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直驱式风电机组轴承振动监测与故障诊断

关注热度:203   来源:新能源学术论文  作者:张博
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【摘要】:由化石燃料消耗引起的重度雾霾天气,给全国人民的生活带来了严重的灾难。在此情况下,风能作为新的可再生能源受到各国政府前所未有的重视。而目前大型风力发电机组制造技术已经趋向成熟,特别是直驱式风电机组作为近年来风电机组发展的最新趋势,得到了广泛的应用。然而风电机组受到运行环境的制约,导致其故障率较高,影响其可靠性。 风电机组中的轴承作为风电机组传动系统的关键部件,其故障有各自的特点。主轴轴承由于其长时间受力不均匀而形成疲劳破坏;偏航和变桨轴承直接暴露在空气环境中,容易受到恶劣环境气流的影响,通常会在机舱和叶片上形成巨大的倾覆力矩,导致偏航和变桨轴承内外圈和滚动体上承受巨大的接触应力,造成轴承内部变形,以及风沙、尘土、潮湿等恶劣环境容易造成轴承磨损和锈蚀等故障。因此,对于风电机组轴承的故障特点进行监测诊断,对于了解轴承故障产生的机理,对轴承进行维护保养,预防轴承的故障产生,减少引轴承故障引起的经济损失等都具有重要的实际意义。 本文从以下几方面对风电机组轴承进行深入的研究: (1)通过风电机组的运行状况和受力情况,分析了风电机组轴承的结构特征、工作状况、故障类型及故障产生的原因。针对轴承故障的振动机理、频率特性和信号特征等,由此为基础搭建了风电轴承故障的振动测试系统。 (2)针对风电机组轴承的故障特征进行诊断,其结论是:倒频谱方法对于风电轴承故障的主要特征频率产生的调制边频成分具有明显的识别作用。广义倒频谱对风电轴承在强噪声干扰情况下的故障特征能够进行有效的诊断。包络谱方法通过解调分析来提取轴承故障的调制信息,对风电轴承故障的特征频率、谐波频率和调制边频成分具有一定的辨识作用。 (3)通过对风电机组主轴和偏航轴承的正常及故障两种情况进行对比分析,验证了上述分析方法的有效性。针对正常和故障轴承的运行特性、振动特点、信号特征、故障部位等情况进行对比,得出了如下结论:倒频谱方法和包络谱方法在主轴和偏航轴承故障诊断中都具有一定的局限性,在主轴轴承故障诊断中倒频谱方法比包络谱方法显示结果更加清晰和准确;在偏航轴承故障诊断中包络谱方法比倒频谱方法的功能更加强大。
【关键词】:直驱式风电机组 主轴轴承 偏航轴承 倒频谱 包络谱
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM315
【目录】:
  • 摘要3-5
  • Abstract5-11
  • 第一章 绪论11-23
  • 1.1 风力产业的意义与前景11-14
  • 1.1.1 风电产业的意义11-12
  • 1.1.2 风电产业的前景12-13
  • 1.1.3 直驱式风电机组优势13-14
  • 1.2 本文研究的背景及意义14-16
  • 1.3 风电机组轴承的振动监测与故障诊断的研究现状16-20
  • 1.3.1 风电机组轴承检测技术研究现状16-17
  • 1.3.2 风电机组振动监测设备研究现状17-18
  • 1.3.3 风电机组轴承故障诊断方法国内外研究现状18-20
  • 1.4 本文研究内容的安排20-23
  • 第二章 直驱式风电机组轴承运行特点及振动故障机理23-39
  • 2.1 直驱式风电机组轴承的特点23-27
  • 2.1.1 工况条件23-24
  • 2.1.2 偏航、变桨轴承的特点24-26
  • 2.1.3 主轴轴承的特点26-27
  • 2.2 直驱式风电机组轴承载荷特点27-29
  • 2.3 直驱式风电机组轴承的振动故障特征29-37
  • 2.3.1 风电轴承的振动机理29-31
  • 2.3.2 风电机组轴承故障31-33
  • 2.3.3 风电轴承的故障诊断机理33-35
  • 2.3.4 风电轴承故障振动的信号特点35-37
  • 2.4 本章小结37-39
  • 第三章 直驱式风电机组轴承振动监测系统搭建39-49
  • 3.1 直驱式风电机组振动测试系统的组成39
  • 3.2 监测传感器39-43
  • 3.2.1 传感器的选择40-41
  • 3.2.2 传感器的技术性能指标41-42
  • 3.2.3 传感器的安装42-43
  • 3.3 监测测点的选取43-45
  • 3.4 测试对象的相关分析及参数确定45-46
  • 3.5 信号的调理和数据的采集46-47
  • 3.5.1 信号的调理46-47
  • 3.5.2 数据采集47
  • 3.6 风电轴承振动测试系统搭建图47
  • 3.7 本章小结47-49
  • 第四章 风电机组轴承故障振动诊断方法研究49-59
  • 4.1 风电机组轴承振动信号的时域分析法49-52
  • 4.1.1 时域统计指标49-50
  • 4.1.2 风电轴承的时域分析50-52
  • 4.2 风电机组轴承振动信号的频域处理方法52-56
  • 4.2.1 频谱分析理论52-54
  • 4.2.2 风电轴承振动信号频谱的频率结构54
  • 4.2.3 风电轴承的频谱分析54-56
  • 4.3 振动信号的倒频谱分析56-57
  • 4.4 振动信号的包络分析57-58
  • 4.5 本章小结58-59
  • 第五章 基于倒频谱的风电机组轴承实例特征分析59-69
  • 5.1 倒频谱分析理论59-60
  • 5.1.1 倒频谱的概述59
  • 5.1.2 倒频谱的定义59-60
  • 5.2 基于倒频谱分析在风电轴承的故障特征60-62
  • 5.2.1 轴承特征在倒频谱中提取方法60-61
  • 5.2.2 基于倒频谱分析的特点61-62
  • 5.3 基于倒频谱的直驱式风电机组轴承的故障诊断研究62-68
  • 5.3.1 主轴轴承的倒频谱分析62-63
  • 5.3.2 偏航轴承的倒频谱分析63-65
  • 5.3.3 偏航轴承的广义倒频谱分析65-68
  • 5.4 本章小结68-69
  • 第六章 基于包络谱分析的风电机组轴承实例特征分析69-77
  • 6.1 包络谱分析基础69-71
  • 6.1.1 包络分析方法69
  • 6.1.2 基于Hilbert变换69-71
  • 6.1.3 轴承包络解调分析原理71
  • 6.2 包络谱方法的实例分析71-75
  • 6.2.1 主轴轴承的包络谱分析71-73
  • 6.2.2 偏航轴承的包络谱分析73-75
  • 6.2.3 包络分析的局限性75
  • 6.3 本章小结75-77
  • 第七章 总结与展望77-79
  • 7.1 全文工作总结77-78
  • 7.2 研究工作展望78-79
  • 参考文献79-83
  • 攻读硕士学位期间发表的论文83-84
  • 致谢84


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关键词: 直驱式风电机组

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