基于振动信号耦合调制新模型和参数辨识的 风电齿轮箱齿圈故障监测

针对风电齿轮箱多级传动导致的振动耦合调制问题,提出了一种考虑级间调幅调频的齿圈故障新模型,并通过参数辨 识技术将其应用于齿圈故障监测。 某级齿圈故障特征频率会以调幅、调频方式,调制不同轮系的啮合频率,呈现出耦合调制现 象,本文针对该特殊调制规律,建立了两级齿圈故障下的振动信号耦合调制模型。 在此基础上,提出基于局部均值分解和列文 伯格-马夸尔特算法的参数辨识技术,确定故障辨识模型的调幅系数,进而可方便地构建出状态指标,以达到齿圈故障监测的目 的。 用现场数据进行验证,结果表明,新模型比传统模型描述振动信号更全面;借助参数辨识技术构建的指标能定位故障齿轮。     

大型风电齿轮箱耦合固有特性仿真分析

风电齿轮箱是风电机组的重要组成部分,其振动特性会影响整个机组的运行,因此研究齿轮箱系统的固有特性具有重要意义。在大型风电齿轮箱三维实体模型的基础上,采用弹簧模拟轴承的方式把传动系统和箱体耦合起来,建立该齿轮箱齿轮—传动轴—轴承—箱体系统耦合非线性动力学有限元模型,运用Lanczos法对齿轮箱系统进行耦合模态分析得到系统固有频率和固有振型。通过计算齿轮啮合频率分析得出齿轮箱系统在高阶振型中产生共振现象,为大型风电齿轮箱的优化设计提供理论依据。     

幅值调制信号的双谱分析法

幅值调制现象是一种常见的机械故障现象.传统的分析方法有时域分析法和功率谱分析方法.这两种方法均具有对噪声敏感的缺点.本文在分析幅值调制信号模型和高阶统计量的基础上,提出了一种改进的双谱计算方法.理论及仿真分析结果表明,它对于幅值调制信号的分析,是颇为有效的.     

调制信号的时频分布特征及应用

幅值调制和频率调制在滚动轴承和齿轮箱振动信号中是常见的现象，调制特征的识别和分析已广泛应用于机械振动监测与故障诊断．时额分析的Ｗｉｇｎｅｒ－Ｖｉｌｌｅ分布为识别这类调制现象提供了一种十分有效的分析途径。本文针对Ｗｉｇｎｅｒ－Ｖｉｌｌｅ分布中存在的实际问题结合应用提出了一些解决办法，并通过仿真分析探讨了调制信号的Ｗｉｇｎｅｒ－Ｖｉｌｌｅ分布特征，最后给出了一个应用实例．     

基于匹配追踪的齿轮箱耦合调制振动信号分离方法研究

故障齿轮箱的振动信号通常耦合着稳态调制和冲击调制成分。信号稀疏表示的成功应用表明了它对特征提取的有效性,但主要集中在冲击成分的提取,而忽略了稳态调制成分,且设计的字典没有明确的物理意义,通用性较差。提出一种新的基于匹配追踪的齿轮箱耦合调制信号分离方法。设计的基于幅值调制谐波原子的稳态调制字典和基于单自由度冲击响应原子的冲击调制字典,融合了齿轮箱运行工况参数和结构特征,物理意义明确,通用性广。仿真和试验验证了该方法在强噪声背景下和混合调制成分完全耦合情况下的有效性。通过幅值系数恢复,可有效改进匹配追踪算法的过匹配问题。     

风力发电机齿轮箱传动系统振动的动力学建模

由于风电齿轮箱传动系统变载变速的特点,使得风电齿轮箱传动系统长期处于较为复杂的变载荷作用下而产生振动,这些振动将会引起齿轮箱传动系统内部结构的损坏。将风电齿轮箱传动系统分解为三级齿轮传动,采用集中质量参数法,在综合考虑齿轮啮合刚度、齿轮啮合误差以及支撑轴承非线性等因素的共同影响下,建立了具有多级齿轮传动的大型风电齿轮箱齿轮-传动轴-轴承系统耦合的非线性动力学模型,利用拉格朗日方程推导了整个风电齿轮箱传动系统的动力学方程,并利用Runge-Kutta对其进行了动力学分析。     

基于振动信号的齿轮箱故障诊断

主齿轮箱是某船重要动力设备,需要对其进行经常性监测。测量了某船1#和2#主齿轮箱的振动加速度信号,比较了两齿轮箱振动信号的时间历程曲线和频谱,发现2#齿轮箱频谱最大幅值约为1#齿轮箱的2.5倍,而且该谱值对应的频率接近于啮合频率。在啮合频率附近对所测信号进行了带通滤波,对滤波后的窄带信号进行了Hilbert变换,得到了该窄带信号的包络。两齿轮箱的包络信号差异明显,1#齿轮箱包络信号的频谱频率成分丰富,而2#齿轮箱包络信号的频谱具有突出的单一频率成分。结果表明2#齿轮箱存在轻微的故障。而油液分析的结果也表明,2#齿轮箱的磨损大于1#齿轮箱,说明了采用的振动分析方法的合理性。     

风电齿轮箱轮齿裂纹故障建模与仿真研究

为了理清1.5MW风电齿轮箱传动系统轮齿裂纹的故障动力学特性,在建立风电齿轮箱传动系统的三维实体模型的基础上,利用ADAMS动力学仿真软件分别研究了中间级齿轮和高速级齿轮的单一裂纹故障以及裂纹耦合故障对高速级齿轮位置的影响。中间级齿轮裂纹故障对于高速级齿轮的影响在频域中表现为:低频段不明显,在高速级啮合频率附近有较强的边频带;高速级齿轮裂纹故障时,在中间级啮合频率、2倍中间级啮合频率和高速级啮合频率都有比较明显的边频带;耦合故障时在高频尤其是在高速级啮合频率附近有更强的边频带。该研究结果可以为风电齿轮箱故障诊断和维护提供理论依据。     

风电齿轮箱的发展及技术分析

风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣,风电齿轮箱作为风力机组中最重要的部件,倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。介绍了国内风电齿轮箱的发展现状,对风电齿轮箱的市场前景做了分析,在技术上从齿轮箱的设计、轴承、润滑系统、状态监测以及制造工艺等方面分析了国内风电齿轮箱存在的问题并提出建议。     

应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学建模及解耦方法

在行星轮系动力学建模中,常以非线性油膜力或线性刚度-阻尼形式考虑其对系统动力学特性的影响,前者仿真精度高但计算成本也高,后者计算效率高却忽略了油膜力和轴颈-轴套偏心量的时变性,仿真精度有限。为此,以2MW级风电齿轮箱为研究对象,建立滑动轴承时变线性刚度-阻尼模型,提出计入轴颈-轴套时变偏心量的滑动轴承附加偏心修正力计算方法;利用行星架销轴-行星轮变形协调关系,将时变线性刚度-阻尼模型与附加偏心修正力进行耦合;建立应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学模型,对比了工况和轴承参数对模型计算精度与系统动态响应的影响,并通过试验加以验证。研究结果表明,齿轮副动态啮合力波动会使滑动轴承刚度-阻尼系数和附加偏心修正力产生周期性变化;在稳定和瞬态工况下,提出的模型可以很好地预测系统响应,尤其是行星轮振动响应;减小滑动轴承宽径比与间隙、增大输入转矩可以改善系统均载性能。     

大功率风力发电机组齿轮箱减振支撑的结构特点与应用

风力发电机齿轮箱是风力发电机组的关键部件之一,必须保证其在正常工作状态下运转平稳且无冲击振动或异常噪音,则应采取必要的减振降噪措施,使噪声声压级符合要求,最常用的解决方法就是安装减振支撑。鉴于此,介绍了目前大功率风力发电机组中主要采用的几种齿轮箱减振支撑方法,并分析了各种减振支撑的结构形式、性能特点、载荷的计算和适用的载荷工况,为风力发电机的传动系统选择适当的齿轮箱减振系统提供了可靠的依据。     

兆瓦级变桨距风力机组齿轮箱的设计

齿轮箱故障是风力机常见的问题。通过B laded for windows软件,产生在不同风速下兆瓦级变桨距风力机组齿轮箱的各项参数,根据风场的风频,得到载荷谱,从而实现齿轮箱齿轮、轴的设计优化和轴承的最优选择,最终提高齿轮箱的整体寿命和结构的合理性。     

风力发电机组塔筒的横向振动分析

结合有限元方法和工程计算对风力发电机组塔筒的横向振动进行分析.通过塔筒固有频率和风振频率的对比,判断塔筒容易发生共振的区域.给出并分析塔筒发生横向振动时塔顶最大位移、惯性力和特征弯矩的简化计算方法,并给出算例.计算了塔筒发生横向振动时的疲劳损伤.结果表明塔筒底部容易因横向振动而发生共振.     

Numerical analysis and experimental investigation of modal properties for the gearbox in wind turbine

Wind turbine gearbox (WTG), which functions as an accelerator, ensures the performance and service life of wind turbine systems. This paper examines the distinctive modal properties of WTGs through finite element (FE) and experimental modal analyses. The study is performed in two parts. First, a whole system model is developed to investigate the first 10 modal frequencies and mode shapes of WTG using flexible multi-body modeling techniques. Given the complex structure and operating conditions of WTG, this study applies spring elements to the model and quantifies how the bearings and gear pair interactions affect the dynamic characteristics of WTGs. Second, the FE modal results are validated through experimental modal analyses of a 1.5 WM WTG using the frequency response function method of single point excitation and multi-point response. The natural frequencies from the FE and experimental modal analyses show favorable agreement and reveal that the characteristic frequency of the studied gearbox avoids its eigen-frequency very well.     

风力发电机齿轮箱测试内齿圈异响分析

对齿轮箱做振动测试和分析,找到齿轮箱异响呈现的特性,为齿轮箱故障诊断提供依据。     

并网型直驱式风电机组的仿真分析

分析永磁直驱风电机组的优点并建立各部分的数学模型,根据变流器的数学模型。提出变流器机侧和网侧的控制策略,能够实现风电机组有功功率和无功功率的独立控制,获得较好的电能质量;利用仿真软件MATLAB／SIMULINK建立永磁直驱风电机组的模型,仿真了机组在风速阶跃变化时的运行时情况,仿真结果验证了模型的正确性。     

Automatic validation of vibration signals in wind farm distributed monitoring systems

A rapid growth of wind farms as a leading renewable energy sector has compelled a number of companies to develop dedicated distributed systems of monitoring and diagnosis (SM&D). Such systems are capable of early mechanical faults detection, which prevents from costly critical repairs. Fault detection of wind turbines is based on vibration and process signals analysis. Modern SM&D are usually advanced hardware and software technological products, which on the basis of collected data are capable of continuous execution of enormous number of analyses. However, the expansion of distributed systems has disclosed new challenges accompanying the transition from a singular signal analysis to automatic interpretation of large data sets. The paper deals with the assessment of data acquisition final products, namely the correctness of vibration signals recording process. The proposed validation, which is to be implemented a priori to data analysis, is required for significant calculation of any signal features as well as for legitimate storage of raw waveforms in the system database. The latter aspect is especially important in terms of gigabytes of disk space frequently wasted for corrupted data. The paper presents a step-by-step method for automatic signal validation, which can be implemented on a personal computer. Finally, the algorithm is evaluated on a real wind turbine database.     

提高切出风速限功率运行对MW级风机的影响研究

针对提高风电机组切出风速增大发电量会造成机组载荷过大等问题,基于叶素理论、惯性定律等力学基本理论对机组各部件载荷进行了理论计算研究,提出了一种提高切出风速限功率运行的方法,以NWP和NTM风模型作为仿真条件,利用bladed载荷仿真软件,对某公司2 MW风电机组开展了提高切出风速限功率运行的仿真试验研究。研究结果表明,在机组设计载荷范围内,通过提高切出风速限功率运行的方法可以提高理论年发电量约0.76%,机组各部件等效疲劳载荷随功率的增加而增大,极限载荷随输出功率的变化呈不同变化趋势,其与理论分析基本一致。该研究结果为计算MW级风电机组包络载荷、设定切出风速提供了参考。     

新旧型风电增速箱行星架结构分析与设计

通过对比新旧型风电增速箱行星架结构,并运用有限元进行分析,指出传统行星架结构的不足,分析新型行星架的优势,且提出需改进的措施和设计的要点。