[發(fā)明專利]一種變轉(zhuǎn)速風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子振動信號的變換分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210159882.7
• 申請日: 2012-05-22
• 公開（公告）號: CN102661787A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董禮;蘇寶定;楊懷宇;程慶陽;于遲
• 申請（專利權(quán)）人: 國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 北京方韜法業(yè)專利代理事務(wù)所 11303
• 代理人: 遆俊臣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及動力機(jī)械及信號處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種針對低速變轉(zhuǎn)速變工況風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子振動信號的變換分析方法。

背景技術(shù)

目前對風(fēng)電機(jī)組振動信號的分析及處理方法的研究主要集中在齒輪箱和發(fā)電機(jī)的振動信號處理上。風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子及主軸承是吸收和傳遞載荷的主要部件，作用在機(jī)組上的徑向力、軸向力及彎矩等都先附加于風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上，這將引起轉(zhuǎn)子的振動，而針對變速風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子振動信號的處理研究尚屬空白。

同時(shí)，風(fēng)電機(jī)組是一個(gè)剛?cè)狁詈系亩囿w系統(tǒng)，其動力源是具有很強(qiáng)隨機(jī)性和不連續(xù)性的自然風(fēng)能。作用在風(fēng)電機(jī)組上的空氣動力、慣性力和彈性力等交變載荷會使風(fēng)電機(jī)組發(fā)生變形和振動，這會影響風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組損壞。風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)在低轉(zhuǎn)速（一般<20rpm）、動載荷下，且轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，長期變工況運(yùn)行，運(yùn)行工況不同于普通旋轉(zhuǎn)機(jī)械，振動信號為非平穩(wěn)信號，因此，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子振動信號分析方法難以直接應(yīng)用，并有效提取到風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子振動中的特征信息，這給風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子振動信號的分析及故障診斷帶來了困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種變轉(zhuǎn)速風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子振動信號的變換分析方法，使其可實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子振動信號的有效分析。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種變轉(zhuǎn)速風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子振動信號的變換分析方法，包括以下步驟：A.以等時(shí)間間隔同步采集風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子振動信號和轉(zhuǎn)速脈沖信號，采集時(shí)間超過8個(gè)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)周期或采樣時(shí)長大于30s，其中，轉(zhuǎn)速脈沖信號是在主軸上沿旋轉(zhuǎn)角度等分采集；B.依據(jù)轉(zhuǎn)速脈沖信號定位脈沖上升沿或下降沿時(shí)刻序列并據(jù)此計(jì)算轉(zhuǎn)速序列，并按脈沖序列將對應(yīng)的振動信號劃分為振動信號段，截取成風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的整周期的時(shí)間長度；C.對截取的各個(gè)整周期振動信號分別進(jìn)行插值復(fù)采樣；D.對復(fù)采樣得到的振動信號進(jìn)行指定轉(zhuǎn)速下的時(shí)間延拓，得到指定轉(zhuǎn)速的整周期連續(xù)振動信號，保證指定轉(zhuǎn)速在計(jì)算所得轉(zhuǎn)速序列變化區(qū)間內(nèi)；E.對得到的指定轉(zhuǎn)速整周期連續(xù)振動信號進(jìn)行分析。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的步驟A中轉(zhuǎn)速脈沖信號采集的等分點(diǎn)數(shù)不小于30。

所述的步驟A中轉(zhuǎn)速脈沖信號采集是通過沿主軸旋轉(zhuǎn)角度均布反光條或采用編碼器實(shí)現(xiàn)。

所述的步驟B中，轉(zhuǎn)速序列是采用零相移濾波器平滑轉(zhuǎn)速波動后所得。

所述的步驟C中，插值復(fù)采樣過程中選擇具有線性相位的FIR數(shù)字低通濾波器進(jìn)行抗混疊濾波，插值方法選擇線性插值，并保證整個(gè)周期內(nèi)每個(gè)相鄰轉(zhuǎn)速脈沖對應(yīng)的振動信號段具有相同的采樣點(diǎn)數(shù)。

所述的步驟E中所述的分析采用FFT分析。

采用這樣的設(shè)計(jì)后，本發(fā)明主要考慮了風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子低轉(zhuǎn)速、變工況的運(yùn)行特點(diǎn)，利用數(shù)據(jù)采集裝置以等時(shí)間間隔同步采集轉(zhuǎn)子振動信號及轉(zhuǎn)速脈沖串信號，利用轉(zhuǎn)速脈沖串信號將振動信號變換為指定轉(zhuǎn)速下的整周期信號，通過這種變換，可以獲得利于分析的波形圖譜，利用常規(guī)的譜分析方法即可實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子振動信號的有效分析，為風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子振動信號分析和故障診斷提供依據(jù)。

附圖說明

上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1為本發(fā)明轉(zhuǎn)速風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子振動信號的變換分析方法的示意圖。

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例的傳感器安裝位置示意圖。

圖3為本發(fā)明沿主軸周向均布反光條等相位采集轉(zhuǎn)速脈沖的示意圖。

圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例中同步采集振動信號的時(shí)域波形示意圖。

圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例中同步采集轉(zhuǎn)速信號的時(shí)域波形示意圖。

圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例中利用零相移濾波平滑前的轉(zhuǎn)速/時(shí)間曲線。

圖7為本發(fā)明具體實(shí)施例中利用零相移濾波平滑后的轉(zhuǎn)速/時(shí)間曲線。

圖8為本發(fā)明具體實(shí)施例中信號整周期插值的復(fù)采樣示意圖。

圖9為本發(fā)明具體實(shí)施例中對多個(gè)整周期振動信號變換前的時(shí)域圖。

圖10為對本發(fā)明具體實(shí)施例中多個(gè)整周期振動信號變換后的時(shí)域圖。

圖11為本發(fā)明具體實(shí)施例中信號變換前的時(shí)域波形圖。

圖12為本發(fā)明具體實(shí)施例中信號變換前的頻譜分析圖。

圖13為本發(fā)明具體實(shí)施例中信號變換后的時(shí)域波形圖。

圖14為本發(fā)明具體實(shí)施例中信號變換后的頻譜分析圖。

具體實(shí)施方式

請參閱圖1所示，本發(fā)明變轉(zhuǎn)速風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子振動信號的變換分析方法，包括以下步驟。