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风电机组传动系统维护与故障诊断分析

摘要：随着人们的环保意识增强，对于能源的环保要求越来越高，风力发电

作为一种新型的环保能源，其逐渐替代传统能源成为今后能源供应主力。对风电

机组传动系统维护和故障诊断也会成为工作常态，文章针对相关问题进行讨论，

提出一些建议以供参考。

关键词：风电机组；传动系统；维护；故障诊断

1.

风机传动系统主要结构及部件

1.1主轴

主轴通常还分为低速轴与高速轴，其中，低速轴用于连接风轮、齿轮箱的低

速输入端，而高速轴则用于连接齿轮箱的输出端以及发电机转子，从而实现风轮

与发电机之间的能量传递。主轴除了需要承受来自于风轮的气动载荷、自重载荷

以及轴承、齿轮箱反作用力以外，还需要承受传递链扭转振动和瞬态载荷。

1.2齿轮箱

大型风电机组的风轮转速通常为1220r/min，发电机转子的转速要求则大约

为1500r/min，叶轮的转速与发电机转速则相差70多倍。在风轮与发电机之间，

需要利用具有大增速比的齿轮箱，用以提升转速。风机的齿轮箱作为传动系统关

键部件，其运行载荷、转速波动性较大，相较于其他设备齿轮箱的运行环境较为

恶劣，因而容易引发故障。齿轮箱有多个种类，如果按照传动形式来分，大致能

分为平行轴定轴传动、行星传动以及组合传动；如果按照传动级数，则可分为单

级、多级齿轮箱。一些大型的风电机组增速较大，通常适宜采用行星、平行轴相

互组合的齿轮实现传动。

1.3主轴轴承

风机传动系统中，主轴需要由轴承来支撑，然后通过轴承座，将风轮作用力

传递至地盘。主轴轴承一般采用的是滚动轴承，这样可以在承受较大径向、轴向

载荷的同时，有效降低风轮与齿轮箱之间，在相对运动过程中出现的摩擦阻力。

2.风电机组传统系统故障诊断技术

2.1振动故障检测诊断法

振动故障的检测是当前最为基础的风电机组故障诊断方法，其可以进行独立

诊断，诊断具有较高的准确性。振动故障检测方法具有其他风电机组故障诊断方

法不可替代的作用。从经济效益来分析，振动监测需要安装振动传感器，但是由

于风力电组的工作环境相当恶劣，传感器比较容易受到损坏，因此在风电机组故

障监测中应尽量少使用传感器，以此来降低风电机组故障监测成本。

2.2电信号故障监测诊断

电信号监测故障则可以避免传感器损坏、安装困难等问题。电信号故障检测

方法可以从电流和电压进行信号监测，因此其经济成本几乎可以忽略不计。但是

目前的电信号故障监测方法对于故障的诊断面很小，技术还存在着欠缺，必须展

开深入研究之后才可用于风电机组传动系统维护和故障监测。

2.3性能故障监测诊断法

所谓的性能故障检测类似于电信号检测，同样可以节约大量的检测成本，但

是其技术也存在着一些不成熟。性能故障检测不需要增加额外的传感器，而可以

利用风电机组系统数据实现检测，但是其诊断的范围有限，对于操作人员的技术

经验和技术水平要求比较高。

3.风电机组传动系统常见故障诊断

3.1齿轮箱故障诊断

3.1.1振动异常

如果设备振动异常剧烈,或是出现紧急制动的情况,一方面可能是由于齿轮轴

受到短暂巨大的冲击荷载作用而发生变形弯曲;一方面或是由于其不平衡量超过

了标准范围;另一方面也可能是在装配齿轮轴过程中操作出现失误,从而导致齿轮

轴长期间处于偏载的工作环境中,加速其疲劳状态而出现的变形所引起的。因此,

在对其故障进行诊断时,应采用偏心仪、中仪等设备来分析齿轮轴的故障,并找出

正确的故障原因,并进行有针对性的维修。

3.1.2温度过高

如若齿轮箱箱体温度过高,则很大可能是因为冷却系统发生故障,使得冷却泵

或冷却液不足甚至停止运作而产生的温度升高现象。如若齿轮箱轴承或齿轮不见

温度过高,则可能是由于润滑油不足而导致的。因此,在诊断温度故障时,应对齿

轮箱进行温度点的检测,从而确定其是由于何种原因导致的,切不可一概而论。

3.2主轴与轴承故障诊断

3.2.1主轴与轴承故障诊断

风电机组的主轴主要是用于连接风轮与齿轮箱，由于其原材料存在缺陷，或

这在制造过程中未能消除应力集中问题，就会导致轴的不对中、不平衡问题，即

轴的中心线与轴承中心线发生倾斜或偏移。在转速一定的情况下，相位相对稳定，

转子的轴心轨迹应当呈双环椭圆，根据振动信号的变化，即可及时发现此类故障。

轴的不平衡则是由偏心质量、偏心距所引起的离心力造成，振动的幅度会随着转

速的增加而增大。