發(fā)布時(shí)間：2020-10-11 22:01

　　 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)是風(fēng)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。風(fēng)電機(jī)組傳動鏈結(jié)構(gòu)復(fù)雜,運(yùn)行工況惡劣,齒輪-軸承、多齒輪出現(xiàn)復(fù)合故障的概率較大。復(fù)合故障發(fā)生時(shí),微弱故障信息容易被顯著故障或強(qiáng)干擾噪聲掩蓋,日常巡檢維護(hù)難以發(fā)現(xiàn)。而微弱故障(如軸承故障)通常是顯著故障或傳動鏈?zhǔn)У闹匾T因,需要及時(shí)提取出相應(yīng)的故障特征。因此,深入研究風(fēng)電機(jī)組傳動鏈的振動特點(diǎn)與故障機(jī)理,辨識多部件故障微弱特征信息,避免機(jī)組發(fā)生嚴(yán)重事故,對于降低運(yùn)行維護(hù)成本促進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。本文在這一背景下,以風(fēng)電機(jī)組傳動鏈為研究對象,針對傳動鏈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與故障模式,基于傳動鏈關(guān)鍵部件振動模型,深入研究風(fēng)電機(jī)組傳動鏈的復(fù)合故障特征提取方法,以提高復(fù)合故障特征提取的精準(zhǔn)性為目的。主要研究內(nèi)容如下:(1)分析了雙饋型和直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及并網(wǎng)方式。給出風(fēng)電齒輪箱各部件故障時(shí),其故障特征頻率的計(jì)算方法。研究了傳動鏈典型故障的調(diào)制機(jī)理與頻譜特征,提出了一種風(fēng)電齒輪箱行星輪分布式故障調(diào)制模型。根據(jù)某大型新能源集團(tuán)歷年故障振動數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)分析了風(fēng)電機(jī)組傳動鏈六種典型單一故障,研究了各類故障的發(fā)生機(jī)理及振動頻譜特征。(2)針對風(fēng)電齒輪箱結(jié)構(gòu)緊湊,零部件眾多且耦合性強(qiáng),振動頻帶范圍寬,振動能量差別大的特點(diǎn),分析了頻率相近的信號成分在倒頻譜中會得到精確分辨的規(guī)律。研究了復(fù)小波變換在進(jìn)行故障特征提取時(shí),能夠在匹配振動信號中不同尺度故障成分的同時(shí)實(shí)現(xiàn)包絡(luò)解調(diào)的特點(diǎn)。提出了基于倒頻譜編輯與復(fù)小波變換的風(fēng)電齒輪箱復(fù)合故障特征提取方法,通過風(fēng)電齒輪箱齒輪軸承復(fù)合故障和多齒輪復(fù)合故障的案例分析,論述了傳統(tǒng)包絡(luò)解調(diào)方法在發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重齒輪故障掩蓋下的微弱故障信息的不足,相比之下,倒頻譜編輯結(jié)合復(fù)小波變換的特征提取方法由于具有削弱顯著周期性成分和多尺度解調(diào)的特點(diǎn),能夠在強(qiáng)烈故障干擾下將軸承或齒輪的微弱故障提取出來。(3)針對傳動鏈振動數(shù)據(jù)量大,傳統(tǒng)包絡(luò)解調(diào)方法頻帶定位困難,小波分析受限于基函數(shù)選擇,導(dǎo)致故障特征提取不準(zhǔn)確,診斷效率低的問題,論述了基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾淖赃m應(yīng)故障特征提取方法,研究了基于局部極大值頻譜劃分和尺度空間頻譜劃分的經(jīng)驗(yàn)小波變換,引入經(jīng)驗(yàn)法則實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)小波變換的無參數(shù)化。運(yùn)用基于局部極大值的經(jīng)驗(yàn)小波變換對風(fēng)電齒輪箱多齒輪復(fù)合故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得到了經(jīng)驗(yàn)小波變換無需人工設(shè)計(jì)帶通濾波器,可以自適應(yīng)地提取齒輪箱復(fù)合故障特征的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)在經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ街薪庹{(diào)得到行星級嚙合頻率,驗(yàn)證了行星輪分布式故障模型的準(zhǔn)確性。提出了基于裕度因子進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶Y選排序的方法,重點(diǎn)分析經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ街性６纫蜃幼畲蟮姆至?以風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)軸承復(fù)合故障振動數(shù)據(jù)為例,驗(yàn)證了無參經(jīng)驗(yàn)小波在自適應(yīng)提取軸承多故障信息方面的優(yōu)勢。(4)針對風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)軸承振動面臨的電磁干擾、不平衡不對中所致轉(zhuǎn)頻干擾等問題,分析了電磁振動、不平衡不對中產(chǎn)生的機(jī)理,研究了循環(huán)平穩(wěn)理論及其在故障特征提取中的應(yīng)用特點(diǎn),提出了基于循環(huán)相干函數(shù)和循環(huán)比例系數(shù)的故障特征提取方法。以強(qiáng)電磁干擾下發(fā)電機(jī)軸承振動數(shù)據(jù)為例,對比分析了基于復(fù)小波變換、譜峭度和循環(huán)相干函數(shù)的故障特征提取方法的優(yōu)缺點(diǎn),證明了循環(huán)相干函數(shù)能夠更好地匹配軸承故障狀態(tài)下二階循環(huán)平穩(wěn)特性,循環(huán)比例系數(shù)可以清晰地顯現(xiàn)隱藏在電磁振動干擾下的軸承故障特征。以強(qiáng)轉(zhuǎn)頻干擾下發(fā)電機(jī)軸承振動數(shù)據(jù)為例,應(yīng)用循環(huán)相干函數(shù)方法,對比分析了當(dāng)前測試數(shù)據(jù)與六個(gè)月前測試數(shù)據(jù),印證了所提出方法對強(qiáng)轉(zhuǎn)頻干擾下的嚴(yán)重故障和微弱故障都具有較好的提取能力。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM315
【部分圖文】：

其設(shè)備運(yùn)行維護(hù)及維修沒有可供參考的現(xiàn)成技術(shù)和管理模式，我國風(fēng)電大規(guī)??模商業(yè)化運(yùn)營時(shí)間不長，風(fēng)電場運(yùn)維管理和技術(shù)手段滯后，缺乏對風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵部??件運(yùn)維技術(shù)的深入研究及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組運(yùn)維效率不高。圖１－２示出國內(nèi)??某大型新能源集團(tuán)公司的風(fēng)電機(jī)組設(shè)備整體更換率／維修率（次／臺／年）和平均故障??恢復(fù)時(shí)間（小時(shí)）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。以齒輪箱為代表的傳動鏈核心部件更換率和維修率居??高不下

圖１－１論文章節(jié)結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇ．?１－１?Ｃｈａｐｔｅｒ?ａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅｓｉｓ??章研宄了循環(huán)平穩(wěn)理論，提出了基于循環(huán)相干函數(shù)和循環(huán)比例系取方法，能夠抑制傳動鏈中的強(qiáng)烈干擾，提取出微弱的故障特章對本文的研宄工作進(jìn)行了總結(jié)，針對本文研宄的不足提出了。??

圖２－丨風(fēng)電機(jī)組示意圖??Ｆｉｇ．?２－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｗｉｎｄ?ｔｕｒｂｉｎｅｓ??圖２－１為風(fēng)電機(jī)組現(xiàn)場安裝圖片。整個(gè)風(fēng)電機(jī)組高達(dá)幾十米其至ｈＷ米，塔筒??樹立在混凝土地基上，重達(dá)數(shù)十噸的機(jī)艙與葉輪通過起ｍ機(jī)安裝塔筒上。??水平軸風(fēng)電機(jī)組基本結(jié)構(gòu)如圖２－２，ｋ要由葉輪系統(tǒng)（導(dǎo)流罩、葉片軸承、輪??轂）、傳動系統(tǒng)（Ｖ：軸及軸承、齒輪筘、聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)）、控制系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、??變槳系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等組成。??１７??
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本文編號：2837174