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低速和高速轴故障分析

发布时间:2020-01-12
齿轮箱里面轴的不对中故障主要出现在齿轮箱和其他部件相连接的联轴器部位,多是在装配的..

风电机组通常具有很高的实用性,但这并不是因为其质量稳定,而是因为经常进行维护。实际上,风机的工作环境恶劣,风速有很高的不稳定性,而暴雨、闪电、冰雪等恶劣天气又严重考验着风机的运行质量。在交变负载的作用下,风机叶片等更容易出现疲劳损伤,塔架系统更容易损坏。实际上所有的机械部件都受到损伤的影响,大多数风电机组的子系统在风机中的都可能在操作时失效,包括转子和叶片、开关控制系统、齿轮箱和轴承、偏航系统、发电机、电力控制系统和刹车片等,再加上风机的独特电能转换系统,其损坏较其他旋转机械更为严重。但是风电机组是一种相对不太容易接近的结构,因为它安装在较偏远的区域,并且机舱本身离地面也有几十米、甚至上百米的高度,上到机舱很困难。另外,风机的维修和护理需要额外的起重机、升降机等设备,国外甚至有通过直升机进入到机舱的方式,这又产生了多余的费用。
  风电机组属于旋转机械,不论加工工艺有多高,齿轮箱里的轴都会或多或少地存在不平衡等问题,但只要这些不平衡的量在允许的范围内都是不会对正常的风电机组运行产生影响的。但是,在风电机组的长期运行过程中,这些不平衡量会逐渐增大,引起故障的产生,影响风电机组的正常运行。风电机组低速轴和高速轴在恶劣的工作环境下常见有轴不平衡、不对中、弯曲等典型故障。
  (1)轴不平衡
  不平衡是旋转机械的典型故障,多是由于轴的部件质量偏心或者部件出现缺陷引起的故障,据统计大约70%的故障和轴的不平衡有关。引起轴不平衡的主要原因多是由于存在偏心质量和偏心距引起的离心力离心力矩,并且交变的力会引起振动,当轴旋转一周,离心力方向变化一个周期,不平衡振动的频率和转速是一致的。轴不平衡故障的主要振动特征是:1)振动时域波形近似于正弦波:2)频谱中谐波能量集中于基频,且出现较小的高次谐波,是整个频谱呈所谓的“枞树形”;3)在临界转速以下振幅随着转速的增加而增大,在临界转速以上转速增加时振幅趋于一个较小的稳定值,在转速接近临界转速时,多会引发共振,振幅具有最大的峰值。4)工作转速一定的时候,相位相对稳定;5)转子的轴心轨迹一般体现为椭圆的形状。
  (2)轴不对中
  齿轮箱里面轴的不对中故障主要出现在齿轮箱和其他部件相连接的联轴器部位,多是在装配的时候条件的限制或者长期运行后引起这些故障。其振动特点是测得的齿轮箱振动信号表现为一个频率非常低的振动信号,其加速度信号一般不容易测出来,速度信号和位移信号一般比较灵敏。轴不对中的主要故障可以总结为:1)以齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率,以齿轮啮合频率及其谐波为载波频率的啮合调制,其中的调制频率的2倍频成分的幅值是最大的;2)齿轮的啮合频率及其谐波的幅值是最大的;3)振动能量有一定程度的增大;4)包络能量有一定程度的增加;5)不对中故障产生的对转子的激励力随着转速的升高而加大,且呈线性增大。
  (3)轴弯曲
  当齿轮箱里面的轴在运行时发生故障时,很容易会引起整个齿轮箱的故障,当轴弯曲时,会直接影响轴上的部件如齿轮和轴承的正常运行。当轴弯曲的主要故障可以总结为:1)以齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率,以齿轮啮合频率及其谐波为载波频率的啮合调制,其调制边频带数量稀少;2)如果弯曲轴上有多对齿轮啮合,则会出现多对啮合频率调制;3)振动能量有一定程度的增加,特别是轴向振动能量有较大的增加;4)包络能量有一定程度的增加。

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