风电齿轮箱的故障分析及诊断.pdf

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1、应用技文章编号：1674—9146(2014)08—0091—03风电齿轮箱故障分析及诊断王军伟(太原重工股份有限公司，山西太原030024)摘要：文中设计了一套风电齿轮箱的故障分析和诊断方法，采用小波分析法对所收集的信号进行时域、频域和时频数据分析，参考风电齿轮箱的主要故障及其振动信号特征，通过对比，做出故障类型判断。一定程度上避免了因故障带来的经济损失。关键词：风电齿轮箱；故障诊断；小波分析中图分类号：TM614文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1674—9146．2014．08．091当下世

2、界的能源供应主要依靠煤炭、石油等常类型及其信号特征是前提。齿轮箱由机箱、轴承、规能源，但是这些都是不可再生资源，在给人们生轴和齿轮四部分组成。一般故障主要出现在轴承、活带来好处的同时，也造成了严重的大气和水资源轴和齿轮三者之上。污染，日益威胁人们的身心健康。寻求和开发可替1．1风电齿轮箱常见故障代的清洁能源成为世界各国关注的重点。在发电机组长期运行中，不论高速还是低速轴风能是一种可再生资源．存在于自然界的各个承在重载和交变载荷的冲击下，滚动件、内圈和外角落。利用其进行发电，将具有许多优势，诸如清圈等部位都有可能发生

3、故障，影响齿轮箱正常运洁无污染、投资回报率高、取之不尽及建设周期短行。常见的轴承故障类型主要有断裂、磨损等。等，已广泛地被世界各国所采用l1I。近些年来，我局限生产工艺的水平，风电齿轮箱难免会出现国也在海南、内蒙古等多地建设了多座风力发电轴不平衡现象。在误差允许范围内，齿轮箱运行不厂。依据“十一五”制定国家发展纲要，我国计划受影响，但是长期下去，轴不平衡现象会越来越严到2010年底，大量使用国产设备风力发电机组的重．从而导致故障发生。常见的轴故障类型主要有装机容量要达到了1000万kW[21。轴弯曲、不平衡和不对中

4、等。因为风力资源的限制，风力发电机组一般都建风电齿轮箱在丁作中，齿轮持续运转，承受交设在人烟稀少的地方，长期经受恶劣自然环境的侵变载荷的冲击，受到润滑和振动等外围因素的影蚀，造成其故障频发，带来经济损失。动力传输机响．故障也时有发生，造成风电机组运行异常。齿构一风电齿轮箱是发电机组的重要组成部分，也是轮的典型故障主要有齿形误差、齿轮点蚀、齿面磨故障发生概率最大的部分，如何对其进行日常检损、胶合和断齿等闭。测，提前预知其工作状态和运行中的异常类型，合1．2风电齿轮箱故障机信号特征理安排设备零件的更换和维护，对提高发电

5、机组运对风电齿轮箱进行故障检测是通过分析其振动行效率，保障电力供应非常重要。信号来完成的。不同故障类型出现时，齿轮箱所产1风电齿轮箱常见故障机信号特征生的振动信号也不尽相同对风电齿轮箱进行故障检测分析，了解其故障当轴承出现故障时，其表现是产生一簇包含故收稿日期：2014—04—19；修回日期：2014—07—21作者简介：王军伟(1975一)，男，山西五台人，在读硕士，高级工程师，主要从事风电设备设计制造研究，E—mail：tycc789@126COIIq。2014年8月辫用技术障特征频率在内的振动谐波，通过轴承内

6、外环运动2．1小波分析在故障诊断中的应用特征和尺寸，可以得出以下几种轴承典型的故障频振动信号的提取和分析处理是对风电齿轮箱进率公式。行故障诊断的前提条件，基于小波分析能够提高所滚动体故障：×DI2d(1一(d／D)cos)；采集数据的信噪比。有效获取有价值信息。夕圈故障：小波分析是继傅里叶变换后又一种行之有效的．×N／2(1一(d／D)COSO／)；内圈故障：=×Ⅳ／2(1+(d／D)COSO~)；时频分析方法，具有完善的理论体系，它可分为小保持架故障：f=S×1／2(1+(d／D)COS~)．波变换和小波包变换两

7、种分析方法。小波变换在时其中：滚动件的直径为d，个数为Ⅳ；接触角为，域和频域均能够体现出优越的局部化性能，能够同为轴承固有的旋转频率；D为该轴承的截面直径。时提高振动信号的时间分辨率和频率分辨率，保留类似于轴承，当轴和齿轮出现故障时，两者的局部信号在不同尺度上的时域和频域特性。此外，振动信号也会出现变化，表现为轴弯曲、轴不平小波变换采用一些数学运算(平移或伸缩)能够对衡、轴不对中、齿形误差、断齿等。其中：轴弯信号进行多尺度细化分析，这都是傅里叶变换所不曲，振动信号表征为轴向振动明显增大，出现调制具备的优点。频率，其

8、值为转轴频率或其倍频，出现以齿合频率2_2小波分析的降噪方法及其谐波为载波频率的调制，伴随有较少的调制边信号分析中降噪处理是至关重要的一步，文中频带。轴不平衡：振动信号表征为谐波能量集中于利用小波变换进行噪声处理．提高信噪比，其步骤基频，高次谐波较小，出现调制边频带，随着转速分为3步：一是选取小波基函数及其分解层数分解的提高．有可能发生共振现象。轴不对中：振