风力发电机组齿轮箱轴承故障诊断分析

齿轮箱中的轴承具有传递运动、扭矩和速度变化的功能，轴承一旦发生故障，将严重影响变速箱的正常使用，60%的齿轮故障是由齿轮故障引起的，在这个阶段，当诊断齿轮箱的故障时，使用振动方法、油分析方法和混沌系统，当变速箱进入运行状态时，变速箱中的部件，包括轴、齿轮、轴承和其他部件，都将处于振动状态，受振动影响，轴承表面会出现点蚀，或因高温、轴表面磨损等原因导致轴承失效，严重影响发电机组的正常运行。

二、风力发电机驱动系统典型故障的诊断

1、风机驱动系统结构诊断

目前，发电机和机械传动系统是风力发电机组系统的重要组成部分，承担着稳定发电机组正常运行的功能，在风力涡轮机中，齿轮箱、发电机和轴承在振动条件下会经常发生故障，尤其是容易发生点蚀、轴表面磨损和其他故障的轴承。在高温环境下，齿轮的使用寿命会缩短，此外，作为风力发电机提供动能的关键设备，齿轮箱、轴承、联轴器等部件都会受到不同程度的载荷影响，容易导致传动系统在不同载荷下发生故障。

2、风力发电机组传动机构典型故障诊断

将风能转化为电能通常需要风力涡轮机在全年强风等恶劣环境中运行，设计风力涡轮机时，最低温度设定为-20°C，然而，许多地区的最低温度将低至-40°C，风力涡轮机还需要承受强风，这将增加机组的负荷，很容易导致传动系统故障，特别是在机械传动装置中，轴承会出现点蚀或轴表面磨损等故障，如果工作人员未能及时解决故障或未能更换故障部件，故障范围将继续扩大，最终导致风力发电机组损坏。

风力涡轮机通常安装在风大的环境中，通常安装在荒野和岛屿等恶劣地区，风产生的负载具有不规则的特性，并会在瞬间对风力涡轮机产生强烈影响，从而可能导致风力涡轮机出现故障，目前，风力涡轮发电机的最高速度可以高达每分钟1500转，在长期高速运行过程中，变速箱会产生高温和热量，同时，在负载的作用下，会导致变速箱发生故障。目前齿轮箱常见故障有局部故障和分布故障，局部故障包括齿轮损伤、弯曲疲劳等，分布故障分为齿面磨损和轴承损伤。失败的形式包括以下几种，一是齿轮断裂。齿轮受到周期性应力后，根部会出现裂纹，经过长期载荷后，齿轮会断齿；二是齿轮齿面疲劳，齿轮箱在运动时，受到机械力学的影响，产生的力会使齿轮相对滑动，但齿面出现点蚀、破坏性点蚀和表面挤压，齿轮的齿面出现疲劳状态，故障状态表现为振动信号的啮合频率、振动能量的增加、能量振幅的增加；三是齿轮胶合，齿轮承受高速重载后，齿轮箱处于高温状态，此时，齿面受到高温高压的影响，齿面会磨损，当齿轮相对滑动时，齿面润滑不足，导致齿面胶合失效。

5、滚动轴承故障诊断

在传动系统中，滚动轴承是一个重要的装置，滚动轴承通常由内圈、外圈、滚动元件和保持架组成，发电机组中滚动轴承的配置是为了利用滚动轴承的高效率、易于润滑和低摩擦阻力。但是，在使用滚动轴承的过程中，会有更大的噪音，同时，它们无法承受更大的冲击，如果滚动轴承发生故障，很容易对发电机组造成大面积损坏。在滚动轴承故障分析中，主要故障特征分为以下几个方面，一是轴承内圈有剥落或点蚀现象，利用频谱来检测内环，会有更明显的谐波变化；二是外圈有剥落或点蚀现象，利用频谱进行检测，故障具有无变频、无调幅的特点；三是当滚动元件剥落或凹陷时，故障部位会有明显的调制峰群特征；四是保持架变形，使用频谱来检测并发现笼具有特征频率和谐波。此外，滚动轴承的失效形式分为以下几种，即疲劳剥落失效、磨损失效、裂纹和断裂失效以及压痕失效。

三、结论

总之，当风力发电机发生故障时，有必要从科学的角度确定风力发电系统故障的原因，一旦风力发电机发生故障，工作人员应对发电机中的传统系统进行全面分析，并逐一调查系统中不同设备的故障因素。然而，受故障诊断条件的影响，对发电机组中齿轮箱轴承的故障模拟分析只能采用理论依据和测试方法，还没有通过在线测试方法获得准确的数据，在分析齿轮箱轴承故障时，应使用复合故障诊断和混合智能故障诊断等技术作为检测故障的方法，这将有助于提高检测效率，高效处理轴承故障。