典型风力发电机机械故障的振动分析与诊断

1.典型风力发电机机械故障

（1）联轴器对中故障。

（2）滚动轴承故障。

（3）齿轮啮合故障。

（4）转子叶片故障。

（5）转子平衡故障。

（6）基础或箱体刚性故障。

（7）共振。

（8）润滑故障。

（9）发电机特有的电磁类故障。

（10）转子轴弯曲及裂纹故障。

2.常见故障及原因风险分析

（1）轴承故障。

轴承是旋转机械中最常用部件之一，也是容易产生故障的部件。40%的故障与轴承脏污和润滑有关；30%的故障与安装有关；20%的故障与过载或制造质量有关。

故障原因是制造缺陷、安装不当、磨损等。轴承故障为最常见故障，隐患为加大机组振动，轴承寿命降低造成其他相关正常部件寿命终止（如正常运行机械密封由于轴承更换而被迫报废）；损伤常具有隐蔽性、突发性，甚至造成抱轴卡死故障，如图9-16所示。

图916　轴承故障示例照片

（a）制造缺陷；（b）安装不当；（c）磨损

（2）齿轮箱故障。

1）齿断裂，故障比例为41%；

图917　齿轮箱内部齿轮啮合示意

2）齿面疲劳（点蚀、剥落等），失效比例为31%；

3）齿面划痕，失效比例为10%；

4）齿面磨损比例为10%；

5）其他故障，如齿面龟裂、化蚀、塑性变形等。

故障原因为制造缺陷、安装不当、磨损。齿轮箱故障为常见故障，隐患为加大机组振动，轴承寿命降低，损伤常具有隐蔽性、突发性、如图917所示。

（3）发电机故障。

发电机故障主要有转子故障、定子故障、机械故障、电气故障。

故障原因为制造缺陷、安装不当、磨损、绝缘等。发电机故障为常见故障，隐患为加大发电机振动，轴承寿命降低，甚至导致发电机烧毁。

（4）联轴器不对中。

两个相连接的机器轴线不平行或不重合，一个或多个轴承安装倾斜或偏心，即为不对中。

造成不对中的原因可以是装配不当、调整不够、基础损坏、热胀或联轴节锁死等。联轴器不对中为常见故障，隐患为加大机组振动，造成轴承和机械密封损伤，甚至造成联轴器螺栓断裂，引发灾难性事故，如图918、图919所示。

图918　联轴器不对中（一）

图919　联轴器不对中（二）

（5）转子不平衡。

不平衡是转子质量分布不均匀造成的。不平衡的那部分质量在转动中会产生离心力，离心力随着不平衡质量的旋转而引起振动。

转子不平衡的原因有：(https://www.xing528.com)

1）制造时几何尺寸不同心或质量分布不均匀。

2）安装中斜键或轴颈不同心。

3）轴水平安放过久或受热不均匀，造成临时或永久变形。

4）离心机类机械工作时，物料填充不均匀。

5）工作介质中的杂质在转子表面沉积。

6）零部件配合过松。

7）动平衡方法不当（高转速、低转速）。

8）原有平衡配重脱落。

转子不平衡为常见故障，隐患为加大机组振动，导致其他部件连锁损伤。特别是需要通过仪器测量，与基础松动、转轴弯曲、角度不对中加以区分。

（6）基础松动。设备固定地脚螺栓断裂或松动，甚至支撑结构裂纹造成基础支撑刚性下降。

故障原因是螺栓断裂或松动、基础找平斜铁脱落、钢制制成框架焊口开裂、找正垫片脱落等。基础松动为常见故障，隐患为导致机组振动急剧加大，改变系统固有频率可能引发系统共振，造成机组结构性损伤。

图920～图933是一些具体实例。

图920　风电齿轮箱轴承内环故障（解调）

图921　风电发电机轴承内环故障

图922　风电齿轮箱齿轮齿面磨损故障

图923　风电齿轮箱输出轴对中故障

图924　齿轮箱轴承超早期故障（解调）

图925　风力发电机组主轴轴承故障

图926　风电主轴故障垂直加速度波形

图927　风电主轴故障轴向加速度波形

图928　风电主轴故障轴承内断裂物

图929　风电主轴故障滚道损伤照片

图930　发电机输入端水平测点局部解调频谱

图931　发电机输入端水平测点加速波形

图932　发电机输入端水平测点全部解调频谱

图933　风力发电机组齿轮箱轴承故障