基于油液分析的风机齿轮箱状态监测的实验研究

摘要

风电作为一种技术相对成熟、成本相对较低的新能源，近几年来其累计装机容量以指数形式不断增长，但风机单机性能并未出现大的提升，齿轮箱是造成整机停机时间最长的传动部件之一，其维修费用昂贵，因此对于风机齿轮箱的状态监测与故障预警技术的研究是非常必要的。目前，风机齿轮箱状态监测方法主要包括振动状态监测与油液状态监测，油液状态监测能够最早反映出齿轮箱的磨损情况，本文主要对基于油液分析的风机齿轮箱状态监测技术开展了相关研究。 本论文综述介绍了风机齿轮箱油液状态监测必要性及方法、内容；通过油液离线分析方法，对某风场在运行风机齿轮油进行较为全面与连续的取样，分析结果得出，所取齿轮油的粘度均有所降低，降低率大约为 3%-9%之间，水分值均在150ppm以下，酸值处于0.4-0.7mg KOH/g之间，均未超过风电行业经验预警值，但油样污染度较高，检测结果显示大部分风机油样的污染度已经远远超过了在运行风机的ISO 污染度标准值，且智能分析铁谱结果显示不同磨损形式之间存在促进作用，因此认为对于齿轮箱润滑系统中金属磨粒的在线监测的研究是非常必要并且重要的。 对于油液在线磨粒监测技术，本课题搭建了对于金属磨粒传感器的评估试验台，通过实验发现，本实验所采用的电磁感应型金属磨粒在线监测传感器能够较为精确地反应油路中金属磨粒的数量变化趋势，且其对于油液中磨粒数量变化的响应比较灵敏，但需注意内部清洁、选取合适的流速及防止外部电磁环境干扰。 同时，本论文采用自制小型齿轮模拟试验台研究了不同粒径磨粒对于齿轮磨损状态的影响，得出在相同条件下，60-100um 粒径的磨粒对齿轮后续运转过程中的磨损的影响最为严重，0-60um 粒径与 100-200um 粒径的影响其次，200um以上颗粒的出现虽对齿轮的后续磨损情况影响较小，但本身的出现已经证明齿轮箱出现了较为严重的磨损，金属颗粒对齿轮的磨损影响主要表现为促进50um以下的小颗粒尺寸的产生，继而继续加速磨损，磨损形式以严重的滑动磨损和疲劳磨损形式为主；不同粒径对于磨损的影响不同，因此现有的金属磨粒传感器预警值设置仅依据金属颗粒总量的方法不准确，提出应建立结合不同粒径与其对应数量的综合预警值设置方法。采用 SRV 摩擦磨损试验机研究了不同温度下齿轮油对于磨损状态的影响，实验结果表明齿轮油温度对于磨损状态有较大影响，在齿轮箱的正常运行条件下，应控制温度在25-55℃范围内，温度达到60℃以上时，可能由于摩擦副表面吸附层的破坏，会加速齿轮箱的磨损。

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第1章 绪论

1.1 本课题研究的背景及意义

1.2 基于油液分析的风机齿轮箱状态监测技术研究及应用现状

1.2.1 风机齿轮箱油液离线检测研究及应用现状

1.2.2 风机齿轮箱油液在线监测研究及应用现状

1.3 本课题研究的主要内容

第2章 风电齿轮箱油液监测技术研究内容及方法

2.1 风机齿轮箱常见故障类型以及原因分析

2.2 油液监测技术内容

2.2.1 油液的理化性能分析

2.2.2 磨损颗粒的分析

2.2.3 油液监测技术的方法

2.3 风机齿轮箱油液在线监测技术传感器的发展与应用

2.3.1 油液水分在线监测传感器的原理与应用

2.3.2 粘度在线监测传感器的发展与应用

2.3.3 磨损颗粒传感器的发展与应用

2.4 本章小结

第3章 风机齿轮箱油液离线检测分析

3.1 引言

3.2 实验方法与实验仪器

3.2.1 润滑油样品取样操作

3.2.2 润滑油样品检测方法与实验仪器

3.3 油样理化性能及智能铁谱结果分析

3.2.1 运动粘度结果分析

3.2.2 油液水分结果分析

3.2.3 油液酸值结果分析

3.2.4 油液污染度及智能铁谱结果分析

3.4 本章小结

第4章 风机齿轮箱油液磨粒在线监测技术的 实验研究

4.1 引言

4.2 电磁型油液在线磨粒监测传感器的评估

4.2.1 电磁型油液在线磨粒监测传感器的原理

4.2.2 传感器的结构参数

4.2.3 在离线润滑油路中对电磁型金属磨粒传感器的评估实验

4.3 模拟真实循环油路中对电磁型金属磨粒传感器的评估实验

4.3.1 实验思路及步骤

4.3.2 实验结果讨论与分析

4.4 油液中不同尺寸磨粒对齿轮箱磨损状态影响的实验研究

4.4.1 实验装置与材料

4.4.2 实验方法及步骤

4.4.3 实验结果与讨论

4.4.4 实验结论

4.5 油液在不同温度下对磨损状态的影响的实验研究

4.5.1 风机齿轮箱油液温度对润滑系统的影响

4.5.2 实验研究及结果讨论

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢