风电机组传动链故障诊断及其主要部件的寿命分析

李佳明刘仲民蔡晓峰

摘要：本文主要对风电机组传动链故障诊断及其主要部件的寿命进行了具体分析。

关键词：风电机组；传动链；故障诊断；寿命分析

一、风电机组传传动链故障诊断

（一）主轴承故障

机械设备的故障，就是反应设备失去工作效能的程度，或指设备丧失了所要求的规定性能或状态。就风电机组主轴轴承而言，大多数是同时承受径向载荷和轴向载荷，承受冲击的能力相对较差，在冲击载荷的作用下，很容易发生故障。其中风电机组主轴轴承的常见故障主要包括疲劳剥落、磨损或擦伤、压痕、腐蚀、断裂以及由于装配不当、冲击载荷等原因造成的保持架损坏，润滑不足导致的接触表面胶合等故障。

（二）齿轮箱故障

就风电机组而言，由于叶轮转速和发电机转子转速差别较大，促使齿轮箱成为风电机组必不可少的部件。而且，由于风电机组齿轮箱传动较高，所承受的传递功率较大，在重载和变载运行条件下，齿轮箱的可靠性会受到较大的威胁，从而发生故障。齿轮箱主要包括齿轮、传动轴和箱体结构等，其中齿轮箱故障主要集中在齿轮、传动轴和轴承中。其中常见的齿轮箱失效形式主要有，齿形误差，齿轮均匀磨损，断齿，轴弯曲、轴不平衡、轴向窜动和点蚀等。

（三）发电机故障

发电机负责将旋转的机械能转化为电能，为电气系统供电。随着风力机容量的增大，发电机的规模也在逐渐增加，导致发电机的密封保护受到制约。发电机长期运行在变工况和电磁环境中，很容易发生故障。其中发电机常见的故障主要有：发电机振动过大、发电机过热、轴承过热、转子定子线圈短路、转子断条以及绝缘损坏等。

二、风电机组传动链主要部件的寿命分析

（一）曲线拟合寿命预测法的原理

风电机组的工作条件和环境是非常恶劣的，为了方便介绍和描述，假定机组各部位的振动不受温度的影响，风速连续变化，没有突然增大的阵风，噪声对所釆集的振动值影响很小，那么，机组零部件达到异常状态时，振动值与设备风电机组时间会拟合成一条平滑的曲线。

（二）轴承的理论寿命计算

1、轴承额定寿命计算的基本公式

当考虑冲击时，轴承寿命计算的基本公式为:

其中，So为静强度安全因数，Po为当量静载荷。

对于角接触轴承和径向接触轴承，当量静载荷：

图1-1载荷因数与当量动载荷的关系图1-2速度因数与转速的关系

Cv为粘度因数，取值如图2-1所示。w为游隙因子，取值如图2-2所示。

图2-1粘度因数与运动粘度的关系图2-2游隙大小与寿命的关系

（三）风电机组发电机轴承理论寿命确定

测试的某风场的某台风电机组的发电机驱动端轴承是，此轴承为滚子轴承，根据现场工况，确定参数取值为：取径向载荷Fr=15KN。发电机轴承轴向不受载荷，所以Fa=0。额定转速n=1500r/min。

根据相关规定数据，得出P=VXFr+YFa=15KN。当量动载荷为P=1.5×15KN=22.5KN。当量静载荷为Po=XoFr+YoFa=15KN。将数据代入公式计算，可得基本额定寿命为Lh=49067h。而修正寿命为LRh=21000h。

此样机常年运行不停机，所以取一天工作时间，每年运转365天，此轴承在此载荷下的理论使用寿命是约为2.5年。

（四）理论寿命与预测寿命分析

此样机从开始运行，在一年半后开始进行检测，最后运行寿命为两年，和计算理论寿命相差半年多，这主要是因为，首先，理论寿命计算中，忽略了温度的影响。其次，理论寿命计算中，假设载荷恒定，而风电机组运行环境较为复杂，载荷是无规律变化的。再次，风电机组运行时，常出现较大阵风，产生较大冲击。然后，风电机组运行时，润滑的质量会对零部件寿命产生较大的影响。最后，在理论计算中，假设转速恒定，但是风电机组运行时，转速是时刻变化的，变化的转速会增加轴承所承受的载荷。

结语

总之，将曲线拟合思想切实应用到风电机组零部件的寿命预测中，编制曲线拟合程序，对现场监测的信号进行数据曲线拟合，得出测试风电机组的寿命，并据此分析预测寿命与理论寿命之间存在较大差异的主要原因，以便于为后续风电机组在线监测系统的开发和完善提供帮助。

参考文献

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[2]刘宇,谭伟,闻婧.大型双馈风力发电机振动特性分析与故障诊断[J].风电技术,2012(04):56-59.