浅谈金风风力发电机组的振动.docx

1、金风科技 文件名：转正论文 文件编号 浅谈金风风力发电机组的振动姓名：张玉博入职时间：2013 年 5 月部门：哈密总装厂金风科技 文件名：转正论文 文件编号 1目 录摘 要: .2一、引 言 .3二、状态监测与故障诊断 4（一） 、振动监测方式 .4（二） 、国内外发展现状 .4（三） 、振动故障诊断 .4三、金风风力发电机组振动故障案例 6（一） 、石碑山 A0701 机组 .6（二） 、石碑山 B1004 机组 .7四、金风风力发电机组减振措施与保护 8（一） 、对中概念 .8（二） 、造成不对中的原因 .8（三） 、不对中对风机的影响 .9（四） 、金风风力发电机组的减振措施 .9（五

2、） 、独立于系统的硬件保护 11五、小 结 11参考文献 .12浅谈金风风力发电机组的振动金风科技 文件名：转正论文 文件编号 2摘 要:振 动 是 自 然 界 和 工 程 界 常 见 的 现 象 。 振 动 的 消 极 方 面 是 ： 影 响 仪 器 设 备 功 能 ，降 低 机 械 设 备 的 工 作 精 度 ， 加 剧 构 件 磨 损 ， 甚 至 引 起 结 构 疲 劳 破 坏 ； 振 动 的 积 极 方面 是 ： 有 许 多 需 利 用 振 动 的 设 备 和 工 艺 （ 如 振 动 传 输 、 振 动 研 磨 、 振 动 沉 桩 等 ） 。振 动 分 析 的 基 本 任 务 是 讨

3、论 系 统 的 激 励 （ 即 输 入 ， 指 系 统 的 外 来 扰 动 ， 又 称 干 扰 ） 、响 应 （ 即 输 出 ， 指 系 统 受 激 励 后 的 反 应 ） 和 系 统 动 态 特 性 （ 或 物 理 参 数 ） 三 者 之 间的 关 系 。 20 世 纪 60 年 代 以 后 ， 计 算 机 和 振 动 测 试 技 术 的 重 大 进 展 ， 为 综 合 利 用 分析 、 实 验 和 计 算 方 法 解 决 振 动 问 题 开 拓 了 广 阔 的 前 景 。风 力 发 电 机 组 中 减 少 振 动 很 重 要 的 一 个 举 措 就 是 对 中 。 金 风 风 力 发 电

4、机 组 为了 减 少 振 动 带 来 的 消 极 影 响 ， 做 了 许 多 积 极 措 施 。 从 S43/600Kw 机 组 的 机 械 对 中到 S48/750Kw 的 激 光 对 中 等 都 有 了 质 的 飞 跃 。关 键 词 ：振 动 ； 振 动 分 析 ； 对 中金风科技 文件名：转正论文 文件编号 3一、引 言振 动 ， 又 称 振 荡 ， 是 指 一 个 状 态 改 变 的 过 程 ， 即 物 体 的 往 复 运 动 。从 广 义 上 说 振 动 是 指 描 述 系 统 状 态 的 参 量 （ 如 位 移 、 电 压 ） 在 其 基 准 值 上 下 交替 变 化 的 过 程

5、。 狭 义 的 指 机 械 振 动 ， 即 力 学 系 统 中 的 振 动 。 电 磁 振 动 习 惯 上 称 为 振荡 。 力 学 系 统 能 维 持 振 动 ， 必 须 具 有 弹 性 和 惯 性 。 由 于 弹 性 ， 系 统 偏 离 其 平 衡 位 置时 ， 会 产 生 回 复 力 ， 促 使 系 统 返 回 原 来 位 置 ； 由 于 惯 性 ， 系 统 在 返 回 平 衡 位 置 的 过程 中 积 累 了 动 能 ， 从 而 使 系 统 越 过 平 衡 位 置 向 另 一 侧 运 动 。 正 是 由 于 弹 性 和 惯 性 的相 互 影 响 ， 才 造 成 系 统 的 振 动 。

6、按 系 统 运 动 自 由 度 分 ， 有 单 自 由 度 系 统 振 动 （ 如 钟摆 的 振 动 ） 和 多 自 由 度 系 统 振 动 。 有 限 多 自 由 度 系 统 与 离 散 系 统 相 对 应 ， 其 振 动 由常 微 分 方 程 描 述 ； 无 限 多 自 由 度 系 统 与 连 续 系 统 （ 如 杆 、 梁 、 板 、 壳 等 ） 相 对 应 ，其 振 动 由 偏 微 分 方 程 描 述 。 方 程 中 不 显 含 时 间 的 系 统 称 自 治 系 统 ； 显 含 时 间 的 称 非自 治 系 统 。 按 系 统 受 力 情 况 分 ， 有 自 由 振 动 、 衰 减

7、振 动 和 受 迫 振 动 。 按 弹 性 力 和 阻尼 力 性 质 分 ， 有 线 性 振 动 和 非 线 性 振 动 。 振 动 又 可 分 为 确 定 性 振 动 和 随 机 振 动 ， 后者 无 确 定 性 规 律 ， 如 车 辆 行 进 中 的 颠 簸 。 机 械 振 动 中 最 常 见 的 就 是 简 谐 振 动 。 简谐 振 动 可 以 看 作 匀 速 圆 周 运 动 沿 正 的 两 个 方 向 进 行 分 解 ， 其 中 任 意 一 个 方 向 的 运动 ， 都 是 简 谐 振 动 。 由 此 可 知 ， 简 谐 振 动 比 匀 速 圆 周 运 动 复 杂 得 多 。简 谐 振

8、 动 的 特 点 是 ：1、 有 一 个 平 衡 位 置 （ 机 械 能 耗 尽 之 后 ， 振 子 应 该 静 止 的 唯 一 位 置 ） ；2、 有 一 个 大 小 和 方 向 都 作 周 期 性 变 化 的 回 复 力 的 作 用 ；3、 频 率 单 一 、 振 幅 不 变 。风力发电机组中遇到的振动大多数为机械振动，本文从金风风力发电机组的构造中认识振动，减少由于振动使设备等造成破坏。二、状态监测与故障诊断设备发生振动故障的概率最高；振动信号包含的设备状态信息量最丰富；振动信金风科技 文件名：转正论文 文件编号 4号易于采集，便于在不影响机组运行的情况下实行在线式监测和诊断。因此，振动

9、监测技术是旋转机械设备故障诊断中运用最广泛、最有效的方法。（一） 、振动监测方式1、连续监测：也称在线监测，以远程故障诊断系统为手段的精密诊断。信息收集比较全面，分析手段丰富。2、定期监测：按照确定的时间间隔，进行定期监测。一般以小型便携式检测仪器为手段，投资较小，操作简便。3、故障监测：也称离线检测，以人员巡回检查为基础，感官发现设备运行异常时，对设备进行测试和分析，查找故障原因。（二） 、国内外发展现状1、国外目前，欧洲在线监测系统是电场业主对风力发电机组投保的必要条件，第三方仪器供应商同时负责定期提供监测数据的分析报告。一部分在线监测系统作为标配由风力发电机制造商集成提供，一部分在线监测

10、系统的费用由电场业主支付。2、国内国内还处于试用初级阶段，例如金风正在试用 SKF、FAG 在线监测系统。部分风电场维护公司或业主已采购国外便携式离线检测设备，由现场人员定期采集数据，由仪器公司专业振动分析师分析诊断数据并出具报告。效果明显，但价格昂贵。（三） 、振动故障诊断金风 48/750kW 风力发电机组为定桨恒速型，其传动系统基本组成部分为：主轴承、主轴、齿轮箱、刹车盘、联轴器和发电机，其中主轴与齿轮箱以缩紧盘方式联结，齿轮箱靠三点支撑。常用的振动测量参数有位移、速度和加速度，一般选用原则为：1、低频振动（1000Hz ）测量加速度金风科技 文件名：转正论文 文件编号 5加速度反映振动

11、快慢的变化。惯性力破坏是由高频振动引起的。每一次的振动检测，必须测量速度。因为它反映振动能量，且国际振动诊断标准规定振动烈度的度量值为振动速度的有效值。详见振动等级对照表表 2.1 振动等级对照表振动速度有效值（mm/s ）级 级 级 级0.280.450.71A1.12A1.8BA2.8BA4.5C B7.1C B11.2C18C2845DDDD注释：级小型机械，功率小于 15Kw；级中型机械， 300kW 以下机械；级大型机械，重型刚性基础；级大型机械，较软基础。振动测定范围为 10-1000Hz。 区域 A：振动状态良好。区域 B：振动状态可接受，能长期运行。区域 C：振动值在该区域的机

12、器可短期运行，但须加强监测并采取措施。区域 D：已达到足够烈度，可引起机器损坏。金风科技 文件名：转正论文 文件编号 6三、金风风力发电机组振动故障案例（一） 、石碑山 A0701 机组发电机前轴承温度高故障1、机组信息故障前：功率 168kW，风速 7.8m/s，温度 29 度恢复后：功率 183kW，风速 8.3m/s，温度 30 度2、故障信息石碑山 A0701 机组频报电机前轴承温度高报警，且传动部分异响很大。3、诊断结论登机检查后发现电机前轴承运行中存在转子滚动异音。判断发电机前轴承 NU2226存在故障。如图 3.1。图 3.1 磨损轴承4、处理措施金风科技 文件名：转正论文 文件

13、编号 7拆检发电机前轴承，发现前轴承磨损。更换新轴承，加注发电机润滑脂后，运行机组，异响消失。（二） 、石碑山 B1004 机组振动保护模块故障1、机组信息故障前：功率 51kW，风速 4.3m/s，温度 30恢复后：功率 58kW，风速 4.4m/s，温度 302、故障信息故障数据采集时间为 2010 年 9 月 25 日，风速：4.2m/s，功率：53kW。机舱内感觉不到振动。振动信号故障灯亮，复位后很快又报同一故障。3、故障分析报故障时风速为 4.2m/s，不属于大风速，登机后再机舱内未感觉到振动，因此排除振动信号真实的可能性；检查振动保护传感器及其接线，未发现有虚接点及断点；检查振动模

14、块上几个插头的接线，24V 电源线等，接触良好，没有虚接现象。检查后判定为振动模块损坏，换上新的振动模块后，机组正常运行。金风科技 文件名：转正论文 文件编号 8四、 金风风力发电机组减振措施与保护（一） 、对中概念金风风力发电机组的对中指的是发电机转子、联轴器、齿轮箱三者轴心线重合，即三者的轴中心在同一直线上。不对中分为平行不对中、角度不对中和水平、角度综合不对中。（二） 、造成不对中的原因从一台风机的安装，到经过 20 年的使用寿命后报废，这期间都会造成风机不对中。归纳出造成风机不对中的原因有以下几点：1、风机安装时的不对中 从塔架，塔筒一直到机舱以至机舱内的齿轮箱、发电机，无不使用吊车进

15、行安装，机械替代双手的工作，必然导致发电机与齿轮箱的不对中。2、塔架不均匀变形 风机安装完成，经过对中之后，并网运行。随时间的积累，大风期间塔架的晃动，造成塔架不均匀变形，导致风机不对中。这也是为什么在机组运行一定时间后要求对机组重新对中的原因吧。3、阻尼器失效 使 自 由 振 动 衰 减 的 各 种 摩 擦 和 其 他 阻 碍 作 用 ， 我 们 称 之 为 阻 尼 。齿 轮 箱 和 发 电 机 地 脚 底 座 上 的 弹 性 支 撑 在 齿 轮 箱 、 发 电 机 高 速 运 转 时 起 到 了 缓 冲 振动 的 作 用 ， 类 似 于 阻 尼 器 。 倘 若 弹 性 支 撑 老 化 失

16、效 ， 势 必 造 成 四 个 地 脚 受 力 不 均 匀 ，导 致 风 机 不 对 中 。4、轴承故障 齿轮箱主轴、发电机转子都有轴承支撑，一旦轴承受损或变形，都会造成轴心偏移，使得风机不对中。（三） 、不对中对风机的影响齿轮箱、联轴器、发电机三者的不对中对风机的影响是很大的，主要体现在以下几个方面：1、在转子中产生交变载荷 齿轮箱和发电机轴心偏移，当风机运转时，就会导致转子受到不均匀的力，且力的大小和方向周期变化。转子受力不均匀将会对轴承造成损坏，严重时将影响发电机转子，造成转子变形。2、引起风机的振动 风机不对中会造成齿轮箱和发电机的振动，严重时将引起整个风机机舱的振动，这对风机的使用寿

17、命和工作人员的维护工作影响都是很大的。金风科技 文件名：转正论文 文件编号 93、加剧轴承和齿轮箱失效 齿轮箱的作用就是将叶轮获得的低转速通过齿轮箱的传速比，转换成高转速，带动发电机转子高速运转。假若不对中，势必造成受力不均匀，应有的高转速不能完全带动发电机转子，同时由于受力的不均匀，对齿轮箱轴承和发电机轴承造成的损坏也将加快。4、产生噪声 齿轮箱和发电机不对中，运转过程中必然会产生转轴与轴承的碰撞，这不但加剧轴承与转轴的损坏，同时也会产生噪声，对环境也是一种污染。（四） 、金风风力发电机组的减振措施尽管振动对于风力发电机来说是不可避免的，但是金风的风力发电机组还是做了很多减振措施，来减少由于

18、振动产生的损害。1、在 S43/600Kw 的风力发电机组中，对机舱罩与机舱的接合处加装了橡皮垫，用来缓冲机舱罩的振动，同时由于橡皮的弹性作用，使得机舱罩与机舱接合无缝隙，防止雨水进入机舱，避免了渗水造成的部件生锈等不必要的损坏。2、在大部件方面，无论是金风 S48/750Kw 机组，还是 S43/600Kw 机组，都对齿轮箱、发电机、液压站安装了弹性支撑、减振元件，有效地减弱了由于正常停机或紧急停机的惯性带来的冲击，避免齿轮箱和发电机与机舱底座直接的刚性碰撞。3、金风风力发电机组在联轴器上也做了减振措施，S43/600Kw 机组使用的是万向联轴器，如图 4.1。图 4.1 万向联轴器其 1

19、端与齿轮箱侧连接，2 端与发电机转子连接。1、2 两端均可做 4 个方向弯曲，因此称之为万向联轴器。由于 S43/600Kw 发电机组对中用的是百分表，精确度没有激光对中仪高，所以选用万向联轴器。此联轴器对于精确度要求相对较低的 600Kw 机组来说，能起到一个缓和作用，避免了当齿轮箱和发电机存在轻微偏差时对转轴及轴承金风科技 文件名：转正论文 文件编号 10造成过大的损坏。而金风 S48/750Kw 机组在容量上是 600Kw 的一个升级，同时在技术及设计上一样超越了 S43/600Kw 机组。一个很大的变化就是在联轴器上。750Kw 机组使用的是膜片联轴器，如图 4.2。与 600Kw 机

20、组的万向联轴器相比，具有高刚性、高转矩、低惯性的特点，同时KTR膜片还能补 偿 径 向 、 角 向 、 轴 向 偏 差 ， 对 振 动 能 起 到 一 定 的 缓 冲 作 用 。 不 仅如 此 ， 膜 片 联 轴 器 还 省 去 了 联 轴 器 油 脂 ， 维 护 起 来 更 方 便 、 简 单 。 金 风S48/750Kw 机 组 采 用 激 光 对 中 ， 对 中 偏 差 极 小 ， 再 配 合 上 膜 片 联 轴 器 ， 使 得750Kw 机 组 的 效 率 及 稳 定 性 远 远 优 越 600Kw 机 组 。图 4.2 膜片联轴器1、高速刹车盘；2、联轴器；3、发电机转轴；4、KTR

21、- 膜片（五） 、独立于系统的硬件保护金风风力发电机组的安全保护系统分三层结构：计算机系统（控制器） 、独立于控制器的紧急停机链、和个体硬件保护措施。振动保护被串接在独立于计算机系统的紧急停机链中，与机舱急停、左右偏航、扭缆开关（S43/600Kw 机组） 、凸轮计数器、看门狗、控制柜急停、主控开一起构成了的安全链。当机组发生振动幅度触发振动开关动作时，安全链断开，机组进入紧急停机，防止由于发生强烈振动导致风机出现不必要的故障与损失。金风科技 文件名：转正论文 文件编号 11五、小 结时间过得很快，不知不觉到项目现场工作已经四个月了，首先要在此感谢项目上同事们的关心、照顾和指导。让我在短短的四

22、个月内学到了在校园内学不到的技术和理论，对于刚毕业的我来说这是最大的收获。投身风电、为风电服务是一项高尚的职业，至今我仍为我的选择而感到自豪。经过四个月的学习和实践，使我对风机的结构、性能、原理等，有了很大的认识与掌握，但是由于金风风电机组应用到的知识面广，可学习的东西还有很多，四个月的学习还是远远不够的。本文只是我的一个粗浅的认识，文中有不准确之处还望前辈们指点与教导。通过这次论文，提高了我语言组织能力，同时加深了我对金风风力发电机组的认识，使我在日后的维护工作中能更得心应手，把维护工作做得更好，争取在日常工作中扩展自己的思维，提高自己的创新意识，为公司、为客户创造最大的价值。金风科技 文件名：转正论文 文件编号 12参考文献1 北京天源科创风电技术有限责任公司 金风 S48/750Kw 风力发电机组维护指南 ，20082 金风科技股份有限公司 石碑山项目培训资料 ，20053 殷伟 振动检测基础知识 ，20104 殷伟 振动数据分析与识别 ，2010