风电机组变桨轴承的动态柔性特性研究

针对传统变桨轴承方法中的刚性假设不能反应变桨轴承动态运行特点的问题,引入了在线测试与仿真分析技术,对变桨轴承动态柔性特性进行了研究。分析了变桨轴承运行的受载特点,提出了一种基于应变载荷测试与位移传感器的在线测试方法,以测试风电机组不同功率下变桨轴承内外圈轴向位移、径向位移和载荷;建立了考虑周边结构与变桨轴承柔性的变桨系统有限元模型,并以在线测试所得载荷作为有限元分析输入载荷,进行了仿真分析;最终对不同功率下的变桨轴承轴向位移、径向位移测试数据与仿真数据进行了对比分析。研究结果表明:变桨轴承载荷、变桨轴承内外圈轴向位移、径向位移随风轮转动呈现周期性交替变化规律,不同位置变化规律特点不同,体现了变桨轴承的动态柔性特性;该特性可应用于变桨轴承可靠性的研究。     

大功率风电机组变桨轴承型式试验

风电轴承使用环境恶劣,维修成本高,要求其具有长寿命和高可靠性。为验证大功率风电机组变桨轴承是否能够在承受疲劳等效载荷作用下满足运行要求,以某型7 MW风电机组变桨轴承为例进行试验。介绍了新开发盾构/风电转盘综合试验机的结构及各系统的功能,详细说明了试验轴承的安装和加载,给出了试验过程中变桨轴承的温升、振动和力矩曲线。试验结束后拆解试验轴承并与试验前轴承进行对比,各零件的表面形貌以及润滑脂均正常,认为其能够满足风机的设计使用要求;该轴承装机一年多来运行平稳,表明该试验方案可行,能够为风电轴承的检验和研发提供有力的评估依据和原始数据支持。     

风电机组变桨轴承螺栓失效形式分析与处理措施

风能是一种清洁能源，大力开发和利用风能资源能促进我国的能源战略调整，助力实现可持续发展。风电项目中，风电机组有助于将风能转变为电能，由于整个机组的构成复杂，机组运行中的可靠性不够，经常因为变桨轴承螺栓失效等影响机组运行。现阶段，随着风电事业的日渐进步，变桨轴承螺栓失效问题越发引起了人们的关注，相关企业需采取有效的预防与处理策略。基于此，本文针对风电机组变桨轴承螺栓失效形式展开了详细的分析，提出了对应的处理措施，对提高风电机组运行可靠性具有指导价值。     

风力发电机组变桨轴承断裂失效分析

变桨轴承是风电机组的关键零部件之一,其可靠性对风电机组的安全运行有重大影响。以某型风电机组变桨轴承断裂为例,对该变桨轴承进行有限元分析,结合理化检测,研究变桨轴承套圈开裂原因。结果表明,该变桨轴承套圈疲劳强度不满足要求,螺栓孔内部有锈蚀坑,在较大循环应力作用下,套圈疲劳断裂。提出了改进及预防变桨轴承失效的措施。     

数字孪生驱动的风电机组变桨系统故障诊断

数字孪生作为连接物理世界和数字世界的纽带，其融合机理与数据的建模方式在时效性和准确性等方面有着超出以往模型的潜力。文中首先针对风电机组变桨系统故障诊断问题，结合多体动力学提出了一种风电机组数字孪生模型的建立方法；其次，利用机组运行信息与机理先验知识，并通过历史数据进行风电机组控制逻辑反演；再次，以上述模型对风电机组历史监测数据进行仿真分析，将仿真结果与历史监测数据进行对比，迭代修正数字孪生模型，并验证所建立的数字孪生模型的准确性；最后，在所建立模型的基础上构建仿真结果与实际监测数据的残差值，使用该残差值作为故障特征变量对该风电机组变桨系统故障进行诊断分析，其结果验证了上述方法的有效性和可行性。     

基于支持向量机的风电机组主轴轴承故障诊断

主轴轴承是风电机组的重要部件之一。通常主轴轴承故障诊断方法主要是基于振动信号和温度信号以及润滑油成分分析等。这里利用支持向量机建立了风电机组发电机输出功率模型,输入量为风速、变桨角度、风向角与机舱角偏差;输出量为发电机输出有功功率。在相同输入条件下,当主轴轴承存在磨损等故障时,发电机输出有功功率将随故障的逐步加重而逐渐减小,发电机输出有功功率实际值与预测值之间的残差将超出正常的阈值。这里以某风电场风机主轴轴承实际故障进行了仿真验证。     

风机变桨轴承齿面磨损与齿轮可靠度分析

针对风电机组变桨轴承内齿面出现较大程度磨损的情况,基于齿轮啮合原理和Hertz接触理论对齿面磨损进行分析,得到变桨轴承齿面接触应力和出现微动磨损的角度范围;根据齿轮承载能力分析,得到齿轮可靠度与磨损量的计算关系,并通过某机型变桨轴承内齿面磨损实例分析验证该方法的可靠性。     

变桨轴承套圈堵塞孔位置确定方法

变桨轴承套圈堵塞孔即滚珠装配工艺孔,位于轴承套圈的软带区域,该区域硬度较低,抗碾压能力较弱是轴承套圈的薄弱环节,因此堵塞孔的位置选择是否合适决定了变桨轴承的强度与寿命。针对MW级风电机组变桨轴承套圈堵塞孔位置的确定问题,对其轴承的结构、几何和受载特性进行了分析,建立了轴承内圈载荷分布的静力学模型,基于载荷分布计算结果提出了堵塞孔位置的快速确定方法;并且采用有限元方法分析了变桨系统中轴承的接触载荷分布,验证了堵塞孔位置快速确定方法的准确性。     

MW级风机变桨轴承与轮毂连接螺栓的强度分析

针对某MW级风电机组变桨轴承与轮毂连接螺栓强度设计问题,利用ANSYS软件建立了该变桨轴承与轮毂连接螺栓仿真模型,通过对变桨轴承的受力分析和变桨轴承、螺栓有限元模拟方法的研究,基于GL规范分别利用有限元方法和理论分析方法对该连接螺栓进行了强度分析和接触面滑移分析。研究结果表明,螺栓的极限强度和疲劳强度满足设计要求,极限计算中有限元分析结果和理论分析结果基本一致,接触面之间不会发生使螺栓承受剪切力的滑移。该研究结果为风机变桨轴承和轮毂连接螺栓设计提供了参考。     

风力发电机变桨轴承强度分析及影响因素

以某MW级风电机组双排四点接触球转盘轴承为例,采用ANSYS有限元分析软件建立叶片-轴承-轮毂的整体有限元模型,将钢球与沟道的非线性接触等效为弹簧单元,进行轴承结构强度和接触强度校核计算,该分析方法可减少大规模的接触计算,提高变桨轴承计算效率。对轴承宽度、加强盘厚度、轴承外径、沟道位置、预紧力等影响参数进行了研究,结果表明：增大轴承宽度、外径以及适当增加预紧力,有利于提高变桨轴承的静承载性能及疲劳性能;适当增大加强盘厚度,可有效提高变桨轴承沟道边缘的承载能力;沟道位置下移,可有效改善变桨轴承套圈的疲劳强度。     

风电轴承失效模式研究进展

轴承是风电机组的关键部件，在恶劣工况下工作容易出现过早失效。首先，以风电机组的主轴、变桨与偏航、齿轮箱、发电机等轴承应用部位作为出发点，对风电轴承的应用形式进行了总结；其次，介绍了风电轴承的主要失效形式(微剥落、微动磨损、白蚀裂纹、电蚀)并对失效原因和解决措施进行了分析；然后，从研究方式的角度，阐述了有限元法与试验法的研究成果；最后，提出风电轴承力学特性的分析以及失效模式的形成机理研究有待进一步深入，后续研究应注重于建立考虑设计及装配参数的耦合动力学模型，并进行更完善的试验设计以深入分析轴承的失效机制。     

基于XGBoost-LightGBM-LSTM的风机齿轮箱轴承故障预警

针对风电机组齿轮箱温度预测准确性较低,泛化能力差的问题,提出一种极端梯度提升树(XGBoost)、轻量梯度提升机(LightGBM)和长短时记忆网络(LSTM)加权融合的组合模型对齿轮箱轴承温度进行预测。采用灰色关联度(GRA)选取与齿轮箱轴承密切相关的特征参数作为组合预测模型的输入,利用训练好的组合模型预测齿轮箱轴承正常工作温度,计算与实际温度值之间的残差,并用滑动时间窗口设置预警阈值,从而进行齿轮箱轴承故障预警。通过江苏某海上风场5 MW风机实际数据验证表明,该组合模型对风电机组齿轮箱轴承温度预测精度较好,并能提前进行故障预警。     

风电变桨轴承摩擦力矩的测量

通过试验机对风电变桨轴承加载径向和轴向压力,模拟风电轴承的实际工况,通过工控机直接测量并实时记录输出试验数据,从而得到变桨轴承的启动摩擦力矩及旋转状态时的即时摩擦力矩,并分析测试数据以判定风电变桨轴承是否满足设计要求。     

基于数据分类重建的风电机组故障预警方法

为预警风电机组潜在故障、增强机组出力安全性,基于监控和数据采集(SCADA)系统,提出一种异常数据重建的风电机组故障预警方法。首先,充分利用同风场风机SCADA数据,分别重建输入类与输出类目标机组数据,克服了部分数据信息丢失、数据异常问题;其次,使用提取的代表性数据建立故障预警模型,所得预警模型更贴近机组运行动态特性;最后,采用改进的衰退指标预警潜在故障,直观展示机组阶段性衰退程度。案例研究中使用某风电场SCADA故障数据,并使用3种标准确定所提策略参数设定值,结果表明可至少提前3周预警风电机组齿轮箱潜在故障,验证了所提故障预警方法的时效性。     

双排四点接触球转盘轴承载荷分布的研究

变桨轴承和偏航轴承是风力发电机组关键部件之一,通常采用单排或双排四点接触球转盘轴承,运用赫兹弹性接触理论,建立了双排四点接触球转盘轴承力学模型,推导了基于联合载荷(轴向载荷、径向载荷和倾覆力矩)作用下的轴承载荷分布计算公式,并运用数值迭代方法进行求解,最后以某兆瓦级风力发电机双排四点接触球变桨轴承为例,应用该模型进行了转盘载荷分布的数值计算和分析,初步说明该模型的合理性,为风电机组转盘轴承设计和选型提供了可靠地理论依据。     

电网扰动故障下双馈风电机组建模及模型验证

针对分析风电机组并网对系统稳定性影响,需要建立风力发电机的模型的问题,对电网扰动故障下双馈风电机组的模型进行研究,并且开展了模型有效性验证。首先,建立了用于电力系统仿真计算的包括电网扰动模型、双馈发电机模型、变流器模型、风轮模型、传动链模型、变桨模型、变速变桨控制模型等的双馈风电机组模型。然后以WD77-1500型双馈风电机组为例子,在Matlab/Simulink环境下,搭建出该机型的仿真模型,并研究双馈风电机组在电网扰动故障下的动态响应特性;最后,通过分析对比模型仿真结果和现场低电压穿越测试结果,验证了该模型的正确性和有效性。模型验证结果表明,所搭建的风电机组模型适用于后续的风电场建模和研究对电力系统稳定性的影响,具有重要的工程应用价值。     

浅谈风电机组变桨齿圈磨损原因分析及修复方法

变桨齿圈是风电机组的核心部件之一.风电机组经过长时间的运行后,变桨齿圈易发生磨损.本文以我公司某风场风机为例,分析了其变桨齿圈磨损的原因,并针对该原因设计了修复方法.通过修复,可以确保风机继续稳定运行,同时降低了风场运维成本,提高了风场的经济性.     

风力机变桨轴承热力学分析

变桨轴承是确保风力机变桨机构正常稳定运行的关键部件。针对风力机变桨轴承的因摩擦升温而导致的轴承老化和磨损问题,建立风力机变桨轴承的三维模型,并对轴承模型进行热力学仿真分析。仿真结果显示,风力机稳态运行时,变桨轴承的下滚道比上滚道平均温度要高;当摩擦系数从0.02增长到0.1时,轴承的最高温度大幅度上升;在温度场和载荷同时存在的情况下,对比只施加载荷的情况,轴承所受最大应力大了约三倍。该研究对于提高风力机变桨轴承的可靠性、完善变桨轴承设计方法具有参考价值。     

风电变桨轴承工况条件下非均匀接触行为

建立了风力发电机组变桨轴承弹塑性接触系统有限元模型,用于风电机组变桨轴承双列四点接触球轴承接触特性分析。同时,采用解析方法计算分析了最大承载球接触载荷,用于验证有限元接触模型的合理性。在给定设计参数及特定工况下,得到了轴承最大位移量、最大接触应力以及球最大接触载荷,并分析轴承沟道典型制造偏差对球与沟道接触特性的影响,结果表明:风电机组变桨轴承在倾覆力矩、轴向和径向载荷同时存在时,过大的轴承沟道制造偏差将导致球与沟道发生极端非均匀接触现象,同时,随着轴承沟道制造偏差增大,球与沟道总体非均匀接触程度增强。     

基于SCADA数据的风力发电机轴承状态识别方法

提出一种基于SCADA数据的轴承状态识别方法。首先，从SCADA运行数据中提取与轴承状态相关性较高的发电机轴承温度、发电机转速、有功功率、机舱环境温度等原始特征；然后，构建了轴承温度与环境温度差，前、后轴承温度差以及多尺度的轴承温升监测值等敏感特征；最后，采用随机森林算法建立智能识别模型对发电机轴承进行状态辨识。风电场实例数据的验证结果表明，本文构建指标能有效提高模型的辨识性能，与随机森林算法相结合能够实现风电机组发电机轴承全类型状态的有效辨识。