低速和高速軸故障分析

發(fā)布時(shí)間：2020-01-12

風(fēng)電機(jī)組通常具有很高的實(shí)用性，但這并不是因?yàn)槠滟|(zhì)量穩(wěn)定，而是因?yàn)榻?jīng)常進(jìn)行維護(hù)。實(shí)際上，風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境惡劣，風(fēng)速有很高的不穩(wěn)定性，而暴雨、閃電、冰雪等惡劣天氣又嚴(yán)重考驗(yàn)著風(fēng)機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量。在交變負(fù)載的作用下，風(fēng)機(jī)葉片等更容易出現(xiàn)疲勞損傷，塔架系統(tǒng)更容易損壞。實(shí)際上所有的機(jī)械部件都受到損傷的影響，大多數(shù)風(fēng)電機(jī)組的子系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)中的都可能在操作時(shí)失效，包括轉(zhuǎn)子和葉片、開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)、齒輪箱和軸承、偏航系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、電力控制系統(tǒng)和剎車(chē)片等，再加上風(fēng)機(jī)的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其損壞較其他旋轉(zhuǎn)機(jī)械嚴(yán)重。但是風(fēng)電機(jī)組是一種相對(duì)不太容易接近的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗惭b在較偏遠(yuǎn)的區(qū)域，并且機(jī)艙本身離地面也有幾十米、甚百米的高度，上到機(jī)艙很困難。另外，風(fēng)機(jī)的維修和護(hù)理需要額外的起重機(jī)、升降機(jī)等設(shè)備，甚至有通過(guò)直升機(jī)進(jìn)入到機(jī)艙的方式，這又產(chǎn)生了多余的費(fèi)用。
　　風(fēng)電機(jī)組屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械，不論加工工藝有多高，齒輪箱里的軸都會(huì)或多或少地存在不平衡等問(wèn)題，但只要這些不平衡的量在允許的范圍內(nèi)都是不會(huì)對(duì)正常的風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生影響的。但是，在風(fēng)電機(jī)組的長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，這些不平衡量會(huì)逐漸增大，引起故障的產(chǎn)生，影響風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行。風(fēng)電機(jī)組低速軸和高速軸在惡劣的工作環(huán)境下常見(jiàn)有軸不平衡、不對(duì)中、彎曲等典型故障。
　　(1)軸不平衡
　　不平衡是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的典型故障，多是由于軸的部件質(zhì)量偏心或者部件出現(xiàn)缺陷引起的故障，據(jù)統(tǒng)計(jì)大約70%的故障和軸的不平衡有關(guān)。引起軸不平衡的主要原因多是由于存在偏心質(zhì)量和偏心距引起的離心力離心力矩，并且交變的力會(huì)引起振動(dòng)，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)一周，離心力方向變化一個(gè)周期，不平衡振動(dòng)的頻率和轉(zhuǎn)速是一致的。軸不平衡故障的主要振動(dòng)特征是：1)振動(dòng)時(shí)域波形近似于正弦波：2)頻譜中諧波能量集中于基頻，且出現(xiàn)較小的高次諧波，是整個(gè)頻譜呈所謂的“樅樹(shù)形”；3)在臨界轉(zhuǎn)速以下振幅隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大，在臨界轉(zhuǎn)速以上轉(zhuǎn)速增加時(shí)振幅趨于一個(gè)較小的穩(wěn)定值，在轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，多會(huì)引發(fā)共振，振幅具有的峰值。4)工作轉(zhuǎn)速的時(shí)候，相位相對(duì)穩(wěn)定；5)轉(zhuǎn)子的軸心軌跡一般體現(xiàn)為橢圓的形狀。
　　(2)軸不對(duì)中
　　齒輪箱里面軸的不對(duì)中故障主要出現(xiàn)在齒輪箱和其他部件相連接的聯(lián)軸器部位，多是在裝配的時(shí)候條件的限制或者長(zhǎng)期運(yùn)行后引起這些故障。其振動(dòng)特點(diǎn)是測(cè)得的齒輪箱振動(dòng)信號(hào)表現(xiàn)為一個(gè)頻率非常低的振動(dòng)信號(hào)，其加速度信號(hào)一般不容易測(cè)出來(lái)，速度信號(hào)和位移信號(hào)一般比較靈敏。軸不對(duì)中的主要故障可以總結(jié)為：1)以齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻及其倍頻為調(diào)制頻率，以齒輪嚙合頻率及其諧波為載波頻率的嚙合調(diào)制，其中的調(diào)制頻率的2倍頻成分的幅值是的；2)齒輪的嚙合頻率及其諧波的幅值是的；3)振動(dòng)能量有程度的增大；4)包絡(luò)能量有程度的增加；5)不對(duì)中故障產(chǎn)生的對(duì)轉(zhuǎn)子的激勵(lì)力隨著轉(zhuǎn)速的升高而加大，且呈線性增大。
　　(3)軸彎曲
　　當(dāng)齒輪箱里面的軸在運(yùn)行時(shí)發(fā)生故障時(shí)，很容易會(huì)引起整個(gè)齒輪箱的故障，當(dāng)軸彎曲時(shí)，會(huì)直接影響軸上的部件如齒輪和軸承的正常運(yùn)行。當(dāng)軸彎曲的主要故障可以總結(jié)為：1)以齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻及其倍頻為調(diào)制頻率，以齒輪嚙合頻率及其諧波為載波頻率的嚙合調(diào)制，其調(diào)制邊頻帶數(shù)量；2)如果彎曲軸上有多對(duì)齒輪嚙合，則會(huì)出現(xiàn)多對(duì)嚙合頻率調(diào)制；3)振動(dòng)能量有程度的增加，特別是軸向振動(dòng)能量有較大的增加；4)包絡(luò)能量有程度的增加。