某风电场风电机组齿轮箱高速轴齿轮故障诊断案例

某风电场风电机组齿轮箱高速轴齿轮损伤诊断案例张波〔中能电力科技开发〕摘要：及时预测并诊断了一起风电机组齿轮箱高速轴齿轮损伤故障。风电机组振动状态在线监测系统能够对设备的故障可以进行报警以及预测，有效评估机组机械传动局部运行状态，防止缺陷的扩大化，对设备的维护检修工作具有重要意义。关键词：风电机组；振动监测；故障诊断1概述中能电力科技开发于2010年9月在某风电场QL.I.5-8#机组〔机型华锐SL82-1500〕安装了风电机组振动在线监测系统ZNW1000。2012年3月14日依据系统监测数据出具《某风电场风电机组振动分析报告》，报告分析指出齿轮箱高速轴齿轮存在轮齿损伤，建议加强该机组的日常维护，必要时对齿轮箱高速轴齿轮局部进行内窥镜检查。2012年5月该风电场对QL.I.5-8#号风力发电机组进行了检修，发现该机组齿轮箱高速轴齿轮存在严重的齿轮损伤现象，发生断齿现象。2诊断过程2.1齿轮箱、发电机参数信息：齿轮箱：大连重工PPSC129〔传动比：1/104.125〕发电机：大连天元YSSF450L-4〔额定转速：1800/1000～2000〕2.2振动监测测点部署华锐SL82-1500风电机组机械传动结构如图3所示，主要结构由主轴、齿轮箱、发电机三局部组成，齿轮箱传动结构为两级行星、一级平行传动。本次在如图3所示的1-8个测点部位进行振动在线监测：表1华锐SL82-1500kW风电机组振动监测测点布置表序号测点名称1#主轴前轴承垂直〔6点钟〕方向2#主轴前轴承水平〔3点钟〕方向3#齿轮箱齿圈=1\*ROMANI垂直〔12点钟〕方向4#齿轮箱齿圈=2\*ROMANII垂直〔12点钟〕方向5#齿轮箱低速轴后轴承垂直〔7点钟〕方向6#齿轮箱高速轴后轴承垂直〔8点钟〕方向7#发电机前轴承垂直方向8#发电机后轴承垂直方向图1华锐SL82-1500kW风机机械传动结构2.3频谱分析〔1〕同台机组各个测点振动趋势图分析主轴方面：图2〔a〕QL.I.5-1#主轴前轴承垂直方向测点趋势图齿轮箱方面：图2〔b〕QL.I.5-8#齿轮箱高速端后轴承垂直方向测点趋势图发电机方面：图2〔c〕QL.I.5-8#发电机前轴承垂直方向测点趋势图趋势图分析：图2〔a〕主轴前轴承垂直方向测点趋势图正常；图2〔b〕在齿轮箱高速轴后轴垂直方向趋势图中可明显看出，在转速相同的情况下，该测点的RMS值在后期较前期有明显的增大，并有进一步增大的趋势，以上现象说明：在机组相同工况条件下，齿轮箱高速端后轴承局部的振动值在逐渐增大；图2〔c〕发电机前轴承垂直方向测点趋势图正常。〔2〕基于故障频谱进行速度谱、加速度包络谱分析:齿轮箱方面：如图3、5在齿轮箱高速端、低速端后轴承垂直方向包络谱图〔2012-2-2415:04:09〕中存在29.91Hz和30.03Hz故障冲击频率成分，当时发电机转速为1800rpm左右，考虑风况变化认为两个冲击频率是一种故障冲击频率成分即齿轮箱高速轴转频；如图4、6在齿轮箱高速端、低速端后轴承垂直方向包络谱图〔2012-2-2320:25:27〕中存在25.63Hz故障冲击频率成分，当时发电机转速为1600rpm左右，认为该故障冲击频率成分即为齿轮箱高速轴转频；四幅谱图中均存在齿轮箱高速轴转频故障冲击成分，那么存在两种可能：齿轮箱高速轴后轴承存在异常或齿轮箱高速轴齿轮轮齿存在损伤，该频率成分在低速轴、高速轴均存在，因此诊断认为齿轮箱高速轴齿轮轮齿存在损伤，结合其幅值该故障处于早中期阶段。图3QL.I.5-8#齿轮箱高速端后轴承垂直方向包络谱图〔2012-2-2415:04:09〕图4QL.I.5-8#齿轮箱高速端后轴承垂直方向包络谱图〔2012-2-2320:25:27〕图5QL.I.5-8#齿轮箱低速端后轴承垂直方向包络谱图〔2012-2-2415:04:09〕图6QL.I.5-8#齿轮箱低速端后轴承垂直方向包络谱图〔2012-2-2320:25:27〕3结论根据以上分析，分析人员针对该机组的情况给某风场出具了相关诊断分析报告，说明机组齿轮箱高速轴轮齿存在损伤。2012年5月份经风场工作人员协调联系，召集风机整机厂家人员、齿轮箱厂家人员及诊断分析人员到达现场，对该机组齿轮箱进行现场查看检查。翻开高速轴观察孔后，发现齿轮箱高速轴轮齿已严重折断，与诊断结论完全吻合一致。同时及时防止了关联部件的二次损伤，具体情况如下：图7齿轮箱高速轴断齿图图7为该机组齿轮箱高速轴的实际情况。图中可明显看出，齿轮箱高速轴上的一个轮齿已经完全断裂。由于检修及时，高速轴上的断齿还未伤及关联部件，仔细观察与其啮合的齿轮箱低速轴，