文 献 综 述

一、课题研究的背景

在公元前，人类就开始利用风能，我国是世界上最早利用风能的国家之一。那时的中国人就利用风力原理进行农业活动，如磨面、舂米、提水、灌溉。目前，我国的风电市场位居全球首位^[1,2]，风力发电机组生产基地也位列世界第一。截止到 2009 年底，我国国内已完成了 2500 万千瓦的风能装机容量；2020 年,国内的风电装机容量将是现在的 10 倍。统计结果显示2015年全国并网风电为7548万千瓦^[3]，同比增长 24.5%；风电设备平均利用小时数为2080，同比增幅达151%，增幅显著。风电新增装机容量比上年增长24%，达到1610万千瓦，稍高于市场预期的1500万千瓦。2016年国家提出新增风电装机1800万千瓦^[4]的新目标。

在风机组的工作中，风机齿轮箱由于长期是在外部环境中，由于风机齿轮会长期工作在交变重载条件下，因此，风机齿轮需要通过渗碳处理来提高其表面材料的机械性能。在风机齿轮材料性能检测当中一个重要的指标就是材料的表面硬度。一般情况下，都是通过硬度计或者压痕法等一些破坏性的检测方法通过对材料样件进行抽样检测来对材料的硬度进行检测。基于这个背景下，而基于巴克豪森噪声的无损检测技术已被证实可以检测和评估材料的微观结构，所以本课题提出用巴氏噪声检测技术来对风机齿轮的材料表面硬度进行检测，通过对材料的微观结构进行检测和评估从而实现硬度的检测。

巴克毫森噪声（Magnetic Barkhausen Noise）法是利用巴克毫森效应来检测铁磁材料的硬度及应力等性质。巴克毫森效应是 1919 年首先由德国物理学家巴克毫森（H. Barkhausen）发现的，故称巴克毫森效应，简记为MBN^[16]。

巴氏噪声技术的机理：铁磁性物质由类似栅状磁体的微小磁化区域的磁畴组成。每个磁畴沿着易磁化方向的晶格被磁化。磁畴之间由磁畴壁隔离。当铁磁材料受到外界激励磁场作用后,磁畴壁被迫前后移动。它的移动导致相对另一侧磁畴壁在尺寸上的变化(压缩-涨大),从而引起整体的磁感应强度发生变化。当磁畴壁发生移动时,若将一根线圈放置在试件附近，磁感应强度的变化，将会使导线诱发一脉冲电流，此脉冲电流甚微并且是离散性的。当磁畴壁在一有限体积内产生的脉冲迭加在一起时,便聚集成一种可测到的如同噪声信号的电信号,即巴克豪森噪声。

虽然巴氏噪声效应发现的较早，理论研究也开展得很早，但很多理论仍很不成熟，还需进一步完善或重新认识。所以本课题用巴氏噪声检测技术来对风机齿轮的材料表面硬度进行检测非常具有研究意义。

二、所用技术的研究现状，包含存在的问题

（一）风电机组齿轮箱发展状况

齿轮箱作为风力发电机组中一个重要机械部件^[5]，其主要功能是将风轮产生的动力传递给发电机并使其达到相应的转速。在通常情况下，风轮的转速远达不到发电机所要求的转速，此时齿轮箱的副轮便可起到增速的作用，所以风机齿轮箱也被叫做增速箱^[6]。根据机组的总体要求，有两种设计方案，第一是将与风轮轮毂直接相连的传动轴与齿轮箱合为一体，另一种是利用涨紧套装置或者联轴链接结构将齿轮箱与大轴分别布置。齿轮箱的输入和输出端所设置的刹车装置是为了增加机组的制动能力，同时配合定浆距风轮或者变浆距制动装置使机组传动系统达到联合制动。