【摘要】齿轮箱运行的稳定对于保证风力发电系统的正常运行有着重要的作用，要想保证齿轮箱运行的稳定，对其故障的诊断至关重要。只有通过合理的故障诊断，才能够判断出齿轮箱的故障部位、故障程度，才能够采取针对性的预防措施和维修措施，从而有效降低故障损失。本文从风力发电机组齿轮箱故障诊断的必要性入手，研究了风力发电机组齿轮箱故障的机理以及相关诊断方法和技术的选择，最后分析了几种主要的齿轮箱故障诊断技术，旨在为风力发电机组齿轮箱故障诊断的相关研究提供参考。
【关键词】风力发电机组；齿轮箱；故障诊断
【中图分类号】TM614【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2016）06-0196-02
前言
能源问题是当今社会发展的重要问题，风能是清洁能源，风能的开发和利用逐渐受到重视，齿轮箱是风力发电机组中的重要传动设备，其运行的稳定对于保证风力发电机组的正常运行至关重要。基于以上，本文简要分析了风力发电机组中齿轮箱故障的诊断。
1风力发电机组齿轮箱故障诊断的必要性
齿轮箱是风力发电组中的重要传动设备，其能够将风力作用转化为发电机发电的动力，齿轮箱有着体积大、质量大、结构复杂的特点，这就使得其在运行的过程中易出现故障，从而影响风力发电机组的运行。近年来，因齿轮箱故障而引起风力发电机组停运的事件屡见不鲜，齿轮箱的故障会造成巨大的电力损失，同时提升了工作人员的工作量，这就需要对风力发电机组齿轮箱故障进行有效的诊断[1]。就目前来看，人工巡检和定期维护是风力发电机组齿轮箱故障检测的主要方式，但这种方式有着一定的滞后性，诊断的准确性难以得到保证，企业工作人员往往在齿轮箱出现故障而导致机组无法运转的情况下才进行诊断，这种诊断属于事后诊断，齿轮箱结构复杂，零部件成本较高，事后诊断不仅延误了机组运行且经济损失严重，这就需要对齿轮箱进行在线监测和故障诊断，只有这样才能够及时发现并预防齿轮箱故障的产生，从而将损失降低到最低。
2齿轮箱的故障机理以及相关诊断技术的选择
齿轮箱的故障诊断对于保证风力发电机组的正常运行有着重要的意义，要想实现有效的诊断，保证诊断的准确性和及时性，就要合理的选择诊断技术，并了解齿轮箱的主要故障机理。
2.1基于振动系统的故障诊断
齿轮箱中的主要结构相当于一个振动系统，从振动形式上来说，可以将齿轮箱的振动分为两种：①常规振动：常规振动中，齿轮箱的故障以及齿轮的误差并不会对振动产生影响；②非常规振动：在齿轮箱的非常规振动中，齿轮箱的故障以及误差会对振动产生影响，这种影响和齿轮箱的故障函数与综合刚度相关。齿轮正常状态和故障状态会产生两种振动水平差异明显的振动，这种振动水平的差异性会在频谱上反映出来，不同齿轮箱的故障所产生的振动频率也不尽相同，振动信号啮合频率分量也有差异，可以以此为依据进行齿轮箱的故障诊断。此外，不同齿轮振动产生的振动信号和噪声信号也不相同，可以以此为信息载体进行齿轮箱故障的精密诊断，可以选择基于信号处理的故障诊断技术，例如时域分析技术、频域分析技术等，但需要注意的是，时域分析技术会受到各种环境因素的影响，因此产生的波形情况较为复杂，这就给故障原因的分析带来了一定的难度，而频谱分析技术则不会出现这种问题，在下文中会主要介绍齿轮箱的故障诊断技术[2]。
2.2基于振动幅值调制的故障诊断
齿轮箱荷载的波动和变化会使其振动幅值出现变化，这就造成了幅值调制，因此可以根据幅值调制进行齿轮箱的故障诊断，在诊断的过程中需要对齿轮信号进行分析，其中齿轮轴的旋转频率信号属于调制波的频率信号，而啮合频率信号属于载波的频率信号。具体来说，齿轮荷载发生变化使得齿轮转速出现波动，体现在振动上就是频率的调制，齿轮在出现故障之后会出现频率调制，调制的结果会在频谱上反映，即出现边频信号。以齿轮副故障为例，如果齿轮副出现初期磨损，则在频谱上会出现与之相对应的特征频率，此时就可以选择频率测试仪来进行检测，从而确定齿轮副的具体工作状态，判断是否发生故障以及发生故障的类型和原因。
2.3基于振动频谱的故障诊断
齿轮在振动的过程中会产生振动频谱，在振动频谱中有着丰富的信息，齿轮箱故障对于振动的影响方式十分复杂，但这种影响也是有着一定规律的，即不同的故障会产生不同的齿轮振动频率，且呈现出不同的振动特征，这种特征会在相应的振动频谱线上有所展示，会产生一定的谱线变化，但是这种变化在频谱上的辨认相对困难。因此可以采取在线监测的方式，在齿轮箱正常运行的情况下可以采集一个振动频谱作为基准频谱，并对齿轮箱的整个运行进行在线监测，通过齿轮箱运行过程中与基准频谱之间的比较来完成齿轮箱故障的诊断与监测。
3几种主要的齿轮箱故障诊断技术分析
3.1齿轮箱的常见故障
①齿轮箱润滑方面的故障，润滑故障使得齿轮箱的轴承和齿面出现损坏，造成润滑故障的原因主要有环境温度较低导致润滑剂凝固无法流动到润滑部位，润滑剂的散热不好以及齿轮箱中的滤芯堵塞使得润滑剂失效等；②齿轮箱在设计上存在问题而引发的故障，我国风力发电机组齿轮箱的制造基本是仿制的，在参数精度等方面还存在问题，从而导致齿轮箱的设计故障[3]；③齿轮箱的振动故障，齿轮箱的运行伴随着振动，因此振动故障比较常见，例如齿轮箱部件共振引起的故障，振动剧烈一起的齿轮断裂、偏移故障等。
3.2齿轮箱的主要故障诊断技术分析
3.2.1时域分析技术时域分析技术指的是对齿轮箱的振动波形进行分析，信号分析法是时域分析技术中的主要方法，其能够对齿轮箱故障信号的不同特征进行识别，并以时域指标为基础对故障信号进行定性分析，从而判断齿轮箱相关设备是否工作正常。时域分析技术主要的统计包括对概率密度的统计和对幅域的统计，用到的主要参数有最大最小值、平均值、方差等。3.2.2频域分析技术在上文中我们简单提到了时域分析技术和频域分析技术，时域分析技术受到环境因素的影响较大，因此对于故障原因的分析比较困难，而频域分析技术则可以克服这个缺陷。齿轮箱的故障会引起振动信号频率出现变化，通过对振动信号频率的分析可以判断故障的部位及故障程度，这就是频域分析技术[4]。具体来说，频域分析技术能够将振动的时间波形通过傅里叶变换进行分解，将复杂的波形分解为单一的谐波分量，这就降低了分析难度，在获取相位信息及频率幅值之后就可以定性分析振动信号，从而对齿轮箱的故障进行判断，同时能够判断出故障的具体原因。
4结论
综上所述，齿轮箱故障会影响到整个风力发电机组的运行，从而造成重大损失，这就需要对齿轮箱故障进行有效的诊断。本文简要分析了齿轮箱故障诊断的必要性以及故障诊断原理，并介绍了两种主要的齿轮箱故障诊断技术，旨在为提升风力发电机齿轮箱故障诊断的准确性和及时性做出贡献，从而促进风力发电事业的发展。
参考文献
[1]严如强，钱宇宁，胡世杰，高晓旸.基于小波域平稳子空间分析的风力发电机齿轮箱故障诊断[J].机械工程学报，2014，11：9~16.
[2]陈文涛，谢志江，陈平.风力发电机组齿轮箱故障监测与诊断[J].机床与液压，2012，03：167~169.
[3]路宏，王文婷.风力发电机组齿轮箱的结构海南职称研究及故障分析[J].内蒙古石油化工，2011，22：16~18.
[4]杨明莉，刘三明，张卫，刘琦.基于振动分析的风力机齿轮箱故障诊断[J].电机与控制应用，2015，01：66~71.
作者：王志远 单位：东方电气（酒泉）新能源有限公司
