风力发电机齿轮箱故障诊断方法及信号仿真.pdfVIP

1年第4期 《仪器仪表与分析监测》201 风力发电机齿轮箱故障诊断方法及信号仿真 and Fault Method inGearboxof Generater Simulation WindTurbine Diagnosis Signal 武 姣姚肖方 (华北电力大学机械工程系，河北保定071003) [摘要] 针对风力发电机齿轮箱的故障，介绍常用的故障诊断方法，理论上分析齿轮箱故障振动 信号的特征，并用MATLAB软件仿真其振动信号。对比正常运行与发生故障时的频域信号波形，并进行 了一定的分析，为风力发电机齿轮箱的故障诊断提供了参考。 [关键词] 风力发电机；齿轮箱；故障诊断；MATLAB数字仿真 [中图分类号]TH [文献标识码] B 风力发电机组齿轮箱的种类很多，按照传统 引言 类型可分为圆柱齿轮箱、行星齿轮箱以及它们互 随着可持续发展和环保意识的不断加强，各 相组合起来的齿轮箱；按照传动的级数可分为单 种清洁能源近年来发展迅猛，其中，风力发电就 级和多级齿轮箱；按照转动的布置形式又可分为 是各国研究和应用的重点领域。在对大型风电机 展开式、分流式和同轴式以及混合式等【2]。 组的研发中，齿轮箱是关键部件之一，是风力发 大型风电增速箱的速比约为100，一般采用3 电机组主要变速、能量传递部件，它的运行是否 级齿轮传动，目前成熟的结构形式主要有l级 正常涉及整机的工作性能。因为在恶劣环境下工 作，其损坏率高达40％～50％。极个别品牌机组轴、2级NGW行星+1级平行定轴等结构形式， 齿轮箱更换率几乎达到100％【lJ。因此，为提高风 行星传动有传统的3行星轮和3个以上的多行星 力发电机组齿轮箱运行的可靠性，对其工况的监 轮旧J。采用行星齿轮传动的主要优点有：(1)体 测、检测信息的故障诊断是十分必要的。据统计， 积小，质量小，重量轻；(2)传动效率高；(3) 采用以可靠性分析技术为中心的维护管理和故障 传动比大，可以实现运动的合成与分解；(4)运 诊断以后，事故发生率减少，维修费用降低旧J。 动平稳，抗冲击和振动的能力较强。它与普通齿 无论从安全的角度，还是从经济效益出发，风电 轮传动相比，最显著的特点就是在传递动力时可 机组的故障分析和建立完备的故障诊断系统具有 以进行功率分流，同时其输入轴与输出轴具有同 极其重要的意义。 轴性H1。与其他工业齿轮箱相比，风力发电机齿 轮箱在叶片和发电机两个大型旋转部件之间工作， l风电齿轮箱的结构特点 其承受的动态扭矩往往很高，因此其故障较一般 风轮的转速较低，在多数风力发电机组中， 工业齿轮箱提前发生。一个风力发电机齿轮箱承 达不到发电机的要求，必须通过齿轮箱齿轮副的 受的扭矩载荷产生于叶轮和驱动系对波动风况做 作用来实现增速，故也将齿轮箱称之为增速箱。 出的反应，并且作用于风力发电机组的控制子系 齿轮箱位于叶轮和发电机之间，将叶轮受风力作 统(如接触器、制动器、变桨控制装置和超速防 用旋转而产生的动力传递给发电机发电，同时将 护装置)。这蝗载荷的规模和动态藕合是很难