风力发电机组齿轮箱振动测试与分析

摘要对齿轮箱做振动测试和分析，通过模式识别找到齿轮箱损坏时呈现的特性，为齿轮箱故障诊断提供依据。
关键词风力发电机组齿轮箱振动分析故障诊断
中图分类号TH113. 21文献标识码A

我国风电场中安装的风力发电机组多为进口机组。因为在恶劣环境下工作，其损坏率高达40%～50%。随着清洁能源的普及，齿轮箱的故障诊断和预知维修已迫在眉睫。本文就齿轮箱的故障诊断作一些探索性研究。

一、齿轮箱振动测试

采用北京东方所开发的DASP(Data Acquisition and SignalProcessing)测振系统，对某风电场4^#、5^#机组齿轮箱的不同测点（图1）做振动测试和分析，4^#机组刚进行过检修运行正常作为对照机组，5^#机组噪声异常为待检机组，对两机组齿轮箱的振动信号对比分析，判断存在故障。齿轮箱特征频率见表1。

表1齿轮箱特征频率表Hz

二、信号分析

1.统计分析
由统计表2、表3可看出，5^#机组振动值明显偏大，尤其是5～10测点振动值基本上是4^#机组相应测点的2倍以上。

表24^#机组幅域统计表m/s²

表25^#机组幅域统计表m/s²

5^#机组概率分布及概率密度函数反映其时间序列分布范围较宽（图2），峭度系数（即四阶中心距）与4^#机组的（图3）明显，同（若以4^#机组为标准g=0，那么5^#机组g=0），预示5^#机组存在故障。

2.时域分析

通过时域分析（图4、图5），发现5^#机组齿轮箱振动信号有明显异常．幅值转大，且有明显的周期性，其频率约大20Hz。

3.频坷分析

由图6可见，5^#机组齿轮箱的频谱图既有调幅成分又有调频成分（调制频率对中心频率的幅值不对称）。

从5^#机组功率谱密度函数（图7）可以看出，在频率177Hz、196Hz、531Hz及其倍频处幅值和4#机组（图8）相应测点相比成倍数增大。而177Hz是高速轴转频的7倍频，196Hz、531 Hz是齿轮箱第II级、第I级的啮合频率，因而可判断故障出现在第II级、第Ⅲ级。

4.特殊分析

在倒频谱（图9、图10）中可以看到，4^#和5^#机组的倒拼图中都有一个明显的频率为9.8Hz的尖峰，这个频率与 中间轴的转频相同，说明中间轴的回转误差较大，是主要的调制源。

对比包络解调谱（图11、图12）可以看出，5^#机组19.5Hz、39.1Hz和58.6Hz（中间轴转频的2倍频、4倍频和6倍频）就是调制的频率，说明中间轴发生了故障。

从图13、图14可以看到，齿轮箱的频谱以第Ⅱ级、第Ⅲ级齿轮啮合频率（196Hz、531Hz）及其倍频为中心频率，以中间轴的转频及其倍频为调制频率形成上下边频带。

据以上分析，可以确定该齿轮箱的第Ⅱ级和第Ⅲ级轴、齿轮、轴承存在缺陷，拆检结果与诊断结果相符。

三、结论

1.拆检结果证明，用上述方法可以快速、准确地判断出待检齿轮箱是否存在故障以及故障所在。
2.风力发电机组工作环境十分恶劣，输入载荷变化频繁，故障率非常高，维修困难。建议加强机组安全保护方面的设计（如加装机组状态监测系统等）。
3.风力发电机组由于结构复杂，转速变化频繁，故障类型多，有必要采用多种手段（如噪声测试、油液分析等）进行综合精密故障诊断。

参考文献

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