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專利名稱：基于振動等效幅值風力發電機組傳動鏈定量故障檢測方法
技術領域：
本發明涉及風力發電機組傳動鏈故障檢測領域，具體涉及一種基于振動等效幅值風力發電機組傳動鏈定量故障檢測方法。
背景技術：
我國風力發電迅猛發展，截止2010年底，新增裝機達1600萬千瓦，累計裝機容量達到4182. 7萬千瓦，首次超過美國，位列全球第一。由于特殊的結構及運行方式，風力發電機組不但受隨機的空氣動力載荷、慣性力、不同運轉狀態導致的載荷等外部環境對運行狀態的疊加；而且其內部是集機械、電子、電氣、液壓于一體的復雜機電系統。運行環境惡劣、 機艙離地較高、自動化程度高、結構復雜、價格昂貴，風力發電機組，特別是傳動鏈，一旦發生故障或損傷，將造成巨大經濟損失，甚至可能引發災難性事故?，F行的結構和機械振動標準所涉及的振動都是由機器本身產生且直接作用于機器零部件，對于外部激勵對機器的振動影響沒有考慮在內，而風力發電機組受隨機的空氣動力載荷、非對稱氣流、慣性力、不同運轉狀態導致的載荷等外部環境對運行狀態的疊加，這使得現行的結構和機械振動評估方法不適用于風力發電機組。風力發電機組傳動鏈主要包括風輪、主軸、增速齒輪箱與發電機，直驅型不包括增速齒輪箱。作為風力發電機組的主要組成部分，其可靠性直接關系到風力發電機組的安全可靠運行。由于缺少一套合適的理論指導風力發電機組故障檢測，目前僅靠人工定期維護及事后檢修，這使得風力發電機組的維護費用居高不下。對于工作壽命為20年的機組，運行維護成本估計占到風場收入的10% 15%左右；對于海上風場，用于風力發電機運行維護的成本高達風場收入的20% 25%左右。風力發電機組獨特的變轉速運行特性，復雜的工況，行星齒輪增速箱更是由于級聯的出現，故障特征交叉影響、多特征耦合，導致運行狀態的確切判定、故障的準確定位有一定難度。時域指標分析方法簡單、快捷，是實現在線報警的良好選擇；但目前還沒有一套合適的理論來指導時域報警閾值的選擇問題，很難對風力發電組傳動鏈狀態分級，更談不上預防性維護指導。因此，挖掘、研究合適的評估參量、基于測試分析確定合理的報警閾值，提高風力發電機組可用性與可維護性，減少非計劃性停機時間、提高經濟效益，預防重大事故發生，具有重要工程應用價值。

發明內容
本發明的目的是提供基于振動等效幅值的風力發電機組傳動鏈定量故障檢測技術，用于指導風力發電機組傳動鏈運行狀態評估，保證風力發電機的安全運行、減少非計劃停機時間，避免惡性事故的發生，提高經濟和社會效益。本發明主要針對陸上非直驅型風力發電機組的傳動鏈，具體部件包括主軸、齒輪箱及發電機，提供科學有效的安全評估方法。 根據該方法可以對風力發電機組維護、檢修計劃的安排調整給出指導性建議。本發明的技術方案是這樣實現的針對輸出功率不超過IMW陸上非直驅型風力發電機組；測試條件為風力發電機組正常運轉情況下，不少于名義輸出功率的20%的生產運行模式進行并網測試，該方法包含如下步驟1)使用加速度傳感器，對發電機前軸承、發電機后軸承、主軸軸承、行星齒輪增速箱齒圈、行星齒輪增速箱低速軸軸承、行星齒輪增速箱中間軸軸承、行星齒輪增速箱高速軸軸承，這七處水平與垂直振動進行測量；特別地，這七處的振動頻率分析閾值分別為發電機前軸承、發電機后軸承的振動頻率不超過5000Hz，主軸軸承的振動頻率不超過10Hz，行星齒輪增速箱齒圈的振動頻率不超過10Hz，行星齒輪增速箱低速軸軸承、行星齒輪增速箱中間軸軸承、行星齒輪增速箱高速軸軸承的振動頻率不超過5000Hz ；2)對所采集的水平與垂直振動信號a (t)，單位為g(9. 8m/s2)，按以下方法進行處理
權利要求
1.基于振動等效幅值風力發電機組傳動鏈定量故障檢測方法，其特征在于，針對輸出功率不超過IMW陸上非直驅型風力發電機組；測試條件為風力發電機組正常運轉情況下， 不少于名義輸出功率的20%的生產運行模式進行并網測試，該方法包含如下步驟1)使用加速度傳感器，對發電機前軸承(1)、發電機后軸承O)、主軸軸承(3)、行星齒輪增速箱齒圈G)、行星齒輪增速箱低速軸軸承(5)、行星齒輪增速箱中間軸軸承(6)、行星齒輪增速箱高速軸軸承(7)，這七處的水平與垂直振動進行測量；這七處的振動頻率分析閾值分別為發電機前軸承(1)、發電機后軸承O)的振動頻率不超過5000Hz，主軸軸承 (3)的振動頻率不超過10Hz，行星齒輪增速箱齒圈(4)的振動頻率不超過10Hz，行星齒輪增速箱低速軸軸承(5)、行星齒輪增速箱中間軸軸承(6)、行星齒輪增速箱高速軸軸承(7)的振動頻率不超過5000Hz ；2)對所采集的水平與垂直振動信號a(t)，單位為g(9. 8m/s2)，按以下方法進行處理
2.根據權利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟幻發電機前軸承(1)、發電機后軸承O)、主軸軸承(3)、行星齒輪增速箱齒圈G)、行星齒輪增速箱低速軸軸承(5)、行星齒輪增速箱中間軸軸承(6)、行星齒輪增速箱高速軸軸承(7)，這七處振動不合格狀態可細分為發電機前軸承(1)、發電機后軸承O)的故障檢測指標H1大于1. Ig小于1. 7g且H2大于6時振動狀態不合格，應密切關注、預警諷大于1. 7g且H2小于4時振動狀態差，報警； H1與H2其它值時狀態異常，需定期檢測，主軸軸承(3)的故障檢測指標H1大于0. 04g小于 0. 06g且H2大于6時振動狀態不合格，應密切關注、預警諷大于0. 06g且H2小于4時振動狀態差，報警諷與H2其它值時狀態異常，需定期檢測，行星齒輪增速箱箱齒圈的故障檢測指標H1大于0. 04g小于0. 06g且H2大于6時振動狀態不合格，應密切關注、預警諷大于0. 06g且H2小于4時振動狀態差，報警諷與H2其它值時狀態異常，需定期檢測，行星齒輪增速箱低速軸軸承(5)、行星齒輪增速箱中間軸軸承(6)、行星齒輪增速箱高速軸軸承 (7)的故障檢測指標H1大于0. Sg小于1. 3g且H2大于6時振動狀態不合格，應密切關注、預警諷大于1. 3g且H2小于4時振動狀態差，報警諷與H2其它值時狀態異常，需定期檢測。
全文摘要
本發明公開了一種基于振動等效幅值風力發電機組傳動鏈定量故障檢測方法，分析評估風力發電機組傳動鏈運行狀態，適用于陸上非直驅型風力發電機組。本方法基于風力發電機組特有的變轉速運行方式、復雜的承載狀況，針對傳動鏈研究并設計了一組評估參量故障檢測指標1與故障檢測指標2；經過測試分析、計算統計對傳動鏈振動狀態進行了分級并確定了相應的閾值。本發明的有益效果是通過使用該定量故障檢測方法可以確定故障部位并進行預警或報警，對風力發電機組維護與檢修計劃的安排調整給出指導性建議，減少非計劃停機時間、提高風電場經濟效益與社會效益。
文檔編號G01M7/02GK102305714SQ20111021242
公開日2012年1月4日 申請日期2011年7月27日 優先權日2011年7月27日
發明者何正嘉, 劉曉楓, 李繼猛, 樊曉華, 程航, 陳雪峰 申請人:北京漢能華科技有限公司, 西安交通大學