双馈式风力发电机组发电机滚动轴承状态监测与故障诊断方法探究

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1、2015年12月Dec．2015第43卷第6期(总第241期)Vo1．43No．6(Ser．No．241)双馈式风力发电机组发电机滚动轴承状态监测及故障诊断方法探究ResearchonStateMonitoringandFaultDiagnosisMethodofGeneratorRollingBearinginDouble—fedWindPowerGenerators张巍，秦玉志，崔瑞(1．华能镇赉风力发电有限公司，吉林镇赉137300；2．长春毕博诚科技有限公司，长春130015)摘要：针对滚动轴承在双馈式风力发电机组中的多发故障，建立了振动监测与分

2、析诊断系统，进行轴承振动数据采集，通过数据挖掘分析，提出了滚动轴承状态监测和故障诊断的时域和频谱分析方法，并探究了基于滚动轴承故障特征频率的频谱分析方法。实践证明该方法效果显著，保证r机组平稳运行，增加了机组的经济效益。关键词：双馈式风力发电机组；滚动轴承；故障诊断；频谱分析中图分类号：TM315；TH133．33；TN781文献标志码：B文章编号：1009—5306(2015)060016-03滚动轴承在双馈式风力发电机组中应用广泛，谱分析，即根据频谱图中的频率成分以及各有关频但其极易受运行工况影响而造成磨损，故发电机组率成分的幅值大小，并配合时域分析

3、方法，从故障的的许多故障都与之有关。轴承的缺陷会导致设备产严重程度、故障位置、故障类型着手，综合地对滚动生异常振动及噪声，往往造成突发的严重事故，如轴轴承的状态进行监测和全方位的故障诊断，提出合承保持架及轴承内、外圈突然断裂等，这些故障将造理的维护检修建议。成转子轴承抱死，重者导致机组发电机报废，因此对频谱分析是把以时间为横坐标的时域信号通过滚动轴承进行正确的状态监测及诊断，就成为现代傅立叶变换转为以频率为横坐标的频域信号，从而设备优化管理及预知维修的一项重要的日常任求得关于原时域信号频率成分的幅值和相位信息的务口]。在实际监测与诊断中，振动作为主要的监

4、测参一种分析方法。表达式为：数，通过时域和频谱等振动分析方法的应用，能够及r。。X(_厂)一l()e一d￡(1)早地预知滚动轴承状态好坏，及时更换带有运行缺J一∞陷的轴承，避免隐性故障扩大，提升设备运行可靠式中：z()为时域信号(振动加速度、速度或位移等性，降低检修维护成本，提高机组经济效益。一切以时间t为自变量的函数)；x(厂)为信号的频域，是以频率为自变量的函数L2]。1状态监测及故障诊断模型对滚动轴承进行振动诊断，通过频谱分析找出不同元件的故障特征频率，以此判断滚动轴承的故双馈式风力发电机组由叶轮、齿轮箱和发电机障部位及其故障的严重程度。显然，要实

5、现对故障特三大部件组成。征频率的定位，就必须计算出各个元件的理论特征在双馈式风力发电机的振动分析中，时域分析频率。滚动轴承就其结构有4种故障频率：保持架故所能提供的信息量是非常有限的，往往只能粗略地障特征频率厂Fh滚动体故障特征频率、外圈故判断机械设备是否有故障，有时也能得到故障的严障特征频率-厂B和内圈故障特征频率-厂HP兀，公式分重程度信息，但不能判断故障发生的部位信息，故一别为：般用作设备的简易诊断。当分析故障类型、位置以及，，TF一0．5(1一cos)／(2)严重程度时，就需要对滚动轴承的振动信号进行频收稿日期：2015—09—22作者简介：张巍

6、(1973)，男，工程师，从事风电生产技术管理、风力机械传动系统及电气控制系统的研究。·16·第43卷20第156年期1(2E-月第241期)I)ec．2015Vo1．43No．6(Ser．No．241)表2轴承型号所对应的故障特征频率Hz一[(1一()2COS2~](3)-厂BPF()一0．5Z(1～cosa)(4)厂}{一0．5Z(1+l_4．／-cosd)_厂r(5)式中：D为轴承节径，即轴承滚动体中心所在圆的直径；d为滚动体的平均直径；a为公称接触角，即滚动体受力方向与内外滚道垂直线的夹角；z为滚动体的个数；为轴回转频率(fr=N／60，N为轴承

7、所在轴的转速)。动监测。采用速度传感器分别测量垂直和水平两个方向的振动值，测点布置见图l，根据现场振动情况，重点对发电机的驱动端(图1中测点4)和发电2滚动轴承状态监测及故障诊断实例机非驱动端(图1中测点5)进行振动测试。2．1振动监测与分析诊断系统钡lJ

8、1钡0点2i啦0点3钡0点4钡lj．点5基于上述状态监测与故障诊断模型建立振动监叶测与分析诊断系统，该系统由速度传感器、动态数据轮甜齿轮箱船发机电采集卡和微型计算机(包括监测、通讯、分析和诊断软件)所组成，也称为T—C—PC机械故障巡检系图1风机设备测点布置简图统]，其中动态数据采集卡与微型计算机通过

9、USB2．4测试分析及结果接口连接。发电机测试数据对比分析见表3，发现F4一H3