海上风电机组主要机械故障机理研究

赵朋伟

摘要：本文主要对海上风电机组的三种维修方案的優点和缺点进行分析，通过分析证明通过在线检测进行维修的方式更为经济。对如何处理风叶机片故障的机理进行分析，并建立数学模型进行分析，以供参考。

关键词：海上机组风电机组维修

1风电机组维修方案

风电场的维护方案主要三种：定期维护、停机维护、状态检测。其中定期维护就是在每个固定的时间段都要对风电机组进行检查和维护，这种维护是周期性的，周期时间要根据风电机组的寿命而定。其优点是：大大的降低停机率、有计划的进行维修、方便配件的补给。不足是，这种维修方案，只能到了维修的时间才能维修，如果在不是维修的时间风电机组出现故障或者疲劳，就会影响到风电机组的使用。对于海上风电机组来说，这种方式并不适合。

风电机组很少会进行停机检修，除非风电机组系统出现重大的故障，才会进行停机维修。这种维修方式的缺点是：风电机组产生重大故障所导致的风险很大，维修所需要的时间也很长；无法根据维修计划维修；配件供给会复杂一些，时间长。另外由于海上天气变幻莫测，很难对风电机组进行及时维修，导致停机时间延长，产生十分巨大的电力损失。所以这种方案对海上风电机组来说，也不是合适的维修方式。

状态检测就是对海上风电机组的运行状况进行实时监控，对设备发出的各种信号实时进行分析，根据分析的结果判定系统是出现故障，这种维修方式可以很好的确保设备在既定的疲劳和磨损范围内进行工作，一旦风电机组达到疲劳状态就会被更换。这种维修方式的优点是：风电机组的的各个部件得到最大化的利用，有效的降低停机率，有效的执行检修方案，配件的补给也十分方便。但其也存在缺点，对部件的剩余使用寿命需要确切的信息，对检修的软件和硬件要求也高。

下图为三种维修方案的对比：

2风电机组易损部件

容易受损的部件主要有：叶片、齿轮箱、发电机、传动机等。

在对海上机电组进行故障分析的时候，齿轮箱是首要，然后是发电机。海上机组机组多陆地机组根据海上的天气改造的，所以并不是完全适合海洋环境的机组。

3、故障原理

3.1风机叶片

3.1.1叶片表面粗糙度

在长时间的旋转之后，叶片表面会有积土和昆虫的尸体，进而变得粗糙；油漆干裂、结冰等增加叶片表面粗糙度。这会叶片的空气场造成破坏，减少电力输出，长时间来说，这种影响会越来越大。

3.12叶片不平衡。

由于旋转叶片不平衡会使叶轮产生震动，风机被破坏的几率会增加。下图为三叶片风机的简化图：

假设旋转速度为：ω，距中心r叶素的质量为m，那么离心力就是：

Fc=mac （1）

（2）

如果转速一样，在平衡条件下，三叶风片质量满足关系如下：

m1r1=m2r2=m3r3 FC1→FC2→FC3→FC1+FC2FC3 （3）

从（3）可知，当质量平衡的时候，每个叶片的离心力是相等的，矢量为0.如果mi和ri产生变化，i=1，2，3，，那风机叶轮的质量就会不平衡。导致这种情况发生的原因有多种，比如叶片被腐蚀等。另外，如果叶片内部产生松动，也会使质量失衡。

3.1.3空气动力场不对称

变桨距风机在安装产生误差使叶片攻角不同也会的失衡，也有可能会出现空气动力场不对称。误差和运行产生的力场不平衡也会使叶轮震动，增加风电机产生故障的概率。

3.2传动机构故障

导致起轴故障的原因有很多，主要有以下几种：负荷下工作、扭矩超负荷、材料出现问题、在运输的过程中被损坏等等。

这些因素产生的不平衡，可以用电涡流传感器检测，检测出轴心的轨迹，以及移动位置，出现这种故障的特征为频率为两倍频率。

3.3滚动轴承故障

如果风电机组的齿轮箱和发电机里有滚动轴承的时候，就一定要对滚动轴承这种经常会发生的故障进行分析，方便后期更好的处理这种故障和进行维护，下表是轴承常见故障列表，以及出现故障的原因和后果。

3.4齿轮故障

因为海上的气候和环境跟陆地有很大的差别，而海上风电机组多是根据陆地机组进行改变，因此风电机组的齿轮也是经常会出现故障的部件，导致齿轮装置经常会产生故障的原因如下表：

4结论

本文对海上风电机组主要机械故障的机理以及维修的方案进行了分析比较，通过分析比较证明采用状态检测的方式，可以有效的及时发现海上风电机组运行中产生的故障，并可以及时对这些故障进行维修，大大的降低了风电机组维护的费用，确保风电机组的安全运行，使海上风电机组检测、维修、运行更加的安全和经济。

参考文献：

[1]任腊春，张礼达.基于模糊理论的风力机故障诊断专家系统构建[J].机械科学与技术.2007（05）endprint