风力发电机组齿轮箱振动测试与分析

1、风力发电机组齿轮箱振动测试与分析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。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 Acquisiti on and Sig nalProcessi ng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

2、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。图1齿轮软发电机艄分楠表1齿轮箱特征频率表 Hz倍频第I级第 Ilflt第III级15E.3E530, E52104 64392.731OB0L 50砸转频率倍频太阳轮铀中间轴12 925.35.919.690.5、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 510测点振动值 基本上是4#机组相应测点的2倍以上。表2 4#机组幅域统计表m/s2平均值方差标唯差均强有姗I1132-137 勉-0.0018?01444523070.144460.3200821.63521-Ij68d21-D.C

3、D430.145380.3811C0.14J30.3311931j68621-1 £295-山 5E-40.13P6D27363111妙0.77363Al.t3&5-1炭】'O.OOQ7D.1553E0.320.155®0.33353.01-37?C1-0.00396O91S50.95SEQ51S52D.95S3963 98559-39855P-135E-4D.9WSD卿丈0.P75567337242-33E52?-0.0037309訪力0 9?2&4QSS53605W658337242一 321913-0.CQ2705S5350.75733273处

4、0.75733I 9 I321P13-3D6584-0.00356Oj63600.-7PTO0苗艾理EJ 刚 92103.21913-321913-1 .理40.70035930L705550S3997表2 5#机组幅域统计表m/s2测占最犬值平均值左差应垂均方差有数值13.8323-4 138SS0.0021 19355109251 193561.0925231913-32571-0.009520.8268D.90S2S0.826890.909333-C 002070114®0.71170註豹0.7151!432571-X7P01TILE国加90.7S3叹90,72359.6574

5、0.003794.322242.0T94.322262.0796-1O.SS31-0.00317SJOaiQ2S5C336 5042225503379疋3餾-10.27057 11E-57443492.72K2?7 4434P2 72E278102705-1134370.0135 5ffllt55 56242弓蒯g327JTJ-55041-0002515.4Q0S1234524J.490S1234524103.53435-7 5711®0.01135309JJOLS4岡2215#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

6、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。图2亍机组概率分布图3屮机组解分布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。-iOC：W"1 1W"! C3>wn o8-S/lUUl仝門Y毎ss.- v§ 邑 00一 OS- - 一 -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）。图6畀机组幅值谱从5#机组功率谱密度函数（图7）可以看出，在频率177Hz、196Hz、531H

7、z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、第川级。8.0-17,06.05.04.03.02.0-to-0.0-0 SDO 10001500 2000 2500 3000 3500序号頻聿功率谱帝发1 177,00 95 2930842 i 96.77734 2.6797S3 373.77930 0.584564 21630859 0396205 15935SOOO 0.345136 18676758 0,34187? 354,00391 0.227

8、84g 206,54297 0.17330IU图7亍机组功率谱密度函数序号频率功塞谱番度1 196.53320 0.677602 52.246W0J21193 15228516 0.086424 1590.57617 0.057125 1591.30859 0.054796 393.06641 O.O53W? 530.76172 0.04947咅88671875 O.M248图8犖机组功率谱密度函数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。图9半机组

9、倒频谱图10 了机组倒频谱对比包络解调谱（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。图11芈机组包络解调谱2.0L81.6A2100.60.40.20.088中QO*n0100200300400500Hz图12 5机组包络解调谱从图13、图14可以看到，齿轮箱的频谱以第U级、第川级齿轮啮合频率（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U级和第川级轴、齿轮、轴承存在缺陷， 拆检结果与诊断结果相符。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。