風力發(fā)電故障分析課件

風力發(fā)電故障分析謝吉堂風力發(fā)電故障分析謝吉堂目錄風力發(fā)電背景風力發(fā)電故障分析意義風力發(fā)電機組結(jié)構(gòu)風力發(fā)電機組常見故障分析小結(jié)目錄風力發(fā)電背景風力發(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。風能是清潔的，可再生的能源。地球風能資源比較豐富。風力發(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)人類可使用的新能源核能太陽能地熱能潮汐能可燃冰氫能人類可使用的新能源核能風能作為可再生能源重要一員，倍受關(guān)注。風能作為可再生能源重要一員，倍受關(guān)注。因為風力發(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，因此對風機的可靠性越來越高，對風力發(fā)電機組常見故障機理進行分析研究顯得尤為重要，這對保證風力發(fā)電機組安全運行，預(yù)防故障發(fā)生，減少故障發(fā)生率，提高風力發(fā)電機組運行的可靠性有重大的實際意義。風力發(fā)電故障分析意義

因為風力發(fā)電機組通常處于野外，環(huán)境條件惡劣

風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)

風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)

1.風輪：主要由葉片和輪轂組成的。風輪一般由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輪的支撐結(jié)構(gòu)上。風輪的作用是捕捉和吸收風能，由風輪軸將能量傳送到傳動裝置。1.風輪：主要由葉片和輪轂組成的。風輪一般由3個葉片組成，因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：是風力發(fā)電系統(tǒng)的做功裝置，將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?.偏航機構(gòu)：保證在風向改變的時候，使風輪正對風向來獲得最佳的風能利用?，F(xiàn)在大型風機一般通過風向標測定風向，通過驅(qū)動伺服電機來調(diào)向。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。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)電機變槳距風電機組原理圖

變槳距風電機組原理圖風電機組常見故障分析風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。風電機組常見故障分析風電機組主要故障包括葉片故障、齒輪箱傳動葉片故障

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。開裂葉片斷裂葉片斷裂葉片斷裂主要是由于振動引起的。葉片在氣動力、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。葉片斷裂葉片斷裂主要是由于振動引起的。葉片斷裂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，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。方法：可以采用阻尼比較大的材料，或者采用變槳葉片。此外，臺風等惡劣天氣也會造成葉片斷裂，機組損壞。葉片斷裂避免發(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開裂葉片運轉(zhuǎn)一定年限后，葉片樹脂膠衣逐漸被風沙抽磨，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。尤其是葉片的迎風面葉脊處，是風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。開裂葉片運轉(zhuǎn)一定年限后，葉片樹脂膠衣逐漸被風沙抽磨，原始葉片砂眼風電機組葉片出現(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。砂眼風電機組葉片出現(xiàn)砂眼，是由于葉片表面失去保護層引起的。葉雷擊風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。雷擊風電機組葉片遭遇雷擊，較大可能是葉片內(nèi)進水造成的，主要因齒輪箱故障風力發(fā)電機齒輪箱偏航驅(qū)動電機及齒輪箱變槳驅(qū)動電機及齒輪箱齒輪箱故障風力發(fā)電機齒輪箱偏航驅(qū)動電機及齒輪箱變槳驅(qū)動電機及風力發(fā)電機齒輪箱內(nèi)外部構(gòu)造風力發(fā)電機齒輪箱內(nèi)外部構(gòu)造齒輪箱故障行星齒輪增速是風力發(fā)電機增速箱的主要傳動方式，傳動比大，一般為80~100,傳遞的功率可達MW級，傳遞負載大，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力發(fā)電機增速箱的主要傳動方式，傳齒輪故障風力發(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:齒輪故障風力發(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，干擾風電機組的運行，甚至將導(dǎo)致其無法正常工作。齒輪故障齒輪點蝕齒輪故障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。齒輪故障齒面磨損齒輪故障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。齒輪故障膠合齒輪故障斷齒由于野外風速不穩(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。齒輪故障斷齒齒輪故障軸承常見故障風力發(fā)電機組齒輪箱使用的各種型號軸承軸承常見故障風力發(fā)電機組齒輪箱使用的各種型號軸承滾動軸承是機電設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的機械部件，在風力發(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:軸承常見故障滾動軸承是機電設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的機械部件，在風力發(fā)電機組工作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。軸承常見故障軸承疲勞剝落軸承常見故障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)致機組振動和噪聲的增大。軸承常見故障軸承磨損軸承常見故障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。軸承常見故障軸承裂紋和斷裂軸承常見故障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。風電機組的長期運行也容易導(dǎo)致軸的