振动与冲击
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫ
Ｖ０１．２７Ｎｏ：Ｓ２００８
风力发电机组常见故障机理分析半
邹荣贵，蒋东翔，黄乾，洪良友
（清华大学热能工程系，北京１０００８４）
摘要：风能作为一种清洁能源，正以极快的速度发展。由于风力发电机组通常处于野外，环境条件恶劣，容易出现故
障，维修起来耗费大量的人力物力。本文首先介绍了国内外风力发电的发展现状，其次简要描述了风力发电机组的基本结构，然后针对风力发电机组主要部件的常见故障原因和处理对策进行了分析与研究，目的是为了保证风力发电机组安全运行，减少故障发生率，提高风力发电机组的运行可靠性。
关键词：风力发电机组，故障机理，风能利用中图分类号：ＴＨｌ６５
文献标示码：
Ａ
ＦＡＵＬＴＡＮＡＬＹＳｌＳＦＯＲＷＩＮＤＴＵＲＢＩＮＥ
Ｚｏｕｇｏｎｇ－ｇｕＹ，．ＨａｎｇＤｏｎｇ－ｘｉａｎｇ，ＨｕａｎｇＱｉａｎ，［１０ｎｇＬＹａｎｇ－ｙｏｕ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ
ｏｆ
ＴｈｅｒｍａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００８４）
Ａｂｓｔｒａｏｔ：Ｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｉｓｂｅｉｎｇｄｅｖｅｌｏｐｅｄｒａｐｉｄｌｙ
ｉｎ
ｔｈｅｆｉｅｌｄ，ｔｈｅｙ
ａｒｅ
ａｓａ
ｋｉｎｄｏｆｃｌｅａｎｅｎｅｒｇｙ．Ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ
ｏｃｃｕｒ
ａｒｅ
ｕｓｕａｌｌｙ
ｏｐｅｒａｔｅｄｌａｒｇｅ
ｉｎｆｏｒｍｉｄａｂｌｅ
ｎａｔｕｒａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ＳＯｔｈｅｆａｕｌｔｓｗｏｕｌｄ
ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙｔｈｉｓ
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ａｒｅ
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Ｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｉｓｇｕａｒａｎｔｅｅｉｎｇｔｈｅｓａｆｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｒｅｄｕｃｅｔｈｅａｃｃｉｄｅｎｔ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ，Ｆａｕｌｔｓ，Ｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｕｔｉｌｉｚｅ
风能作为一种清洁、分布广泛、储量丰富的可再生能源，格外受到关注。据估计，地球上大约有２％的太阳能转化为风能，约２．７４×１０９ＭＷ，能够利用的大约为１％：２．７×ｌＯＭｗ，比地球上可开发利用的水能总量大十倍【ｌ】。
在过去的十多年里，全球风力发电产业以飞快的速度在发展，根据世界风能协会（ＧＷＥＣ）最近公布的数据，２００７年底全球风电机组装机总容量达到９４１２２ＭＷ。现在风力发电发展得比较好的国家有欧洲的德国、西班牙、丹麦等国和美国、印度，这几个国家风力发电机组的装机容量差不多占了全世界２／３。我国近年来风力发展迅猛，装机容量也大幅上升，２００７年底我国风力发电机组装机总容量增长到６０５０ＭＷ。
当前，风力发电正以极快的速度发展。但是，由于风力机处于野外，环境条件恶劣，容易出现故障，维修起来耗费大量的人力物力，对风力机可靠性要求也越来越高。本文主要针对风力发电机组主要部件的常见故障机理进行分析与研究，目的是保
７
证风力发电机组安全运行，减少故障发生率，提高风力发电机组的运行可靠性。
１风力发电机组的结构
一般风力发电机组的结构如图１所利２】：主要
由风轮、传动装置、偏航机构、调桨机构、发电机、机舱和塔架等构成。
发电机高速轴刹车齿轮箱低速轴ｆｆ轮毂
ｉ焉一－１＼Ｐ
动装置。
风轮：由叶片、叶柄、轮毂和风轮轴组成，其
作用是捕捉和吸收风能，由风轮轴将能量传送给传
国家９７３计划资助课题（Ｎｏ．２００７ｃＢ２１３０４）第一作者邹荣贵男，本科生，１９８６年生
第Ｓ期
邹荣贵等：风力发电机组常见故障机理分析
１２１
传动装置：一般是齿轮箱，经过增速后，获得较高的转速。
偏航机构：保证在风向改变的情况下，使风轮处于正对来风状态，以获得较高的效率。现在大型风机一般是经风向标测定风向后，通过驱动伺服电机来调向。
调速机构：定桨距失速型机组是利用桨叶的自动失速特性来限制发电机组的功率输出；变距型风力机则是根据风速的变化相应的改变桨叶的节距角，通过变距系统优化气流对叶片的攻角，在额定风速以下，风力机的风能利用系数达到最高；而在额定风速之上，则使风力机的输出功率恒定，保证发电机组不超过负荷，同时减小风力机的载荷【３１。
刹车机构：包括气动刹车和刹车盘刹车。气动
刹车是利用叶片端部的减速板，增加阻力，降低速
度。刹车盘刹车是在紧急情况下，利用高速轴上的刹车盘（高速轴上所需力矩小），在短时间内使风轮停止转动。
发电机：将机械能转化为电能。
塔架：支撑发电机组机舱。
３风机常见故障机理分析
３．１叶片常见故障
结冰：结冰对风力机叶片造成的影响是巨大的。不但改变叶片的气动外形，降低效率，而且会造成转动不平衡甚至无法启动。空气中的水汽会在气温低于０℃时结冰。冰的形式、数量受气象条件、设备的尺寸和状态（运动或者静止）共同影响。一般来说结冰的环境有两种：一种是气温在Ｏ＇Ｃ左右，当空气中的小水珠碰到设备的低温表面时，会在设备的表面结冰：另外一种是当温度远低于０℃时结
冰【５】。
为了防止结冰带来的影响，首先要对结冰做出
正确的检测，一般来说，现在有三种方法【６】：一是
通过安装在现场的电子摄像机，观察是否结冰，这种方法比较昂贵，而且在夜晚视野不好的情况下可能失去效果；二是各类传感器，例如设置两个平行的风速仪，一个设置加热装置，另外一个不设置，通过观察两个风速仪的风速，当差值比较大时，可以断定有结冰现象。但是这种方法在气温远低于０℃时可能失去意义；最后就是通过噪声传感器，当叶片前缘结冰以后，气动噪声会大大升高，可以判断出是否结冰。
为了除去叶片结冰，常用的两种方法：一是通
过在叶片上开若干小孔，通入热空气，将冰去掉，这种方式对叶片的启动结构影响不大，但是要在叶片内加入通气管道；另外～种是在容易结冰的前缘加加热金属薄片，这种方法可以利用风力机发出来的电，比较方便，但是对叶片的气动结构影响比较大，今后的方向可能是在需要除冰的叶片，在生产时将加热金属薄片植入叶片的表层，去掉这种影响。
叶片断裂：叶片断裂是致命性的，可以导致整叶片在气动力、重力和离心力的作用下，振动形式垂直于旋转平面方向上的弯曲振动；摆振是叶片在
的扭转振动【４】。其中，挥舞和摆振是振动的主要形式。
摆振是造成叶片断裂的主要原因。在正常情况下，叶片在摆振方向受到激扰后的振幅比较小并且能够衰减，没能造成太大的危害。但在失速的情况要避免发生这种情况，可以通过采用阻尼比较疲劳失效：叶片在旋转过程中，受到变化的离选择叶片材料，提高叶片的疲劳应力极限，可以很好地解决叶片的疲劳失效问题。风力机的齿轮箱传动比比较大，一般为８０一齿面点蚀：这是闭式齿轮传动的主要失效方式。
个机组的停止运行，断裂主要是由于振动引起的。有以下三种：挥舞、摆振和扭转。挥舞是指叶片在
旋转平面内的弯曲振动；扭转是指叶片绕其变距轴下，叶片的气动阻尼超过结构阻尼，导致振动不能衰减而造成叶片断裂。一般风力机叶片的气动特性如下：失速后，阻力系数增加，升力系数减少，当气动阻尼数值上大于结构阻尼，摆振就会发散，从而导致叶片断裂。
大的材料，或者是采用变桨叶片来避免失速的发生。
心力的作用，还有就是可能由于安装等造成的不平衡，受到交变的载荷作用，这种交变载荷的频率和风机转速相等。假设风力机的转速是２０ｒ／ｍｉｎ，每年运行３００天，寿命２０年，这样，叶片受到的交变应力次数大概是：１．７书１０８，属于高周疲劳。
３．２齿轮箱常见故障
１００，所以一般采用行星齿轮加上两级平行齿轮传动。传递的功率达到ＭＷ级，在这样的重载情况下，齿轮箱的可靠性受到很大的考验，故障的发生也不可避免。
由于在变化的接触应力、齿面摩擦力和润滑剂的综合作用下，齿轮表层下一定深度产生裂纹，裂纹逐
渐发展导致齿轮表面小片脱落，形成凹坑。点蚀如
果继续发展，会使齿轮产生强烈振动和噪声，使风
振动与冲击
２００８年第Ｓ期
力机无法正常工作。为避免这种情况的出现，可以采用正变位齿轮、提高齿面强度、降低表面粗糙度、增加润滑油粘度等方法。
齿面胶合：高速重载齿轮传动，齿面压力大，滑动速度高，因此发热量大。一旦润滑条件不好，齿面瞬时温度过高，啮合齿面会发生粘焊现象，严重时齿面撕脱，导致严重失效，较轻时会产生划痕【９】。胶合一般发生在齿顶、齿根滑动速度比较大的部位。可以采用减少模数、降低齿高、提高齿面强
度、使用抗胶合能力强的润滑油等方法较少或者避
免齿面胶合。
轮齿折断：由于风速不稳定，轮齿经常受到冲击载荷的作用。这种载荷，一方面会造成轮齿比较严重的磨损，另一方面，也使轮齿根部受到脉冲的弯曲应力，齿根产生疲劳裂纹，裂纹扩展会导致轮齿的弯曲疲劳折断。可以采用正变位齿轮、加大齿
根圆角半径、表面强化等方法来提高轮齿的弯曲强
度，避免折断。３．３发电机常见故障
发电机常见的故障是油温过高，如果持续长时间的话，会造成发电机损坏。油温过高可能是由于短时间内出力过高，导致热量散发不出去；也有可能是由于油循环系统堵塞，流通不畅；还有就是油变质了。可以通过安装温度传感器，及时监测油温，防止出现意外。
３．４塔架常见故障
疲劳失效：塔架承受的载荷比较复杂，其中风载荷和偏心叶轮转动对它的激振力最重要，也是塔
架疲劳失效的主要原因。
４总结
目前国内外风力发电正在以极快的速度发展，如何保证风力发电机组安全可靠运行，以成为紧迫的任务。本文在描述了风力发电机组的基本构成的基础上，针对风力发电机组主要部件（叶片、齿轮箱、发电机和塔架）的常见故障原因和处理对策进行了分析与研究，目的是为了保证风力发电机组安
全运行，减少故障发生率，提高风力发电机组的运
行可靠性。
参考文献
［１］关立山，世界风力发电现状及展望，全球科技经济展望，
２００４，２２３（７）：５１－５５
［２］倪受元，风力发电讲座第一讲：风力机的类型与结构，
太阳能，２０００年第３期
［３］刘虎平、廖明夫，失速型和变距型风力机的性能比较，
机械设计与制造，２００５年第８期：４２—４３
［４］乔印虎风力发电机叶片振动研究与保护：［硕士学位论
文］，新疆大学，２００６［５］Ｔ．Ｌａａｋｓｏ，
Ｈ．Ｈｏｌｔｔｉｎｅｎ，
Ｇ．
Ｒｏｎｓｔｅｎ，
２００３．
Ｓｔａｔｅ－ｏｆ－ｔｈｅ－ａｒｔｏｆｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｉｎｃｏｌｄｃｌｉｍａｔｅｓ．
Ｒｅｐｏｒｔ
ｏｆ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｅｎｅｒｇｙ
Ａｇｅｎｃｙ
ｃ０１１ａｂｏｒａｔｉｏｎｃａｌｌｅｄＷｉｎｄＥｎｅｒｇｙｉｎＣｏｌｄＣｌｉｍａｔｅｓ
［６］ＨｅｎｒｙＳｅｉｆｅｒｔ，２００３．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ
ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ
ｆｏｒ
ｒｏｔｏｒ
ｂｌａｄｅｓｏｐｅｒａｔｉｎｇｉｎｃｏｌｄｃｌｉｍａｔｅ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
ｏｆｔｈｅ
２００３
ＢＯＲＥＡＳ
ＶＩ［Ｃ］．Ｐｙｈａｔｕｎｔｕｒｉ，Ｆｉｎｌａｎｄ
（２００３）Ａｐｒｉｌ
［７］Ｊｅｒｇｅｎ
ＴｈｉｒｓｔＰｅｔｅｒｓｅｎ，
Ｋｅｎｎｅｔｈ
Ｔｈｏｍｓｅｎ．
Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ
ｏｆ
ｉｎｄｕｃｅｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ
ｉｎ
ｓｔａｌｌ．
ＣｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｆｒｏｍｔｈｅｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙａｎｄａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＰｈｙｓｉｃｓ
ｔｏ
ＥＷＥＣ’９９ｉｎＮｉｃｅＦｒａｎｃｅ，１９９９
风力发电机组常见故障机理分析
作者：作者单位：
邹荣贵， 蒋东翔， 黄乾， 洪良友清华大学热能工程系,北京 100084
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文章分析了小型风力发电机的3种限速控制方法的工作原理及优缺点:(1)机械限速需要为风机增加1个运动环节,在风洞试验条件下具有良好的限速特性,但不能瞬时响应自然风况的变化,容易导致保护落后、失效及剧烈震动,引发风机飞车、过载等现象;(2)电压幅值控制电磁限速以电压幅值为控制信号来反映风速的大小,从而实现限速,能够基本解决风机飞车、过载问题,但仍然存在滞后问题;(3)电压频率控制电磁限速以发电机输出电压的频率为控制信号来反映风速大小,从而实现限速,保护电路简单,解决了控制滞后的问题,大大提高了小型风力发电机组的结构稳定性和工作可靠性,并具有很强的现场适应性.
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下载时间：2010年4月21日
振动与冲击
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫ
Ｖ０１．２７Ｎｏ：Ｓ２００８
风力发电机组常见故障机理分析半
邹荣贵，蒋东翔，黄乾，洪良友
（清华大学热能工程系，北京１０００８４）
摘要：风能作为一种清洁能源，正以极快的速度发展。由于风力发电机组通常处于野外，环境条件恶劣，容易出现故
障，维修起来耗费大量的人力物力。本文首先介绍了国内外风力发电的发展现状，其次简要描述了风力发电机组的基本结构，然后针对风力发电机组主要部件的常见故障原因和处理对策进行了分析与研究，目的是为了保证风力发电机组安全运行，减少故障发生率，提高风力发电机组的运行可靠性。
关键词：风力发电机组，故障机理，风能利用中图分类号：ＴＨｌ６５
文献标示码：
Ａ
ＦＡＵＬＴＡＮＡＬＹＳｌＳＦＯＲＷＩＮＤＴＵＲＢＩＮＥ
Ｚｏｕｇｏｎｇ－ｇｕＹ，．ＨａｎｇＤｏｎｇ－ｘｉａｎｇ，ＨｕａｎｇＱｉａｎ，［１０ｎｇＬＹａｎｇ－ｙｏｕ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ
ｏｆ
ＴｈｅｒｍａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００８４）
Ａｂｓｔｒａｏｔ：Ｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｉｓｂｅｉｎｇｄｅｖｅｌｏｐｅｄｒａｐｉｄｌｙ
ｉｎ
ｔｈｅｆｉｅｌｄ，ｔｈｅｙ
ａｒｅ
ａｓａ
ｋｉｎｄｏｆｃｌｅａｎｅｎｅｒｇｙ．Ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ
ｏｃｃｕｒ
ａｒｅ
ｕｓｕａｌｌｙ
ｏｐｅｒａｔｅｄｌａｒｇｅ
ｉｎｆｏｒｍｉｄａｂｌｅ
ｎａｔｕｒａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ＳＯｔｈｅｆａｕｌｔｓｗｏｕｌｄ
ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙｔｈｉｓ
ａｒｅ
ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ，ａｎｄｔｈｅ
ｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆ
ｏｆ
ｔｈｅ
ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｃｏｎｓｕｍｅａａｍｏｕｎｔ
ｏｆｈｕｍａｎａｎｄｍａｔｅｒｉａｌ
ｐａｐｅｒ
ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔ
ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ
ａｎｄｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ
ｔｈｅｂａｓｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｉＳｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｉｒｄｌｙｔｈｅｃｏｎｍｏｎｆａｕｌｔｓｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓａｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔ
ａｒｅ
ａｎａｌｙｚｅｄ．
Ｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｉｓｇｕａｒａｎｔｅｅｉｎｇｔｈｅｓａｆｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｒｅｄｕｃｅｔｈｅａｃｃｉｄｅｎｔ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ，Ｆａｕｌｔｓ，Ｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｕｔｉｌｉｚｅ
风能作为一种清洁、分布广泛、储量丰富的可再生能源，格外受到关注。据估计，地球上大约有２％的太阳能转化为风能，约２．７４×１０９ＭＷ，能够利用的大约为１％：２．７×ｌＯＭｗ，比地球上可开发利用的水能总量大十倍【ｌ】。
在过去的十多年里，全球风力发电产业以飞快的速度在发展，根据世界风能协会（ＧＷＥＣ）最近公布的数据，２００７年底全球风电机组装机总容量达到９４１２２ＭＷ。现在风力发电发展得比较好的国家有欧洲的德国、西班牙、丹麦等国和美国、印度，这几个国家风力发电机组的装机容量差不多占了全世界２／３。我国近年来风力发展迅猛，装机容量也大幅上升，２００７年底我国风力发电机组装机总容量增长到６０５０ＭＷ。
当前，风力发电正以极快的速度发展。但是，由于风力机处于野外，环境条件恶劣，容易出现故障，维修起来耗费大量的人力物力，对风力机可靠性要求也越来越高。本文主要针对风力发电机组主要部件的常见故障机理进行分析与研究，目的是保
７
证风力发电机组安全运行，减少故障发生率，提高风力发电机组的运行可靠性。
１风力发电机组的结构
一般风力发电机组的结构如图１所利２】：主要
由风轮、传动装置、偏航机构、调桨机构、发电机、机舱和塔架等构成。
发电机高速轴刹车齿轮箱低速轴ｆｆ轮毂
ｉ焉一－１＼Ｐ
动装置。
风轮：由叶片、叶柄、轮毂和风轮轴组成，其
作用是捕捉和吸收风能，由风轮轴将能量传送给传
国家９７３计划资助课题（Ｎｏ．２００７ｃＢ２１３０４）第一作者邹荣贵男，本科生，１９８６年生
第Ｓ期
邹荣贵等：风力发电机组常见故障机理分析
１２１
传动装置：一般是齿轮箱，经过增速后，获得较高的转速。
偏航机构：保证在风向改变的情况下，使风轮处于正对来风状态，以获得较高的效率。现在大型风机一般是经风向标测定风向后，通过驱动伺服电机来调向。
调速机构：定桨距失速型机组是利用桨叶的自动失速特性来限制发电机组的功率输出；变距型风力机则是根据风速的变化相应的改变桨叶的节距角，通过变距系统优化气流对叶片的攻角，在额定风速以下，风力机的风能利用系数达到最高；而在额定风速之上，则使风力机的输出功率恒定，保证发电机组不超过负荷，同时减小风力机的载荷【３１。
刹车机构：包括气动刹车和刹车盘刹车。气动
刹车是利用叶片端部的减速板，增加阻力，降低速
度。刹车盘刹车是在紧急情况下，利用高速轴上的刹车盘（高速轴上所需力矩小），在短时间内使风轮停止转动。
发电机：将机械能转化为电能。
塔架：支撑发电机组机舱。
３风机常见故障机理分析
３．１叶片常见故障
结冰：结冰对风力机叶片造成的影响是巨大的。不但改变叶片的气动外形，降低效率，而且会造成转动不平衡甚至无法启动。空气中的水汽会在气温低于０℃时结冰。冰的形式、数量受气象条件、设备的尺寸和状态（运动或者静止）共同影响。一般来说结冰的环境有两种：一种是气温在Ｏ＇Ｃ左右，当空气中的小水珠碰到设备的低温表面时，会在设备的表面结冰：另外一种是当温度远低于０℃时结
冰【５】。
为了防止结冰带来的影响，首先要对结冰做出
正确的检测，一般来说，现在有三种方法【６】：一是
通过安装在现场的电子摄像机，观察是否结冰，这种方法比较昂贵，而且在夜晚视野不好的情况下可能失去效果；二是各类传感器，例如设置两个平行的风速仪，一个设置加热装置，另外一个不设置，通过观察两个风速仪的风速，当差值比较大时，可以断定有结冰现象。但是这种方法在气温远低于０℃时可能失去意义；最后就是通过噪声传感器，当叶片前缘结冰以后，气动噪声会大大升高，可以判断出是否结冰。
为了除去叶片结冰，常用的两种方法：一是通
过在叶片上开若干小孔，通入热空气，将冰去掉，这种方式对叶片的启动结构影响不大，但是要在叶片内加入通气管道；另外～种是在容易结冰的前缘加加热金属薄片，这种方法可以利用风力机发出来的电，比较方便，但是对叶片的气动结构影响比较大，今后的方向可能是在需要除冰的叶片，在生产时将加热金属薄片植入叶片的表层，去掉这种影响。
叶片断裂：叶片断裂是致命性的，可以导致整叶片在气动力、重力和离心力的作用下，振动形式垂直于旋转平面方向上的弯曲振动；摆振是叶片在
的扭转振动【４】。其中，挥舞和摆振是振动的主要形式。
摆振是造成叶片断裂的主要原因。在正常情况下，叶片在摆振方向受到激扰后的振幅比较小并且能够衰减，没能造成太大的危害。但在失速的情况要避免发生这种情况，可以通过采用阻尼比较疲劳失效：叶片在旋转过程中，受到变化的离选择叶片材料，提高叶片的疲劳应力极限，可以很好地解决叶片的疲劳失效问题。风力机的齿轮箱传动比比较大，一般为８０一齿面点蚀：这是闭式齿轮传动的主要失效方式。
个机组的停止运行，断裂主要是由于振动引起的。有以下三种：挥舞、摆振和扭转。挥舞是指叶片在
旋转平面内的弯曲振动；扭转是指叶片绕其变距轴下，叶片的气动阻尼超过结构阻尼，导致振动不能衰减而造成叶片断裂。一般风力机叶片的气动特性如下：失速后，阻力系数增加，升力系数减少，当气动阻尼数值上大于结构阻尼，摆振就会发散，从而导致叶片断裂。
大的材料，或者是采用变桨叶片来避免失速的发生。
心力的作用，还有就是可能由于安装等造成的不平衡，受到交变的载荷作用，这种交变载荷的频率和风机转速相等。假设风力机的转速是２０ｒ／ｍｉｎ，每年运行３００天，寿命２０年，这样，叶片受到的交变应力次数大概是：１．７书１０８，属于高周疲劳。
３．２齿轮箱常见故障
１００，所以一般采用行星齿轮加上两级平行齿轮传动。传递的功率达到ＭＷ级，在这样的重载情况下，齿轮箱的可靠性受到很大的考验，故障的发生也不可避免。
由于在变化的接触应力、齿面摩擦力和润滑剂的综合作用下，齿轮表层下一定深度产生裂纹，裂纹逐
渐发展导致齿轮表面小片脱落，形成凹坑。点蚀如
果继续发展，会使齿轮产生强烈振动和噪声，使风
振动与冲击
２００８年第Ｓ期
力机无法正常工作。为避免这种情况的出现，可以采用正变位齿轮、提高齿面强度、降低表面粗糙度、增加润滑油粘度等方法。
齿面胶合：高速重载齿轮传动，齿面压力大，滑动速度高，因此发热量大。一旦润滑条件不好，齿面瞬时温度过高，啮合齿面会发生粘焊现象，严重时齿面撕脱，导致严重失效，较轻时会产生划痕【９】。胶合一般发生在齿顶、齿根滑动速度比较大的部位。可以采用减少模数、降低齿高、提高齿面强
度、使用抗胶合能力强的润滑油等方法较少或者避
免齿面胶合。
轮齿折断：由于风速不稳定，轮齿经常受到冲击载荷的作用。这种载荷，一方面会造成轮齿比较严重的磨损，另一方面，也使轮齿根部受到脉冲的弯曲应力，齿根产生疲劳裂纹，裂纹扩展会导致轮齿的弯曲疲劳折断。可以采用正变位齿轮、加大齿
根圆角半径、表面强化等方法来提高轮齿的弯曲强
度，避免折断。３．３发电机常见故障
发电机常见的故障是油温过高，如果持续长时间的话，会造成发电机损坏。油温过高可能是由于短时间内出力过高，导致热量散发不出去；也有可能是由于油循环系统堵塞，流通不畅；还有就是油变质了。可以通过安装温度传感器，及时监测油温，防止出现意外。
３．４塔架常见故障
疲劳失效：塔架承受的载荷比较复杂，其中风载荷和偏心叶轮转动对它的激振力最重要，也是塔
架疲劳失效的主要原因。
４总结
目前国内外风力发电正在以极快的速度发展，如何保证风力发电机组安全可靠运行，以成为紧迫的任务。本文在描述了风力发电机组的基本构成的基础上，针对风力发电机组主要部件（叶片、齿轮箱、发电机和塔架）的常见故障原因和处理对策进行了分析与研究，目的是为了保证风力发电机组安
全运行，减少故障发生率，提高风力发电机组的运
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风力发电机组常见故障机理分析
作者：作者单位：
邹荣贵， 蒋东翔， 黄乾， 洪良友清华大学热能工程系,北京 100084
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1.期刊论文 小型风力发电机的限速控制研究 -工矿自动化2009,35(10)
文章分析了小型风力发电机的3种限速控制方法的工作原理及优缺点:(1)机械限速需要为风机增加1个运动环节,在风洞试验条件下具有良好的限速特性,但不能瞬时响应自然风况的变化,容易导致保护落后、失效及剧烈震动,引发风机飞车、过载等现象;(2)电压幅值控制电磁限速以电压幅值为控制信号来反映风速的大小,从而实现限速,能够基本解决风机飞车、过载问题,但仍然存在滞后问题;(3)电压频率控制电磁限速以发电机输出电压的频率为控制信号来反映风速大小,从而实现限速,保护电路简单,解决了控制滞后的问题,大大提高了小型风力发电机组的结构稳定性和工作可靠性,并具有很强的现场适应性.
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下载时间：2010年4月21日