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- 案例0 叶轮不平衡故障
- 1. 现象描述：
- 某风电机组为siemens gamesa sg 3.4-132型号，额定功率为3.4 mw，采用三叶片风轮，风轮直径132米。机组的主要部件包括：叶轮（3叶片设计）、主轴（包含低速轴和高速轴）、齿轮箱（包括行星轮和两级齿轮系统）以及发电机（包括输入轴）。在风速约为9 m/s时，机组处于正常运行工况，叶轮转速为18 rpm，主轴转速为1.8 rpm，负载接近额定值。机舱温度保持在25°c左右，叶根温度稳定在30°c。振动监测系统采集到的数据显示，垂直径向（y轴）振动幅值为1.6 mm/s，水平径向（x轴）振动幅值为0.4 mm/s，轴向（z轴）振动幅值为0.5 mm/s。在频谱分析中，基频（叶轮转速）为0.3 hz，而2倍转速频率（0.6 hz）在垂直方向的振动幅值显著增加，尤其是在叶根区域的振动较为强烈。
- 2. 诊断过程：
- 为了进一步确认叶片是否存在不平衡故障，运用了振动监测系统的时域分析和频谱分析功能。在频谱图中，z轴（轴向）方向的主频峰值出现在0.3 hz，且在0.6 hz（2倍转速频率）处出现了明显的振动增幅，这与叶片不平衡故障的特征一致。同时，振动幅度在y轴方向（垂直径向）出现了异常增高，说明振动的来源可能主要来自于叶轮的不平衡。为了排除齿轮箱和发电机的故障，检查了低速轴、高速轴以及行星轮的振动频率，未发现明显的异常成分，这进一步支持了叶片不平衡的诊断。
- 3. 诊断结论：
- 根据频谱分析结果，结合振动幅值和频率特征，确认该风电机组的叶片存在不平衡故障。主要表现为：1) 在垂直径向（y轴）方向出现明显的2倍转速频率峰值；2) 振动幅值在z轴（轴向）方向较高，但在x轴方向较为平稳；3) 未发现齿轮箱或发电机相关部件的异常振动特征。综合来看，故障很可能是由于叶片质量不均匀或外部因素（如积尘、结冰、腐蚀）引起的叶片不平衡，导致振动加剧。
- 4. 排查建议：
- 为了彻底解决叶片不平衡问题，建议采取以下排查和修复措施：1) 实地检查叶片，检查是否存在破损、裂纹或积尘、结冰等外部因素影响，确保叶片的对称性；2) 动平衡测试，通过专业设备对叶片进行动平衡调整，减轻不平衡造成的振动；3) 进一步监测，在调整后继续监测机组的振动数据，尤其是垂直径向和轴向方向的振动，确保问题得到解决；4) 定期检查主轴轴承和齿轮箱的振动，排除其他潜在的故障源。通过这些措施，可以有效地缓解叶片不平衡对机组运行的影响，提高风电机组的可靠性和发电效率。
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- 案例1 主轴不对中故障
- 1. 现象描述：
- 某SG 4.2-148型机组，额定功率4.2MW，齿轮箱为三级传动结构。在10m/s风速下运行时，主轴轴向振动值持续升高。轴向（z轴）振动幅值达2.8mm/s，水平径向（x轴）1.2mm/s，频谱显示2倍转速频率（0.8Hz）处出现显著峰值。齿轮箱输入轴温度异常升至68°C，联轴器区域可闻周期性异响。
- 2. 诊断过程：
- 通过相位分析发现x-z轴振动相位差接近180°，振动波形呈现明显"香蕉形"特征。使用激光对中仪检测发现轴向偏差达0.35mm，角向偏差0.2mm/100mm。齿轮箱振动频谱中未发现啮合频率成分，排除齿轮故障可能。
- 3. 诊断结论：
- 主轴系统存在复合型不对中故障，特征包括：1)轴向振动2倍频突出 2)相位差符合不对中特征 3)联轴器温度异常。主要原因为基础沉降导致对中状态劣化。
- 4. 排查建议：
- 1) 执行激光对中校正 2) 检查弹性联轴器磨损情况 3) 加强基础沉降监测 4) 校正后持续监测振动趋势
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- 案例2 齿轮箱高速轴磨损故障
- 1. 现象描述：
- SG 5.0-170机组在满发状态下，齿轮箱油温异常升至85°C（正常<75°C）。振动监测显示高速轴（输出轴1800rpm）径向振动达7.5mm/s，频谱中啮合频率（450Hz）两侧出现边带，间隔频率30Hz（对应高速轴转频）。油液检测发现铜元素含量超标（82ppm）。
- 2. 诊断过程：
- 时域波形呈现周期性冲击特征，包络分析显示冲击间隔与高速轴旋转周期一致。使用内窥镜检查发现高速轴轴承滚道存在剥落，齿轮啮合面可见均匀磨损痕迹。行星轮系振动特征正常，排除行星轮故障。
- 3. 诊断结论：
- 高速轴轴承磨损引发齿轮异常啮合，特征包括：1)啮合频率边带现象 2)油液金属颗粒超标 3)温度异常升高。磨损原因与润滑不良有关。
- 4. 排查建议：
- 1) 更换高速轴轴承组件 2) 清洗润滑系统并更换油品 3) 加装在线油液监测 4) 调整齿轮侧隙
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- 案例3 齿轮箱断齿故障
- 1. 现象描述：
- 某SG 6.0-170机组在启停过程中出现剧烈振动，齿轮箱振动值瞬间冲高至12mm/s。频谱分析显示中速级啮合频率（187Hz）处出现明显共振峰，伴随转频（3.5Hz）边带。声发射检测到高频冲击信号，油滤发现金属碎片。
- 2. 诊断过程：
- 时域信号呈现周期性冲击衰减波形，冲击周期对应断齿齿轮的旋转周期。相位锁定分析确认故障源位于二级平行轴齿轮副。开箱检查发现中速级大齿轮存在3个连续断齿，断口呈现疲劳断裂特征。
- 3. 诊断结论：
- 齿轮箱二级传动齿轮发生断齿故障，特征包括：1)啮合频率共振峰 2)周期性冲击衰减波形 3)金属碎屑产生。根本原因为齿根应力集中导致疲劳断裂。
- 4. 排查建议：
- 1) 更换受损齿轮副 2) 进行齿面渗碳强化处理 3) 优化启停控制逻辑 4) 加装齿轮应力监测系统
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