1、风力发电故障分析谢吉堂2目录 风力发电背景 风力发电故障分析意义 风力发电机组结构 风力发电机组常见故障分析 小结3风力发电背景 煤炭、石油和天然气三大化石能源日渐枯竭，并对生态环境造成了严重的污染。 风能是清洁的，可再生的能源。 地球风能资源比较丰富。4人类可使用的新能源核能 太阳能 地热能潮汐能 可燃冰 氢能5风能作为可再生能源重要一员，倍受关注。6 因为风力发电机组通常处于野外，环境条件恶劣，容易出现故障，维修起来耗费大量人力物力，因此对风机的可靠性越来越高，对风力发电机组常见故障机理进行分析研究显得尤为重要，这对保证风力发电机组安全运行，预防故障发生，减少故障发生率，提高风力发电机组运
2、行的可靠性有重大的实际意义。风力发电故障分析意义7 风力发电机组的结构81.风轮：主要由叶片和轮毂组成的。风轮一般由3个叶片组成，因为它运行平稳，能输出稳定的转矩。轮毂是用来连接叶片与轮毂的固定部件，它将来自叶片的载荷传递到风轮的支撑结构上。风轮的作用是捕捉和吸收风能，由风轮轴将能量传送到传动装置。92.传动装置：一般是齿轮箱，经过增速后，获得较高的转速传递给发电机。3.发电机：是风力发电系统的做功装置，将机械能转变为电能。4.偏航机构：保证在风向改变的时候，使风轮正对风向来获得最佳的风能利用。现在大型风机一般通过风向标测定风向，通过驱动伺服电机来调向。105.调速机构：定桨距机组是利用桨叶的
3、自身失速特性来限制发电机组的功率输出；变桨距机组是根据风速的变化相应的改变桨叶的节距角，通过变距系统优化气流对叶片的攻角，维持输出功率的相对稳定。6.塔架：支撑发电机组机舱。11变桨距风电机组原理图 12风电机组常见故障分析 风电机组主要故障包括叶片故障、齿轮箱传动故障、发电机故障、变桨机构故障等。 本文着重对叶片故障和齿轮箱故障进行分析研究。13叶片故障叶片常见的故障模式有断裂、开裂、砂眼、雷击等。开裂 雷击断裂 砂眼 14叶片断裂15 叶片断裂主要是由于振动引起的。 叶片在气动力、重力和离心力的作用下，振动形式来自三个方向：平行于叶面方向的振动（叶片弯曲偏摆）；垂直于叶面方向的振动（叶片拍
4、击）和平行于叶片弦线方向的振动（叶片扭曲变形）。 叶片弯曲偏摆是造成叶片断裂的主要原因。叶片断裂16 这是由于叶片弯曲偏摆振动的激振力的频率接近于叶片的固有频率，如果这两个频率的差值在一定范围内，叶片就会产生共振现象，当激振力频率越接近叶片的固有频率，共振就越激烈，振幅就越大，造成的叶片变形也就越明显，当这个振动超出了叶片自身承受能力的时候，就造成了叶片的断裂。叶片断裂17 避免发生共振，减少叶片振动时的振幅，能够有效解决叶片的断裂问题。 方法：可以采用阻尼比较大的材料，或者采用变桨叶片。 此外，台风等恶劣天气也会造成叶片断裂，机组损坏。叶片断裂18开裂 叶片运转一定年限后，叶片树脂胶衣逐渐被
5、风沙抽磨，原始叶片的内粘合受到粘合面积不匀，受力点不均，风力机的每次弯曲、扭曲、自振都有可能造成叶片的内粘合处自然开裂。尤其是叶片的迎风面叶脊处，是风力机叶片受损最为严重的部位，自然开裂率最高。发电机组长期运转，叶片有可能发生折断，造成事故。19砂眼 风电机组叶片出现砂眼，是由于叶片表面失去保护层引起的。叶片表面的胶衣层破损后，叶片在风沙的侵蚀下出现麻面，麻面是细小的砂眼，砂眼生成后，砂眼的演变速度会越来越快，通腔砂眼在雨季造成叶片内进水，湿度加大，防雷指数降低，雷击叶片事故出现。 要避免叶片开裂和砂眼，就要加强日常维护，及时发现，出现开裂砂眼倾向，及时进行修补。20雷击 风电机组叶片遭遇雷击
6、，较大可能是叶片内进水造成的，主要因为叶片胶衣被磨光失去保护层导致进水。所以为了防止叶片雷击，叶片表面必须加保护层，同时加强日常维护。21齿轮箱故障风力发电机齿轮箱偏航驱动电机及齿轮箱变桨驱动电机及齿轮箱22风力发电机齿轮箱内外部构造23齿轮箱故障 行星齿轮增速是风力发电机增速箱的主要传动方式 ，传动比大，一般为80100,传递的功率可达MW级，传递负载大，因此容易发生故障。 齿轮箱系统一般包括齿轮、轴承、轴和箱体组成，按齿轮箱内部构件可以将齿轮箱故障分为齿轮故障、轴承和轴故障。24齿轮故障 风力发电机在运行过程中齿轮持续旋转，一直经受交变载荷的作用，受到振动、润滑、油温等因素的影响，齿轮往往
7、会发生各种不同类型的故障，其中最为常见的有以下几种:25 齿轮点蚀 点蚀是闭式齿轮传动中最常见的故障。在摩擦力和接触应力和润滑剂的共同作用下，齿轮表层可能产生一些细小裂纹，细纹的逐步发展会演变成齿轮表面的小面积脱落，形成称为点蚀的凹坑表面缺陷。点蚀的进一步发展，会产生噪音和振动，干扰风电机组的运行，甚至将导致其无法正常工作。齿轮故障26 齿面磨损 在齿轮的运行过程中，金属、沙砾等微粒可能会夹杂在啮合齿轮的接触面，这将导致齿面的磨损，微粒的硬度大或是齿面润滑不良都将加重及加速齿面磨损网。另外，叶片所受的不规则冲击将转变为对齿轮的冲击载荷，这也是齿轮磨损的原因。齿轮故障27 胶合 在众多故障类型中
8、，胶合是一种相对较严重的故障类型，它一般出现在齿顶或齿根等速度较高的部位。风电机组齿轮箱是高速重载的传动系，齿轮速度高、齿面压力大，齿面啮合是会产生大量热量。散热不良或润滑不良会导致齿轮表面温度过高，齿面之间会有粘焊现象发生，导致齿面划痕的产生，严重时将导致齿面剥离，引起齿轮的胶合。齿轮故障28 断齿 由于野外风速不稳定，齿轮容易受到冲击载荷作用，冲击载荷不仅是齿面磨损的原因，它也可能导致齿轮折断。冲击载荷会使齿轮根部受弯曲应力，应力超过极限会使齿轮产生疲劳裂纹，裂纹的逐步扩展将最终导致断齿的发生。齿轮故障29轴承常见故障风力发电机组齿轮箱风力发电机组齿轮箱使用的各种型号轴承使用的各种型号轴承
9、30 滚动轴承是机电设备中应用最广泛的机械部件，在风力发电机组工作过程中，轴承长期受重载和交变载荷的影响，不管是低速轴的轴承，还是高速轴的轴承，在交变冲击的作用下可能产生各种损坏。同时滚动轴承在运转过程常因装配不当、润滑不良、水分和异物浸入、腐蚀性液体等各种原因引起损坏。 滚动轴承故障形式主要有以下几个方面:轴承常见故障31 轴承疲劳剥落 轴承滚动体和内、外圈在交变冲击载荷作用下，产生周期变化接触应力。长时间的运行，在接触表面处形成的裂纹逐渐发展，最终使接触面表层金属片剥落下来，在滚动体或内、外圈滚道工作面逐步扩大形成凹坑，产生疲劳剥落。轴承常见故障32 轴承磨损 磨损是由于滚动轴承密封不好等
10、原因，使得周围杂物侵入滚道或滚动体，在滚动轴承的各元件间形成相对滑动，而引起表面的磨损的情况。机组运行时间的增长导致磨损量不断增大，轴承表面变得粗糙，进而加剧磨损，使得各部件游隙变大，大大降低了机组运行精度，导致机组振动和噪声的增大。轴承常见故障33 轴承裂纹和断裂 材料缺陷和高温处理不当、润滑不良、交变载荷、重载荷或疲劳等都会引起轴承破裂。 压痕故障 坚硬物体进入滚动轴承内部，在长期运行过程中压在滚动体与滚道之间进行摩擦或挤压，使滚动表面形成压痕。甚至在产生过大的冲击负荷时会使接触表面产生局部塑性变形而形成凹坑。轴承常见故障34 齿轮箱轴的不平衡短期不会对机械运行产生影响，但是设备的长期运行，会使不平衡现象变得严重，从而导致故障发生。轴可能出现不平衡、不对中和轴弯曲这几种典型的故障。能导致轴不平衡的原因有很多，质量偏心引起的离心力和力矩或部件的缺陷都包括其中。轴不对中可能由于安装不当或长期运行而引起，主要出现在齿轮箱及其与其他部件相连接的部位。风电机组的长期运行也容易导致轴的弯曲。轴故障35 本文介绍了水平风力发电机组的基本构造，风力发电机叶片，齿轮箱齿轮、轴承和轴的几种主要故障形式。风力发电机由许多不同类型的零件组成，不同原因能够引起不同部位的不同故障，要根据具体问题具体分析，了解故障，分析故障并解决它，才能有效的减少风电机组的故障发生率，确保风力发电机组的正常运行。小结
