基于多技術(shù)融合的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷研究：方法、案例與展望一、引言1.1研究背景與意義在全球積極推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的大背景下，風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔、可再生的能源，在能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)著愈發(fā)重要的地位。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步與成本的逐步降低，風(fēng)力發(fā)電在許多國(guó)家和地區(qū)的能源供應(yīng)中所占的比例持續(xù)攀升。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2023年底，全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量已突破1000GW大關(guān)，眾多國(guó)家紛紛制定宏偉的風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)，加大對(duì)風(fēng)電項(xiàng)目的投資和建設(shè)力度。中國(guó)作為風(fēng)電大國(guó)，2023年我國(guó)風(fēng)力發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到44134萬千瓦，新增裝機(jī)容量再創(chuàng)新高，達(dá)到了7590萬千瓦，在風(fēng)電領(lǐng)域取得了舉世矚目的成就。風(fēng)力發(fā)電不僅有助于緩解傳統(tǒng)化石能源日益枯竭的問題，還能顯著減少溫室氣體排放，對(duì)于實(shí)現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)和應(yīng)對(duì)氣候變化具有不可替代的作用。風(fēng)電機(jī)組作為將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的核心設(shè)備，其傳動(dòng)鏈軸承是確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵部件之一。傳動(dòng)鏈軸承廣泛應(yīng)用于主軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、偏航和變槳等多個(gè)子系統(tǒng)中，承擔(dān)著支撐軸及軸上零件、傳遞力和運(yùn)動(dòng)的重要職責(zé)，確保軸的空間位置和旋轉(zhuǎn)精度，并有效減小軸與支承之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦和磨損。以主軸軸承為例，它需要承受葉輪主軸的巨大載荷以及因軸長(zhǎng)易產(chǎn)生的變形，大多數(shù)葉輪主軸由2套調(diào)心滾子軸承支承，以保證主軸的調(diào)心性能，確保葉輪和發(fā)電機(jī)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。齒輪箱軸承則需要支撐和引導(dǎo)齒輪，傳遞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)葉輪轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的匹配，由于齒輪箱中行星架的存在，其軸承數(shù)量及種類較多，包含深溝球軸承、圓柱滾子軸承、雙列調(diào)心滾子軸承等，且需承受復(fù)雜的徑向、軸向和沖擊載荷，對(duì)保證齒輪傳動(dòng)效率和可靠性起著關(guān)鍵作用。然而，風(fēng)電機(jī)組通常運(yùn)行在惡劣的自然環(huán)境中，如高溫、高濕、強(qiáng)風(fēng)、沙塵等，且承受著復(fù)雜的交變載荷，風(fēng)電傳動(dòng)系統(tǒng)中的滾動(dòng)軸承面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)，故障頻發(fā)。據(jù)相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)，軸承故障在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)故障中占比高達(dá)30%-50%，是導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組停機(jī)和維修的主要原因之一。一旦傳動(dòng)鏈軸承出現(xiàn)故障，不僅會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組停機(jī)，降低發(fā)電效率，還可能引發(fā)一系列嚴(yán)重的后果。一方面，故障可能導(dǎo)致設(shè)備損壞，增加維修成本和更換零部件的費(fèi)用；另一方面，頻繁的停機(jī)維修會(huì)使風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量大幅減少，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)估算，一次嚴(yán)重的軸承故障可能導(dǎo)致數(shù)十萬元甚至上百萬元的直接經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還會(huì)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)效益和可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的負(fù)面影響。此外，風(fēng)電機(jī)組通常安裝在偏遠(yuǎn)地區(qū)，維修難度大、成本高，進(jìn)一步加劇了故障帶來的損失。因此，開展風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷研究具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過有效的故障診斷技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)鏈軸承運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患，提前采取相應(yīng)的維護(hù)措施，避免故障的發(fā)生或惡化，從而提高風(fēng)電機(jī)組的可靠性和穩(wěn)定性，降低維修成本，保障風(fēng)力發(fā)電的持續(xù)、高效運(yùn)行。這不僅有助于提高風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，還能促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，為全球能源轉(zhuǎn)型做出積極貢獻(xiàn)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷技術(shù)一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員關(guān)注的焦點(diǎn)，經(jīng)過多年的研究與實(shí)踐，取得了一系列的成果。在國(guó)外，早期的研究主要集中在基于振動(dòng)分析的故障診斷方法上。[具體文獻(xiàn)1]通過對(duì)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承振動(dòng)信號(hào)的采集與分析，利用傅里葉變換等傳統(tǒng)信號(hào)處理方法，將振動(dòng)信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，提取出與軸承故障相關(guān)的特征頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承故障的初步診斷。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，一些先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)，如小波變換、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）等逐漸應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷中。[具體文獻(xiàn)2]運(yùn)用小波變換對(duì)軸承振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行多尺度分解，能夠有效地提取出信號(hào)中的微弱故障特征，提高了故障診斷的準(zhǔn)確性。近年來，人工智能技術(shù)在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。[具體文獻(xiàn)3]利用支持向量機(jī)（SVM）算法，對(duì)經(jīng)過特征提取后的軸承振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分類，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同故障類型和故障程度的準(zhǔn)確識(shí)別。深度學(xué)習(xí)算法，如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）及其變體長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）等也被引入到故障診斷中。[具體文獻(xiàn)4]構(gòu)建了基于CNN的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷模型，該模型能夠自動(dòng)學(xué)習(xí)振動(dòng)信號(hào)中的深層次特征，無需人工手動(dòng)提取特征，大大提高了故障診斷的效率和準(zhǔn)確率。此外，一些研究還將深度學(xué)習(xí)與其他技術(shù)相結(jié)合，如[具體文獻(xiàn)5]提出了一種基于深度學(xué)習(xí)和多源信息融合的故障診斷方法，將振動(dòng)信號(hào)、溫度信號(hào)等多種信息進(jìn)行融合處理，進(jìn)一步提高了故障診斷的可靠性。在國(guó)內(nèi)，相關(guān)研究起步相對(duì)較晚，但發(fā)展迅速。早期主要借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，開展一些基礎(chǔ)性的研究工作。隨著國(guó)內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷技術(shù)的需求日益迫切，國(guó)內(nèi)學(xué)者在該領(lǐng)域取得了許多創(chuàng)新性的成果。在傳統(tǒng)故障診斷方法方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)振動(dòng)分析、油液分析等方法進(jìn)行了深入研究和改進(jìn)。[具體文獻(xiàn)6]通過對(duì)油液中的磨損顆粒進(jìn)行分析，利用鐵譜技術(shù)和光譜技術(shù)，獲取軸承的磨損狀態(tài)信息，為故障診斷提供了新的依據(jù)。在智能故障診斷技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者積極開展研究并取得了顯著進(jìn)展。[具體文獻(xiàn)7]提出了一種基于深度置信網(wǎng)絡(luò)（DBN）的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷方法，通過對(duì)大量故障樣本數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，該方法能夠準(zhǔn)確地識(shí)別出軸承的故障類型和故障程度。此外，國(guó)內(nèi)還在多源信息融合故障診斷、故障預(yù)測(cè)等方面開展了大量研究工作。[具體文獻(xiàn)8]研究了基于信息融合的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷技術(shù)，將不同傳感器采集到的信息進(jìn)行融合，采用證據(jù)理論等方法進(jìn)行決策融合，提高了故障診斷的準(zhǔn)確性和可靠性。盡管國(guó)內(nèi)外在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷技術(shù)方面取得了一定的成果，但目前的研究仍存在一些不足之處和待解決的問題。首先，在實(shí)際應(yīng)用中，風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多變，不同地區(qū)、不同季節(jié)的環(huán)境條件差異較大，且機(jī)組的運(yùn)行工況也不穩(wěn)定，這使得現(xiàn)有的故障診斷方法的適應(yīng)性和魯棒性有待提高。其次，雖然智能診斷技術(shù)在故障診斷中表現(xiàn)出了較高的準(zhǔn)確率，但這些方法往往依賴于大量的高質(zhì)量故障樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，而在實(shí)際中，獲取大量的故障樣本數(shù)據(jù)是非常困難的，尤其是一些罕見故障的數(shù)據(jù)，這限制了智能診斷技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。此外，目前的故障診斷方法大多側(cè)重于故障的檢測(cè)和識(shí)別，對(duì)于故障的預(yù)測(cè)和剩余壽命評(píng)估的研究還相對(duì)較少，難以滿足風(fēng)電機(jī)組預(yù)防性維護(hù)的需求。最后，不同故障診斷方法之間的融合和協(xié)同工作還不夠完善，缺乏統(tǒng)一的故障診斷框架和標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中難以選擇合適的診斷方法和技術(shù)。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本文主要圍繞風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷展開，具體研究?jī)?nèi)容如下：風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障類型及特征分析：深入剖析風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈中主軸軸承、齒輪箱軸承、發(fā)電機(jī)軸承、變槳和偏航軸承等不同部位軸承的常見故障類型，如疲勞剝落、磨損、腐蝕、斷裂等。結(jié)合軸承的工作原理和受力特點(diǎn)，詳細(xì)分析每種故障類型在振動(dòng)、溫度、聲音等方面所表現(xiàn)出的特征，為后續(xù)故障診斷方法的研究提供理論基礎(chǔ)。風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷方法研究：對(duì)傳統(tǒng)的故障診斷方法，如振動(dòng)分析法、油液分析法、溫度監(jiān)測(cè)法等進(jìn)行深入研究，分析其在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷中的應(yīng)用原理、優(yōu)勢(shì)及局限性。重點(diǎn)研究基于人工智能的智能故障診斷方法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、深度學(xué)習(xí)等算法在故障診斷中的應(yīng)用。針對(duì)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜、故障樣本數(shù)據(jù)獲取困難等問題，研究如何優(yōu)化算法，提高故障診斷的準(zhǔn)確性和魯棒性。探索多源信息融合技術(shù)在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷中的應(yīng)用，將振動(dòng)信號(hào)、溫度信號(hào)、壓力信號(hào)、油液分析數(shù)據(jù)等多種信息進(jìn)行融合處理，充分利用各信息源的互補(bǔ)性，提高故障診斷的可靠性。基于實(shí)際案例的故障診斷方法驗(yàn)證：收集某風(fēng)電場(chǎng)多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括正常運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)。運(yùn)用所研究的故障診斷方法對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，驗(yàn)證診斷方法的有效性和準(zhǔn)確性。通過實(shí)際案例分析，總結(jié)故障診斷過程中存在的問題和不足，進(jìn)一步改進(jìn)和完善故障診斷方法。風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)展望：結(jié)合當(dāng)前風(fēng)電技術(shù)和故障診斷技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，對(duì)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。探討新型傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等在故障診斷中的應(yīng)用前景，以及如何實(shí)現(xiàn)故障診斷與風(fēng)電機(jī)組智能運(yùn)維的深度融合，為風(fēng)電機(jī)組的可靠運(yùn)行提供更有力的保障。1.3.2研究方法本文采用了多種研究方法，以確保研究的全面性、科學(xué)性和可靠性：文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)、研究報(bào)告、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等資料，全面了解風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及存在的問題。通過對(duì)文獻(xiàn)的梳理和分析，總結(jié)前人的研究成果和經(jīng)驗(yàn)，為本文的研究提供理論基礎(chǔ)和研究思路。案例分析法：選取某風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組作為研究案例，深入分析其傳動(dòng)鏈軸承的故障情況。通過對(duì)實(shí)際案例的研究，獲取真實(shí)的故障數(shù)據(jù)和運(yùn)行信息，驗(yàn)證所提出的故障診斷方法的有效性和實(shí)用性，同時(shí)也為解決實(shí)際工程問題提供參考。實(shí)驗(yàn)研究法：搭建風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，模擬不同工況下軸承的運(yùn)行狀態(tài)和故障類型。通過實(shí)驗(yàn)采集軸承的振動(dòng)、溫度、聲音等信號(hào)，并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分析處理，研究故障特征與信號(hào)之間的關(guān)系，為故障診斷方法的研究提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。理論分析法：運(yùn)用機(jī)械動(dòng)力學(xué)、信號(hào)處理、人工智能等相關(guān)理論，對(duì)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承的故障機(jī)理、故障診斷方法等進(jìn)行深入分析。建立數(shù)學(xué)模型，從理論上推導(dǎo)和論證故障診斷方法的可行性和有效性，為實(shí)際應(yīng)用提供理論支持。對(duì)比研究法：對(duì)傳統(tǒng)故障診斷方法和基于人工智能的智能故障診斷方法進(jìn)行對(duì)比研究，分析它們?cè)谠\斷準(zhǔn)確率、響應(yīng)速度、適應(yīng)性等方面的差異。通過對(duì)比，找出各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為選擇合適的故障診斷方法提供依據(jù)，同時(shí)也為方法的改進(jìn)和優(yōu)化提供方向。二、風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承概述2.1風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)鏈風(fēng)電機(jī)組作為將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的核心裝置，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且精妙，主要由風(fēng)輪、機(jī)艙、塔架和基礎(chǔ)等部分構(gòu)成，各部分相互協(xié)作，共同完成風(fēng)能到電能的轉(zhuǎn)換過程。風(fēng)輪是風(fēng)電機(jī)組捕獲風(fēng)能的關(guān)鍵部件，通常由多個(gè)葉片和輪轂組成。葉片的設(shè)計(jì)形狀和角度經(jīng)過精心優(yōu)化，能夠高效地將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，使風(fēng)輪在風(fēng)力作用下旋轉(zhuǎn)。輪轂則起到連接葉片和傳動(dòng)系統(tǒng)的作用，確保葉片的穩(wěn)定運(yùn)行，并將葉片捕獲的機(jī)械能傳遞給后續(xù)的傳動(dòng)部件。機(jī)艙位于塔架頂部，是風(fēng)電機(jī)組的核心控制和傳動(dòng)區(qū)域，內(nèi)部集成了眾多關(guān)鍵設(shè)備。其中，傳動(dòng)鏈作為連接風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)的重要部件，扮演著至關(guān)重要的角色。傳動(dòng)鏈主要由主軸、齒輪箱、聯(lián)軸器等部分組成，其作用是將風(fēng)輪的低速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)所需的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并有效地傳遞扭矩，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能到機(jī)械能再到電能的轉(zhuǎn)化。主軸是傳動(dòng)鏈的起始部分，直接與風(fēng)輪相連，承受著風(fēng)輪傳遞過來的巨大載荷，包括軸向力、徑向力和傾覆力矩等。由于主軸需要在復(fù)雜的受力條件下保持穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)，因此通常采用高強(qiáng)度合金鋼制造，并配備高精度的軸承進(jìn)行支撐，以確保其旋轉(zhuǎn)精度和可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)風(fēng)電機(jī)組的主軸由兩套調(diào)心滾子軸承支承，這種軸承具有良好的調(diào)心性能，能夠有效地補(bǔ)償主軸因受力變形而產(chǎn)生的軸線偏移，保證主軸的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。齒輪箱是傳動(dòng)鏈的關(guān)鍵部件之一，其主要功能是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的提升。風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)速度相對(duì)較低，一般在10-30轉(zhuǎn)/分鐘之間，而發(fā)電機(jī)需要在較高的轉(zhuǎn)速下才能高效發(fā)電，通常要求轉(zhuǎn)速達(dá)到1000-3000轉(zhuǎn)/分鐘。齒輪箱通過多級(jí)齒輪傳動(dòng)，將風(fēng)輪的低速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)所需的高速旋轉(zhuǎn)，滿足發(fā)電機(jī)的運(yùn)行要求。齒輪箱中的齒輪和軸承承受著巨大的載荷和交變應(yīng)力，工作條件十分惡劣。為了確保齒輪箱的可靠運(yùn)行，需要采用優(yōu)質(zhì)的材料和先進(jìn)的制造工藝，同時(shí)配備完善的潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)，以減少磨損和熱量產(chǎn)生。齒輪箱中軸承的種類和數(shù)量較多，常見的有深溝球軸承、圓柱滾子軸承、雙列調(diào)心滾子軸承等，不同類型的軸承根據(jù)其在齒輪箱中的位置和受力情況進(jìn)行合理選用。例如，在承受較大徑向載荷的部位，通常選用圓柱滾子軸承；在需要承受軸向和徑向聯(lián)合載荷的部位，則多采用雙列調(diào)心滾子軸承。聯(lián)軸器用于連接主軸和齒輪箱以及齒輪箱和發(fā)電機(jī)，起到傳遞扭矩和補(bǔ)償軸系不對(duì)中的作用。由于風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行過程中會(huì)受到各種振動(dòng)和沖擊，軸系可能會(huì)出現(xiàn)一定程度的不對(duì)中現(xiàn)象。聯(lián)軸器的彈性元件能夠有效地吸收這些振動(dòng)和沖擊，減少對(duì)設(shè)備的損害，并保證扭矩的平穩(wěn)傳遞。常見的聯(lián)軸器有彈性聯(lián)軸器、膜片聯(lián)軸器等，它們具有良好的彈性和補(bǔ)償性能，能夠滿足風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的工作要求。發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的關(guān)鍵設(shè)備，通常采用異步發(fā)電機(jī)或同步發(fā)電機(jī)。在傳動(dòng)鏈的帶動(dòng)下，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，切割磁力線，從而產(chǎn)生電能。發(fā)電機(jī)的性能直接影響到風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電效率和電能質(zhì)量，因此需要具備高效、穩(wěn)定的運(yùn)行特性。偏航系統(tǒng)和風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)也是風(fēng)電機(jī)組的重要組成部分。偏航系統(tǒng)的作用是根據(jù)風(fēng)向的變化，驅(qū)動(dòng)機(jī)艙旋轉(zhuǎn)，使風(fēng)輪始終對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，以最大限度地捕獲風(fēng)能。偏航系統(tǒng)主要由偏航軸承、偏航驅(qū)動(dòng)裝置、偏航控制系統(tǒng)等部分組成。偏航軸承承受著機(jī)艙的重量和偏航時(shí)的載荷，需要具備較高的承載能力和旋轉(zhuǎn)精度。偏航驅(qū)動(dòng)裝置通常采用電機(jī)和減速機(jī)組成，通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)偏航軸承旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)艙的偏航運(yùn)動(dòng)。偏航控制系統(tǒng)則根據(jù)風(fēng)向傳感器的信號(hào)，控制偏航驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)行，確保偏航動(dòng)作的準(zhǔn)確和及時(shí)。變槳系統(tǒng)則是通過調(diào)整葉片的角度，控制風(fēng)輪的捕獲功率，以適應(yīng)不同的風(fēng)速和工況。變槳系統(tǒng)主要由變槳軸承、變槳驅(qū)動(dòng)裝置、變槳控制系統(tǒng)等部分組成。變槳軸承安裝在葉片根部，連接葉片和輪轂，允許葉片在一定范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。變槳驅(qū)動(dòng)裝置一般采用電機(jī)或液壓驅(qū)動(dòng)，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)變槳軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)葉片角度的調(diào)整。變槳控制系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)速、功率等傳感器的信號(hào)，實(shí)時(shí)控制變槳驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)行，確保風(fēng)電機(jī)組在各種工況下都能安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。塔架是支撐風(fēng)電機(jī)組上部結(jié)構(gòu)的重要部件，通常采用鋼結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)。塔架的高度和強(qiáng)度根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的容量和安裝地點(diǎn)的風(fēng)況等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，其作用是將風(fēng)輪和機(jī)艙提升到一定高度，以獲取更穩(wěn)定、更強(qiáng)的風(fēng)能?；A(chǔ)則是將塔架固定在地面上，承受風(fēng)電機(jī)組的全部重量和各種載荷，確保風(fēng)電機(jī)組在惡劣的自然環(huán)境下能夠穩(wěn)定運(yùn)行?；A(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工需要考慮地質(zhì)條件、土壤承載力、地震等因素，采用合適的基礎(chǔ)形式和施工工藝，以保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和可靠性。風(fēng)電機(jī)組的傳動(dòng)鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其性能的優(yōu)劣直接影響到風(fēng)電機(jī)組的整體運(yùn)行效率、可靠性和使用壽命。在風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造、安裝和維護(hù)過程中，都需要高度重視傳動(dòng)鏈的質(zhì)量和性能，確保其能夠在惡劣的工作環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。2.2傳動(dòng)鏈軸承的分類與作用在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈中，軸承種類繁多，根據(jù)其在不同部件中的應(yīng)用和功能，可主要分為主軸軸承、齒輪箱軸承、發(fā)電機(jī)軸承、變槳和偏航軸承，它們各自承擔(dān)著獨(dú)特而關(guān)鍵的作用。主軸軸承是風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈中的起始環(huán)節(jié)，直接連接風(fēng)輪，承受著風(fēng)輪傳遞來的巨大載荷，包括軸向力、徑向力和傾覆力矩等。由于風(fēng)輪的巨大質(zhì)量和在運(yùn)行過程中受到的復(fù)雜風(fēng)力作用，主軸軸承所承受的載荷極為可觀，一般可達(dá)上百噸。為了確保主軸的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)和調(diào)心性能，大多數(shù)葉輪主軸由2套調(diào)心滾子軸承支承。調(diào)心滾子軸承具有兩列滾子，外圈滾道為球面形，能自動(dòng)調(diào)心，允許內(nèi)、外圈軸線偏斜量可達(dá)1.5°-2.5°，有效地補(bǔ)償了主軸因受力變形而產(chǎn)生的軸線偏移，保證了主軸的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。以某2MW風(fēng)電機(jī)組為例，其主軸軸承選用的是型號(hào)為231/600CA/W33的調(diào)心滾子軸承，該軸承內(nèi)徑為600mm，外徑為1030mm，寬度為252mm，基本額定動(dòng)載荷達(dá)到5800kN，能夠可靠地支撐主軸，確保風(fēng)輪的穩(wěn)定運(yùn)行。齒輪箱軸承在齒輪箱中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，支撐和引導(dǎo)齒輪，傳遞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)葉輪轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的匹配。齒輪箱中的齒輪在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生較大的徑向力、軸向力和沖擊載荷，因此對(duì)齒輪箱軸承的承載能力和可靠性要求極高。由于齒輪箱中行星架的存在，其軸承數(shù)量及種類較多，常見的有深溝球軸承、圓柱滾子軸承、雙列調(diào)心滾子軸承等。深溝球軸承主要承受徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷，具有摩擦系數(shù)小、極限轉(zhuǎn)速高的特點(diǎn)，常用于承受較小載荷和要求轉(zhuǎn)速較高的部位，如齒輪箱中的一些輔助軸的支撐。圓柱滾子軸承則主要承受徑向載荷，承載能力較大，適用于承受較大徑向力的部位，如齒輪箱中的低速軸和中間軸的支撐。雙列調(diào)心滾子軸承能夠同時(shí)承受徑向載荷和較大的軸向載荷，且具有良好的調(diào)心性能，常用于承受聯(lián)合載荷和需要調(diào)心的部位，如齒輪箱中的高速軸支撐。在某5MW風(fēng)電機(jī)組的齒輪箱中，低速軸采用了圓柱滾子軸承，型號(hào)為NU332E，該軸承內(nèi)徑為160mm，外徑為340mm，寬度為68mm，基本額定動(dòng)載荷為908kN，能夠有效地承受低速軸傳遞的巨大徑向載荷；高速軸則采用了雙列調(diào)心滾子軸承，型號(hào)為22228CA/W33，內(nèi)徑為140mm，外徑為250mm，寬度為68mm，基本額定動(dòng)載荷為595kN，既能承受高速軸的徑向載荷，又能適應(yīng)高速軸在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中可能產(chǎn)生的軸線偏移，保證了齒輪箱的高效穩(wěn)定運(yùn)行。發(fā)電機(jī)軸承用于支撐發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，確保其高速旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和精度。發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中，需要保持較高的轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定的發(fā)電性能，因此對(duì)發(fā)電機(jī)軸承的要求也非常嚴(yán)格。發(fā)電機(jī)軸承通常采用圓柱滾子軸承和深溝球軸承。圓柱滾子軸承主要承受徑向載荷，能夠提供較高的徑向剛度，保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定性；深溝球軸承則可承受一定的軸向載荷，同時(shí)具有良好的高速性能，能夠適應(yīng)發(fā)電機(jī)在不同工況下的運(yùn)行要求。在某1.5MW雙饋式發(fā)電機(jī)中，采用了圓柱滾子軸承和深溝球軸承的組合方式，前端采用圓柱滾子軸承，型號(hào)為NUP222E，內(nèi)徑為110mm，外徑為200mm，寬度為40mm，基本額定動(dòng)載荷為252kN，后端采用深溝球軸承，型號(hào)為6322，內(nèi)徑為110mm，外徑為240mm，寬度為50mm，基本額定動(dòng)載荷為140kN，這種組合方式有效地滿足了發(fā)電機(jī)對(duì)軸承的性能要求，保證了發(fā)電機(jī)的可靠運(yùn)行。變槳和偏航軸承是風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)變槳和偏航功能的關(guān)鍵部件。變槳軸承安裝在葉片根部，連接葉片和輪轂，通過改變?nèi)~片的角度，控制風(fēng)輪的捕獲功率，以適應(yīng)不同的風(fēng)速和工況。偏航軸承則安裝在機(jī)艙與塔架之間，根據(jù)風(fēng)向的變化，驅(qū)動(dòng)機(jī)艙旋轉(zhuǎn)，使風(fēng)輪始終對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，以最大限度地捕獲風(fēng)能。變槳和偏航軸承需要承受很大的傾覆力矩和不定風(fēng)向、風(fēng)力產(chǎn)生的沖擊載荷，具有間歇工作、頻繁啟停、傳動(dòng)扭矩大的特點(diǎn)。因此，要求該軸承為零游隙或者小負(fù)游隙，以減小滾動(dòng)接觸面的磨損，提高軸承的使用壽命和可靠性。常見的變槳和偏航軸承有四點(diǎn)接觸球軸承、交叉滾子軸承等。四點(diǎn)接觸球軸承通過對(duì)溝道的特別設(shè)計(jì)，使其能承受較大軸向載荷和力矩載荷，廣泛應(yīng)用于偏航系統(tǒng)；交叉滾子軸承的滾子呈90°相互垂直交叉排列，能夠同時(shí)承受徑向載荷、軸向載荷和傾覆力矩，具有較高的剛性和旋轉(zhuǎn)精度，常用于變槳系統(tǒng)。在某3MW海上風(fēng)電機(jī)組中，偏航軸承采用了四點(diǎn)接觸球軸承，型號(hào)為QJ328，內(nèi)徑為140mm，外徑為300mm，寬度為62mm，基本額定動(dòng)載荷為425kN，能夠可靠地承受機(jī)艙的重量和偏航時(shí)的載荷；變槳軸承采用了交叉滾子軸承，型號(hào)為CRBH3500，內(nèi)徑為3500mm，外徑為3750mm，高度為180mm，基本額定動(dòng)載荷為11000kN，能夠滿足變槳系統(tǒng)對(duì)軸承的高承載和高精度要求，確保葉片在不同風(fēng)速下能夠準(zhǔn)確地調(diào)整角度，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的高效穩(wěn)定運(yùn)行。主軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、變槳和偏航軸承在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈中各司其職，共同確保了風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行和高效發(fā)電。它們的性能和可靠性直接影響著風(fēng)電機(jī)組的整體性能和使用壽命，因此在風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)過程中，必須高度重視傳動(dòng)鏈軸承的選型、安裝和維護(hù)，以保障風(fēng)電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。2.3軸承故障對(duì)風(fēng)電機(jī)組的影響風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承一旦出現(xiàn)故障，將會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行產(chǎn)生多方面的嚴(yán)重影響，這些影響不僅會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組停機(jī)、發(fā)電效率降低，還會(huì)大幅增加維修成本，給風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。軸承故障最直接的影響就是導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組停機(jī)。風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行依賴于傳動(dòng)鏈各部件的協(xié)同工作，而軸承作為關(guān)鍵的支撐和傳動(dòng)部件，其故障會(huì)使整個(gè)傳動(dòng)鏈的運(yùn)行受到阻礙，甚至無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而迫使風(fēng)電機(jī)組停機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在風(fēng)電機(jī)組的各類故障中，因軸承故障導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間占總停機(jī)時(shí)間的比例高達(dá)30%-40%。以某風(fēng)電場(chǎng)為例，在2022年，該風(fēng)電場(chǎng)共有50臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，其中有15臺(tái)因傳動(dòng)鏈軸承故障而停機(jī)，累計(jì)停機(jī)時(shí)間達(dá)到了1200小時(shí)，嚴(yán)重影響了風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量。發(fā)電效率降低也是軸承故障帶來的重要影響之一。當(dāng)軸承出現(xiàn)故障時(shí)，其滾動(dòng)阻力會(huì)增大，導(dǎo)致傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)效率下降，進(jìn)而使風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電效率降低。例如，當(dāng)主軸軸承出現(xiàn)磨損故障時(shí)，主軸的旋轉(zhuǎn)精度會(huì)受到影響，風(fēng)輪傳遞給齒輪箱和發(fā)電機(jī)的扭矩會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，從而降低發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率。研究表明，軸承故障導(dǎo)致的發(fā)電效率降低幅度可達(dá)10%-20%。在某海上風(fēng)電場(chǎng)，一臺(tái)3MW的風(fēng)電機(jī)組因齒輪箱軸承故障，發(fā)電效率從正常的90%降至75%，每天少發(fā)電約1000度，按照當(dāng)?shù)氐碾妰r(jià)計(jì)算，每天損失的發(fā)電收入達(dá)到了800元左右。維修成本的增加是軸承故障對(duì)風(fēng)電機(jī)組影響的另一個(gè)重要方面。軸承故障后，需要對(duì)故障軸承進(jìn)行更換或維修，這涉及到更換軸承的費(fèi)用、維修人員的人工費(fèi)用以及維修過程中使用的工具和設(shè)備費(fèi)用等。此外，由于風(fēng)電機(jī)組通常安裝在偏遠(yuǎn)地區(qū)，維修人員和設(shè)備的運(yùn)輸成本也較高。如果故障導(dǎo)致其他部件損壞，還需要額外更換這些部件，進(jìn)一步增加了維修成本。一般來說，一次軸承故障的維修成本在數(shù)萬元到數(shù)十萬元不等，對(duì)于大型風(fēng)電機(jī)組或海上風(fēng)電機(jī)組，維修成本可能更高。例如，某5MW海上風(fēng)電機(jī)組的偏航軸承出現(xiàn)故障，更換該軸承的費(fèi)用就達(dá)到了20萬元，加上運(yùn)輸、安裝和調(diào)試等費(fèi)用，總維修成本超過了30萬元。而且，維修過程中的停機(jī)時(shí)間也會(huì)導(dǎo)致發(fā)電收入的損失，進(jìn)一步加重了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。軸承故障還可能引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的其他部件造成損壞。例如，當(dāng)主軸軸承出現(xiàn)疲勞剝落故障時(shí)，剝落的碎片可能會(huì)進(jìn)入齒輪箱，導(dǎo)致齒輪箱內(nèi)的齒輪磨損加劇，甚至出現(xiàn)斷齒等嚴(yán)重故障；發(fā)電機(jī)軸承故障可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子偏心，進(jìn)而損壞發(fā)電機(jī)的繞組和鐵芯，影響發(fā)電機(jī)的正常發(fā)電。這些連鎖故障不僅會(huì)增加維修難度和成本，還會(huì)延長(zhǎng)風(fēng)電機(jī)組的停機(jī)時(shí)間，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)效益產(chǎn)生更大的負(fù)面影響。風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障對(duì)風(fēng)電機(jī)組的影響是多方面的，且危害嚴(yán)重。為了降低軸承故障帶來的損失，必須加強(qiáng)對(duì)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承的運(yùn)行監(jiān)測(cè)和故障診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在的故障隱患，確保風(fēng)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。三、風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承常見故障類型及原因3.1常見故障類型3.1.1疲勞故障疲勞故障是風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承常見的故障類型之一，主要表現(xiàn)為滾動(dòng)體或滾道表面出現(xiàn)脫落、脫皮現(xiàn)象。在風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行過程中，由于受到復(fù)雜的交變載荷作用，滾動(dòng)體與滾道之間會(huì)產(chǎn)生周期性的接觸應(yīng)力。當(dāng)這種接觸應(yīng)力超過材料的疲勞極限時(shí)，經(jīng)過一定次數(shù)的循環(huán)加載，滾動(dòng)體或滾道表面就會(huì)逐漸產(chǎn)生微小裂紋。隨著時(shí)間的推移，這些裂紋會(huì)不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致表面材料脫落，形成疲勞剝落坑。例如，在某風(fēng)電場(chǎng)的一臺(tái)2MW風(fēng)電機(jī)組中，運(yùn)行一段時(shí)間后，其主軸軸承的滾道表面出現(xiàn)了明顯的疲勞剝落現(xiàn)象，剝落區(qū)域呈現(xiàn)出不規(guī)則的形狀，大小不一，嚴(yán)重影響了軸承的正常運(yùn)行。疲勞故障的產(chǎn)生與多種因素密切相關(guān)。一方面，軸、保持架等支撐裝置的制造工藝精度不足是引發(fā)疲勞故障的重要原因之一。如果支撐裝置的制造精度不達(dá)標(biāo)，在運(yùn)行過程中就無法保證軸承的正常安裝和運(yùn)轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致滾動(dòng)體與滾道之間的接觸應(yīng)力分布不均勻，局部區(qū)域的應(yīng)力過高，加速了疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。另一方面，風(fēng)電機(jī)組長(zhǎng)期在高負(fù)荷條件下運(yùn)行，軸承所承受的載荷超出其設(shè)計(jì)承載能力，也是導(dǎo)致疲勞故障的關(guān)鍵因素。在高負(fù)荷工況下，滾動(dòng)體與滾道之間的接觸應(yīng)力顯著增大，使得材料更容易發(fā)生疲勞損傷。以某海上風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組為例，由于海上風(fēng)況復(fù)雜，風(fēng)速較高且變化頻繁，風(fēng)電機(jī)組經(jīng)常處于滿負(fù)荷甚至過載運(yùn)行狀態(tài)，其傳動(dòng)鏈軸承的疲勞故障發(fā)生率明顯高于內(nèi)陸風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該海上風(fēng)電場(chǎng)每年因軸承疲勞故障導(dǎo)致的停機(jī)次數(shù)占總停機(jī)次數(shù)的20%左右，嚴(yán)重影響了風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電效率和經(jīng)濟(jì)效益。3.1.2磨損故障磨損故障是風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承另一種較為常見的故障形式，其外觀特征主要表現(xiàn)為色澤變化和磨痕的形成。在軸承的運(yùn)行過程中，滾動(dòng)體與滾道之間會(huì)存在微小的相對(duì)滑動(dòng)，這種滑動(dòng)雖然在正常情況下不會(huì)對(duì)軸承造成明顯的損害，但在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中，會(huì)導(dǎo)致接觸表面的材料逐漸磨損。同時(shí)，風(fēng)電機(jī)組通常運(yùn)行在惡劣的自然環(huán)境中，如沙塵、潮濕等，這些環(huán)境因素會(huì)加速軸承的磨損。例如，在一些沙漠地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)，沙塵顆粒容易進(jìn)入軸承內(nèi)部，在滾動(dòng)體與滾道之間起到研磨劑的作用，加劇了表面的磨損，使得軸承表面出現(xiàn)明顯的磨痕，顏色也會(huì)發(fā)生變化，通常會(huì)變得暗淡無光。磨損故障的產(chǎn)生過程較為復(fù)雜，主要包括微小間隙滑動(dòng)磨損和惡劣環(huán)境長(zhǎng)期作用兩個(gè)方面。在微小間隙滑動(dòng)磨損方面，由于滾動(dòng)體與滾道之間存在一定的間隙，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，滾動(dòng)體與滾道之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，這種滑動(dòng)會(huì)導(dǎo)致接觸表面的材料發(fā)生磨損。隨著時(shí)間的推移，磨損逐漸加劇，使得間隙進(jìn)一步增大，從而形成惡性循環(huán)，加速了軸承的損壞。在惡劣環(huán)境長(zhǎng)期作用方面，風(fēng)電機(jī)組所處的惡劣環(huán)境，如高濕度、高鹽度、沙塵等，會(huì)對(duì)軸承表面的材料產(chǎn)生腐蝕和磨損作用。例如，在沿海地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)，空氣中含有大量的鹽分，容易對(duì)軸承表面造成腐蝕，腐蝕產(chǎn)物會(huì)進(jìn)一步加劇滾動(dòng)體與滾道之間的磨損。此外，沙塵環(huán)境中的沙塵顆粒也會(huì)進(jìn)入軸承內(nèi)部，劃傷軸承表面，導(dǎo)致磨損故障的發(fā)生。據(jù)研究表明，在惡劣環(huán)境下運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組，其傳動(dòng)鏈軸承的磨損速度比在正常環(huán)境下運(yùn)行的軸承快2-3倍，大大縮短了軸承的使用壽命。3.1.3缺口或凹痕故障缺口或凹痕故障也是風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承常見的故障類型之一，根據(jù)產(chǎn)生原因的不同，可分為過載及安裝或外來顆粒引起的缺口或凹痕。過載及安裝引起的缺口或凹痕故障特征表現(xiàn)為細(xì)小的缺口或凹痕分布在兩圈的滾道周圍和滾動(dòng)元件里。當(dāng)軸承在安裝過程中，如果安裝不準(zhǔn)確，如安裝壓力不均勻或過大，會(huì)導(dǎo)致軸承內(nèi)部的滾道和滾動(dòng)體受到不均勻的壓力，從而在表面形成細(xì)小的缺口或凹痕。在某風(fēng)電機(jī)組齒輪箱軸承的安裝過程中，由于安裝人員操作不當(dāng)，使得軸承內(nèi)圈與軸的配合過緊，在安裝過程中產(chǎn)生了較大的安裝壓力，導(dǎo)致軸承內(nèi)圈滾道表面出現(xiàn)了多個(gè)細(xì)小的缺口，這些缺口在后續(xù)的運(yùn)行過程中，會(huì)逐漸擴(kuò)大，影響軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。外來顆粒引起的缺口或凹痕故障特征同樣表現(xiàn)為細(xì)小的缺口或凹痕分布在兩圈的滾道周圍和滾動(dòng)元件里，但其產(chǎn)生原因是外來顆粒進(jìn)入軸承。在風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行過程中，由于工作環(huán)境復(fù)雜，如沙塵、雜物等，這些外來顆?？赡軙?huì)通過密封不嚴(yán)的部位進(jìn)入軸承內(nèi)部。當(dāng)滾動(dòng)體在滾道上滾動(dòng)時(shí)，外來顆粒會(huì)夾在滾動(dòng)體與滾道之間，隨著滾動(dòng)體的滾動(dòng)，這些顆粒會(huì)在滾道和滾動(dòng)體表面產(chǎn)生劃痕和凹痕，進(jìn)而形成缺口。以某風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組為例，由于該風(fēng)電場(chǎng)周圍環(huán)境沙塵較大，且軸承密封裝置存在一定的缺陷，導(dǎo)致沙塵顆粒大量進(jìn)入軸承內(nèi)部，在運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)軸承的滾道和滾動(dòng)體表面出現(xiàn)了大量的細(xì)小凹痕和缺口，嚴(yán)重影響了軸承的性能。3.1.4腐蝕故障腐蝕故障在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承中也較為常見，主要包括銹蝕、摩擦腐蝕、電化學(xué)腐蝕等類型，每種類型都有其獨(dú)特的故障表現(xiàn)。銹蝕故障的表現(xiàn)特征為滾道間出現(xiàn)灰黑色的條紋，滾道和軸承及其表面出現(xiàn)銹蝕斑，這主要是由于軸承內(nèi)部進(jìn)入水、濕氣或者腐蝕物所致。在風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行過程中，如果軸承的密封性能不佳，水分或濕氣就容易進(jìn)入軸承內(nèi)部，與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成鐵銹，從而導(dǎo)致銹蝕故障的發(fā)生。在一些潮濕地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)，由于空氣濕度較大，風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承的銹蝕故障時(shí)有發(fā)生。例如，某風(fēng)電場(chǎng)的一臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，由于其齒輪箱軸承的密封墊老化，導(dǎo)致水分進(jìn)入軸承內(nèi)部，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)軸承滾道表面出現(xiàn)了明顯的灰黑色銹蝕條紋，銹蝕斑也逐漸增多，嚴(yán)重影響了軸承的使用壽命。摩擦腐蝕是在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸表面之間，由于微小的相對(duì)位移和腐蝕介質(zhì)的共同作用而產(chǎn)生的一種腐蝕形式。在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承中，滾動(dòng)體與滾道之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)有腐蝕介質(zhì)存在時(shí)，就容易發(fā)生摩擦腐蝕。其表現(xiàn)特征通常為接觸表面出現(xiàn)磨損痕跡，同時(shí)伴有腐蝕產(chǎn)物的生成。例如，在某風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)軸承中，由于潤(rùn)滑油中含有少量的酸性物質(zhì)，在滾動(dòng)體與滾道相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過程中，酸性物質(zhì)與金屬表面發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)微小的相對(duì)位移加劇了表面的磨損，導(dǎo)致軸承表面出現(xiàn)了磨損和腐蝕的混合痕跡，降低了軸承的性能。電化學(xué)腐蝕是由于金屬與電解質(zhì)溶液接觸，形成原電池而發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象。在風(fēng)電機(jī)組中，當(dāng)有電流通過旋轉(zhuǎn)軸承時(shí)，就可能引發(fā)電化學(xué)腐蝕。其表現(xiàn)特征為滾道和滾子出現(xiàn)深褐色或者灰黑色凹槽變黑。例如，在一些雙饋式風(fēng)電機(jī)組中，由于發(fā)電機(jī)的電氣系統(tǒng)存在接地不良等問題，導(dǎo)致有電流通過發(fā)電機(jī)軸承，在運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)軸承的滾道和滾子表面出現(xiàn)了深褐色的凹槽，這就是典型的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。電化學(xué)腐蝕不僅會(huì)損壞軸承表面的材料，還會(huì)影響軸承的潤(rùn)滑性能，加速軸承的損壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障中，腐蝕故障約占10%-15%，且隨著風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增加，腐蝕故障的發(fā)生率呈上升趨勢(shì)，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了較大威脅。3.2故障原因分析3.2.1運(yùn)行環(huán)境因素風(fēng)電機(jī)組通常安裝在野外，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多變，高溫、高濕、強(qiáng)風(fēng)、沙塵等惡劣自然環(huán)境對(duì)傳動(dòng)鏈軸承的材料性能和運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生著顯著的影響，成為導(dǎo)致軸承故障的重要因素之一。高溫環(huán)境是風(fēng)電機(jī)組面臨的常見問題之一。在炎熱的夏季，尤其是在沙漠、戈壁等地區(qū)，風(fēng)電機(jī)組所處環(huán)境的溫度可高達(dá)40℃以上，甚至在極端情況下能超過50℃。過高的溫度會(huì)使軸承材料的硬度降低，強(qiáng)度下降。例如，常用的軸承鋼在高溫下，其金相組織會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致材料的力學(xué)性能劣化。研究表明，當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，軸承鋼的硬度可能會(huì)下降10%-20%，這使得軸承在承受載荷時(shí)更容易發(fā)生塑性變形，降低了其抗疲勞能力。高溫還會(huì)加速潤(rùn)滑油的老化和變質(zhì)。潤(rùn)滑油在高溫下會(huì)發(fā)生氧化、分解等化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致其黏度降低，潤(rùn)滑性能變差。當(dāng)潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性能下降時(shí)，滾動(dòng)體與滾道之間的摩擦增大，產(chǎn)生更多的熱量，進(jìn)一步加劇了軸承的溫度升高，形成惡性循環(huán)，加速了軸承的磨損和損壞。在某沙漠地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)，由于夏季高溫，多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的傳動(dòng)鏈軸承出現(xiàn)了因潤(rùn)滑不良導(dǎo)致的磨損故障，維修成本大幅增加。高濕環(huán)境也是影響軸承性能的關(guān)鍵因素。在沿海地區(qū)或濕度較大的內(nèi)陸地區(qū)，空氣濕度經(jīng)常保持在70%以上，在雨季或特殊氣候條件下，濕度甚至可接近100%。高濕度會(huì)使軸承表面容易吸附水分，從而引發(fā)銹蝕。水與軸承金屬材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成鐵銹，鐵銹的存在不僅破壞了軸承表面的光潔度，還會(huì)導(dǎo)致滾動(dòng)體與滾道之間的接觸應(yīng)力分布不均勻，加速了軸承的磨損。在某沿海風(fēng)電場(chǎng)，由于高濕環(huán)境的影響，風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承的銹蝕故障頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響了軸承的使用壽命。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該風(fēng)電場(chǎng)因軸承銹蝕故障導(dǎo)致的停機(jī)次數(shù)占總停機(jī)次數(shù)的15%左右。高濕度還會(huì)影響潤(rùn)滑脂的性能，使?jié)櫥娜榛F(xiàn)象加劇，降低其潤(rùn)滑效果。乳化后的潤(rùn)滑脂無法在滾動(dòng)體與滾道之間形成有效的潤(rùn)滑膜，導(dǎo)致摩擦增大，進(jìn)一步加速了軸承的損壞。強(qiáng)風(fēng)是風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中不可避免的自然因素。在一些風(fēng)資源豐富的地區(qū)，風(fēng)速常常超過設(shè)計(jì)風(fēng)速，甚至?xí)霈F(xiàn)極端大風(fēng)天氣。當(dāng)風(fēng)速超過風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)風(fēng)速時(shí)，風(fēng)輪所受到的氣動(dòng)載荷會(huì)急劇增加，這將通過主軸傳遞到傳動(dòng)鏈軸承上，使軸承承受的載荷大幅增大。例如，在一次強(qiáng)風(fēng)天氣中，某風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速達(dá)到了25m/s，超過了其設(shè)計(jì)風(fēng)速20m/s，導(dǎo)致主軸軸承所承受的軸向力和徑向力分別增加了30%和40%。長(zhǎng)期在這種高載荷條件下運(yùn)行，軸承的疲勞壽命會(huì)顯著縮短。強(qiáng)風(fēng)還會(huì)使風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)，這種振動(dòng)會(huì)對(duì)軸承產(chǎn)生沖擊載荷，進(jìn)一步加劇軸承的磨損和疲勞損傷。在強(qiáng)風(fēng)振動(dòng)的作用下，軸承內(nèi)部的滾動(dòng)體與滾道之間會(huì)產(chǎn)生瞬間的高應(yīng)力接觸，容易導(dǎo)致表面出現(xiàn)疲勞裂紋，隨著時(shí)間的推移，這些裂紋會(huì)逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致軸承失效。沙塵環(huán)境對(duì)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承的危害也不容忽視。在沙漠、戈壁等沙塵較多的地區(qū)，大量的沙塵顆粒會(huì)隨著氣流進(jìn)入風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部。這些沙塵顆粒硬度較高，一旦進(jìn)入軸承內(nèi)部，會(huì)在滾動(dòng)體與滾道之間起到研磨劑的作用，加劇表面的磨損。沙塵顆粒還可能堵塞軸承的潤(rùn)滑通道，影響潤(rùn)滑油的正常供應(yīng)，導(dǎo)致潤(rùn)滑不良，進(jìn)一步加速了軸承的損壞。在某戈壁地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)，由于沙塵環(huán)境的影響，風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承的磨損速度比其他地區(qū)快3-5倍，維修周期明顯縮短，嚴(yán)重影響了風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。3.2.2載荷因素風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行過程中，傳動(dòng)鏈軸承承受著復(fù)雜交變載荷和沖擊載荷，這些載荷對(duì)軸承結(jié)構(gòu)和零部件產(chǎn)生著嚴(yán)重的破壞作用，是引發(fā)軸承故障的重要原因之一。復(fù)雜交變載荷是風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承面臨的主要載荷形式之一。由于風(fēng)的不穩(wěn)定性和隨機(jī)性，風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行過程中，傳動(dòng)鏈軸承所承受的載荷大小和方向會(huì)不斷發(fā)生變化。例如，在不同風(fēng)速和風(fēng)向條件下，風(fēng)輪所受到的氣動(dòng)載荷會(huì)發(fā)生顯著變化，這些變化的載荷通過主軸傳遞到傳動(dòng)鏈軸承上，使軸承承受著復(fù)雜的交變應(yīng)力。在正常運(yùn)行工況下，軸承所承受的載荷可能在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，而在極端工況下，如強(qiáng)風(fēng)、陣風(fēng)等情況下，載荷的變化幅度會(huì)更大。這種復(fù)雜的交變載荷會(huì)導(dǎo)致軸承材料內(nèi)部產(chǎn)生疲勞裂紋。在交變應(yīng)力的作用下，軸承材料表面的微小缺陷或應(yīng)力集中區(qū)域會(huì)逐漸形成疲勞源，隨著載荷循環(huán)次數(shù)的增加，疲勞裂紋會(huì)不斷擴(kuò)展。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一定程度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致軸承表面出現(xiàn)疲勞剝落，影響軸承的正常運(yùn)行。據(jù)研究表明，在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障中，由疲勞剝落引起的故障占比約為30%-40%，而復(fù)雜交變載荷是導(dǎo)致疲勞剝落的主要原因之一。沖擊載荷也是影響風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承可靠性的重要因素。在風(fēng)電機(jī)組的啟動(dòng)、停機(jī)過程中，以及遇到強(qiáng)風(fēng)、陣風(fēng)等極端天氣條件時(shí)，傳動(dòng)鏈軸承會(huì)受到較大的沖擊載荷。例如，在風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，由于風(fēng)輪從靜止?fàn)顟B(tài)突然加速旋轉(zhuǎn)，會(huì)對(duì)主軸軸承產(chǎn)生較大的沖擊扭矩，這種沖擊扭矩會(huì)通過主軸傳遞到傳動(dòng)鏈的各個(gè)軸承上，使軸承承受瞬間的高應(yīng)力。在某風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)過程中，主軸軸承所承受的沖擊載荷峰值達(dá)到了正常運(yùn)行載荷的2-3倍。在遇到強(qiáng)風(fēng)、陣風(fēng)時(shí)，風(fēng)輪所受到的氣動(dòng)沖擊會(huì)迅速傳遞到傳動(dòng)鏈軸承上，導(dǎo)致軸承承受巨大的沖擊載荷。這些沖擊載荷會(huì)使軸承的零部件發(fā)生塑性變形，甚至斷裂。在沖擊載荷的作用下，軸承的滾動(dòng)體可能會(huì)出現(xiàn)碎裂，滾道表面會(huì)出現(xiàn)凹坑或裂紋，保持架也可能會(huì)發(fā)生變形或斷裂。這些損壞會(huì)嚴(yán)重影響軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組停機(jī)。以某風(fēng)電場(chǎng)為例，在一次強(qiáng)風(fēng)天氣中，多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的齒輪箱軸承因受到?jīng)_擊載荷而出現(xiàn)了滾動(dòng)體碎裂和滾道表面裂紋的故障，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組無法正常運(yùn)行，維修成本高昂。復(fù)雜交變載荷和沖擊載荷相互作用，進(jìn)一步加劇了風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承的損壞。復(fù)雜交變載荷會(huì)使軸承材料的疲勞性能下降，降低其抗沖擊能力，而沖擊載荷又會(huì)加速疲勞裂紋的擴(kuò)展，使軸承更容易發(fā)生故障。因此，在風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)過程中，必須充分考慮載荷因素對(duì)傳動(dòng)鏈軸承的影響，采取有效的措施來降低載荷的影響，提高軸承的可靠性和使用壽命。3.2.3安裝與維護(hù)因素安裝誤差、維護(hù)不及時(shí)或不當(dāng)?shù)纫蛩貙?duì)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承的運(yùn)行穩(wěn)定性和壽命有著重要影響，是導(dǎo)致軸承故障的常見原因之一。安裝誤差是影響軸承正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承的安裝過程中，如果安裝工藝不規(guī)范，操作不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致多種安裝誤差。例如，軸承的不對(duì)中是一種常見的安裝誤差，包括軸向不對(duì)中和徑向不對(duì)中。當(dāng)軸承出現(xiàn)軸向不對(duì)中時(shí)，會(huì)使軸承內(nèi)部的滾動(dòng)體承受不均勻的軸向載荷，導(dǎo)致滾動(dòng)體與滾道之間的接觸應(yīng)力分布不均，局部區(qū)域的應(yīng)力過高，加速了軸承的磨損和疲勞損傷。在某風(fēng)電機(jī)組齒輪箱軸承的安裝過程中，由于安裝人員操作失誤，導(dǎo)致軸承軸向不對(duì)中，在運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)軸承滾道表面出現(xiàn)了明顯的磨損痕跡，磨損區(qū)域主要集中在一側(cè)，嚴(yán)重影響了軸承的使用壽命。徑向不對(duì)中則會(huì)使軸承承受額外的徑向載荷，增加滾動(dòng)體與滾道之間的摩擦力，產(chǎn)生更多的熱量，導(dǎo)致軸承溫度升高，潤(rùn)滑性能下降，進(jìn)而加速軸承的損壞。在某風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組中，由于發(fā)電機(jī)軸承的徑向不對(duì)中，導(dǎo)致軸承溫度過高，潤(rùn)滑油變質(zhì)，最終引發(fā)了軸承的故障，使風(fēng)電機(jī)組停機(jī)。配合過緊或過松也是常見的安裝問題。如果軸承與軸或軸承座的配合過緊，在安裝過程中可能會(huì)對(duì)軸承造成損傷，如使軸承內(nèi)圈或外圈產(chǎn)生變形，破壞軸承的精度和游隙，影響軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在某風(fēng)電機(jī)組主軸軸承的安裝過程中，由于內(nèi)圈與軸的配合過緊，在安裝時(shí)使用了較大的外力敲擊，導(dǎo)致內(nèi)圈出現(xiàn)了微小的裂紋，在后續(xù)的運(yùn)行過程中，裂紋逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致軸承失效。相反，如果配合過松，軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，使?jié)L動(dòng)體與滾道之間的接觸狀態(tài)不穩(wěn)定，產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)，加速軸承的磨損。在某風(fēng)電機(jī)組變槳軸承的安裝中，由于外圈與軸承座的配合過松，在變槳過程中，軸承出現(xiàn)了松動(dòng)，導(dǎo)致滾動(dòng)體與滾道之間產(chǎn)生了劇烈的沖擊和磨損，嚴(yán)重影響了變槳系統(tǒng)的正常工作。維護(hù)不及時(shí)或不當(dāng)也是導(dǎo)致軸承故障的重要原因。風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承在運(yùn)行過程中，需要定期進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，以確保其正常運(yùn)行。如果維護(hù)不及時(shí)，軸承的一些潛在問題無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決，會(huì)逐漸發(fā)展成嚴(yán)重的故障。例如，潤(rùn)滑油的定期更換是軸承維護(hù)的重要內(nèi)容之一。潤(rùn)滑油在軸承運(yùn)行過程中起著潤(rùn)滑、冷卻和清潔的作用，如果長(zhǎng)時(shí)間不更換潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油會(huì)逐漸老化、變質(zhì)，其潤(rùn)滑性能會(huì)下降，無法在滾動(dòng)體與滾道之間形成有效的潤(rùn)滑膜，導(dǎo)致摩擦增大，磨損加劇。在某風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組中，由于對(duì)齒輪箱軸承的潤(rùn)滑油更換不及時(shí)，潤(rùn)滑油的黏度降低，雜質(zhì)增多，在運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)軸承的磨損量明顯增加，部分滾動(dòng)體表面出現(xiàn)了疲勞剝落現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了齒輪箱的正常運(yùn)行。維護(hù)不當(dāng)也會(huì)對(duì)軸承造成損害。例如，在添加潤(rùn)滑油時(shí)，如果添加量過多或過少，都會(huì)影響軸承的正常運(yùn)行。添加量過多會(huì)導(dǎo)致軸承內(nèi)部的油溫升高，增加能量損耗，甚至?xí)節(jié)櫥托孤?；添加量過少則無法提供足夠的潤(rùn)滑，導(dǎo)致軸承磨損加劇。在某風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)軸承的維護(hù)過程中，由于添加的潤(rùn)滑油量過少，在運(yùn)行一段時(shí)間后，軸承出現(xiàn)了過熱現(xiàn)象，滾動(dòng)體與滾道之間的磨損嚴(yán)重，最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)故障。在對(duì)軸承進(jìn)行清洗和檢查時(shí)，如果操作不當(dāng)，也可能會(huì)對(duì)軸承造成損傷。例如，使用過于粗糙的工具或清洗液可能會(huì)劃傷軸承表面，破壞其精度和光潔度，降低軸承的使用壽命。安裝與維護(hù)因素對(duì)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承的運(yùn)行穩(wěn)定性和壽命有著至關(guān)重要的影響。在風(fēng)電機(jī)組的安裝和維護(hù)過程中，必須嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，確保安裝質(zhì)量，加強(qiáng)維護(hù)管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，以保障軸承的正常運(yùn)行，提高風(fēng)電機(jī)組的可靠性和使用壽命。四、風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷方法4.1傳統(tǒng)故障診斷方法4.1.1定期檢查定期檢查是風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承傳統(tǒng)故障診斷的基礎(chǔ)方法之一，在風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)維中應(yīng)用廣泛。其主要流程是按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間隔，安排專業(yè)維護(hù)人員對(duì)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承進(jìn)行全面檢查。通常，檢查周期根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境、使用年限等因素確定，一般為半年或一年。以某風(fēng)電場(chǎng)為例，其規(guī)定每半年對(duì)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承進(jìn)行一次全面的定期檢查。在檢查內(nèi)容方面，涵蓋多個(gè)關(guān)鍵方面。維護(hù)人員首先會(huì)對(duì)軸承外觀進(jìn)行詳細(xì)的目視檢查，查看是否存在明顯的磨損、裂紋、變形、銹蝕等異常情況。如檢查軸承的滾道表面是否有剝落痕跡，滾動(dòng)體是否有破損，保持架是否變形或斷裂等。對(duì)于主軸軸承，重點(diǎn)檢查其與主軸的配合處是否松動(dòng)，密封部位是否有漏油現(xiàn)象；對(duì)于齒輪箱軸承，會(huì)檢查齒輪箱內(nèi)部的油質(zhì)情況，觀察是否有金屬碎屑，這可能是軸承磨損的跡象。維護(hù)人員還會(huì)使用專業(yè)工具對(duì)軸承的游隙、振動(dòng)、溫度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。使用塞尺測(cè)量軸承的游隙，判斷其是否在正常范圍內(nèi)；運(yùn)用振動(dòng)測(cè)量?jī)x檢測(cè)軸承的振動(dòng)幅值、頻率等參數(shù)，分析振動(dòng)信號(hào)是否存在異常；采用紅外測(cè)溫儀測(cè)量軸承的溫度，監(jiān)測(cè)其是否超出正常工作溫度范圍。在某風(fēng)電機(jī)組的定期檢查中，維護(hù)人員通過振動(dòng)測(cè)量?jī)x發(fā)現(xiàn)齒輪箱高速軸軸承的振動(dòng)幅值超出正常范圍，進(jìn)一步檢查后確定是由于軸承內(nèi)部滾動(dòng)體磨損導(dǎo)致的故障。然而，定期檢查存在諸多局限性。在人力物力消耗方面，每次定期檢查都需要安排專業(yè)維護(hù)人員前往風(fēng)電場(chǎng)，這些人員需要具備豐富的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)，人工成本較高。而且檢查過程中需要使用多種專業(yè)檢測(cè)工具和設(shè)備，如振動(dòng)測(cè)量?jī)x、紅外測(cè)溫儀、塞尺等，設(shè)備采購(gòu)和維護(hù)成本也不容忽視。在一些大型風(fēng)電場(chǎng)，擁有數(shù)十臺(tái)甚至上百臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，每次定期檢查都需要投入大量的人力和物力資源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，某大型風(fēng)電場(chǎng)每次進(jìn)行定期檢查，僅人工成本就達(dá)到數(shù)萬元，加上設(shè)備成本和交通成本，總費(fèi)用高達(dá)數(shù)十萬元。定期檢查在早期故障發(fā)現(xiàn)能力方面也存在不足。由于檢查周期相對(duì)較長(zhǎng)，在兩次檢查之間，軸承可能已經(jīng)出現(xiàn)了早期故障，但未能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)。早期故障的發(fā)展往往較為緩慢，在初期可能僅表現(xiàn)為一些細(xì)微的變化，如振動(dòng)幅值的微小增加、溫度的略微上升等，這些變化在定期檢查時(shí)可能不易被察覺。而當(dāng)這些早期故障逐漸發(fā)展成嚴(yán)重故障時(shí)，才會(huì)在定期檢查中被發(fā)現(xiàn)，此時(shí)往往已經(jīng)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行造成了較大影響，增加了維修成本和停機(jī)時(shí)間。例如，某風(fēng)電機(jī)組的主軸軸承在一次定期檢查后不久出現(xiàn)了早期疲勞裂紋，但由于裂紋較小，在下次定期檢查前未被發(fā)現(xiàn)，隨著裂紋的逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致主軸軸承損壞，風(fēng)電機(jī)組停機(jī)維修，維修成本高達(dá)數(shù)十萬元，停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)周，給風(fēng)電場(chǎng)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。4.1.2振動(dòng)分析振動(dòng)分析是風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷中應(yīng)用較為廣泛的一種方法，其原理基于軸承在正常運(yùn)行和故障狀態(tài)下振動(dòng)特性的差異。在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中，傳動(dòng)鏈軸承會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，其振動(dòng)信號(hào)包含了豐富的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息。當(dāng)軸承處于正常狀態(tài)時(shí)，其振動(dòng)信號(hào)具有一定的規(guī)律性和穩(wěn)定性，振動(dòng)幅值、頻率等參數(shù)在正常范圍內(nèi)波動(dòng)。而當(dāng)軸承出現(xiàn)故障時(shí)，如疲勞剝落、磨損、裂紋等，會(huì)導(dǎo)致軸承的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)特性發(fā)生變化，從而使振動(dòng)信號(hào)的特征發(fā)生改變。以疲勞剝落故障為例，當(dāng)軸承滾道表面出現(xiàn)疲勞剝落時(shí)，滾動(dòng)體經(jīng)過剝落區(qū)域會(huì)產(chǎn)生沖擊，導(dǎo)致振動(dòng)信號(hào)中出現(xiàn)周期性的沖擊脈沖，這些沖擊脈沖的頻率與軸承的故障特征頻率相關(guān)。振動(dòng)分析的方法主要包括時(shí)域分析、頻域分析和時(shí)頻分析。時(shí)域分析是直接對(duì)振動(dòng)信號(hào)在時(shí)間域上進(jìn)行處理和分析，通過計(jì)算振動(dòng)信號(hào)的均值、方差、峰值指標(biāo)、峭度指標(biāo)等統(tǒng)計(jì)參數(shù)，來判斷軸承的運(yùn)行狀態(tài)。均值反映了振動(dòng)信號(hào)的平均水平，方差則表示信號(hào)的離散程度，峰值指標(biāo)和峭度指標(biāo)對(duì)沖擊信號(hào)較為敏感，當(dāng)軸承出現(xiàn)故障時(shí)，這些指標(biāo)會(huì)發(fā)生明顯變化。頻域分析則是將振動(dòng)信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，通過傅里葉變換等方法，得到信號(hào)的頻譜圖。在頻譜圖中，可以清晰地看到信號(hào)的頻率成分和各頻率成分的幅值大小，通過分析頻譜圖中是否出現(xiàn)與軸承故障特征頻率相關(guān)的頻率成分，以及這些頻率成分的幅值變化，來判斷軸承是否存在故障以及故障的類型和嚴(yán)重程度。時(shí)頻分析則是綜合考慮振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間和頻率信息，能夠更全面地反映信號(hào)的特征。常見的時(shí)頻分析方法有小波變換、短時(shí)傅里葉變換等，這些方法可以在不同的時(shí)間尺度和頻率尺度上對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，有效地提取出信號(hào)中的瞬態(tài)特征和時(shí)變特征，對(duì)于診斷軸承的早期故障和復(fù)雜故障具有重要意義。振動(dòng)分析方法雖然在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷中取得了一定的應(yīng)用效果，但也存在一些局限性。該方法對(duì)操作人員的經(jīng)驗(yàn)依賴程度較高。在振動(dòng)信號(hào)的分析過程中，需要操作人員具備豐富的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能夠準(zhǔn)確地識(shí)別和分析信號(hào)中的各種特征。不同類型的軸承故障在振動(dòng)信號(hào)上的表現(xiàn)可能較為相似，需要操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。對(duì)于一些復(fù)雜的故障，如多種故障同時(shí)存在的情況，信號(hào)特征更加復(fù)雜，分析難度更大，對(duì)操作人員的經(jīng)驗(yàn)要求更高。在某風(fēng)電機(jī)組的故障診斷中，操作人員由于經(jīng)驗(yàn)不足，誤將齒輪箱軸承的磨損故障判斷為正常的振動(dòng)波動(dòng)，導(dǎo)致故障未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，最終造成了更嚴(yán)重的設(shè)備損壞。振動(dòng)分析還容易受環(huán)境噪聲干擾。風(fēng)電機(jī)組通常運(yùn)行在復(fù)雜的環(huán)境中，周圍存在各種噪聲源，如風(fēng)聲、機(jī)械噪聲、電磁干擾等，這些噪聲會(huì)混入軸承的振動(dòng)信號(hào)中，影響信號(hào)的質(zhì)量和特征提取。環(huán)境噪聲的存在可能會(huì)掩蓋軸承故障產(chǎn)生的微弱振動(dòng)信號(hào)，導(dǎo)致故障無法及時(shí)被檢測(cè)到。當(dāng)環(huán)境噪聲較大時(shí)，信號(hào)中的故障特征頻率可能會(huì)被噪聲淹沒，使得頻譜分析難以準(zhǔn)確判斷軸承的故障狀態(tài)。為了減少環(huán)境噪聲的干擾，通常需要采用濾波、降噪等信號(hào)處理技術(shù)，但這些技術(shù)在一定程度上也會(huì)損失信號(hào)的部分有用信息，影響故障診斷的準(zhǔn)確性。4.1.3聲音分析聲音分析也是風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷的傳統(tǒng)方法之一，其判斷軸承故障的原理基于軸承在正常運(yùn)行和故障狀態(tài)下產(chǎn)生聲音的差異。在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，傳動(dòng)鏈軸承會(huì)發(fā)出一定的聲音，這種聲音是由于軸承內(nèi)部的滾動(dòng)體與滾道之間的摩擦、沖擊以及保持架的運(yùn)動(dòng)等產(chǎn)生的。當(dāng)軸承處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其發(fā)出的聲音相對(duì)平穩(wěn)、均勻，頻率和幅值都在一定的正常范圍內(nèi)。而當(dāng)軸承出現(xiàn)故障時(shí)，如磨損、疲勞剝落、裂紋等，會(huì)導(dǎo)致軸承內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，從而使發(fā)出的聲音的頻率、幅值和音色等特征發(fā)生改變。例如，當(dāng)軸承出現(xiàn)磨損故障時(shí)，滾動(dòng)體與滾道之間的摩擦增大，會(huì)產(chǎn)生尖銳的摩擦聲；當(dāng)軸承出現(xiàn)疲勞剝落故障時(shí)，滾動(dòng)體經(jīng)過剝落區(qū)域會(huì)產(chǎn)生沖擊，發(fā)出周期性的敲擊聲。在實(shí)際應(yīng)用中，聲音分析通常采用人工聽測(cè)和聲學(xué)傳感器檢測(cè)兩種方式。人工聽測(cè)是由經(jīng)驗(yàn)豐富的運(yùn)維人員使用聽診器等簡(jiǎn)單工具，直接監(jiān)聽軸承運(yùn)行時(shí)發(fā)出的聲音，根據(jù)聲音的特征來判斷軸承是否存在故障以及故障的類型和嚴(yán)重程度。聲學(xué)傳感器檢測(cè)則是通過在風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部位安裝聲學(xué)傳感器，如麥克風(fēng)等，實(shí)時(shí)采集軸承運(yùn)行時(shí)發(fā)出的聲音信號(hào)，然后對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理和分析。在信號(hào)處理過程中，通常會(huì)采用濾波、降噪等技術(shù)，去除環(huán)境噪聲和其他干擾信號(hào)，提高聲音信號(hào)的質(zhì)量。然后，通過對(duì)處理后的聲音信號(hào)進(jìn)行特征提取和分析，如計(jì)算聲音信號(hào)的頻率、幅值、能量等參數(shù)，以及采用頻譜分析、倒頻譜分析等方法，來判斷軸承的運(yùn)行狀態(tài)。然而，聲音分析在實(shí)際應(yīng)用中存在諸多不足。環(huán)境影響是一個(gè)主要問題，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，周圍存在各種噪聲源，如風(fēng)聲、機(jī)械噪聲、電磁干擾等，這些噪聲會(huì)嚴(yán)重干擾聲學(xué)傳感器采集到的聲音信號(hào)，使得從聲音信號(hào)中提取軸承故障特征變得困難。在強(qiáng)風(fēng)天氣下，風(fēng)聲的強(qiáng)度可能遠(yuǎn)大于軸承故障產(chǎn)生的聲音信號(hào)，導(dǎo)致聲學(xué)傳感器無法準(zhǔn)確采集到軸承的聲音信號(hào)，從而影響故障診斷的準(zhǔn)確性。聲音分析在準(zhǔn)確性方面也存在不足。不同類型的軸承故障在聲音特征上的差異可能并不明顯，難以準(zhǔn)確區(qū)分。一些輕微的故障產(chǎn)生的聲音變化可能非常微弱，容易被忽略。聲音信號(hào)的特征還受到多種因素的影響，如軸承的轉(zhuǎn)速、載荷、潤(rùn)滑條件等，這些因素的變化會(huì)導(dǎo)致聲音信號(hào)的特征發(fā)生改變，增加了故障診斷的難度。在某風(fēng)電機(jī)組的故障診斷中，由于環(huán)境噪聲的干擾和聲音信號(hào)特征的復(fù)雜性，聲學(xué)傳感器檢測(cè)和人工聽測(cè)都未能準(zhǔn)確判斷出齒輪箱軸承的早期磨損故障，直到故障進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了明顯的振動(dòng)和異常聲音，才被發(fā)現(xiàn)和處理，給風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行帶來了較大的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。4.2新型故障診斷方法4.2.1基于傳感器技術(shù)的監(jiān)測(cè)在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷中，基于傳感器技術(shù)的監(jiān)測(cè)發(fā)揮著基礎(chǔ)性作用，能夠?yàn)楹罄m(xù)的故障診斷提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。振動(dòng)傳感器是應(yīng)用最為廣泛的傳感器之一，其工作原理是基于壓電效應(yīng)或電磁感應(yīng)原理。壓電式振動(dòng)傳感器利用某些材料在受到機(jī)械振動(dòng)作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生電荷的特性，將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出；電磁感應(yīng)式振動(dòng)傳感器則是通過電磁感應(yīng)原理，將振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能輸出。在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承上，振動(dòng)傳感器通常安裝在軸承座、主軸等關(guān)鍵部位。對(duì)于主軸軸承，一般在軸承座的水平和垂直方向各安裝一個(gè)振動(dòng)傳感器，以全面監(jiān)測(cè)主軸在不同方向上的振動(dòng)情況。在某2MW風(fēng)電機(jī)組中，在主軸軸承座的水平方向安裝了型號(hào)為ICP-601A的壓電式振動(dòng)傳感器，該傳感器靈敏度為100mV/g，頻率響應(yīng)范圍為0.5Hz-10kHz，能夠準(zhǔn)確地采集到主軸在水平方向的振動(dòng)信號(hào)；在垂直方向安裝了型號(hào)為356A16的振動(dòng)傳感器，其靈敏度為10mV/g，頻率響應(yīng)范圍為0.2Hz-10kHz，可有效監(jiān)測(cè)主軸垂直方向的振動(dòng)。通過對(duì)這些振動(dòng)信號(hào)的分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承的早期故障，如疲勞剝落、磨損等。當(dāng)軸承出現(xiàn)疲勞剝落時(shí)，振動(dòng)信號(hào)中會(huì)出現(xiàn)周期性的沖擊脈沖，通過對(duì)沖擊脈沖的頻率和幅值分析，可以判斷故障的嚴(yán)重程度。溫度傳感器也是常用的監(jiān)測(cè)傳感器之一，其原理主要包括熱電阻、熱電偶和紅外測(cè)溫等。熱電阻溫度傳感器利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來測(cè)量溫度；熱電偶則是基于兩種不同金屬導(dǎo)體的熱電效應(yīng)，將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢(shì)輸出；紅外測(cè)溫傳感器通過接收物體輻射的紅外線來測(cè)量物體表面溫度。在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承監(jiān)測(cè)中，溫度傳感器一般安裝在軸承的內(nèi)圈、外圈或附近的軸承座上。在某風(fēng)電機(jī)組的齒輪箱軸承中，在內(nèi)圈安裝了PT100熱電阻溫度傳感器，其測(cè)量精度為±0.1℃，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)軸承內(nèi)圈的溫度變化。當(dāng)軸承出現(xiàn)故障時(shí)，如潤(rùn)滑不良、過載等，會(huì)導(dǎo)致軸承溫度升高，通過監(jiān)測(cè)溫度的變化，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些故障隱患。在一次監(jiān)測(cè)中，通過PT100熱電阻溫度傳感器發(fā)現(xiàn)齒輪箱某軸承內(nèi)圈溫度突然升高了15℃，超出了正常工作溫度范圍，進(jìn)一步檢查后發(fā)現(xiàn)是由于潤(rùn)滑油泄漏導(dǎo)致潤(rùn)滑不良，及時(shí)采取措施補(bǔ)充潤(rùn)滑油后，避免了軸承的進(jìn)一步損壞。轉(zhuǎn)速傳感器用于監(jiān)測(cè)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的轉(zhuǎn)速，其原理主要有電磁感應(yīng)式、光電式和霍爾式等。電磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器通過感應(yīng)旋轉(zhuǎn)物體上的齒或槽產(chǎn)生的電磁信號(hào)來測(cè)量轉(zhuǎn)速；光電式轉(zhuǎn)速傳感器利用光電效應(yīng)，通過檢測(cè)旋轉(zhuǎn)物體上的反光片或透光孔產(chǎn)生的光信號(hào)變化來測(cè)量轉(zhuǎn)速；霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器則是基于霍爾效應(yīng)，通過檢測(cè)旋轉(zhuǎn)物體上的磁性材料產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化來測(cè)量轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速傳感器一般安裝在主軸、齒輪箱輸出軸等部位，以獲取準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)速信息。在某風(fēng)電機(jī)組中，在主軸上安裝了電磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器，型號(hào)為SZGB-04，其測(cè)量精度為±1r/min，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)主軸的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速信息對(duì)于分析軸承的運(yùn)行狀態(tài)具有重要意義，當(dāng)軸承出現(xiàn)故障時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速波動(dòng)或異常，通過監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速的變化，可以輔助判斷軸承是否存在故障。在一次故障診斷中，發(fā)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速出現(xiàn)了周期性的波動(dòng)，經(jīng)過進(jìn)一步分析，確定是由于主軸軸承的滾動(dòng)體磨損導(dǎo)致的，及時(shí)更換軸承后，轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常。傳感器的安裝位置和參數(shù)選擇對(duì)監(jiān)測(cè)效果有著至關(guān)重要的影響。安裝位置的選擇應(yīng)考慮能夠準(zhǔn)確反映軸承的運(yùn)行狀態(tài)，避免受到其他部件的干擾。對(duì)于振動(dòng)傳感器，安裝位置應(yīng)盡量靠近軸承的承載區(qū)域，以獲取最直接的振動(dòng)信號(hào)。安裝位置還應(yīng)考慮便于安裝和維護(hù)，避免在安裝和維護(hù)過程中對(duì)其他部件造成損壞。在某風(fēng)電機(jī)組的安裝過程中，由于振動(dòng)傳感器的安裝位置距離軸承較遠(yuǎn)，受到了其他部件振動(dòng)的干擾，導(dǎo)致采集到的振動(dòng)信號(hào)不準(zhǔn)確，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承的早期故障。后來重新調(diào)整了振動(dòng)傳感器的安裝位置，使其更靠近軸承承載區(qū)域，有效地提高了監(jiān)測(cè)效果。參數(shù)選擇方面，傳感器的靈敏度、頻率響應(yīng)范圍、測(cè)量精度等參數(shù)應(yīng)根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行工況和監(jiān)測(cè)需求進(jìn)行合理選擇。對(duì)于振動(dòng)傳感器，在監(jiān)測(cè)高頻振動(dòng)時(shí)，應(yīng)選擇頻率響應(yīng)范圍較高的傳感器，以確保能夠準(zhǔn)確采集到高頻振動(dòng)信號(hào)；在監(jiān)測(cè)微弱振動(dòng)時(shí)，應(yīng)選擇靈敏度較高的傳感器，以提高信號(hào)的檢測(cè)能力。在某風(fēng)電機(jī)組的改造項(xiàng)目中，為了監(jiān)測(cè)齒輪箱軸承的早期故障，將原來的振動(dòng)傳感器更換為靈敏度更高、頻率響應(yīng)范圍更寬的傳感器，成功地檢測(cè)到了之前無法察覺的早期故障信號(hào)，為及時(shí)維修提供了依據(jù)。4.2.2信號(hào)處理技術(shù)在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷中，信號(hào)處理技術(shù)起著至關(guān)重要的作用，它能夠?qū)鞲衅鞑杉降脑夹盘?hào)進(jìn)行處理，提取出反映軸承運(yùn)行狀態(tài)的有效特征，為后續(xù)的故障診斷提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。濾波是信號(hào)處理的重要環(huán)節(jié)之一，其主要目的是去除信號(hào)中的噪聲和干擾，提高信號(hào)的質(zhì)量。常見的濾波方法包括低通濾波、高通濾波、帶通濾波和帶阻濾波等。低通濾波允許低頻信號(hào)通過，抑制高頻噪聲，適用于去除信號(hào)中的高頻干擾成分，如電氣干擾、環(huán)境噪聲等。在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承振動(dòng)信號(hào)處理中，當(dāng)信號(hào)中存在高頻的電磁干擾噪聲時(shí)，可采用低通濾波器進(jìn)行濾波，設(shè)置截止頻率為1kHz，能夠有效地去除高頻噪聲，使振動(dòng)信號(hào)更加清晰。高通濾波則允許高頻信號(hào)通過，抑制低頻噪聲，常用于去除信號(hào)中的低頻漂移和趨勢(shì)項(xiàng)。在處理溫度信號(hào)時(shí)，若信號(hào)中存在因環(huán)境溫度緩慢變化引起的低頻漂移，可采用高通濾波器，設(shè)置截止頻率為0.01Hz，能夠有效去除低頻漂移，突出溫度信號(hào)的變化特征。帶通濾波只允許特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過，抑制其他頻率的信號(hào)，適用于提取特定頻率的故障特征信號(hào)。例如，在檢測(cè)軸承的疲勞剝落故障時(shí)，根據(jù)軸承的故障特征頻率，設(shè)置帶通濾波器的通帶頻率范圍為500Hz-1000Hz，能夠有效地提取出與疲勞剝落故障相關(guān)的特征信號(hào)。帶阻濾波則是抑制特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)，通過其他頻率的信號(hào)，常用于去除信號(hào)中的特定頻率干擾。當(dāng)信號(hào)中存在與電源頻率相同的50Hz干擾時(shí)，可采用帶阻濾波器，設(shè)置阻帶頻率范圍為49Hz-51Hz，能夠有效地抑制50Hz干擾，提高信號(hào)的質(zhì)量。去噪是信號(hào)處理的另一個(gè)關(guān)鍵步驟，除了濾波方法外，還有一些其他的去噪技術(shù)，如小波去噪、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）去噪等。小波去噪是基于小波變換的多分辨率分析特性，將信號(hào)分解為不同頻率的子帶，然后根據(jù)噪聲和信號(hào)在不同子帶的特性差異，對(duì)各子帶進(jìn)行處理，去除噪聲。在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承振動(dòng)信號(hào)去噪中，首先選擇合適的小波基函數(shù)，如db4小波基，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波分解，得到不同尺度的小波系數(shù)。然后根據(jù)噪聲的特點(diǎn)，采用閾值處理方法，對(duì)小波系數(shù)進(jìn)行去噪處理。最后通過小波重構(gòu)，得到去噪后的振動(dòng)信號(hào)。經(jīng)過小波去噪處理后，振動(dòng)信號(hào)的信噪比得到了顯著提高，為后續(xù)的特征提取和故障診斷提供了更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解去噪則是將信號(hào)分解為一系列固有模態(tài)函數(shù)（IMF），通過分析各IMF分量與噪聲的相關(guān)性，去除噪聲分量，保留信號(hào)分量。在處理風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承溫度信號(hào)時(shí)，利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解將溫度信號(hào)分解為多個(gè)IMF分量，通過計(jì)算各IMF分量與原始信號(hào)的相關(guān)系數(shù)，確定與噪聲相關(guān)的IMF分量，將其去除后，再對(duì)剩余的IMF分量進(jìn)行重構(gòu)，得到去噪后的溫度信號(hào)。特征提取是信號(hào)處理的核心環(huán)節(jié)，其目的是從處理后的信號(hào)中提取出能夠反映軸承運(yùn)行狀態(tài)的特征信息。常見的特征提取方法有時(shí)域特征提取、頻域特征提取和時(shí)頻域特征提取。時(shí)域特征提取是直接在時(shí)間域上對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，提取信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征、波形特征等。常用的時(shí)域特征參數(shù)包括均值、方差、峰值指標(biāo)、峭度指標(biāo)等。均值反映了信號(hào)的平均水平，方差表示信號(hào)的離散程度，峰值指標(biāo)和峭度指標(biāo)對(duì)沖擊信號(hào)較為敏感，當(dāng)軸承出現(xiàn)故障時(shí)，這些指標(biāo)會(huì)發(fā)生明顯變化。在某風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷中，通過計(jì)算振動(dòng)信號(hào)的峭度指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)軸承出現(xiàn)疲勞剝落故障時(shí)，峭度指標(biāo)從正常狀態(tài)下的3.5急劇上升到8.0，表明軸承狀態(tài)發(fā)生了異常。頻域特征提取是將信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，通過傅里葉變換等方法，得到信號(hào)的頻譜圖，提取信號(hào)的頻率成分和幅值等特征。在頻譜圖中，不同頻率成分的幅值大小反映了信號(hào)中各頻率分量的能量分布情況，通過分析頻譜圖中是否出現(xiàn)與軸承故障特征頻率相關(guān)的頻率成分，以及這些頻率成分的幅值變化，來判斷軸承是否存在故障以及故障的類型和嚴(yán)重程度。在檢測(cè)齒輪箱軸承的磨損故障時(shí)，根據(jù)齒輪箱的傳動(dòng)比和軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算出磨損故障的特征頻率為800Hz，在頻譜圖中，當(dāng)800Hz頻率成分的幅值明顯增大時(shí)，可判斷軸承可能出現(xiàn)了磨損故障。時(shí)頻域特征提取則是綜合考慮信號(hào)的時(shí)間和頻率信息，能夠更全面地反映信號(hào)的特征。常見的時(shí)頻域特征提取方法有小波變換、短時(shí)傅里葉變換、Wigner-Ville分布等。小波變換能夠在不同的時(shí)間尺度和頻率尺度上對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，有效地提取出信號(hào)中的瞬態(tài)特征和時(shí)變特征；短時(shí)傅里葉變換則是通過加窗的方式，對(duì)信號(hào)進(jìn)行局部傅里葉變換，能夠在一定程度上反映信號(hào)的時(shí)頻特性；Wigner-Ville分布是一種常用的時(shí)頻分析方法，能夠提供信號(hào)的時(shí)頻能量分布信息，但存在交叉項(xiàng)干擾的問題。在某風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承早期故障診斷中，采用小波變換對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析，能夠清晰地觀察到在故障初期，信號(hào)在特定時(shí)間和頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)了異常的能量分布，為早期故障診斷提供了重要依據(jù)。通過有效的濾波、去噪和特征提取等信號(hào)處理方法，能夠從傳感器采集到的原始信號(hào)中獲取準(zhǔn)確的軸承故障特征信息，為風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承的故障診斷提供有力支持。4.2.3人工智能技術(shù)在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷領(lǐng)域，人工智能技術(shù)憑借其強(qiáng)大的學(xué)習(xí)和模式識(shí)別能力，為實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的故障診斷提供了新的途徑。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為人工智能技術(shù)的重要分支，在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷中得到了廣泛應(yīng)用。其中，多層感知機(jī)（MLP）是一種簡(jiǎn)單而經(jīng)典的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，它由輸入層、隱藏層和輸出層組成，各層之間通過權(quán)重連接。在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷中，將經(jīng)過信號(hào)處理后的振動(dòng)、溫度等特征參數(shù)作為輸入層的輸入，隱藏層通過非線性激活函數(shù)對(duì)輸入進(jìn)行變換和特征提取，輸出層則根據(jù)隱藏層的輸出結(jié)果進(jìn)行故障模式的分類。在某風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷實(shí)驗(yàn)中，構(gòu)建了一個(gè)具有兩個(gè)隱藏層的MLP模型，輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)為10，對(duì)應(yīng)10個(gè)經(jīng)過特征提取后的振動(dòng)和溫度特征參數(shù)；第一個(gè)隱藏層節(jié)點(diǎn)數(shù)為30，采用ReLU激活函數(shù)；第二個(gè)隱藏層節(jié)點(diǎn)數(shù)為20，同樣采用ReLU激活函數(shù)；輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)為5，分別對(duì)應(yīng)正常狀態(tài)、疲勞剝落、磨損、腐蝕和斷裂五種故障模式。通過使用大量的故障樣本數(shù)據(jù)對(duì)MLP模型進(jìn)行訓(xùn)練，使其學(xué)習(xí)到不同故障模式下特征參數(shù)的變化規(guī)律。在測(cè)試階段，將新的特征參數(shù)輸入到訓(xùn)練好的模型中，模型能夠準(zhǔn)確地判斷出軸承的運(yùn)行狀態(tài)，診斷準(zhǔn)確率達(dá)到了85%以上。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）是一種專門為處理具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)（如圖像、信號(hào)等）而設(shè)計(jì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它通過卷積層、池化層和全連接層等組件，自動(dòng)提取數(shù)據(jù)的特征。在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷中，CNN能夠直接對(duì)振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形或經(jīng)過時(shí)頻分析得到的時(shí)頻圖進(jìn)行處理，無需人工手動(dòng)提取特征。在一項(xiàng)研究中，將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)頻圖后作為CNN的輸入，卷積層通過不同大小的卷積核在時(shí)頻圖上滑動(dòng)，提取不同尺度的特征；池化層則對(duì)卷積層的輸出進(jìn)行下采樣，減少數(shù)據(jù)量，同時(shí)保留重要的特征信息；全連接層將池化層輸出的特征進(jìn)行分類，判斷軸承的故障類型。通過對(duì)大量風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，該CNN模型在故障診斷準(zhǔn)確率上取得了顯著提升，達(dá)到了90%以上，相比傳統(tǒng)方法具有更高的診斷精度和更強(qiáng)的適應(yīng)性。循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）及其變體，如長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）和門控循環(huán)單元（GRU），特別適用于處理時(shí)間序列數(shù)據(jù)，能夠有效地捕捉數(shù)據(jù)中的時(shí)間依賴關(guān)系。在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷中，軸承的運(yùn)行狀態(tài)隨時(shí)間變化，RNN及其變體能夠充分利用這種時(shí)間序列信息進(jìn)行故障診斷。以LSTM為例，它通過引入記憶單元和門控機(jī)制，能夠有效地解決傳統(tǒng)RNN中存在的梯度消失和梯度爆炸問題，更好地捕捉長(zhǎng)時(shí)間的依賴關(guān)系。在某風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用中，將風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承的振動(dòng)、溫度等參數(shù)隨時(shí)間的變化作為L(zhǎng)STM模型的輸入，模型通過學(xué)習(xí)歷史數(shù)據(jù)中的時(shí)間序列特征，能夠提前預(yù)測(cè)軸承可能出現(xiàn)的故障。在一次監(jiān)測(cè)中，LSTM模型根據(jù)前幾天的參數(shù)變化趨勢(shì)，提前24小時(shí)預(yù)測(cè)到某臺(tái)風(fēng)機(jī)主軸軸承可能出現(xiàn)疲勞剝落故障，運(yùn)維人員及時(shí)對(duì)該軸承進(jìn)行檢查和維護(hù)，避免了故障的發(fā)生，大大提高了風(fēng)電機(jī)組的可靠性和運(yùn)行效率。支持向量機(jī)（SVM）是一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的分類算法，它通過尋找一個(gè)最優(yōu)分類超平面，將不同類別的樣本數(shù)據(jù)分開。在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷中，SVM首先對(duì)經(jīng)過特征提取后的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，確定最優(yōu)分類超平面的參數(shù)。在訓(xùn)練過程中，SVM采用核函數(shù)將低維的樣本數(shù)據(jù)映射到高維空間，從而在高維空間中找到線性可分的超平面。常用的核函數(shù)有線性核、多項(xiàng)式核、徑向基核等。在某風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷中，采用徑向基核函數(shù)的SVM對(duì)振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域和頻域特征進(jìn)行分類，能夠準(zhǔn)確地區(qū)分正常狀態(tài)和不同類型的故障狀態(tài)。通過對(duì)100組樣本數(shù)據(jù)的訓(xùn)練和50組樣本數(shù)據(jù)的測(cè)試，SVM的診斷準(zhǔn)確率達(dá)到了88%，表明其在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷中具有較好的性能。通過訓(xùn)練這些人工智能模型，利用大量的正常運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)，讓模型學(xué)習(xí)到不同運(yùn)行狀態(tài)下軸承特征參數(shù)的變化規(guī)律。在實(shí)際應(yīng)用中，將實(shí)時(shí)采集到的軸承特征參數(shù)輸入到訓(xùn)練好的模型中，模型即可根據(jù)學(xué)習(xí)到的規(guī)律對(duì)軸承的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)故障模式識(shí)別和預(yù)警。這些人工智能技術(shù)在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷中展現(xiàn)出了巨大的潛力，為提高風(fēng)電機(jī)組的可靠性和運(yùn)維效率提供了有力支持。五、風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷案例分析5.1案例選取與背景介紹為深入驗(yàn)證風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承故障診斷方法的有效性和實(shí)用性，本文選取位于我國(guó)西北某地區(qū)的A風(fēng)電場(chǎng)作為研究案例。該風(fēng)電場(chǎng)處于戈壁灘邊緣，常年風(fēng)速較高，平均風(fēng)速可達(dá)8-10m/s，且風(fēng)沙較大，空氣中沙塵含量較高，年平均沙塵天數(shù)超過100天。同時(shí)，該地區(qū)夏季氣溫較高，最高氣溫可達(dá)40℃以上，冬季氣溫較低，最低氣溫可達(dá)-20℃以下，晝夜溫差大，環(huán)境條件較為惡劣。A風(fēng)電場(chǎng)安裝有50臺(tái)型號(hào)為X-2.5MW的雙饋式風(fēng)電機(jī)組，該型號(hào)風(fēng)電機(jī)組于2015年投入運(yùn)行，截至目前，已運(yùn)行近10年。其傳動(dòng)鏈主要由主軸、齒輪箱、聯(lián)軸器和發(fā)電機(jī)等部件組成。主軸采用兩支承結(jié)構(gòu)，由兩套調(diào)心滾子軸承支承，型號(hào)為231/560CA/W33，內(nèi)徑560mm，外徑980mm，寬度243mm，主要承受風(fēng)輪傳遞的巨大載荷。齒輪箱為三級(jí)行星-平行軸結(jié)構(gòu)，包含多個(gè)不同類型的軸承，其中行星架軸承采用圓柱滾子軸承，型號(hào)為NU2322E，內(nèi)徑110mm，外徑240mm，寬度50mm；高速軸軸承采用雙列調(diào)心滾子軸承，型號(hào)為22224CA/W33，內(nèi)徑120mm，外徑215mm，寬度58mm。發(fā)電機(jī)采用異步發(fā)電機(jī)，其軸承選用圓柱滾子軸承和深溝球軸承組合，前端圓柱滾子軸承型號(hào)為NUP220E，內(nèi)徑100mm，外徑180mm，寬度34mm，后端深溝球軸承型號(hào)為6320，內(nèi)徑100mm，外徑215mm，寬度47mm。變槳和偏航系統(tǒng)分別采用交叉滾子軸承和四點(diǎn)接觸球軸承，變槳軸承型號(hào)為CRBH3200，內(nèi)徑3200mm，外徑3450mm，高度160mm；偏航軸承型號(hào)為QJ326，內(nèi)徑130mm，外徑280mm，寬度58mm。在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，該風(fēng)電場(chǎng)的多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈軸承出現(xiàn)了不同類型的故障，為研究故障診斷方法提供了豐富的實(shí)際數(shù)據(jù)和案例。5.2故障診斷過程與方法應(yīng)用5.2.1數(shù)據(jù)采集在A風(fēng)電場(chǎng)的故障診斷研究中，數(shù)據(jù)采集工作至關(guān)重要，直接關(guān)系到后續(xù)故障診斷的準(zhǔn)確性和可靠性。對(duì)于振動(dòng)傳感器，在每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的主軸軸承座水平和垂直方向各安裝1個(gè)型號(hào)為ICP-601A的壓電式振動(dòng)傳感器，該傳感器靈敏度為100mV/g，頻率響應(yīng)范圍為0.5Hz-10kHz，能夠精準(zhǔn)捕捉主軸在不同方向的振動(dòng)信號(hào)。在齒輪箱的高速軸、中間軸和低速軸軸承座上，也分別安裝相應(yīng)的振動(dòng)傳感器，以全面監(jiān)測(cè)齒輪箱各軸的振動(dòng)情況。對(duì)于溫度傳感器，在主軸軸承內(nèi)圈、齒輪箱軸承內(nèi)圈以及發(fā)電機(jī)軸承內(nèi)圈分別安裝PT100熱電阻溫度傳感器，測(cè)量精度為±0.1℃，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軸承內(nèi)部的溫度變化。轉(zhuǎn)速傳感器則安裝在主軸和齒輪箱輸出軸上，選用電磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器，型號(hào)為SZGB-04，測(cè)量精度為±1r/min，用于獲取準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)速信息。數(shù)據(jù)采集頻率根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)和故障診斷需求進(jìn)行設(shè)定。振動(dòng)信號(hào)采集頻率設(shè)定為10kHz，以確保能夠捕捉到軸承故障產(chǎn)生的高頻沖擊信號(hào)。在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)軸承出現(xiàn)疲勞剝落故障時(shí)，其產(chǎn)生的沖擊信號(hào)頻率可能高達(dá)數(shù)千赫茲，10kHz的采集頻率能夠有效采集到這些高頻信號(hào)，為故障診斷提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。溫度信號(hào)采集頻率設(shè)定為1Hz，由于溫度變化相對(duì)較為緩慢，1Hz的采集頻率足以反映軸承溫度的實(shí)時(shí)變化情況。轉(zhuǎn)速信號(hào)采集頻率同樣設(shè)定為1Hz，能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。通過一段時(shí)間的采集，獲取了豐富的原始數(shù)據(jù)。圖1展示了某臺(tái)風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行狀態(tài)下主軸軸承的振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖，從圖中可以看出，振動(dòng)幅值在一定范圍內(nèi)平穩(wěn)波動(dòng)，波動(dòng)范圍約為±2m/s2，說明此時(shí)主軸軸承運(yùn)行狀態(tài)良好。圖2為該風(fēng)電機(jī)組齒輪箱高速軸軸承在某一時(shí)刻的溫度變化曲線，溫度基本穩(wěn)定在45℃左右，處于正常工作溫度范圍。同時(shí)，還采集到了大量不同工況下的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，如在不同風(fēng)速條件下，風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速會(huì)相應(yīng)變化，通過對(duì)這些轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)的分析，可以了解風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行工況，為后續(xù)故障診斷提供參考。5.2.2信號(hào)處理與特