振動分析在風電機械設(shè)備故障診斷中的關(guān)鍵研究

劉洪濤 左德發(fā)

摘要：在對風力發(fā)電機設(shè)備故障進行分析的過程中，對振動監(jiān)測分析技術(shù)進行有效應(yīng)用，能夠準確掌握風機機械結(jié)構(gòu)以及具體的運行特征。從而對風力發(fā)電機組不同部件的運行頻率和故障頻率進行準確采集，并對風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)和即將出現(xiàn)的故障種類等進行準確判斷。方便開展有效的故障維護工作，提高風力發(fā)電機組的運行安全。

關(guān)鍵詞：振動分析;風電機械設(shè)備;故障診斷

一、振動分析理論概述

雖然我國風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展速度比較快，裝機量也比較大，但是風力發(fā)電機組的推廣和應(yīng)用起步相對較晚。國內(nèi)有些公司在對風力發(fā)電機組進行監(jiān)測時，使用的監(jiān)測與診斷系統(tǒng)并不成熟，影響了監(jiān)測結(jié)果的準確性。目前，比較常用的風電機組監(jiān)測與診斷系統(tǒng)主要包括以下幾種：第一，針對大型風電機組研發(fā)的HET-P在線狀態(tài)監(jiān)測以及診斷系統(tǒng)能夠?qū)Υ笮惋L力發(fā)電場的設(shè)備運行情況進行全面監(jiān)督。第二，在風力發(fā)電場電站的計算機上安裝在線實時監(jiān)測程序運行，工作人員可以直接利用監(jiān)測程序?qū)︼L機的具體運行狀態(tài)進行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對風力發(fā)電機械設(shè)備是否存在故障進行判斷。第三，離線振動監(jiān)測分析與振動監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)能夠?qū)︼L電機械設(shè)備的具體運行狀態(tài)進行全面掌握，同時可以準確定位故障，確定故障的嚴重程度。并對故障發(fā)展趨勢進行準確預(yù)測，有利于開展后續(xù)故障控制和管理工作。第四，在風電機組傳動鏈上的在線振動監(jiān)測與分析系統(tǒng)可以對傳動鏈的具體故障進行監(jiān)測，并且能夠準確掌握傳動鏈部件的實際運行狀態(tài)，對風機可能會出現(xiàn)的故障問題有效預(yù)測，確定故障部位。在故障發(fā)生初期可以及時進行人工修正以及預(yù)測性維護，保證機械設(shè)備的質(zhì)量以及穩(wěn)定性[1]。

目前，在我國風電機械設(shè)備故障診斷過程中對振動監(jiān)測系統(tǒng)進行應(yīng)用，主要包括定期離線監(jiān)測技術(shù)與在線振動監(jiān)測技術(shù)兩種。其中定期離線監(jiān)測技術(shù)主要利用振動數(shù)據(jù)收集器完成機械設(shè)備振動信號采集工作，并利用頻譜分析完成數(shù)據(jù)分析工作，可以獲取振動監(jiān)測結(jié)果。而在線振動監(jiān)測主要利用提前安裝的振動傳感器實時采集不同測點的具體振動信號。如果風電機械設(shè)備出現(xiàn)故障，可以及時獲取故障發(fā)生的振動信號，并報警處理。經(jīng)過專門的工作人員分析可以準確定位故障，并判斷故障的損傷程度。一般情況下，在線振動監(jiān)測系統(tǒng)主要包括計算機分析儀、傳感器數(shù)據(jù)、傳輸線纜等設(shè)備，在應(yīng)用過程中需要加強振動傳感器布置工作，保證振動傳感器數(shù)量恰當，提高振動信號采集質(zhì)量。

二、在風電機械設(shè)備故障診斷中振動分析的具體應(yīng)用

利用振動分析方法對風電機械設(shè)備故障進行診斷時，需要根據(jù)風力發(fā)電機組的實際情況加強數(shù)據(jù)采集工作，并根據(jù)具體的需求完成風機振動分析，對故障進行準確定位，判斷故障程度，預(yù)測故障的具體發(fā)展趨勢。這樣才能夠提出有針對性的維修建議，之后采集風機運行狀態(tài)振動數(shù)據(jù)，在拆解后需要對分析方法的可靠性和準確性進行有效驗證。一般情況下，在振動分析方法應(yīng)用過程中，需要從以下方面出發(fā)，保證該方法能夠充分發(fā)揮作用：

1.風機振動信號采集作業(yè)

在數(shù)據(jù)采集之前必須確定最合適的測點，將振動傳感器安裝在合適位置并采集振動信號，測點位置越合理，獲取的數(shù)據(jù)越準確，能夠在最大程度上提高故障診斷的準確率以及成功率。一般情況下，在振動傳感器位置選擇過程中，要保證傳感器可以直接獲取振動數(shù)據(jù)。因此，要盡可能接近被測設(shè)備的承載區(qū)域或者在最大載荷方向。風機內(nèi)部機械部件相對較多，高低頻信號也比較混雜，其中高頻振動傳播并無方向性，一般需要采集一個方向上的高頻信號。

2.獲取風電機組部件運行參數(shù)

及時確定風機部件的具體型號，并獲取風機在正常運行過程中，不同部件的具體參數(shù)，將其帶入到公式中獲取風機出現(xiàn)故障后的特征頻率。之后需要根據(jù)風機的運行速度對工作頻率進行準確確定。

3.進行頻譜分析

完成頻譜分析是振動分析在故障診斷中的主要內(nèi)容。一般需要對頻域圖中的不同振動頻率、幅值、邊額等進行準確分析。從而完成故障定位，判斷故障的具體程度。在振動分析過程中，需要對每一個測量點的時域波形進行觀察，獲取振動幅值最大值，并將最大值與相關(guān)標準部位的報警值進行對比。如果振動最大值超過標準值代表存在故障，可以利用超過標準值的多少對故障的嚴重程度進行判斷。除此之外，需要對每一個測點的時域波形進行分析，主要是利用軟件將采集到的測點速度、加速度、振動信號利用傅里葉變換使其轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域圖與包絡(luò)譜。對相關(guān)的頻域波形進行觀察獲取頻譜圖內(nèi)的轉(zhuǎn)頻和相關(guān)諧頻。并根據(jù)具體的形式與特征對故障類型進行準確判斷，之后需要以頻譜圖中的具體情況為基礎(chǔ)，對不同部件故障振動頻率和諧頻進行分析，獲取故障問題的具體情況[2]。

4.確定故障情況

在振動分析過程中需要分析機械設(shè)備故障的嚴重程度，并根據(jù)故障的具體情況提出有針對性的可靠的維修計劃。例如對只需要進行維護作業(yè)的，可以開展?jié)櫥蛘咔逑垂ぷ?對需要更換部件的需要及時采購配件，風機運行風速變小時可以及時更換部件，降低維修成本和時間，提前排除故障，確保風機能夠安全穩(wěn)定運行。

結(jié)語

總而言之，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，加強風力發(fā)電機組的推廣和應(yīng)用具有至關(guān)重要的作用。為了保證風電機組能夠安全穩(wěn)定運行，需要重視智能診斷和遠程監(jiān)測技術(shù)的充分應(yīng)用。在對風電機組設(shè)備故障進行診斷時，對振動分析技術(shù)進行應(yīng)用，可以在一定程度上提高故障診斷的準確率以及可靠性，為故障排查與維修方案提供準確的參考依據(jù)。在對振動分析技術(shù)進行應(yīng)用時，需要根據(jù)風力發(fā)電機組設(shè)備的具體運行情況，引入振動監(jiān)測技術(shù)。并根據(jù)相應(yīng)的工作經(jīng)驗對振動分析方法進行總結(jié)，保證振動分析工作的標準性和規(guī)范性，提高故障診斷結(jié)果的可靠性。

參考文獻：

[1]孫強. 振動分析在風電機械設(shè)備故障診斷中的研究[D]. 山東大學(xué)， 2020.

[2]王洪亮， 劉倩. 振動分析在風電機械設(shè)備故障診斷中的研究[J]. 商品與質(zhì)量， 2020， 000（008）：67.

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