[發明專利]一種基于功率流有限元法的風電齒輪箱故障振動信號的傳遞路徑確定方法

有效

• 申請號: 201610991785.2
• 申請日: 2016-11-10
• 公開（公告）號: CN106769000B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 黃文濤;孫宏健;竇宏印;王偉杰;趙學增
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01M13/021
• 分類號: G01M13/021;G01M13/028
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

1.一種基于功率流有限元法的風電齒輪箱故障振動信號的傳遞路徑確定方法，其特征在于，所述風電齒輪箱故障振動信號的傳遞路徑確定方法包括以下步驟：

步驟一：根據風電齒輪箱故障沖擊的特點，確定傳感器的安裝位置；

步驟二：根據傳感器的安裝位置以及故障類型，確定風電齒輪箱故障振動信號的傳遞路徑；

步驟三：根據步驟二確定的風電齒輪箱故障振動信號的傳遞路徑，得到基于功率流的故障振動信號傳遞路徑貢獻量的計算公式；

步驟四：建立風電齒輪箱的有限元模型，利用有限元法計算各條傳遞路徑的貢獻量；

步驟五：對傳遞路徑的貢獻量排序，確定風電齒輪箱故障振動信號的主要傳遞路徑；

所述步驟二中確定風電齒輪箱故障振動信號的傳遞路徑的具體過程為：

步驟二一：分析行星齒輪的局部剝落故障，確定故障振動信號的非時變傳遞路徑；

步驟二二：分析行星齒輪的局部剝落故障，確定故障振動信號的時變傳遞路徑；

步驟二三：分析行星架軸承的外圈局部剝落故障，確定故障振動信號的非時變傳遞路徑；

步驟二四：分析行星架軸承的外圈局部剝落故障，確定故障振動信號的時變傳遞路徑。

2.根據權利要求1所述的一種基于功率流有限元法的風電齒輪箱故障振動信號的傳遞路徑確定方法，其特征在于，所述步驟三中得到基于功率流的故障振動信號傳遞路徑貢獻量的計算公式的具體過程為：

步驟三一：選擇各條傳遞路徑的耦合點，得到風電齒輪箱系統能量傳遞圖以及被動子系統能量傳遞圖；

步驟三二：根據步驟三一得到的風電齒輪箱系統能量傳遞圖以及被動子系統能量傳遞圖，尋找具有相同能量傳遞路徑的故障振動信號傳遞路徑；

步驟三三：獲取工作狀態下激勵源于被動子系統耦合點處的功率流和各條傳遞路徑的能量保持因子；

步驟三四：得到第i條傳遞路徑的貢獻量百分比為：

式中C_i是第i條傳遞路徑的貢獻量百分比，是被動子系統側第i條傳遞路徑的能量保持因子，Pi^A(ω)是第i條傳遞路徑耦合點處的功率流。

3.根據權利要求2所述的一種基于功率流有限元法的風電齒輪箱故障振動信號的傳遞路徑確定方法，其特征在于，所述步驟三三中獲取工作狀態下激勵源于被動子系統耦合點處的功率流和各條傳遞路徑的能量保持因子的具體過程為：

步驟三三一：在被動子系統距離目標點5cm內的位置選定m個指示點，在每個耦合點5cm內的位置選定1個監測點；在工作狀態下，通過傳感器或仿真獲得各個指示點的功率流，并組成m維功率流列向量

步驟三三二：移除實際激勵源，在被動子系統耦合點處依次施加激勵，并通過傳感器或仿真獲得各個監測點和指示點的功率流；當在第i個路徑的耦合點處施加激勵時，第i個路徑的監測點功率流為pi(ω)，目標點處第j個指示點的功率流為p_ji(ω)，則為從第i個監測點到第j個指示點的能量保持因子，所有m×n個能量保持因子組成m×n維能量保持因子矩陣δ^B(ω)；

步驟三三三：記為對應于工作狀態下耦合點處n維功率流列向量，則：

δ^B(ω)·P^A(ω)＝P^B(ω) (2)

即

對δ^B(ω)取廣義逆δ^B(ω)^-1可得：

P^A(ω)＝δ^B(ω)^-1·P^B(ω) (4)

即

4.根據權利要求3所述的一種基于功率流有限元法的風電齒輪箱故障振動信號的傳遞路徑確定方法，其特征在于，所述步驟四中建立有限元模型，利用有限元法計算各條傳遞路徑的貢獻量的具體過程為：

步驟四一：建立簡化的風電齒輪箱有限元模型；

步驟四二：對風電齒輪箱進行模態分析和諧響應分析；

步驟四三：利用有限元仿真結果計算得到各個指示點和監測點處的功率流，以及故障振動信號的非時變和時變傳遞路徑能量保持因子；

步驟四四：根據各指示點和監測點處的功率流以及各傳遞路徑的能量保持因子，計算風電齒輪箱故障振動信號各條傳遞路徑的貢獻量；

步驟四五：對共振帶頻率下的各條傳遞路徑貢獻量進行求和，獲得各條路徑的總貢獻量。