摘要：齿轮箱中轴承具有传递运动、扭矩以及变速等功能，一旦轴承出现故障，会严重影响齿轮箱的正常使用。若齿轮出现故障，其中60%的原因是由于齿轮失效引发的。现阶段对齿轮箱出现的故障进行诊断时，会采用振动法、油液分析法以及混沌诊断识别法。齿轮箱进入到运行状态，齿轮箱内的组成部分，包括轴、齿轮以及轴承等零件，都会处在振动的状态，受到振动的影响，轴承会出现点蚀情况，或者由于高温、轴面磨损等，导致轴承无法继续工作，严重影响发电机组正常的运行。
关键词：风力发电机；齿轮箱；轴承；振动；故障诊断
大部分风力发电机组运行的工作环境恶劣，加之风速、风向具有较高的不稳定性与不确定性，因此风力发电机组主要运行在交变负载作用状态中，这样一来，很容易造成对机组的传统系统等部件的损坏。同时由于风电机组所在的地区相对偏远，所以会相应的增加检修的困难度。因此必须加强对风电机组齿轮箱轴承故障诊断工作，下面进行深入的分析。
1风力发电机组传动系统结构诊断
目前，发电机和机械传动系统是组成风力发电机系统重要的组成部分，并且承担稳定发电机组正常运行的功能。而在风力发电机组内，齿轮箱、发电机以及轴承在振动状态下，会频繁地出现故障，尤其是轴承易出现点蚀、轴面磨损等故障，而且在高温的环境中，会缩短齿轮的使用寿命。此外，作为风力发电机组提供动能的关键设备，齿轮箱、轴承以及联轴器等零件，都会受到不同程度荷载的冲击，在不同荷载作用下，极易导致传动系统出现故障。风力发电机组在运行状态下，在传动系统的带动下，将风能转换为机械能，再将机械能运输至发电机，最后产生电能。传动系统主要由主轴、联轴器、高速轴等装置组成，每个装置结构不同，在运行状态下轴承出现故障的位置、影响范围以及性质也不相同。主轴是连接风轮和齿轮箱的关键装置，风轮在转动时，通过扭矩的变化将能量传输至齿轮箱，在齿轮箱的带动下，产生的轴向力会作用在其他装置上。联轴器是两个不同装置相互连接的零件，联轴器在转动时，会带动其他两个装置共同旋转。不同运动状态下产生的动力，需要联轴器具备缓冲、减振等功能。联轴器通常由主动轴和从动轴组成。高速轴是增速齿轮箱和发电机连接的装置，高速轴保持在高速状态，可带动发电机高速转动产生电能。
2风力发电机组传动机构典型故障诊断
2.1齿轮箱故障诊断
齿轮、滚动轴承和轴等零件，是构成齿轮箱重要的部分，在对齿轮、滚动轴承和轴出现的故障进行分析时，通常借助振动信号频率特征以及故障特征，可以判定引发齿轮箱出现故障的原因。风力发电机组在运行过程中，通常会保持在较高的转速，一旦出现故障，齿轮箱内零件会出现噪音，并且伴随不规律的振动。在对振动信号产生的时域、频域以及幅值进行检测时，工作人员会得到许多故障数据，最明显的是齿轮故障和滚动轴承故障数据，一旦风力发电机组运行速度提升，上述故障就会出现。风力发电机组通常处在风力较大的环境中，一般在荒野、海岛等恶劣的地区，而由于风力产生的荷载具有无规律特征，并且会在瞬时状态对风力发电机组产生强大的冲击力，会引发风力发电机组出现故障。目前，风力发电机组最高转速，每分钟可高达1500转，在长时间高速运转过程中，齿轮箱会出现高温发热的情况，同时在荷载的作用下，会引发齿轮箱出现故障。目前，齿轮箱常见的故障，包括局部故障和分布故障。局部故障包括齿轮损伤、弯曲疲劳等，分布故障分为齿面磨损、轴承损坏等。出现的故障形式包括以下几种：第一，断齿。齿轮受到周期性的应力作用后，会在根部出现裂纹，而在荷载长期的作用后，齿轮会出现断齿情况；第二，齿轮齿面疲劳。齿轮箱在运动状态下，受到机械力学的作用，产生的作用力会使齿轮出现相对滑动的状态，只是齿面出现点蚀、破坏性点蚀以及表面压碎等情况。
齿轮齿面出现疲劳状态，故障状态表现为振动信号出现啮合频率、振动能量增大以及能量幅值增大等；第三，齿面胶合。齿轮受到高速重载的作用后，齿轮箱处在高温的状态下，此时，齿面受到高温的影响以及压力作用，会在齿面出现磨损等情况，并且在齿轮相对滑动的状态下，齿面未能进行充分的润滑，导致齿面出现胶合故障。
2.2转子不对中故障诊断
风力发电机作为大型机械设备，发电机组通常放置在离地面几十米的高空中，而且受到风力的作用，安装笨重的发电机组难度较大，无法保证转子精准的对中安装。若转子未能保持在对中状态，此时，发电机组在长期运行过程中，在风力以及运行高温共同影响下，齿轮箱内的阻尼器会出现变形，导致转子和轴承无法保持在对中状态，此时，发电站机组会出现不规律振动，致使前后旋转装置轴心无法保持在同一条直线状态，从而引发轴承出现故障。转子出现不对中的故障，除了安装难度较大以外，还由于以下原因导致的：第一，运动状态下的转子，会由于该变量发生的变化，导致从动转子与主动转子间，产生不同的动态情况；第二，承载转子轴承座出现不同的膨胀情况；第三，机壳出现变形或者位移情况；第四，发电机所处地基出现不均匀沉降；第四，转子出现弯曲情况，引发机组出现不平衡的旋转情况。
2.3滚动轴承故障诊断
在传动系统中，滚动轴承是重要的装置。滚动轴承一般由内环、外环、滚动体以及保持架构成。在发电机组内配置滚动轴承，是发挥滚动轴承具有的效率高、易于润涵以及摩擦阻力小等优势。但是，滚动轴承在使用过程中，会出现较大的噪音，同时，无法承受较大的冲击力。若滚动轴承出现故障，极易引发发电机组出现大范围的损坏情况。在对滚动轴承故障进行分析时，主要故障特征分为以下几个方面：第一，轴承内环出现剥落或者点蚀情况。使用频谱对内环进行检测，会出现较为明显的谐波变化；第二，外环出现剥落或者点蚀情况。使用频谱进行检测，此时故障特征为无变频、无调幅情况；第三，滚动体出现剥落或者点蚀情况时，在故障位置会出现明显的调制峰群特征；第四，保持架出现变形或者脱落。使用频谱进行检测，发现保持架出现特征频率以及谐波。此外，滚动轴承的故障形式分为以下几种，分别为疲劳剥落故障、磨损故障、裂纹和断裂故障以及压痕故障。
2.4发电机故障诊断
发电机出现故障，可分为定子绕组故障和轴承故障。出现定子绕组故障时，绕组出现破坏、磨损以及裂纹等情况，此时绕组无法提供绝缘功能。出现轴承故障时，不同部分的故障会产生不同的振动信号，以转子不对中为例，会将这类问题归纳为偏心故障。此外，转子和定子是由轴承支撑，轴承会承受较大的径向负荷，在较大的荷载作用下，导致轴承出现故障。通常情况下，轴承会出现内外圈损坏、点蚀以及磨损等情况，而且轴承在振动状态下，会提升出现故障的概率。
3结语
在社会经济不断发展的情况下，国内愈加地重视绿色能源，在各种绿色能源中，最为重要的清洁能源之一就是风能。风力发电机组的使用，使得风能能够向着电能方向转换，从而实现对此种绿色能源的广泛应用。为确保风电机组能够正常、平稳地运行，需要采用科学的风电机组齿轮箱轴承故障诊断技术，实现对各种故障的有效诊断。本项目主要对风电机组齿轮箱轴承故障诊断及故障诊断的相关内容进行分析，从而促进对风能的有效利用。
参考文献
[1]符智，郭波江.风力发电机组齿轮箱轴承故障诊断研究[J].低碳世界，2017(01)：55-56.
[2]刘成浩，马瑀泽.风力发电机组齿轮箱振动测试及分析[J].东北水利水电，2017(12)：981.