风力发电机组齿轮箱振动测试与分析

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 Acquisition and SignalProcessing)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。  

 

表1   齿轮箱特征频率表  Hz 

 

 

    二、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5～10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

表2   5^#机组幅域统计表                  m/s² 

 

 

   

    5^#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。 

                                      

 

    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。   

 

    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）。  

 

    从5^#机组功率谱密度函数（图7）可以看出，在频率177Hz、196Hz、531Hz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Ⅲ级。 

                              

 

    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。