(shí)的振幅，能夠有效解決葉片的斷裂問(wèn)題。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(tái)風(fēng)等惡劣天氣也會(huì)造成葉片斷裂，機(jī)組損壞。葉片斷裂避免發(fā)生共振，減少葉片振動(dòng)時(shí)的振幅，能夠有效解決葉片的斷裂問(wèn)開(kāi)裂葉片運(yùn)轉(zhuǎn)一定年限后，葉片樹(shù)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(diǎn)不均，風(fēng)力機(jī)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(kāi)裂。尤其是葉片的迎風(fēng)面葉脊處，是風(fēng)力機(jī)葉片受損最為嚴(yán)重的部位，自然開(kāi)裂率最高。發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，葉片有可能發(fā)生折斷，造成事故。開(kāi)裂葉片運(yùn)轉(zhuǎn)一定年限后，葉片樹(shù)脂膠衣逐漸被風(fēng)沙抽磨，原始葉片砂眼風(fēng)電機(jī)組葉片出現(xiàn)砂眼，是由于葉片表面失去保護(hù)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(xì)小的砂眼，砂眼生成后，砂眼的演變速度會(huì)越來(lái)越快，通腔砂眼在雨季造成葉片內(nèi)進(jìn)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(kāi)裂和砂眼，就要加強(qiáng)日常維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)開(kāi)裂砂眼傾向，及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。砂眼風(fēng)電機(jī)組葉片出現(xiàn)砂眼，是由于葉片表面失去保護(hù)層引起的。葉雷擊風(fēng)電機(jī)組葉片遭遇雷擊，較大可能是葉片內(nèi)進(jìn)水造成的，主要因?yàn)槿~片膠衣被磨光失去保護(hù)層導(dǎo)致進(jìn)水。所以為了防止葉片雷擊，葉片表面必須加保護(hù)層，同時(shí)加強(qiáng)日常維護(hù)。雷擊風(fēng)電機(jī)組葉片遭遇雷擊，較大可能是葉片內(nèi)進(jìn)水造成的，主要因齒輪箱故障風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱偏航驅(qū)動(dòng)電機(jī)及齒輪箱變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)及齒輪箱齒輪箱故障風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱偏航驅(qū)動(dòng)電機(jī)及齒輪箱變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)及風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱內(nèi)外部構(gòu)造風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱內(nèi)外部構(gòu)造齒輪箱故障行星齒輪增速是風(fēng)力發(fā)電機(jī)增速箱的主要傳動(dòng)方式，傳動(dòng)比大，一般為80~100,傳遞的功率可達(dá)MW級(jí)，傳遞負(fù)載大，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。齒輪箱故障行星齒輪增速是風(fēng)力發(fā)電機(jī)增速箱的主要傳動(dòng)方式，傳齒輪故障風(fēng)力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)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(dòng)、潤(rùn)滑、油溫等因素的影響，齒輪往往會(huì)發(fā)生各種不同類(lèi)型的故障，其中最為常見(jiàn)的有以下幾種:齒輪故障風(fēng)力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中齒輪持續(xù)旋轉(zhuǎn)，一直經(jīng)受交變載荷齒輪點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕是閉式齒輪傳動(dòng)中最常見(jiàn)的故障。在摩擦力和接觸應(yīng)力和潤(rùn)滑劑的共同作用下，齒輪表層可能產(chǎn)生一些細(xì)小裂紋，細(xì)紋的逐步發(fā)展會(huì)演變成齒輪表面的小面積脫落，形成稱(chēng)為點(diǎn)蝕的凹坑表面缺陷。點(diǎn)蝕的進(jìn)一步發(fā)展，會(huì)產(chǎn)生噪音和振動(dòng)，干擾風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行，甚至將導(dǎo)致其無(wú)法正常工作。齒輪故障齒輪點(diǎn)蝕齒輪故障齒面磨損在齒輪的運(yùn)行過(guò)程中，金屬、沙礫等微?？赡軙?huì)夾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(rùn)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?duì)齒輪的沖擊載荷，這也是齒輪磨損的原因。齒輪故障齒面磨損齒輪故障膠合在眾多故障類(lèi)型中，膠合是一種相對(duì)較嚴(yán)重的故障類(lèi)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(jī)組齒輪箱是高速重載的傳動(dòng)系，齒輪速度高、齒面壓力大，齒面嚙合是會(huì)產(chǎn)生大量熱量。散熱不良或潤(rùn)滑不良會(huì)導(dǎo)致齒輪表面溫度過(guò)高，齒面之間會(huì)有粘焊現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致齒面劃痕的產(chǎn)生，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致齒面剝離，引起齒輪的膠合。齒輪故障膠合齒輪故障斷齒由于野外風(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(huì)使齒輪根部受彎曲應(yīng)力，應(yīng)力超過(guò)極限會(huì)使齒輪產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋的逐步擴(kuò)展將最終導(dǎo)致斷齒的發(fā)生。齒輪故障斷齒齒輪故障軸承常見(jiàn)故障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱使用的各種型號(hào)軸承軸承常見(jiàn)故障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱使用的各種型號(hào)軸承滾動(dòng)軸承是機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的機(jī)械部件，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作過(guò)程中，軸承長(zhǎng)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(shí)滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程常因裝配不當(dāng)、潤(rùn)滑不良、水分和異物浸入、腐蝕性液體等各種原因引起損壞。

滾動(dòng)軸承故障形式主要有以下幾個(gè)方面:軸承常見(jiàn)故障滾動(dòng)軸承是機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的機(jī)械部件，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作軸承疲勞剝落軸承滾動(dòng)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(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)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(lái)，在滾動(dòng)體或內(nèi)、外圈滾道工作面逐步擴(kuò)大形成凹坑，產(chǎn)生疲勞剝落。軸承常見(jiàn)故障軸承疲勞剝落軸承常見(jiàn)故障軸承磨損磨損是由于滾動(dòng)軸承密封不好等原因，使得周?chē)s物侵入滾道或滾動(dòng)體，在滾動(dòng)軸承的各元件間形成相對(duì)滑動(dòng)，而引起表面的磨損的情況。機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)導(dǎo)致磨損量不斷增大，軸承表面變得粗糙，進(jìn)而加劇磨損，使得各部件游隙變大，大大降低了機(jī)組運(yùn)行精度，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)和噪聲的增大。軸承常見(jiàn)故障軸承磨損軸承常見(jiàn)故障軸承裂紋和斷裂材料缺陷和高溫處理不當(dāng)、潤(rùn)滑不良、交變載荷、重載荷或疲勞等都會(huì)引起軸承破裂。壓痕故障堅(jiān)硬物體進(jìn)入滾動(dòng)軸承內(nèi)部，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中壓在滾動(dòng)體與滾道之間進(jìn)行摩擦或擠壓，使?jié)L動(dòng)表面形成壓痕。甚至在產(chǎn)生過(guò)大的沖擊負(fù)荷時(shí)會(huì)使接觸表面產(chǎn)生局部塑性變形而形成凹坑。軸承常見(jiàn)故障軸承裂紋和斷裂軸承常見(jiàn)故障齒輪箱軸的不平衡短期不會(huì)對(duì)機(jī)械運(yùn)行產(chǎn)生影響，但是設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)行，會(huì)使不平衡現(xiàn)象變得嚴(yán)重，從而導(dǎo)致故障發(fā)生。軸可能出現(xiàn)不平衡、不對(duì)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(duì)中可能由于安裝不當(dāng)或長(zhǎng)期運(yùn)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(jī)組的長(zhǎng)期運(yùn)行也容易導(dǎo)致軸的