风电齿轮箱故障诊断实例分析.pdf
齿轮箱故障诊断实例分析
Ｉ １ － Ｉ ２
Ｉ ３ ． Ｉ ４ Ｌ １ ． Ｌ ２
０ ． ５ ３｝ Ｉ Ｚ
０ ． １ ５ Ｈｚ ０ ． ０ ４ Ｈ Ｚ
３ Ｏ
Ｏ ． Ｏ １
０ ． Ｏ ２ ０ ． Ｏ ３ ０ ０ ４ ０ ． ０ ４
０． ４ ０
３ ． ３
３ ． ２ ３ ． １ ３ ． ０ ３ ． １
２
Ｖ Ｇ２ ０ ２ 一 Ｖ Ｖ Ｇ３ ０ １ 一 Ｈ
Ｉ １
３ｌ ２
ＶＧ３ ０ ２ 一 Ｖ ＶＧ ４ ０ １ 一 Ｈ
置频宽为 ４ ０ ０ ， 采样频率 １ ０ ２ ４ ； 设置谱线数 １ ６ ０ ０ ； 灵
敏 度为 ５ ０ ０ ｍ Ｖ ／ Ｅ Ｕ 。
表 ２ 轴 承 型 号
ｍｏ ｔ
ｌ
因
Ｌ１
｛
…
Ｉ
分别对测得的振动值做记 录 ， 如表 ９ 所示 ， 包括 不 同转 速 下 的速 度 和 加 速 度 振 动 的 有 效 值 和 峭 度
— ｌ 嘲 院 Ｉ 翻 ｌ
对其的关注 ， 进而分析其振动信号 。
表 ９ 振 动 值 记 录表
设备 名 测点 电机转 速 位置
， ｒ ｐ ｍ
ＶＧ １ Ｏ１ 一Ｈ
图 ２ 齿轮箱 结构 示意图
速度信号 速度信号 加速度 加速度
Ｒ Ｍ Ｓ ／ （ ｍ ｍ ／ ｓ ）
３ ３Ｏ． ４
Ｉ ４
２ ８ ３
Ｖ Ｇ６ ０ １ 一 Ｈ Ｖ Ｃ６ ０ ２ Ｖ
－
Ｌ１
２ ８ ３
风力发电机组齿轮箱故障诊断
风力发电机组齿轮箱故障诊断1. 引言1.1 背景介绍齿轮箱是风力发电机组中的重要组成部分，承担着转动力传递和速度变换的功能。
由于长期运行和恶劣环境条件的影响，齿轮箱容易出现各种故障，影响发电机组的正常运行和发电效率。
及时准确地诊断齿轮箱故障尤为重要。
随着风力发电技术的飞速发展，齿轮箱故障诊断技术也在不断创新和完善。
通过对齿轮箱故障进行精确诊断，可以有效提高风力发电机组的运行可靠性和安全性，降低运维成本，延长设备寿命，最大限度地实现风能资源的利用。
本文旨在对风力发电机组齿轮箱故障诊断方法进行概述，探讨常见的齿轮箱故障特征，介绍故障诊断技术和原理，分析振动信号分析方法和温度监测技术的应用，并总结齿轮箱故障诊断的重要性和未来发展趋势。
希望通过本文的研究，为风力发电行业的技术进步和发展贡献一份力量。
1.2 研究目的研究目的：本文旨在探讨风力发电机组齿轮箱故障诊断的方法与技术，提供有效的故障诊断方案，为风力发电行业提供更加可靠、高效的运维保障。
通过对常见齿轮箱故障特征、故障诊断技术及原理、振动信号分析方法、温度监测技术等方面进行综合分析与研究，旨在提高齿轮箱故障的预警能力，减少故障带来的损失和影响，保障风力发电机组的安全稳定运行。
本研究还将探讨齿轮箱故障诊断的重要性，展望未来发展趋势，为该领域的深入研究和技术创新提供参考和借鉴。
通过本文的研究成果，期望能够为风力发电行业提供更加科学、可靠的齿轮箱故障诊断解决方案，推动行业的持续发展与进步。
1.3 研究意义风力发电机组在风能资源利用中起到至关重要的作用。
齿轮箱作为风力发电机组的核心部件之一，其故障诊断对于发电机组的正常运行至关重要。
研究齿轮箱故障诊断技术可以帮助提前发现和解决齿轮箱的故障问题，保障风力发电机组的运行稳定性和有效性。
齿轮箱故障诊断的研究意义主要体现在以下几个方面：在风力发电行业中，齿轮箱故障是一种常见的故障类型，及时准确地诊断齿轮箱故障可以有效降低故障率，延长齿轮箱的使用寿命，减少维修成本，提高发电效率；齿轮箱故障一旦发生，可能会导致整个风力发电机组的停机维修，给发电厂和电网带来损失，影响电力供应的稳定性，因此研究齿轮箱故障诊断技术对于保障电力供应的可靠性具有重要意义；齿轮箱故障诊断技术的研究也可以促进风力发电行业技术的进步和发展，推动我国清洁能源产业的发展。
风力发电机组齿轮箱故障分析及检修讲解
一、风力发电机组齿轮箱简单介绍 二、常见一般故障的处理 三、常见齿轮箱大修故障分析 四、风电齿轮箱的使用、维护和检查
一、风力发电机组齿轮箱简单介绍
（一）、风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其 主要作用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使 其得到相应的转速。使齿轮箱的增速来达到发电机发电的要求。 （二）、认识齿轮箱从铭牌开始
2、由温控阀控制大小循环。 从图中可以看出它有此齿轮箱只有 一个双速电机控制齿轮油冷却循环系统 ，在Vestas600kW Hansen与Valmet的 齿轮箱上在三轴轴端装配了一个与三轴 同步的齿轮油泵，当风力机启动并网后 齿轮油泵达到额定转速开始工作。在温 控阀的作用下齿轮油循环，当油温达到 45度时温控阀慢慢开启，冷却电机在低 带状态下运行，此时大小循环同时存在 。当油温达到55度时，大循环开启，冷 却电机在高速下运行。此时齿轮油的压 力在压力阀的控制下运行在 0.5bar(+_0.2bar)的范围内，保证有一 定的压力向齿轮啮合面与轴承喷射齿轮 油。当温度下降时，冷却电机先向低速 降速，同时温控阀也在向小循环过渡。 当风力机停机后齿轮油循环停止。这样 的系统非常智能化，比较节能。
每一台齿轮箱都会有一 个铭牌，铭牌就是它的 身份。 从右下图可以看出它的生 产厂家、生产地、传动比、 出厂序列号、型号、功率、 输入输出转速、齿轮油粘 度指标、齿轮油质量、齿 轮箱重量 右上图是齿轮箱选用的油 类型，加油量、加油时间
（三）、几种常见的风力机齿轮箱内部结构
一级行星两级平行轴斜齿，齿轮 箱分两个部分，行星齿箱部分与 斜齿箱部分。箱体特点：体积小 ，传递功率大，运行平稳，加工 困难。这样的齿轮箱有 Vestas600kW Hansen箱体， NegMicon750kW Flender箱体。
某风电场风电机组齿轮箱高速轴齿轮故障诊断案例
某风电场风电机组齿轮箱高速轴齿轮损伤诊断案例张波（中能电力科技开发有限公司）摘要：及时预测并诊断了一起风电机组齿轮箱高速轴齿轮损伤故障。
风电机组振动状态在线监测系统能够对设备的故障可以进行报警以及预测，有效评估机组机械传动部分运行状态，避免缺陷的扩大化，对设备的维护检修工作具有重要意义。
关键词：风电机组；振动监测；故障诊断1 概述中能电力科技开发有限公司于2010年9月在某风电场QL.I.5-8#机组（机型华锐SL82-1500）安装了风电机组振动在线监测系统ZNW1000。
2012年3月14日依据系统监测数据出具《某风电场风电机组振动分析报告》，报告分析指出齿轮箱高速轴齿轮存在轮齿损伤，建议加强该机组的日常维护，必要时对齿轮箱高速轴齿轮部分进行内窥镜检查。
2012年5月该风电场对QL.I.5-8#号风力发电机组进行了检修，发现该机组齿轮箱高速轴齿轮存在严重的齿轮损伤现象，发生断齿现象。
2 诊断过程2.1 齿轮箱、发电机参数信息：齿轮箱：大连重工 PPSC129（传动比：1/104.125）发电机：大连天元 YSSF450L-4（额定转速：1800/1000～2000）2.2 振动监测测点部署华锐SL82-1500风电机组机械传动结构如图3所示，主要结构由主轴、齿轮箱、发电机三部分组成，齿轮箱传动结构为两级行星、一级平行传动。
本次在如图3所示的1-8个测点部位进行振动在线监测：8# 发电机后轴承垂直方向图1 华锐SL82-1500kW风机机械传动结构2.3 频谱分析（1）同台机组各个测点振动趋势图分析主轴方面：图2（a） QL.I.5-1#主轴前轴承垂直方向测点趋势图齿轮箱方面：图2（b） QL.I.5-8#齿轮箱高速端后轴承垂直方向测点趋势图发电机方面：图2（c） QL.I.5-8#发电机前轴承垂直方向测点趋势图趋势图分析：图2（a）主轴前轴承垂直方向测点趋势图正常；图2（b）在齿轮箱高速轴后轴垂直方向趋势图中可明显看出，在转速相同的情况下，该测点的RMS值在后期较前期有明显的增大，并有进一步增大的趋势，以上现象表明：在机组相同工况条件下，齿轮箱高速端后轴承部分的振动值在逐渐增大；图2（c）发电机前轴承垂直方向测点趋势图正常。
风力发电机组齿轮箱故障诊断
风力发电机组齿轮箱故障诊断风力发电机组是一种利用风能转换成电能的设备，其核心部件之一就是齿轮箱。
齿轮箱作为风力发电机组的动力传动部分，承载着巨大的负荷，长期运行在恶劣的环境条件下，因此容易出现各种故障。
及时准确地诊断齿轮箱故障，对于保障发电机组的安全稳定运行至关重要。
本文将从齿轮箱的结构特点、常见故障及诊断方法等方面对风力发电机组齿轮箱故障诊断进行详细介绍。
一、风力发电机组齿轮箱的结构特点风力发电机组齿轮箱一般由多级齿轮传动系统、轴承、润滑系统等部件组成。
多级齿轮传动系统是齿轮箱的核心部分，其结构主要包括主轴、大中小齿轮和联轴器等。
多级齿轮传动系统通过齿轮的啮合传递风机叶片转动的动能，最终驱动发电机发电。
风力发电机组齿轮箱具有重载、高转速、长期运行等特点，因此对齿轮箱的可靠性、稳定性和耐久性要求较高。
1. 齿轮疲劳断裂：因受到风力风向改变、过载等因素的影响，齿轮箱内部齿轮传动系统容易出现疲劳断裂现象。
2. 轴承故障：风力发电机组齿轮箱中的轴承承受着来自齿轮转动的巨大压力，长期运行容易导致轴承损坏，出现卡滞、摩擦、过热等故障。
3. 润滑系统故障：风力发电机组齿轮箱的润滑系统对齿轮传动系统的润滑起着至关重要的作用，一旦润滑不良或润滑系统故障，会导致齿轮箱温升过高、润滑油泄漏等严重后果。
4. 联轴器故障：联轴器作为齿轮箱和发电机之间的连接部件，承载着转矩传递和角位移补偿的功能，一旦联轴器出现故障会导致齿轮箱无法正常传动，严重影响风力发电机组的发电效率。
1. 振动测试法：通过振动传感器监测齿轮箱的振动情况，如果出现异常振动，往往是齿轮箱内部故障的信号。
3. 润滑油分析法：定期对齿轮箱内的润滑油进行取样分析，检测润滑油的品质和磨损颗粒的含量，可以判断齿轮箱内部是否存在异常磨损和故障。
4. 热像测试法：利用热像仪测试齿轮箱的温升情况，异常的温升往往与齿轮箱内部的故障有关。
5. 拆解检查法：定期对齿轮箱进行拆解检查，检查齿轮、轴承、联轴器等关键部件的磨损情况，及时发现并处理问题部件。
风电齿轮箱故障诊断实例分析
仿真 ， 毽罐 Ｉ Ｃ ＡＤ Ｉ Ｃ ＡＭＩ ＣＡ Ｅ Ｉ Ｃ ＡＰ Ｐ
风电 齿轮箱故障诊断 实例分析
肖洪 波 。 刘松 松 沈 阳鼓 风机 集 团 风 电有 限 公 司 ， 沈阳 ｌ １ ０ ８ ６ ９
摘
要： 介绍 了以齿轮箱振动 分析 为主要手段 的风 电齿轮箱 故障诊断 方法 ， 并通过齿面 接触磨 损 分析和齿 轮箱润 滑油
以某 风 电 场某 台风 电机 组 的 齿 轮 箱 故 障诊 断 为例
２ ． １ 振 动 分 析
作用 、 阵风的冲 ． 以及严寒酷暑 、 盐雾等的影 响， 致使风 介绍 风 电齿 轮箱 的 故 障诊 断方 法 、
风 电机绀 的常 见故 障 类 型包 括 电 气 系统 故 障 、传 感
器 和 叶 片／ 变桨 装置 故 障 、 齿轮 箱 故障 等 。据 统 计 ， 我 国风 ２ ． １ ． １ 振 动 测点 分 布 与安装 依 据齿 轮 箱结 构 ， 现 场安 装 高速 采集测 点 的传 感 器
文献标 志码 ： Ａ
文章 编号 ： １ ０ ０ ２ － ２ ３ ３ ３ （ ２ ０ １ ４ ） 。 ４ — ０ １ ５ ２ 一 Ｏ ４
０ 引 言
位置 布 置高 速采 集振 动 传感 器 。
２ 实 例 分 析
风 力发 电机 组 多安 装 存环 境 恶劣 的 高 山 、 荒野 、 海 滩 等 风 资源 较 优地 区 ，常年经 受无 规律 的变 负荷 变 向风 力 力发 电机 组经 常 观 故 障
径
测点
项目
窀转
空转
夸转
扭矩臂轴向
有效
Ｏ１ ４ ３ ９ ２ ７ ０ ２ ３ １ 疆８ ｉ ４ ５
风电齿轮箱故障诊断实例分析.pdf
制造业信息化MANUFACTURING INFORMATIZATION 仿真/建模/CAD/CAM/CAE/CAPP风电齿轮箱故障诊断实例分析肖洪波，刘松松（沈阳鼓风机集团风电有限公司，沈阳110869）摘要：介绍了以齿轮箱振动分析为主要手段的风电齿轮箱故障诊断方法，并通过齿面接触磨损分析和齿轮箱润滑油液分析等辅助手段，对风电齿轮箱的故障点进行分析诊断。
并以某风电厂某台风力发电机组的齿轮箱故障诊断为例，对风电齿轮箱故障诊断方法进行实例分析。
关键词：风电齿轮箱；振动分析；故障诊断中图分类号：T H 132.41文献标志码：A0引言风力发电机组多安装在环境恶劣的高山、荒野、海滩等风资源较优地区，常年经受无规律的变负荷变向风力作用、阵风的冲击，以及严寒酷暑、盐雾等的影响，致使风力发电机组经常出现故障。
风电机组的常见故障类型包括电气系统故障、传感器和叶片/变桨装置故障、齿轮箱故障等。
据统计，我国风场齿轮箱损坏率高达40%～50%，是机组中故障率最高的部件，也是引起风电机组停机的最主要原因［1］，因此，在齿轮箱故障早期进行齿轮箱状态检测，并以此进行故障诊断和分析，可以在早期对故障进行有效诊断，有利于减少维修时间和降低由于齿轮箱故障引起的经济损失，对提高风电场的经济效益和安全性具有重大意义。
1 齿轮箱故障诊断的一般方法以机械故障诊断的测试手段来分类，主要的故障诊断方法有直接观察法、振动和噪声检测法、无损检测法、磨损残余物检测法、机械性能参数检测法等。
其中最常用的是振动检测法［2］。
我们在实例分析齿轮箱故障时使用的齿轮箱故障诊断方法是以振动检测为主，辅助以直接观察法和磨损残余物检测法。
1.1 齿轮箱故障分析内容一般情况下，对齿轮箱故障分析主要从以下几个方面开展：1）振动分析；2）齿面接触磨损分析；3）齿轮箱润滑油液分析。
1.2 齿轮箱振动检测点布置在风电场现场对齿轮箱进行故障诊断时，通常按图 1 一级齿圈高速轴轴高速轴径径向测点向测点向测点发电机驱动端径向测点扭矩臂轴向测点图1振动传感器布置图文章编号：1002－2333（2014）04－0152－04位置布置高速采集振动传感器。
风电机组齿轮箱磨损案例分析
风电机组齿轮箱磨损案例分析风电机组齿轮箱作为传动机构，对风力发电起着极其重要的作用。
通过油液监测技术可以监控风电机组齿轮箱的润滑状态和磨损状态，之后通过内窥镜检查验证该齿轮箱的磨损程度。
油液监测技术通过对风电机组设备摩擦副的润滑状态和磨损状态进行定期跟踪监控，可以有效地评判在用润滑油的性能状况和预防设备磨损故障隐患[1]。
工业内窥镜检查是预警式维护，对维修时间的推断是非常有效的，将其和油液监测相结合更直观了解设备内部磨损情况，为设备维修提供决策支持。
1风电机组齿轮箱结构及工作原理1.1结构组成一般的双馈型风电机组齿轮箱采用一级行星二级平行结构，主体结构包括法兰，中箱体，后箱体和输出齿轮；变速机构包括第1～4级齿轮、行星轮和太阳轮。
1.2工作原理风轮叶片在风的作用下带动主轴转动，扭转的主轴（低速轴）传递风轮扭矩到齿轮箱的一级行星齿轮，一级行星齿轮通过二级平行轴齿轮传递扭转，使低转速大扭矩载荷转化为高转速低扭矩载荷，便于发电机的吸收；最后电机轴（高速轴）上的扭矩通过切割电磁形成电能，完成风能→机械能→电能的转化[2]。
2油液监测诊断标准风电机组齿轮箱起增速作用，运行时载荷多变，易发生故障，通过油液监测技术监控机组齿轮箱磨损状态；油液监测分析诊断结论一般分为3个等级，分别为正常、注意和报警。
（1）“正常”是指在用润滑油各项指标均在标准规定的正常值范围内，可以满足设备润滑要求，且设备润滑、磨损状态均良好。
（2）“注意”是指在用润滑油一项或多项指标超出正常值范围、油品不能完全满足设备润滑要求，设备润滑、磨损状态可能存在故障隐患，宜引起现场关注，并要求现场在必要时采取取样复检、加强巡视等措施。
（3）“报警”是指在用润滑油一项或多项指标经连续多次检测值均在标准规定的报警值范围内，油品劣化明显，已无法满足设备润滑要求。
设备运行存在故障隐患，需采取更换润滑油、部件检修等维护措施。
为避免取样不规范等干扰因素影响判别结论的准确性，对于首次检测到“报警”值的样品，一般应至少取样复检一次再进行确认（排除取样环节可能的干扰因素），报告给出复检结论后应在一个月内完成取样复检。
风电机组齿轮箱故障分析报告
风电机组齿轮箱故障分析报告一、引言随着全球对清洁能源的需求不断增长，风力发电作为一种可再生、清洁的能源形式，得到了广泛的应用和发展。
风电机组是风力发电系统的核心设备，而齿轮箱作为风电机组的关键部件之一，其运行状态直接影响着整个风电机组的性能和可靠性。
然而，由于风电机组运行环境恶劣、工况复杂，齿轮箱容易出现各种故障，给风电场的运行和维护带来了巨大的挑战。
因此，对风电机组齿轮箱故障进行深入分析，找出故障原因，提出有效的预防和维护措施，对于提高风电机组的可靠性和经济性具有重要意义。
二、风电机组齿轮箱的结构和工作原理（一）结构风电机组齿轮箱通常由行星齿轮系、平行轴齿轮系、箱体、轴承、润滑冷却系统等组成。
行星齿轮系具有体积小、承载能力大、传动比大等优点，常用于风电机组齿轮箱的高速级；平行轴齿轮系则用于低速级，以实现最终的输出扭矩。
（二）工作原理风电机组的叶片在风力的作用下旋转，通过主轴将扭矩传递给齿轮箱。
齿轮箱通过各级齿轮的传动，将转速逐渐提高或降低，以满足发电机的转速要求，同时将扭矩传递给发电机，实现机械能到电能的转换。
三、风电机组齿轮箱常见故障类型（一）齿轮故障1、齿面磨损齿面在长期的啮合过程中，由于摩擦和润滑油中的杂质等因素，会导致齿面磨损。
轻度磨损会影响齿轮的传动精度，严重磨损则会导致齿轮失效。
2、齿面胶合在高速、重载和润滑不良的情况下，齿面接触区温度过高，导致润滑油膜破裂，两齿面金属直接接触并相互粘连，形成齿面胶合。
3、齿面点蚀齿面在反复的接触应力作用下，会产生疲劳裂纹，裂纹扩展后形成点蚀坑。
点蚀会降低齿轮的承载能力，严重时会导致齿轮折断。
4、轮齿折断轮齿在承受过大的载荷或存在制造缺陷时，会发生折断现象，导致齿轮箱无法正常工作。
（二）轴承故障1、疲劳剥落轴承在长期的交变载荷作用下，滚道或滚动体表面会产生疲劳裂纹，裂纹扩展后形成剥落坑。
2、磨损轴承在工作过程中，由于润滑不良、异物侵入等原因，会导致滚道和滚动体表面磨损。
风力发电机组齿轮箱故障诊断
风力发电机组齿轮箱故障诊断风力发电机组齿轮箱故障诊断一、风电机组齿轮箱的结构及运行特征我国风电场中安装的风电机组多数为进口机组。
近几年来，一批齿轮箱发生故障，有些由厂家更换，也有的由国内齿轮箱专业厂进行了修理。
有的风场齿轮箱损坏率高达40~50%，极个别品牌机组齿轮箱更换率几乎接近100%。
虽然齿轮箱发生损坏不仅仅在我国出现，全世界很多地方同样出现过问题，但在我国目前风电机组运行出现的故障中已占了很大比重，应认真分析研究。
1) 过去小容量风电机组齿轮箱多采用平行轴斜齿轮增速结构，后来为避免齿轮箱造价过高、重量体积过大，500kW以上的风电机组齿轮箱多为平行轴与行星轮的混合结构。
由于风电机组容量不断增大，轮毂高度增加，齿轮箱受力变得复杂化，这样就造成有些齿轮箱可能在设计上就存在缺陷。
2) 由于我国有些地区地形地貌、气候特征与欧洲相比有特殊性，可能对标准设计的齿轮箱正常运行有一定影响。
我国风电场多数处于山区或丘陵地带，尤其是东南沿海及岛屿，地形复杂造成气流受地形影响发生崎变，由此产生在风轮上除水平来流外还有径向气流分量。
我国相当一部分地区气流的阵风因子影响较大，对于风电机组机械传动力系来说，经常出现超过其设计极限条件的情况。
作为传递动力的装置-齿轮箱，由于气流的不稳定性，导致齿轮箱长期处于复杂的交变载荷下工作。
由于设备安装在几十米高空，不可能容易地送到工厂检修，因此经常进行状态监视可以及时发现问题，及时处理，还可以分析从出现故障征兆到彻底失效的时间，以便及时安排检修。
3) 在我国北方地区，冬季气温很低，一些风场极端(短时)最低气温达到-40℃以下，而风力发电机组的设计最低运行气温在-20℃以上，个别低温型风力发电机组最低可达到-30℃。
如果长时间在低温下运行，将损坏风力发电机组中的部件，如齿轮箱。
因此必须对齿轮箱加温。
齿轮箱加温是因为当风速较长时间较低或停风时，齿轮油会因气温太低而变得很稠，尤其是采取飞溅润滑部位，无法得到充分的润滑，导致齿轮或轴承短时缺乏润滑而损坏。
风力发电机组齿轮箱轴承故障诊断分析
风力发电机组齿轮箱轴承故障诊断分析摘要：近些年来，我国风力发电范围不断增加，但是风电机组齿轮箱仍然存在一定的故障，影响了风电机组的正常运转。
为了有效降低风电机组的故障率，必须要做好风力发电机组齿轮箱轴承故障诊断。
关键词：风力发电机；轴承；震动；故障诊断1 风力发电机组齿轮箱结构1.1 风力发电机组齿轮箱结构轴承、传动部件、箱体以及润滑系统是齿轮箱的主要结构组成。
对于传动部件而言，其中同样有较多组成部件：输入轴、中间轴、输出轴、内齿圈、行星轮、行星架等。
齿轮箱会根据不同的使用需求采用不同的动力传动方式，主要有三类，分别为行星齿轮传动、定轴齿轮传动以及二者结合的组合传动。
齿圈轴通过箱体的支撑可以为输出轴提供叶轮的转动力，所以箱体必须要有较高的强度才可以承受住来自设备内外的载荷。
1.2 风力发电机齿轮箱工作机理在外界风的作用下，叶轮就会转动，进而会逐级带动轮毂、输入轴以及行星架进行转动。
同时，行星会同内齿圈和太阳轮啮合，当叶轮转动时，行星就能够既完成公转，又实现自转，第一轮增速也就得以实现。
同时，太阳轮会带动同轴大齿轮和中间轴上的小齿轮啮合转动，第二级增速也就得以完成。
进而，第三级增速可以通过中间轴和输出轴的齿轮啮合转动。
在这种情况下，传动比可以达到100，实现发电机发电。
2 风力发电机组传动系统典型故障诊断2.1 风力发电机组传动系统结构诊断在风力发电机组的工作过程中，不仅需要发电机的正常运行，同时也离不开机械传动系统的支持。
但是在发电机组运转的过程中，会一直存在一定的振动，这就会给轴承、发电机以及齿轮箱带来一些故障，出现磨损、点蚀的问题，如果工作环境温度较高，齿轮寿命也会相对减少。
联轴器、轴承、齿轮箱在为发电机组提供动力的过程中，会被荷载冲击，长期以来传动系统也就会出现不同类型的故障。
风力发电机组的工作原理就是将风产生的机械能转化为电能，也就是说风能会通过传动系统转化为机械能，进而通过发电机将机械能转化为电能。
风力发电机组齿轮箱故障诊断
风力发电机组齿轮箱故障诊断随着新能源风力发电的不断发展，风力发电机组的齿轮箱作为其核心零部件之一，承担着将风轮转动的动能转化为发电机转子转动的机械传动功能。
由于其运行环境极端恶劣，齿轮箱故障难免会产生。
对风力发电机组齿轮箱故障的及时诊断和处理显得尤为重要。
一、齿轮箱故障的种类及常见症状1. 齿轮断裂齿轮断裂是齿轮箱故障的一种严重情况，通常表现为机组噪音突然增大、振动加剧、发电功率下降等。
受损齿轮的微小金属屑也有可能进入油路，导致润滑油污染。
2. 轴承损坏风力发电机组齿轮箱内的轴承如果出现损坏，通常会产生异常的噪音和振动。
而且，轴承损坏可能导致润滑油泄漏，引发机组运行温度异常升高。
4. 油泵故障齿轮箱油泵故障会导致润滑油不足或者无法正常循环，进而引发齿轮箱内部零部件的摩擦增大和磨损加剧。
二、齿轮箱故障的诊断方法1. 振动分析通过振动传感器对齿轮箱振动进行监测分析，可以判断齿轮或轴承是否存在异常磨损或损伤，确定故障发生的位置和程度。
2. 声音分析利用专业的声音分析仪器，对齿轮箱的运行噪音进行监测分析，可以判断齿轮箱内部是否存在异常摩擦和磨损情况。
3. 润滑油分析定期对齿轮箱润滑油进行取样分析，检测其中的金属屑和其他杂质，以确定齿轮箱内部的磨损情况。
4. 热点监测通过红外热像仪对齿轮箱内部温度分布进行监测分析，可以判断是否存在润滑问题或其他故障引起的过热情况。
5. 油压监测对齿轮箱润滑系统的油压进行监测分析，可以判断油泵是否正常工作以及润滑系统是否存在泄漏等问题。
1. 及时更换受损部件对于齿轮箱内部出现的齿轮断裂、轴承损坏等严重故障，必须及时更换受损部件，以避免故障进一步扩大。
2. 加强润滑管理合理选择润滑油，加强对齿轮箱润滑系统的监测和管理，确保润滑油的质量和供应充足，维护齿轮箱内部的良好润滑状态。
3. 提高维护保养水平加强对齿轮箱的定期检查和维护保养，及时发现和处理存在的问题，延长齿轮箱的使用寿命。
风电齿轮箱故障诊断
期间，发现 A 机组数据有着正常机组的特征，因此以 A 机 组数据为主要参照依据，将其和 B 机组数据进行比较分析。
（2）风力机动态测试系统 ：系统输出为风信号，该项 信号是经由动态测试系统作用之后输出的，输出信号包含 了风力机运行期间的各种信息，采取合理的方式来分析和 判断系统输出信号，了解风力机的具体运行现状，判断工 况是否处于正常现象，此阶段被称之为故障诊断。
金属颗粒脱落，此种情况被称之为点蚀。
并储存有关数据。
5.2 控制好齿面微腐
4 风电齿轮箱故障诊断技术和方式
4.1 振动频谱分析诊断方式
齿轮箱一旦长时间处于润滑不良的状态时，齿面和空 气相互反应形成齿面微腐现象。要想控制好该种现象，就
齿轮箱结构包含两项振动模式，其中表现为常规型振 需要加大对齿轮箱润滑油运行状态的监控，比如有无油温
得齿面深处形成了一定的剪切力，该项剪切力处于不断变
从当前情况来看，我国市场中包含了诸多类型的风力
化的状态，当剪切力上升到齿轮的疲劳极限以后，便会产 齿轮箱故障诊断系统，其中属风力机组振动状态检测系统
生疲劳受损现象，在齿面中出现疲劳裂纹，导致齿面中的 应用最为广泛，其可以动态地对齿轮箱运行现状加以检测，
动和非常规型振动。
升高现象或是掺入杂物等。即便齿轮箱不处于工作状态，
常规型振动是指当齿轮箱处于运行状态的时候，齿轮 也必须结合润滑条件实行强化性润滑工作，综合性地检验
风力发电机组齿轮箱故障诊断
风力发电机组齿轮箱故障诊断随着可再生能源的发展，风力发电已经成为一种重要的清洁能源形式。
风力发电机组作为风力发电的主要装备，其齿轮箱作为传动装置，在风力发电机组内起着至关重要的作用。
在齿轮箱长时间运行的过程中，由于受到外部环境和运行条件的影响，齿轮箱可能会出现一些故障，影响了风力发电机组的正常运行。
对风力发电机组齿轮箱的故障进行及时的诊断和维护显得非常重要。
风力发电机组齿轮箱故障诊断主要依赖于对齿轮箱内部各部件的运行状态和工作环境的分析。
通过对齿轮箱的振动、声音、温度、润滑油状态等进行监测和分析，可以及时发现齿轮箱的故障并进行相应的处理。
本文将对风力发电机组齿轮箱常见的故障进行分析和诊断，为风力发电机组的正常运行提供参考。
一、齿轮箱振动故障1. 齿轮箱振动异常齿轮箱振动异常是一种常见的故障现象，通常是由于齿轮箱内部零部件的损坏或松动引起的。
在进行振动监测时，我们可以通过振动传感器对齿轮箱的振动情况进行监测，观察其振动频率和幅值。
如果发现齿轮箱的振动频率明显偏离正常范围，或者振动幅值较大，则可能存在齿轮箱内部零部件的问题。
此时需要及时对齿轮箱进行检查，发现问题并进行维护处理。
齿轮箱共振是指齿轮箱内部各部件在运行过程中因受到外部激励而产生的共振振动。
共振振动会对齿轮箱内部零部件造成不同程度的破坏，严重影响风力发电机组的正常运行。
在进行振动监测时，我们可以通过频谱分析对齿轮箱的振动频谱进行监测，观察其频谱图形是否存在明显的共振峰。
如果发现共振现象，需要对齿轮箱内部结构进行调整，消除共振振动的影响。
齿轮箱轴承异响通常是由于轴承磨损或润滑不良引起的，当出现轴承异响时，会伴随着明显的金属碰撞声。
在进行声音监测时，我们可以通过声音传感器对齿轮箱内部的声音情况进行监测，观察是否存在异响声。
如果发现齿轮箱内部存在轴承异响，需要及时更换轴承并进行润滑处理，以确保齿轮箱的正常运行。
1. 齿轮箱温升过高四、齿轮箱润滑油状态故障1. 齿轮箱润滑油污染严重齿轮箱润滑油污染严重通常是由于外部杂质进入润滑系统或润滑系统损坏引起的，当出现润滑油污染严重时，会伴随着润滑油的浑浊和颜色异样。
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制造业信息化MANUFACTURING INFORMATIZATION 仿真/建模/CAD/CAM/CAE/CAPP风电齿轮箱故障诊断实例分析肖洪波，刘松松（沈阳鼓风机集团风电有限公司，沈阳110869）摘要：介绍了以齿轮箱振动分析为主要手段的风电齿轮箱故障诊断方法，并通过齿面接触磨损分析和齿轮箱润滑油液分析等辅助手段，对风电齿轮箱的故障点进行分析诊断。
并以某风电厂某台风力发电机组的齿轮箱故障诊断为例，对风电齿轮箱故障诊断方法进行实例分析。
关键词：风电齿轮箱；振动分析；故障诊断中图分类号：T H 132.41文献标志码：A0引言风力发电机组多安装在环境恶劣的高山、荒野、海滩等风资源较优地区，常年经受无规律的变负荷变向风力作用、阵风的冲击，以及严寒酷暑、盐雾等的影响，致使风力发电机组经常出现故障。
风电机组的常见故障类型包括电气系统故障、传感器和叶片/变桨装置故障、齿轮箱故障等。
据统计，我国风场齿轮箱损坏率高达40%～50%，是机组中故障率最高的部件，也是引起风电机组停机的最主要原因［1］，因此，在齿轮箱故障早期进行齿轮箱状态检测，并以此进行故障诊断和分析，可以在早期对故障进行有效诊断，有利于减少维修时间和降低由于齿轮箱故障引起的经济损失，对提高风电场的经济效益和安全性具有重大意义。
1 齿轮箱故障诊断的一般方法以机械故障诊断的测试手段来分类，主要的故障诊断方法有直接观察法、振动和噪声检测法、无损检测法、磨损残余物检测法、机械性能参数检测法等。
其中最常用的是振动检测法［2］。
我们在实例分析齿轮箱故障时使用的齿轮箱故障诊断方法是以振动检测为主，辅助以直接观察法和磨损残余物检测法。
1.1 齿轮箱故障分析内容一般情况下，对齿轮箱故障分析主要从以下几个方面开展：1）振动分析；2）齿面接触磨损分析；3）齿轮箱润滑油液分析。
1.2 齿轮箱振动检测点布置在风电场现场对齿轮箱进行故障诊断时，通常按图 1 一级齿圈高速轴轴高速轴径径向测点向测点向测点发电机驱动端径向测点扭矩臂轴向测点图1振动传感器布置图文章编号：1002－2333（2014）04－0152－04位置布置高速采集振动传感器。
2实例分析以某风电场某台风电机组的齿轮箱故障诊断为例，介绍风电齿轮箱的故障诊断方法。
2.1 振动分析2.1.1 振动测点分布与安装依据齿轮箱结构，现场安装高速采集测点的传感器。
具体安装位置见图2。
图 2 齿轮箱高速采集测点2.1.2 振动数据分析表 1 为现场高速采集的各测点振动数据的加速度有效值和峭度指标。
黑色字体数据为正常指标，灰色字体数表1振动检测数据测点项目100 r/min 500 r/min 1 000 r/min 1 200r /min空转空转空转加载200 kW 扭矩臂轴向有效值（/m·s-2）0.143 9 2.702 3 10.814 5 12.417 1峭度 3.171 97.719 1 3.365 9 3.528 1一级齿圈径向-2峭度 2.560 5 2.552 0 2.490 5高速轴径向有效值（/m·s-2）0.026 8 0.315 8 5.942 7 11.081 3峭度 4.052 3 3.394 5 6.319 7 33.895 8 高速轴轴向有效值（/m·s-2）0.236 1 7.343 4 28.135 6 30.132 82.560 53.801 5 3.007 4 2.885 1发电机驱动端径向有效值（/m·s-2）0.129 2 2.135 9 3.679 1 4.600 0峭度 3.751 8 3.896 4 3.009 4 37.405 4152 机械工程师2014年第4期为不正常指标。
从表上的数值来看，一级齿圈径向没有问题，其他测点红色指标过多，需要进一步分析排除。
扭矩臂轴向、高速轴径向和发电机驱动端径向在100 r/min 下的峭度均超标（＞3.5）。
而从时域波形可以观察到三者之间具有非常明显的“节律”同步性，由于 3 个测点跨距较大，相互影响可能性小，因此可以判定这种同步性是由相同的外部因素造成的，造成这种冲击变动的原因就是变化的风载。
而扭矩臂轴向和高速轴径向的峭度要大很多的原因是在其时域曲线上可以看到异常的突发性的短时冲击，在剔除这些阵风造成的冲击点数据后，三者峭度值基本相同，如图 3 所示。
） 1.0（m / s · 0.5-1.0-0.51020304050 60 70 80 90 100 ）时间/s0.150.10 -0.200 -0.05-0.10-0.151020304050 60 70 80 90 1002）时间/s-0.5-0.5-1.010 203040 50 60 70 80 90 100时间/s图 3 振动数据如图 4 所示，扭矩臂轴向和高速轴径向在 55 s 左右受阵风影响振动值偏大，而峭度对冲击性十分敏感，因1）-2（m/s ·-2加速度-4-5-60 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100时间 /s0.80.7）0.6（m /s · 0.4加速度0.3 0.2 0.1-0.10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100时间 /s图 4 100 r/min 扭矩臂轴向和高速轴径向振动制造业信息化仿真 / 建模 / CAD / CAM / CAE / CAPP MANUFACTURING INFORMATIZATION此，这两个点的峭度值比较大，在剔除这些冲击点后的正常振动部分峭度与发电机峭度基本相同，因此，100 r/min的几个异常参数并非齿轮箱本身的故障异常所致。
如图 5，发电机驱动端轴向在 1 200 r/min 峭度大，从 时域波形来看，也是单一大幅值冲击所造成 ，如果是驱动 端轴承自身出现故障，在 100s 的时间内必然会重复出现 冲击波形，而不是如上图所示的只有一次冲击，又峭度对冲击异常敏感，故而仅此一次冲击就可导致整个时间段内的峭度值增大许多倍。
经过计算，剔除该外部冲击，取后 80 s 的数据进行峭度计算，其值只有 3.060 4，峭度值正常。
300200）（m / s ·加速度 0-100 -200 -3000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100时间 /s图 5 1 200 r/min 发电机驱动端轴向振动通过前面的分析，可知：扭矩臂处振动受风载影响较大，不是该齿轮箱振动超标的根源；发电机和齿圈测点基）0.25（m /s · 0.20速度0050 100 150 200 250 300 350 400 450 500频率/Hz（a ）1 000 r/min 高速轴径向速度谱）（m /s ·0.4速度0.30 100 200 300400500600频率/Hz（b ）1 200 r/min 高速轴径向速度谱×10-4）1.0速度0.80.6 0.40.20 0100 200 300 400 500600 700 800 900 1000频率/Hz×10（c ）1 000 r/min 高速轴轴向振动速度谱2.0）1.0速度0.80.6 0.40.200100 200 300 400 500600 700 800 900 1000频率/Hz（d ）1 200 r/min 高速轴轴向振动速度谱图 6 高速轴径向与轴向的速度频谱机械工程师2014 年第 4 期 153制造业信息化MANUFACTURING INFORMATIZATION 仿真 / 建模 / CAD / CAM / CAE / CAPP本属于正常范围，基本排除其为噪声源的可能；主要的问题集中在高速轴的径向和轴向振动。
图 6 为高速轴的径向和轴向振动的频谱分析。
图 6依次为 1 000 r/min 、1 200 r/min 高速轴径向与轴向的速度频谱。
根据所得到的频谱可以得出以下结论： 1）高速轴径向振动中，高速轴转频分量是最主要的分量，其他分量幅值相对较小，且加载后的高速轴 1 倍频率分 量增加量比其 2 倍频分量的增加量要高得多，即 1 000 r/min 频谱一倍频（16.61 Hz ）幅值与其 2 倍频（33.7 Hz ）幅值的比值约为 2，而 1 200 r/min 频谱一倍频（20.09 Hz ）幅值与其 2 倍频（40.53 Hz ）幅值的比值约为 6 ，说明转速与载荷对高速轴径向的影响主要针对的是高速轴转频的 1 倍频分量，其他分量的影响较小； 2）高速轴轴向振动中，除高速轴转频分量外，另有频 率约为 10 倍和 18 倍高速轴转频的分量，即 1 000 r/min频谱中的 171.5 Hz 和 309 Hz ，及 1 200 r/min 频谱中的209 Hz 和 370.7 Hz 分量。
通过幅值观察可看到，增加载荷没有对 1 倍高速轴转频分量产生明显影响，幅值变化不大，而 10 倍频率分量幅值增大 66%，18 倍频率分量幅值减小了 26%，且 10 倍频率分量附近的几个峰值也显著增大。
根据齿轮箱各部件的特征频率可知，这两个较大的分 量是高速轴轴承的故障频率分量。
3）如图 7 所示，分别为高速轴径向振动在 500 r/min 、1 000 r/min 和 1 200 r/min 转速时的时域振动幅值曲线，可43 ）2（m /s · 1 加速度 -1-2 -30 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 时间/s（a ）500 r/min 高速轴径向振动6050） 40（m /s · 20 加速度10 0 -10 -20-30102030405060708090 100时间/s（b ）1 000 r/min 高速轴径向振动450400350）（m /s · 250加速度200 150 100 50 0-50102030405060708090 100时间/s（c ）1 200 r/min 高速轴径向振动图 7 不同转速下时域振动幅值曲线以看到，随着转速的增加，径向振动的偏向性越来越大，振动幅值区间由开始的［-3，4］到［-30，60］到［-50，450］，说明振动具有向正向偏移的倾向，这种现象的出现应与高速轴轴承故障有关。
2.1.3 振动分析小结初步判断结果为高速轴推力轴承故障导致轴承间隙增大，由于间隙的增大导致径向方向振动幅值增大，同时轴承可提供的轴向反力减小，在三级齿轮轴向力的作用下使得高速轴受到的合力增大，从而导致轴向振动严重超标，噪声增大。
2.2 齿面接触及磨损情况分析通过检查内齿圈和行星轮、一级平行轴齿轮、二级平行轴齿轮的齿面接触长度和磨损情况，均未发现偏载、断齿、点蚀和磨损的现象。