低速和高速軸故障分析

發(fā)布時間：2020-01-12

風(fēng)電機組通常具有很高的實用性，但這并不是因為其質(zhì)量穩(wěn)定，而是因為經(jīng)常進行維護。實際上，風(fēng)機的工作環(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重考驗著風(fēng)機的運行質(zhì)量。在交變負載的作用下，風(fēng)機葉片等容易出現(xiàn)疲勞損傷，塔架系統(tǒng)容易損壞。實際上所有的機械部件都受到損傷的影響，大多數(shù)風(fēng)電機組的子系統(tǒng)在風(fēng)機中的都可能在操作時失效，包括轉(zhuǎn)子和葉片、開關(guān)控制系統(tǒng)、齒輪箱和軸承、偏航系統(tǒng)、發(fā)電機、電力控制系統(tǒng)和剎車片等，再加上風(fēng)機的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其損壞較其他旋轉(zhuǎn)機械嚴重。但是風(fēng)電機組是一種相對不太容易接近的結(jié)構(gòu)，因為它安裝在較偏遠的區(qū)域，并且機艙本身離地面也有幾十米、甚百米的高度，上到機艙很困難。另外，風(fēng)機的維修和護理需要額外的起重機、升降機等設(shè)備，甚至有通過直升機進入到機艙的方式，這又產(chǎn)生了多余的費用。
　　風(fēng)電機組屬于旋轉(zhuǎn)機械，不論加工工藝有多高，齒輪箱里的軸都會或多或少地存在不平衡等問題，但只要這些不平衡的量在允許的范圍內(nèi)都是不會對正常的風(fēng)電機組運行產(chǎn)生影響的。但是，在風(fēng)電機組的長期運行過程中，這些不平衡量會逐漸增大，引起故障的產(chǎn)生，影響風(fēng)電機組的正常運行。風(fēng)電機組低速軸和高速軸在惡劣的工作環(huán)境下常見有軸不平衡、不對中、彎曲等典型故障。
　　(1)軸不平衡
　　不平衡是旋轉(zhuǎn)機械的典型故障，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，并且交變的力會引起振動，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)一周，離心力方向變化一個周期，不平衡振動的頻率和轉(zhuǎn)速是一致的。軸不平衡故障的主要振動特征是：1)振動時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，是整個頻譜呈所謂的“樅樹形”；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)速增加時振幅趨于一個較小的穩(wěn)定值，在轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速時，多會引發(fā)共振，振幅具有的峰值。4)工作轉(zhuǎn)速的時候，相位相對穩(wěn)定；5)轉(zhuǎn)子的軸心軌跡一般體現(xiàn)為橢圓的形狀。
　　(2)軸不對中
　　齒輪箱里面軸的不對中故障主要出現(xiàn)在齒輪箱和其他部件相連接的聯(lián)軸器部位，多是在裝配的時候條件的限制或者長期運行后引起這些故障。其振動特點是測得的齒輪箱振動信號表現(xiàn)為一個頻率非常低的振動信號，其加速度信號一般不容易測出來，速度信號和位移信號一般比較靈敏。軸不對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)振動能量有程度的增大；4)包絡(luò)能量有程度的增加；5)不對中故障產(chǎn)生的對轉(zhuǎn)子的激勵力隨著轉(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行時發(fā)生故障時，很容易會引起整個齒輪箱的故障，當(dāng)軸彎曲時，會直接影響軸上的部件如齒輪和軸承的正常運行。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齒輪嚙合，則會出現(xiàn)多對嚙合頻率調(diào)制；3)振動能量有程度的增加，特別是軸向振動能量有較大的增加；4)包絡(luò)能量有程度的增加。