双馈式风力发电机齿轮箱故障磁塞分析技术

摘要：随着风力发电等新能源在国内的快速发展，风力发电设备故障消缺难题日趋突出，设备一旦发生故障，漫长的备件运输时间将给生产和经济效益带来严重影响。通过对国产风机的常见故障总结与分析，本文主要针对双馈式风力发电机组的齿轮箱故障预警引入磁塞分析技术进行探讨研究。

关键词：风力发电机 齿轮箱 磁塞 分析

近年来，风力发电在国内快速发展，风电机组故障日益突出，双馈式风力发电机组是由叶轮经过齿轮箱增速后带动发电机旋转，从而将大扭矩低转速机械能转化为小扭矩高转速机械能，最后经发电机转化为电能。如何提早发现齿轮箱故障隐患、为调运备件、调配装载吊运器材赢得宝贵时间是风电自主运维的一项难题。目前用作机械故障诊断手段的油样分析技术有铁谱分析、光谱分析及磁塞等。本文主要推荐的是磁塞技术。

1 磁塞检测法的原理

磁塞检测法是在飞机、轮船和其他工业部门中长期采用的一种检测方法，其基本原理是将磁塞安装在系统中的管道内，用以收集悬浮在油中的铁磁性磨屑，然后用肉眼对所收集到的磨屑大小、数量和形貌进行观测与分析，以推断机器零部件的磨损状态，是一种简便易行的方法，很适合风电的工作环境特点。

磁塞由一个永久安装在系统中的主体和一个可拆卸的磁性探头组成。将磁塞安装在系统管道内，收集悬浮在油中的铁磁性磨屑，用肉眼对收集到的磨屑大小、数量和形貌进行观测、分析。

如图1所示，油以一定的油压夹带磨损残渣由切向进油口进入敏感器上部的储油器。储油器为倒圆锥形，能使回旋的油与它所夹带的残渣分离。后者在底部沉淀并通过底部的小孔进入敏感器内，附着在磁塞的端面上。当磁塞上附着的残渣达到一定数量时，由于磁通量的改变使控制电路动作，依靠磁塞上的凹轮槽的作用，使磁塞从敏感器旋出并报警。

2 磁塞在风力发电机中的应用

图2为双馈式风机齿轮箱冷却与油系统图，油经过了齿轮箱前端――油泵――滤芯――散热系统――返回齿轮箱尾部的循环过程，在齿轮箱内形成飞溅，齿轮箱内部零部件的磨损情况被此循环系统带出齿轮箱。所以，我们在油冷却系统的齿轮箱外循环管路中串入磁塞，将油中所携带的金属磨屑吸附下来进行目视分析，从而推测出齿轮箱内部情况，同时观察磨屑数量还能对齿轮箱滤芯的更换起到指导作用。注意磁塞检测适用于检测尺寸较大磨粒（≥100um），所以要将磁塞串接在齿轮箱滤芯的滤网进油口前，这样能够最大程度增大捕获磨屑的机会。

3 磁性磨屑的识别

磁性磨屑的识别是磁塞检测成败的关键步骤，也是一项复杂而艰巨的工作。运行中的油中微粒的主要来源是磨损和污染，磨屑的浓度和颗粒大小反应了齿轮磨损的严重程度；磨屑的大小和形貌反应了磨屑产生的原因；磨屑的成分反应了磨屑产生的部位，即零件磨损的部位。没有一成不变的经验，需要根据日常故障情况和运行环境的变化不断修正，最终形成不同风区环境、不同型号齿轮箱的病例表。下面介绍几种常见磁性磨屑的形貌特征，仅供参考。

①轴承磨屑：高度光亮的表面组织，带有暗淡的十字线和斑点痕迹，细粒状、淡灰色、闪烁发光。

②齿轮磨屑：

正常磨损：呈深灰色，小的细发丝状交织物通常成一团，当在磁性探头上时，呈现较厚实的状态。

胶接碎片：不规则形状，光泽的表面组织，带有小的凹痕，呈灰色。

故障碎片：不规则形状，长而撕裂，带有刻痕，外表面粗糙，无光泽。

4 结语

磁塞检测法对设备故障的早期预报性相对于铁谱和光谱分析较差，但其采样简单，可实现实时报警的优点却能为风电设备紧急消缺赢得准备时间。所以，如何将一些在成熟的生产检查技术与发展起步不久的风电设备检修维护结合起来，还需要我们去发现和尝试。风电检修维护过程中，长发生同类故障多发、微小故障频次集中出现、反复故障循环出现等常见故障，让维护消缺人员疲于应付，也叫做头痛医头、脚痛医脚。其实有很多风机故障，包括电气类故障是因为机械传动部件修复安装的不当、工况环境恶劣而缺乏养护造成的。而且绝大部分可以通过前期检测提前发现并做到有计划地消缺。由于风电机组台数太多、高空设备携带困难、大风和低温，地处偏远等恶劣工作环境，所以用简捷有效的手段让机械故障隐患的检查变成实时在线监测或随手检测，将能大大的提高风电机械部件隐患发现率，可以提早对风机部件的保养、调整、更换做出指导性作用。

参考文献：

[1]（美）J.S.mitchell著.机械故障的分析与监测[M].林明邦等译.机械工程出版社，1990.

[2]金元生编著.铁谱技术及在磨损研究中的应用[M].机械工业出版社，1991.

[3]张俊哲等著.无损检测技术及其应用[M].科学出版社，1993.

[4]《SL1500风力发电机组维护手册》，华锐风电科技有限公司，2007.