风力发电机故障检测与诊断综合系统研究

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1、风力发电机故障检测与诊断综合系统研究1.风力发电机组的主要组成部件(1)风轮风轮-般由2・3个叶片和轮毅所组成，其功能是将风能转换为机械能。风力机叶片都装在轮毅上，轮毅是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。所有从叶片传来的力，都通过轮毅传递到传动系统，再传到风力机驱动的对象。同时轮毅也是控制叶片桨距(使叶片作俯仰转动)的所在。(2)调速或限速装置调速或限速装置在很多情况下，要求风力机不论风速如何变化转速总保持恒定或不超过某一限定值，为此目的而采用了调速或限速装置。当风速过高时，这些装置还用來限制功率，并减小作用在叶片上的丿

2、J。调速或限速装置从原理上来看大致有三类:一类是使风轮偏离主风向，另一类是利用气动阻力，第三类是改变叶片的桨距角。⑶调向装置调向装置的作用是在外界吹风方向发生变化时能够使风轮自然的对准风向。风力发电机必须尽可能高效的地吸取能量，以便利用能量密度低的风能，为此设有偏航驱动机构，保持机舱的方向，使桨叶的回转轴经常与风向保持一致.(4)传动机构风力机的传动机构一般包括低速轴、高速轴、齿轮箱、联轴节和制动器等，但不是每一种风力机都必须具备所有这些环节。(5)塔架风力机的塔架除了要支撑风力机的重量，还要承受吹向风力机和塔架的风压,以及风

3、力机运行中的动载荷，它的刚度和风力机的振动有密切关系。如果说塔架对小型风力机影响还不太人的话，对人、中型风力机的影响就不容忽视了。⑹发电机常用的有三种发电机:直流发电机、同步发电机和异步发电机。对于大中型风力发电大部分采用同步或异步发电机。风力发电机组是实现由风能到电能转换的关键设备。由于风能是随机性的，风力的大小时刻变化，必须根据风力大小及电能需要的变化及时通过控制装置來实现对风力发电机组的启动、调节(转速、电压、频率)、停机、故障保护(超速、振动、过负荷等)以及对电能用户所接负荷的接通、调整及断开等操作。2风力发电机的故障

4、特点及失效类型2.1传动链失效风机的传动链由叶轮、主轴、主轴轴承、齿轮箱，联轴器五部分组成，其中以齿轮箱、主轴轴承出现的出现故障最多。常见故障主要有齿轮损伤（齿面磨损、齿面胶合和擦伤、齿面接触疲劳、弯曲疲劳与断齿），轴承损坏（磨损失效、疲劳失效、腐蚀失效、断裂失效、压痕失效、胶合失效），轴的故障（断轴，轴弯曲,轴向轴不对中）。仗）叶片叶片为风力发电机的主要承受风组件，在风力发电机正常运行环境下，叶片的振动形式为低频大振幅运动。（b）轮毂轮毂为连接叶片和主轴的部件，其受力是通过叶片传递过来，由于风况的多变性，造成其受力变化频繁，

5、当受到大于极限载荷的力时，其失效多为轮毂的整体断裂。通常通过ANSYS和MSC等有限元分析软件对其进行静强度的分析和疲劳分析，而振动对其影响不大。（c）增速箱增速箱是受振动相对影响最人的一个。由于风力发电机工作环境恶劣，其破坏率高达40阶50%,同时对风力机的定期检修和定期维护的难度大、费用高，所以对风力发电机组的故障诊断和预知维修就显得更加迫在眉睫。风力发电机组的振动故障发生在主传动链上，其从输入的主轴开始到发电机均为旋转机械部件。常规的振动故障特征多为：d）转轴组件故障:转子不平衡，转子不对屮，转子弯曲，油膜涡动，油膜振荡

6、，转轴裂纹，喘振。c2）滚动轴承转动振动:轴承结构特点及加工装配谋養，运动故障引起振动（磨损、表面损伤），滚动轴承故障特征频率，轴承元件固有频率。变速箱中的主要部件有齿轮、轴承、轴及箱体，轴承故障占变速箱故障的19%,所以研究轴承故障诊断的研究对研究变速箱故障诊断具有重要的意义。轴承由外圈、内圈、滚动体和保持架组成，轴承在使用中会磨损出现疲劳剥落和裂纹等故障。产生故障的轴承在工作屮，滚动体每经过一次故障部位，就会产生一次冲击。c3）齿轮的振动分析:齿轮的故障（弯曲疲劳与断齿、齿面磨损、齿面胶合和划痕、齿面的接触疲劳）。c4）齿

7、轮的振动特点：与一般的回转机械相比，齿轮振动具有如下几个显著特点:1）较高的振动特征频率。齿轮振动的特征频率主要为其啮合频率及其倍频成分,对于石化行业等高速冋转机组的齿轮箱而言，一般达5000-10000HZ以上;而且齿轮啮合过程中还经常存在一定程度的冲击现象，其响应频率更高。普通电涡流传感器的频响达不到这一耍求。因此齿轮振动测试必须采用加速度传感器在轴承或齿轮箱体上测取其振动信号，且整个测试系统的频响范围必须足够髙。2）较强的非线性。齿轮冋转过程中，其刚度不断变化，呈现出较强的非线性，因此齿轮振动经常星现岀某些非线性特征。同

8、时由于存在调频调幅现象，在高频的啮合频率两旁，还经常分布着一系列的以主轴回转频率为间隔的边频带，所以对高频下频率分辨率的要求也很高。3）较大的噪声干扰。齿轮振动信号的传递路径较复杂，经过了轮齿一轮毅一轴一轴承一轴承座一传感器，最后传入故障诊断系统屮。一方面引入了大量的噪声T扰