楊柏柞

摘要：風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行環(huán)境比較特殊，再加上風(fēng)速具有很強(qiáng)的不穩(wěn)定性，受交變負(fù)載影響，很容易造成機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)部件的損壞，同時(shí)因?yàn)闄C(jī)組安裝位置偏遠(yuǎn)維修工作困難，這樣就對(duì)機(jī)組震動(dòng)檢測(cè)與故障診斷提出了較高的要求。本文分對(duì)風(fēng)電機(jī)組常見故障進(jìn)行了分析，并提出了機(jī)組震動(dòng)檢測(cè)與故障診斷的方法。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組；震動(dòng)檢測(cè)；故障診斷

一般情況下風(fēng)電機(jī)組都會(huì)設(shè)置有專門的運(yùn)行維護(hù)中心，對(duì)易發(fā)生損傷的部件進(jìn)行管理，對(duì)機(jī)械與電氣系統(tǒng)進(jìn)行全面管理，增加設(shè)備維護(hù)與檢修的次數(shù)，在整體上控制好機(jī)組的運(yùn)行效果。對(duì)于風(fēng)電機(jī)組震動(dòng)檢測(cè)與故障診斷工作的開展，下結(jié)合機(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行，建立完善見檢測(cè)系統(tǒng)。

1.風(fēng)電機(jī)組震動(dòng)檢測(cè)概述

對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的震動(dòng)檢測(cè)與故障診斷，主要是通過(guò)安裝在機(jī)組設(shè)備上或者附近的傳感器，完成對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)的采集。傳感器信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理、傳輸以及采樣后進(jìn)入到信號(hào)處理模塊，將冗余部分去除，最終獲得狀態(tài)特征量。將狀態(tài)特征量傳輸?shù)綘顟B(tài)辨識(shí)模塊，在獲得辨識(shí)結(jié)果通過(guò)檢測(cè)與診斷決策模塊來(lái)完成綜合決策，由輸出設(shè)備來(lái)得出診斷結(jié)果。其中，對(duì)于風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)處理、辨識(shí)、檢測(cè)以及診斷等整個(gè)過(guò)程的實(shí)施主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及專業(yè)儀器設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)對(duì)信號(hào)的分析辨識(shí)，確定機(jī)組是否存在故障。

2.風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)常見故障

2.1 齒輪故障

主要包括齒形誤差、斷齒故障、齒面磨損、齒面膠合以及齒面點(diǎn)蝕等。第一，在機(jī)組設(shè)備齒輪箱中嚙合齒輪發(fā)生故障，會(huì)伴隨著一定特性的振動(dòng)發(fā)生，這樣通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，就可以確定故障的類型。如果存在齒輪誤差，會(huì)使得振動(dòng)信號(hào)時(shí)域波形出現(xiàn)明顯的調(diào)制現(xiàn)象，在頻域嚙合頻率與諧波附近出現(xiàn)調(diào)制邊頻帶，如果齒形誤差比較嚴(yán)重，產(chǎn)生的較大激振能量不僅會(huì)產(chǎn)生嚙合頻率調(diào)制，還會(huì)產(chǎn)生共振調(diào)制現(xiàn)象[1]。第二，因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)風(fēng)速不穩(wěn)定，會(huì)對(duì)葉片造成一定影響，存在的不規(guī)則沖擊力會(huì)通過(guò)葉片傳到齒輪箱，最終轉(zhuǎn)變成沖擊荷載，會(huì)對(duì)齒輪造成嚴(yán)重的磨損，并且還會(huì)使齒根部位在彎曲應(yīng)力的作用下，逐漸產(chǎn)生疲勞裂紋，隨著裂紋的持續(xù)擴(kuò)展，最終造成輪齒彎曲疲勞折斷。

2.2 軸承故障

無(wú)論是低速軸還是高速軸位置的軸承，在受到風(fēng)電機(jī)組交變荷載以及重載的影響，都需要承受一定的沖擊力，造成軸承部件出現(xiàn)損壞，例如常見的軸承磨損失效、斷裂失效、疲勞失效以及膠合失效等。如果軸承結(jié)構(gòu)在惡劣的環(huán)境內(nèi)持續(xù)工作，或者是部件發(fā)生一定故障后持續(xù)運(yùn)行，滾動(dòng)軸承外環(huán)松動(dòng)現(xiàn)象會(huì)繼續(xù)加大，最終會(huì)因?yàn)檩S承故障激勵(lì)起外環(huán)固有頻率產(chǎn)生調(diào)制現(xiàn)象[2]。另外，軸不平衡也是比較常見的故障，主要是由于軸部件質(zhì)量中心偏移，或者部件出現(xiàn)缺陷而產(chǎn)生的。此類故障發(fā)生時(shí)具有一定的特征，如在位于臨界轉(zhuǎn)速以下時(shí)，振幅會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大，在達(dá)到臨界以上轉(zhuǎn)速時(shí)，振幅增加趨于平緩，并且在接近臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，會(huì)發(fā)生共振，振幅具有最大峰值。

3.風(fēng)電機(jī)組震動(dòng)檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)分析

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

對(duì)于風(fēng)電機(jī)組震動(dòng)檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要明確其目的是通過(guò)各種檢測(cè)方法的應(yīng)用，收集并分析檢測(cè)信號(hào)，判斷被檢測(cè)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，在設(shè)備出現(xiàn)故障前給予警告，以此來(lái)保證設(shè)備能夠正常運(yùn)行，提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要包括幾個(gè)方面，即信息的有效獲取、震動(dòng)檢測(cè)的連續(xù)性、信息處理的時(shí)效性、數(shù)據(jù)傳輸交流的可靠性、人機(jī)界面的友好型以及存儲(chǔ)管理的便捷性，保證所有方面的有效實(shí)現(xiàn)，保證整個(gè)系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行，在數(shù)據(jù)的分析處理上具有時(shí)效性，并且利用服務(wù)器來(lái)完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與在線檢測(cè)，同時(shí)客戶端通過(guò)服務(wù)器的訪問(wèn)來(lái)完成對(duì)設(shè)備的在線檢測(cè)。

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)需求以及功能的分析，結(jié)合風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行特征以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以將系統(tǒng)分為前端采集設(shè)備、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)其以及監(jiān)控維護(hù)集成模塊，其中數(shù)據(jù)采集通過(guò)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程采集的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中數(shù)據(jù)的傳輸可以通過(guò)有線或者無(wú)線的方式來(lái)完成，而監(jiān)控集成模塊與采集模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，可以利用本地連接局域網(wǎng)或者廣域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。而監(jiān)控維護(hù)集成模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)的連接，可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)遠(yuǎn)程訪問(wèn)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中一個(gè)數(shù)據(jù)采集端可以與多個(gè)采集設(shè)備連接，并且將采集設(shè)備與數(shù)據(jù)采集端連接，實(shí)現(xiàn)多個(gè)客戶端同時(shí)訪問(wèn)數(shù)據(jù)采集端以及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

結(jié)合風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)運(yùn)行特征，在建立震動(dòng)檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)包括輔助功能模塊、信號(hào)預(yù)處理模塊、特征提取模塊以及故障診斷模塊等。對(duì)于系統(tǒng)軟件的開發(fā)，主要是利用面向?qū)ο蟮淖兂杉夹g(shù)，然后結(jié)合VC++6.0語(yǔ)言作為開發(fā)工具來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，另外還可以選擇MFC單文檔多視圖框架結(jié)構(gòu)來(lái)完成界面設(shè)計(jì)。其中，為提高檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，在進(jìn)行系統(tǒng)操作時(shí)，需要先進(jìn)入登錄界面，輸入用戶名與密碼，在身份認(rèn)證后無(wú)誤后才可進(jìn)入系統(tǒng)。系統(tǒng)主界面的設(shè)計(jì)應(yīng)包括菜單欄、主功能按鈕、樹狀列表、輔助分析功能按鈕、圖形顯示區(qū)等。

第一，輔助功能模塊主要具有用戶管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理以及數(shù)據(jù)清理等功能，對(duì)用戶的管理就是完成用戶信息的注冊(cè)與驗(yàn)證，并為合法用戶分配系統(tǒng)使用權(quán)限。數(shù)據(jù)庫(kù)管理主要包括附加數(shù)據(jù)庫(kù)、備份數(shù)據(jù)庫(kù)、分離數(shù)據(jù)庫(kù)以及新建數(shù)據(jù)庫(kù)等功能，將數(shù)據(jù)庫(kù)文件加載到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，或者是將數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中數(shù)據(jù)移除等。數(shù)據(jù)清理則是將服務(wù)器內(nèi)不需要的數(shù)據(jù)及時(shí)清理掉，避免數(shù)庫(kù)過(guò)大影響管理效果。

第二，故障診斷模塊主要基于對(duì)信號(hào)的分析，提取可以表征機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)的特征參量，對(duì)其進(jìn)行計(jì)算確定是否超過(guò)用戶設(shè)定報(bào)警閾值，以此來(lái)判斷機(jī)組設(shè)備運(yùn)行是否正常。如果判斷機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)異常，則需要對(duì)機(jī)組進(jìn)行進(jìn)一步的缺陷診斷，分析確定相關(guān)頻率的來(lái)源。整個(gè)處理過(guò)程中主要是以風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)的分析研究為基礎(chǔ)，完成機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)與故障診斷。

4.結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行環(huán)境相對(duì)特殊，因?yàn)轱L(fēng)速穩(wěn)定性比較低，對(duì)機(jī)組設(shè)備影響比較大，如果管理不當(dāng)很容易出現(xiàn)故障。為保證機(jī)組的正常運(yùn)行，需要加強(qiáng)對(duì)震動(dòng)檢測(cè)與故障診斷的研究，針對(duì)常見的故障進(jìn)行分析，建立振動(dòng)檢測(cè)與故障診斷的系統(tǒng)，對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，提高其運(yùn)行的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝松汕，許寶杰，吳國(guó)新，左云波.基于狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷在風(fēng)電機(jī)組上的應(yīng)用分析[J].電子測(cè)試，2013，08：60-62.

[2]曹斌.風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2014，32：15-16.