风力发电机设备的振动危害及监测技术

风力发电机设备的振动危害及监测技术摘要：风力发电设备将风能转化为电能，在其电能生产过程中，对环境几乎没有危害，实现了清洁生产，对我国能源事业的发展有着积极的影响。然而风力发电机设备在运行过程中，时常受到振动问题的困扰，振动在其可承受范围内，对风电设备影响较小，但是一旦振动过大，则会对设备产生极大的危害。所以，需对风力发电机设备进行实时监测，在其齿轮箱、轴承、机舱等处设置监测点，以形成对风电设备振动的有效控制。关键词：风力发电机；振动危害；监测技术风力发电机在运行过程中，振动是无法避免的一个问题，需将振动控制在风电设备可承受的范围内。为了尽可能的降低振动对风电设备的危害程度，维修人员需深入的探寻风电设备发生振动的原因，准确运用监测技术对风电设备的运行状态进行监测，通过对监测数据的分析和研究，以确定振动的原因，并及时的进行处理，以防止振动问题的扩大化，对风电设备产生较大的危害。1.风力发电机设备的振动危害分析叶片风力发电的叶片会受到多种力的作用，像外部空气动力和重力，或者是自身控制系统的控制力，比如说刹车与偏航，这些力会引起叶片发生不同程度的振动一是挥舞，主要是指弯曲振动；二是摆振，叶片向内部来回振动；三是扭转，主要是在变距轴上振动。产生的危害主要有三点，第一，当风机叶片发生机械振动后，在空气动力的影响下，产生气动弹性，当两者作用力加大至一定程度后，将会引发颤振与发散问题，对发电机的损害极大；第二，如果风向变化幅度过大，叶片在多种力的作用下，叶片振幅加大，频率过快，一旦超出叶片本身可承受的范围后，轻则导致叶片产生裂纹，重则引起叶片断裂，危害程度较高。齿轮箱第一，比较容易出现的故障是断齿，在未发生断齿之前，通常故障表现是细微裂纹，断齿的故障类型主要有三种，一是过载折断，是由齿轮箱超负荷运行引起的断齿；二是疲劳折断，主要是由齿轮箱运行长期消耗导致；三是随机折断，折断的原因无法预测，像硬物掉落至齿轮箱引起的断齿，或者齿轮本身质量问题等；第二，齿轮点蚀，齿轮和滚动轴在运行过程中，表面会遭到点蚀，如果没有及时的进行处理，点蚀一旦扩大化，导致齿轮与滚动轴消耗增加，使得齿轮遭受较大程度的破坏，影响到啮合精度，促使轴线产生位移，影响到齿轮的正常运行点蚀过于严重会产生断齿问题。在发生断齿后，齿轮上的金属物质掉落至齿轮箱中，引起润滑油污染，而润滑油保证着齿轮的正常运行，其在齿轮和滚动轴之间反复挤压，则会附着在两者表面。轴、轴承、塔架第一，轴，在振动的作用下，轴承与轴相互之间摩擦过大，当磨损到一定的程度后，在振动力过大的情况下，会形成断轴问题，对电机设备造成较大的破坏第二，轴承，其作为发电机中的支撑结构，一旦其发生变形或者是磨损过大，会使其上面的转子无法均匀转动，使得轴承问题加大，牵连到转子，导致转子变形或者是机舱振动问题；第三，塔架，塔架支撑着整个风力发电设备，在其支撑过程中受到风机各种力的影响，从而形成了塔架振动现象，主要有弯曲振动和扭转振动两种类型，如果风机叶片的推力与发生的振动方向相反，对塔架造成的损害最大，如果超出塔架负载范围，那么将引起塔架倒塌问题。此外，塔架振动还会牵连塔基，塔基在振动力的作用下，发生松动后，将导致整个风电设备的倒塌，从而形成较大的经济损失。液压系统与偏航系统第一，液压系统，引起其故障的原因是油温与压力，可导致较大的风电设备运行故障，像保护失效、运行失控等；第二，偏航系统，主要的故障问题是偏航定位不准，螺栓固定不牢，有硬物进入至偏航驱动装置中等，该故障问题可导致风电设备振动，引发短路问题，甚至会使电缆断裂，故障问题过于严重的话，将出现机舱坠落事故。2.风力发电机设备振动监测技术分析在风力发电机设备振动监测中主要使用了两种监测设备，一是机械振动传感器，比如，WP4084型号振动分析器，依据风力发电机设备的临界振动点（频段0.1Hz〜5.0Hz,振幅O.Olg〜0.30g），对设备进行两个方向的振动监测，也可用于低频振动监测，在内部设有报警装置，可依据监测的实际需要，进行报警各项参数的设置，并将其与继电器进行连接，通过指示灯颜色变化来显示设备的运行状态；二是振动保护传感器，像摆锤式振动传感器，主要借助摆锤进行发电机设备振动的监测，监测灵敏度由摆锤控制，可依据监测的需要调整其位置和重量。一般安装在安全链中，当监测到设备振动过大时，传感器开启微动开关，促使设备紧急停机，以形成对发电机设备的保护作用。齿轮箱通过上文针对齿轮箱振动故障的分析，可以确定其故障问题的出处有齿轮、轴承、滚动轴等，需在这些位置着重设置监测点，具体如图1所示。通过监测点的合理布置可实现对整个齿轮箱的实时监测。在监测点上需安装数据采集器、传感器，并通过线路反馈监测到的数据信息。维修人员借助监测数据，可获取齿轮箱的振动频率，而由于风电设备为一个整体，齿轮箱各个零部件的特征频率有着较大的差异，可使用设备参数计算出其他零部件的特征频率。图1齿轮箱监测点布置图叶片由于叶片受到的作用力较多，需要多设置一些监测点，以保证监测的准确性如实反映出其振动情况。当下在进行叶片弯矩监测时需借助应变片，并使用反馈控制的方法以控制叶片的荷载，由于风电设备安装应变片处于研究阶段，所以针对叶片振动监测技术还有待进一步的研发。轴承轴承在运行过程中无法避免消耗，在以往主要依靠人工监测，导致监测的精确度不够。目前主要使用的是在线实时监测系统，实时掌控轴承的工作状态。借助振动尖峰的能量值进行轴承振动的判断，可准确的判断出轴承是否存在问题，以便于及时更换新的轴承。塔架其通常是在机舱内进行监测，在距离塔架中心最近的位置安装传感器，需注意监测方向的设定，包含了机舱前、后、左、右等方向。传感器将监测的信号通过线路反馈至监测控制系统。当风电设备振动幅度较小时，塔架可以应对负载，当振动超出其承受范围，传感器将数据反馈至控制中心后，控制系统会发出警报提醒维修人员前去检查与维修。监视软件目前使用的监视软件可自动采集、自动分析数据，借助波谱分析法对传感器反馈的振动数据进行分析，以评估监测点的振动情况，而且每个监测点都设置了一个报警阀值，一旦发现异常，会自动发出故障警报，并给出故障位置信息。监视软件不仅可监测风电设备的振动情况，还可实时监测设备运行状态、温度等，以作为故障分析的依据。结语：风力发电机设备振动问题需要及时准确的进行处理，以防止小问题演变成大的问题，进而导致风力发电机设备失效，甚至是对风电设备造成较大的损坏，产生较大的经济损失。基于其引发振动问题的原因较多，采用监测技术对其进行实时监测，维修人员可实时掌握风电设备的运行状况，并可及时发现设备的振