王洪亮 劉倩

1.南京中核能源工程有限公司 江蘇南京 210046

2.中石化南京工程公司 江蘇南京 210046

第一次工業(yè)革命之后，人們使用了一次能源，即煤和石油等化石能源，但是由于過度使用化石能源，能源與環(huán)境之間的沖突加劇了。世界各國前所未有的氣候變化已經(jīng)嚴重改變了世界的能源結(jié)構(gòu)使用情況，新能源已經(jīng)占了主導(dǎo)地位，低碳能源結(jié)構(gòu)（風(fēng)，水，太陽，原子等）取代了化石能源占主導(dǎo)的低碳能源結(jié)構(gòu)。

1 風(fēng)力發(fā)電主要機械結(jié)構(gòu)

風(fēng)力發(fā)電機的功能是實現(xiàn)風(fēng)的動能和電能之間的轉(zhuǎn)換—葉輪被風(fēng)驅(qū)動，葉輪使主軸旋轉(zhuǎn)，然后增速箱提高連接到網(wǎng)絡(luò)上發(fā)電的發(fā)電機的額定速度?，F(xiàn)在，風(fēng)力發(fā)電機通常以每秒三米的風(fēng)速啟動，如圖1所示。

圖1 正在運行中的風(fēng)力發(fā)電機

2 風(fēng)力發(fā)電機組安裝故障振動分析

2.1 機械不平衡

如果風(fēng)力發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)中心與組件中軸的重心不一致，則軸旋轉(zhuǎn)時會發(fā)生機械不平衡。機械不平衡的主要原因是轉(zhuǎn)子部件的結(jié)垢，轉(zhuǎn)子部件的變形和轉(zhuǎn)子部件的彎曲。經(jīng)過長時間的風(fēng)力發(fā)電機運行測試，發(fā)現(xiàn)其主要部分的機械失衡故障特征在波形和頻譜圖中如下：a.主振動頻率是旋轉(zhuǎn)頻率。b.它的振動是正弦的。c.徑向振動幅度大，幾乎沒有軸向振動。d.幅度與頻率成正比。e.相對穩(wěn)定的振幅峰值，諧波振幅主要反映在基頻上，并且振幅比基頻大2到3倍，非常小，幾乎看不見。當(dāng)然，在誤差不平衡的情況下，由于誤差具有大的徑向振動和非常小的軸向振動，所以也可以容易地識別振動計。f.振動的幅度與速度成正比，即，速度的降低以相同的比率減小振動的幅度，并且可以迅速確定為不平衡。如果有大量的二次諧波，三次諧波和其他指示位移，則必須首先糾正這些故障，然后再檢查是否平衡。g.如果存在基頻的“拍振”成分，則還有其他故障。要檢查電動機轉(zhuǎn)子是否損壞或軸承是否損壞。h.如果由于速度的微小變化而引起較大的變化，則可能會產(chǎn)生共振。i.如果垂直振動較強，則可以削弱底座；如果軸向振動較強，則會顯示偏移[1]。

2.2 不對中

如果在安裝了風(fēng)力發(fā)電機之后，離合器兩端的高速齒輪軸與轉(zhuǎn)子軸的軸向旋轉(zhuǎn)線不匹配，就會出現(xiàn)相對位移。不對中現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于組裝設(shè)備時兩個軸未對準(zhǔn)這一事實引起的，它分為以下幾種類型：平行位移：驅(qū)動軸的每次旋轉(zhuǎn)都會引起從動軸的兩個徑向振動，因此由位移引起的振蕩頻率是軸速度的兩倍。角位移：角度不對中改變輸入軸和輸出軸的角度，使聯(lián)軸器產(chǎn)生額外的彎矩，彎矩的方向跟隨軸的旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生兩個沖擊和軸向力。如果同時發(fā)生平行位移和角位移，則將同時發(fā)生徑向和軸向振動。

3 風(fēng)電機組故障分析方法

3.1 采集風(fēng)力發(fā)電機組的振動信號

3.2 振動信號的采集

振動傳感器的主要功能是將機械振動（例如，振動速度，振動加速度，振動位移等）轉(zhuǎn)換為電信號?；驹硎峭ㄟ^傳感器內(nèi)的壓電換能器元件和彈簧錘將機械振動轉(zhuǎn)換為電信號。然后將電信號放大，并通過諸如運算放大器的電路將其作為模擬振動信號輸出。二進制數(shù)據(jù)振動信號通常是通過沖擊力和加速度收集的，因此壓電元件被用作傳感器的內(nèi)部傳感器元件。

3.3 定位風(fēng)力發(fā)電機的測量點

振動監(jiān)測和分析可以幫助相關(guān)人員確定風(fēng)力發(fā)電機中存在哪種類型的故障，并在不拆卸風(fēng)力發(fā)電機組件的情況下大致確定故障的位置。這項工作主要檢查并演示變速箱中齒輪和軸承的主要部件，發(fā)電機的前后軸承以及主軸承。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機的特性和實踐經(jīng)驗，可以確定幾個常見的測量點。對于結(jié)構(gòu)不同的風(fēng)力發(fā)電機，測量點雖然略有不同，但比較相似[2]。

3.4 收集風(fēng)力發(fā)電機的振動信號

根據(jù)分析思路確定最合適的測量點，將振動傳感器放置在合適的位置并收集振動信號。選擇測量點的位置越合理，用于振動分析的設(shè)備所記錄的數(shù)據(jù)越精確，振動監(jiān)測和故障診斷分析的成功概率和準(zhǔn)確性就越高。選擇傳感器位置的原理是傳感器可以直接記錄振動數(shù)據(jù)，因此傳感器應(yīng)安裝在靠近被測設(shè)備的存儲區(qū)域或最大負載的位置。風(fēng)力發(fā)電機具有許多機械部件，高頻信號和低頻信號混合在一起。由于高頻振動沒有方向性地傳播，因此僅在一個方向上收集高頻信號就足夠了。

確定風(fēng)扇相應(yīng)部件的型號，確定其參數(shù)，例如將機械尺寸替換為特性損壞頻率的公式，然后根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機的運行速度確定運行頻率[3]。

頻譜分析，在頻域圖中分析每個振動頻率的階數(shù)，幅度和邊頻率，以確定損壞的位置和程度。頻譜分析是在頻域圖中分析每個振動頻率的階數(shù)，幅度和邊頻率，以確定損壞的位置和程度。首先，查看每個測量點的波形以確定振動幅度的最大值，將振動幅度的最大值與VDI3834標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)部分的警報值進行比較，并根據(jù)振動超過標(biāo)準(zhǔn)值的程度確定其嚴重性。其次，對于每個測量點的時域波形，將軟件收集的傅里葉測量點速度的振動加速度信號轉(zhuǎn)換成頻率范圍和頻譜包絡(luò)圖。最后，查看頻率范圍的相應(yīng)波形，然后在頻譜圖中找到頻率轉(zhuǎn)換和相關(guān)的諧波。根據(jù)它們的特定表現(xiàn)形式和屬性來確定該錯誤是否是由安裝引起的機械故障，然后在頻譜圖中找到每個對應(yīng)分量的損傷振動頻率及其諧波頻率。如果它具有特征頻率，則意味著相應(yīng)的相應(yīng)組件有故障。

4 結(jié)語

科技發(fā)展日新月異，振動分析技術(shù)也在不斷完善，振動診斷和系統(tǒng)控制技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣，并且精度也越來越高。