【摘要】：對(duì)國內(nèi)外風(fēng)電機(jī)組失效模式和可靠性研究進(jìn)展進(jìn)行分析,對(duì)風(fēng)電機(jī)組增速齒輪箱、軸承、發(fā)電機(jī)、葉片和潤滑系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件失效模式、失效原因及其檢測(cè)方法進(jìn)行歸納總結(jié);分析了風(fēng)電機(jī)組可靠性研究的常用方法和可靠性研究現(xiàn)狀,給出了提高風(fēng)電機(jī)組可靠性的研究重點(diǎn)、研究方法和措施。結(jié)合工程需求和研究現(xiàn)狀,對(duì)風(fēng)電機(jī)組可靠性研究趨勢(shì)進(jìn)行了分析,提出風(fēng)電機(jī)組智能健康管理技術(shù)路線,該技術(shù)對(duì)降低風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)成本和提高風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行安全性具有重要意義。
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圖片說明： 了可靠性研究現(xiàn)狀，并給出了風(fēng)電機(jī)組可靠性研究的發(fā)展趨勢(shì)和相應(yīng)的技術(shù)路線，以及有待進(jìn)一步研究的關(guān)鍵科學(xué)問題。１風(fēng)電機(jī)組基本結(jié)構(gòu)風(fēng)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的重要裝備。根據(jù)風(fēng)輪結(jié)構(gòu)及其在氣流中的位置，風(fēng)電機(jī)組主要有兩種類型：水平軸風(fēng)電機(jī)組（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌａｘｉｓｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ，，ＨＡＷＴ）和垂直軸風(fēng)電機(jī)組（ｖｅｒｔｉ－ｃａｌａｘｉｓｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ，ＶＡＷＴ）。研究表明，ＨＡＷＴ比ＶＡＷＴ可靠［４］，被廣泛運(yùn)用于各種機(jī)型，其典型結(jié)構(gòu)如圖１所示。依據(jù)風(fēng)電機(jī)組各部分在整個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中所起的作用和安裝位置，風(fēng)電機(jī)組可以被分成轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、齒輪箱系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、塔筒系統(tǒng)、其他機(jī)械系統(tǒng)和其他電子系統(tǒng)六大系統(tǒng)。圖１典型雙饋式風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)圖Ｆｉｇ．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｄｏｕｂｌｙ－ｆｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ現(xiàn)有風(fēng)機(jī)多采用交流多相發(fā)電機(jī)，包括鼠籠式感應(yīng)發(fā)電機(jī)（ｓｑｕｉｒｒｅｌｃａｇｅｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＳＣＩＧ）、繞線式感應(yīng)發(fā)電機(jī)（ｗｏｕｎｄｒｏｔｏｒｉｎｄｕｃ－ｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＷＲＩＧ）、雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)（ｄｏｕｂｌｙ－ｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＤＦＩＧ）、永磁式同步發(fā)電機(jī)（ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎ－ｅｒａｔｏｒ，ＰＭＳＧ）、電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙｅｘｃｉｔｅｄｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＥＥＳＧ）。不同制造商生產(chǎn)的同功率風(fēng)機(jī)選用的發(fā)電機(jī)類型不同，同一制造商生產(chǎn)的不同功率風(fēng)機(jī)采用的發(fā)電機(jī)也不同。海上風(fēng)電機(jī)組一
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圖片說明： ｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎ－ｅｒａｔｏｒ，ＰＭＳＧ）、電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙｅｘｃｉｔｅｄｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＥＥＳＧ）。不同制造商生產(chǎn)的同功率風(fēng)機(jī)選用的發(fā)電機(jī)類型不同，同一制造商生產(chǎn)的不同功率風(fēng)機(jī)采用的發(fā)電機(jī)也不同。海上風(fēng)電機(jī)組一般比陸上風(fēng)電機(jī)組容量大很多，葉片更長，多采用兩級(jí)行星一級(jí)平行軸的功率傳遞形式，比陸上風(fēng)電機(jī)組可靠性要求更嚴(yán)格。２風(fēng)電機(jī)組失效模式風(fēng)電機(jī)組的失效頻率與風(fēng)機(jī)類型、工作環(huán)境密切相關(guān)，圖２所示同一種風(fēng)機(jī)工作在海上和陸地時(shí)不同的失效率情況［５］�？梢钥闯鲫P(guān)鍵與重要（以下簡稱“關(guān)重”）零部件的失效率要高于其他零部件，而同種零部件工作在海上比在陸地上更易失效。圖２風(fēng)電機(jī)組零部件失效率Ｆｉｇ．２Ｆａｉｌｕｒｅｒａｔｅｓｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ對(duì)于風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)，齒輪箱、發(fā)電機(jī)、葉片等關(guān)重零部件的失效率較高。齒輪箱的失效主要由齒輪、軸承的失效引起；發(fā)電機(jī)失效主要由軸承失效所致。風(fēng)電機(jī)組關(guān)重零部件的失效模式、失效原因和檢測(cè)方法見表１［６］。２．１齒輪箱系統(tǒng)失效模式風(fēng)電齒輪箱中任何一個(gè)零部件的失效都會(huì)產(chǎn)生較高的維修費(fèi)用和因停機(jī)而帶來的巨大經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)于海上風(fēng)電機(jī)組表現(xiàn)得更加明顯。齒輪箱最常見的失效形式有軸承失效、齒輪疲勞、磨損、斷裂失效、潤滑不足等。圖３所示為齒輪箱軸承的三種失效模式，其中疲勞失效較常見。齒輪箱中連接前箱體、齒圈和中箱體的螺栓也時(shí)有失效，主要是因?yàn)榈退偌?jí)一般為斜齒輪，再加上隨機(jī)風(fēng)載作用，箱體承受較大軸向力，而這些力全部作用在均布的螺栓上，受力不均
【作者單位】： 重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;中船重工(重慶)海裝風(fēng)電設(shè)備有限公司;
【基金】：重慶市重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新專項(xiàng)(cstc2015zdcyztzx70012,cstc2015zdcy-ztzx70010) 重慶市研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目(CYB16024)
【分類號(hào)】：TM315

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