劉成

摘要：隨著風力發(fā)電等新能源在國內的快速發(fā)展，風力發(fā)電設備故障消缺難題日趨突出，設備一旦發(fā)生故障，漫長的備件運輸時間將給生產和經濟效益帶來嚴重影響。通過對國產風機的常見故障總結與分析，本文主要針對雙饋式風力發(fā)電機組的齒輪箱故障預警引入磁塞分析技術進行探討研究。

關鍵詞：風力發(fā)電機 齒輪箱 磁塞 分析

近年來，風力發(fā)電在國內快速發(fā)展，風電機組故障日益突出，雙饋式風力發(fā)電機組是由葉輪經過齒輪箱增速后帶動發(fā)電機旋轉，從而將大扭矩低轉速機械能轉化為小扭矩高轉速機械能，最后經發(fā)電機轉化為電能。如何提早發(fā)現(xiàn)齒輪箱故障隱患、為調運備件、調配裝載吊運器材贏得寶貴時間是風電自主運維的一項難題。目前用作機械故障診斷手段的油樣分析技術有鐵譜分析、光譜分析及磁塞等。本文主要推薦的是磁塞技術。

1 磁塞檢測法的原理

磁塞檢測法是在飛機、輪船和其他工業(yè)部門中長期采用的一種檢測方法，其基本原理是將磁塞安裝在潤滑系統(tǒng)中的管道內，用以收集懸浮在潤滑油中的鐵磁性磨屑，然后用肉眼對所收集到的磨屑大小、數(shù)量和形貌進行觀測與分析，以推斷機器零部件的磨損狀態(tài)，是一種簡便易行的方法，很適合風電的工作環(huán)境特點。

磁塞由一個永久安裝在潤滑系統(tǒng)中的主體和一個可拆卸的磁性探頭組成。將磁塞安裝在潤滑系統(tǒng)管道內，收集懸浮在潤滑油中的鐵磁性磨屑，用肉眼對收集到的磨屑大小、數(shù)量和形貌進行觀測、分析。

如圖1所示，潤滑油以一定的油壓夾帶磨損殘渣由切向進油口進入敏感器上部的儲油器。儲油器為倒圓錐形，能使回旋的潤滑油與它所夾帶的殘渣分離。后者在底部沉淀并通過底部的小孔進入敏感器內，附著在磁塞的端面上。當磁塞上附著的殘渣達到一定數(shù)量時，由于磁通量的改變使控制電路動作，依靠磁塞上的凹輪槽的作用，使磁塞從敏感器旋出并報警。

2 磁塞在風力發(fā)電機中的應用

圖2為雙饋式風機齒輪箱冷卻與潤滑油系統(tǒng)圖，潤滑油經過了齒輪箱前端——油泵——濾芯——散熱系統(tǒng)——返回齒輪箱尾部的循環(huán)過程，在齒輪箱內形成飛濺潤滑，齒輪箱內部零部件的磨損情況被此循環(huán)系統(tǒng)帶出齒輪箱。所以，我們在潤滑油冷卻系統(tǒng)的齒輪箱外循環(huán)管路中串入磁塞，將油中所攜帶的金屬磨屑吸附下來進行目視分析，從而推測出齒輪箱內部情況，同時觀察磨屑數(shù)量還能對齒輪箱濾芯的更換起到指導作用。注意磁塞檢測適用于檢測尺寸較大磨粒（≥100um），所以要將磁塞串接在齒輪箱濾芯的濾網進油口前，這樣能夠最大程度增大捕獲磨屑的機會。

3 磁性磨屑的識別

磁性磨屑的識別是磁塞檢測成敗的關鍵步驟，也是一項復雜而艱巨的工作。運行中的潤滑油中微粒的主要來源是磨損和污染，磨屑的濃度和顆粒大小反應了齒輪磨損的嚴重程度；磨屑的大小和形貌反應了磨屑產生的原因；磨屑的成分反應了磨屑產生的部位，即零件磨損的部位。沒有一成不變的經驗，需要根據日常故障情況和運行環(huán)境的變化不斷修正，最終形成不同風區(qū)環(huán)境、不同型號齒輪箱的病例表。下面介紹幾種常見磁性磨屑的形貌特征，僅供參考。

①軸承磨屑：高度光亮的表面組織，帶有暗淡的十字線和斑點痕跡，細粒狀、淡灰色、閃爍發(fā)光。

②齒輪磨屑：

正常磨損：呈深灰色，小的細發(fā)絲狀交織物通常成一團，當在磁性探頭上時，呈現(xiàn)較厚實的狀態(tài)。

膠接碎片：不規(guī)則形狀，光澤的表面組織，帶有小的凹痕，呈灰色。

故障碎片：不規(guī)則形狀，長而撕裂，帶有刻痕，外表面粗糙，無光澤。

4 結語

磁塞檢測法對設備故障的早期預報性相對于鐵譜和光譜分析較差，但其采樣簡單，可實現(xiàn)實時報警的優(yōu)點卻能為風電設備緊急消缺贏得準備時間。所以，如何將一些在成熟的生產檢查技術與發(fā)展起步不久的風電設備檢修維護結合起來，還需要我們去發(fā)現(xiàn)和嘗試。風電檢修維護過程中，長發(fā)生同類故障多發(fā)、微小故障頻次集中出現(xiàn)、反復故障循環(huán)出現(xiàn)等常見故障，讓維護消缺人員疲于應付，也叫做頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳。其實有很多風機故障，包括電氣類故障是因為機械傳動部件修復安裝的不當、工況環(huán)境惡劣而缺乏養(yǎng)護造成的。而且絕大部分可以通過前期檢測提前發(fā)現(xiàn)并做到有計劃地消缺。由于風電機組臺數(shù)太多、高空設備攜帶困難、大風和低溫，地處偏遠等惡劣工作環(huán)境，所以用簡捷有效的手段讓機械故障隱患的檢查變成實時在線監(jiān)測或隨手檢測，將能大大的提高風電機械部件隱患發(fā)現(xiàn)率，可以提早對風機部件的保養(yǎng)、調整、更換做出指導性作用。

參考文獻：

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[3]張俊哲等著.無損檢測技術及其應用[M].科學出版社，1993.

[4]《SL1500風力發(fā)電機組維護手冊》，華銳風電科技有限公司，2007.