[實(shí)用新型]大型風(fēng)力機(jī)組軸承故障診斷系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220436345.8
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN202793793U
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王衍學(xué);向家偉;蔣占四;楊銀銀
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04;G01H13/00
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)故障診斷領(lǐng)域，具體涉及一種大型風(fēng)力機(jī)組軸承故障診斷系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著綠色能源越來越受重視，近年來世界風(fēng)電得到高速發(fā)展。2009年中國的風(fēng)電新裝機(jī)容量已位居全球第一，總裝機(jī)容量僅落后美國居全球第二，但是我國風(fēng)機(jī)的正常工作時(shí)間和發(fā)電量都與裝機(jī)容量不成比例，遠(yuǎn)低于世界平均水平，原因就是風(fēng)機(jī)傳動系統(tǒng)的主要組件如齒輪箱、軸承等故障率較高。最近幾年風(fēng)力機(jī)組朝著兆瓦級的大機(jī)型發(fā)展，它們一旦出現(xiàn)故障將造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，開展對大型風(fēng)力機(jī)組傳動系統(tǒng)的監(jiān)測與診斷，提高機(jī)組的可靠性，減少故障率和降低維修成本刻不容緩。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提出一種大型風(fēng)力機(jī)組軸承故障診斷系統(tǒng)，其能夠?qū)Ω咝А⒖煽康卦\斷大型風(fēng)力機(jī)組變工況運(yùn)行的軸承故障。

為解決上述問題，本實(shí)用新型是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的：

一種大型風(fēng)力機(jī)組軸承故障診斷系統(tǒng)，包括加速度傳感器、快速傅里葉變換單元、譜峭度分析單元、濾波單元、包絡(luò)分析單元、特征數(shù)據(jù)庫和模式識別單元；其中加速度傳感器安裝在待測風(fēng)力機(jī)組的軸承座上，加速度傳感器的輸出端經(jīng)快速傅里葉變換單元連接至譜峭度分析單元的輸入端，譜峭度分析單元的輸出端經(jīng)濾波單元連接包絡(luò)分析單元的輸入端，包絡(luò)分析單元的輸出端和特征數(shù)據(jù)庫共同連接在模式識別單元的輸入端上，模式識別單元的輸出端為故障診斷輸出端。

上述方案中，所述待測風(fēng)力機(jī)組的軸承座的正下方分別安裝軸向和徑向2個(gè)壓電加速度振動傳感器，這2個(gè)壓電加速度振動傳感器的輸出端均連接至譜峭度分析單元。

上述方案中，所述加速度傳感器和快速傅里葉變換單元之間還接有模數(shù)轉(zhuǎn)換單元。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下特點(diǎn)：

（1）本實(shí)用新型克服風(fēng)電機(jī)組的非平穩(wěn)工況和工況噪聲影響，適合于實(shí)際風(fēng)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行條件；不需人為參與能夠自動識別出軸承故障引起的共振頻帶；并能自動識別軸承故障類型。

（2）本實(shí)用新型識別的軸承損傷速度快，適合于風(fēng)電機(jī)組工作狀態(tài)下實(shí)時(shí)故障巡檢和在線監(jiān)控；避免突發(fā)性事故發(fā)生。

（3）本實(shí)用新型不依賴于具體軸承型號，可根據(jù)不同型號風(fēng)電機(jī)組主軸軸承的基本幾何參數(shù)和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，預(yù)先提供軸承故障的理論計(jì)算特征值即可應(yīng)用。因此，可在風(fēng)電機(jī)組軸承故障診斷中廣泛推廣使用。

附圖說明

圖1為一種大型風(fēng)力機(jī)組軸承故障診斷原理圖。

具體實(shí)施方式

參見圖1，一種大型風(fēng)力機(jī)組軸承故障診斷系統(tǒng)，包括加速度傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、快速傅里葉變換單元、譜峭度分析單元、濾波單元、包絡(luò)分析單元、特征數(shù)據(jù)庫和模式識別單元。其中加速度傳感器安裝在待測風(fēng)力機(jī)組的軸承座上，加速度傳感器的輸出端連接在模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的輸入端上，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的輸出端經(jīng)快速傅里葉變換單元連接至譜峭度分析單元的輸入端，譜峭度分析單元的輸出端經(jīng)濾波單元連接包絡(luò)分析單元的輸入端，包絡(luò)分析單元的輸出端和特征數(shù)據(jù)庫共同連接在模式識別單元的輸入端上，模式識別單元的輸出端為故障診斷輸出端。在本實(shí)用新型中，上述各個(gè)模塊采用現(xiàn)有技術(shù)已知的硬件功能模塊，其模塊與模塊之間的相互連接關(guān)系為本實(shí)用新型的核心改進(jìn)點(diǎn)。通過上述各個(gè)已知功能模塊的構(gòu)成，使得風(fēng)電機(jī)組不需人為參與便能夠自動識別出軸承故障引起的共振頻帶，并能自動識別軸承故障類型。

加速度傳感器用于拾取主軸軸承的原始振動信號，通過對典型的非平穩(wěn)運(yùn)行信號進(jìn)行角域重采樣，得到穩(wěn)態(tài)信號。在本實(shí)例中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組型號為NEG-MiconNM1000/60，額定功率為1070kw，最大旋轉(zhuǎn)速度為1500rpm。受工作環(huán)境的影響，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組常工作在交變載荷的影響下呈現(xiàn)運(yùn)行的非平穩(wěn)、非線性等特性；這些對軸承故障特征提取帶來諸多困難。在本實(shí)例中軸承的軸承座正下方分別安裝軸向和徑向2個(gè)壓電加速度振動傳感器，以采集主軸軸承的振動信號。2個(gè)壓電加速度振動傳感器的輸出端均通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元與快速傅里葉變換單元相連。

模數(shù)轉(zhuǎn)換單元對采集到的原始振動信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、放大和抗混疊濾波的預(yù)處理。

快速傅里葉變換單元對原始振動信號進(jìn)行快速傅里葉變換。

譜峭度分析單元對快速傅里葉變換后的振動信號進(jìn)行譜峭度分析，尋找最大譜峭度值所對應(yīng)的窗口函數(shù)。

濾波單元根據(jù)譜峭度分析單元所尋找到的窗口函數(shù)構(gòu)建出一個(gè)最優(yōu)帶通濾波器。

包絡(luò)分析單元對濾波后的信號進(jìn)行包絡(luò)分析和及其譜分析，獲得包絡(luò)信號譜，在包絡(luò)譜中提取軸承故障特征頻率及其各次諧波成分。

模式識別單元將提取出的軸承故障特征頻率與預(yù)先存儲在計(jì)算機(jī)特征數(shù)據(jù)庫中的已知軸承故障特征頻率進(jìn)行比較；當(dāng)提取出的軸承故障特征頻率與已知軸承故障特征頻率相同時(shí)，計(jì)算機(jī)自動識別出該待測軸承的具體故障模式；當(dāng)提取出的軸承故障特征頻率與已知軸承故障特征頻率不相同時(shí)，計(jì)算機(jī)將該無法判別的軸承故障特征頻率進(jìn)行存儲，存儲下的無法自動判別的齒輪箱的具體故障模式需要采用人工排查方式才能逐步出判斷軸承的具體故障模式。