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摘要 在故障诊断理论(阶次分析理论)的基础上，利用实验室具有的条件，设计出变工况下风电齿轮箱模拟运行实验平台。确定了实验装置的选型，完成了安装调试工作。对激光传感器和旋转编码器两种设备进行了实验测试和方案选定，分别使用两种设备对模拟风电齿轮箱待测轴进行了等角度重采样。最后将重采样信号结合振动信号进行分析和处理，得到振动信号的阶次谱。将处理结果和仿真结果进行了比较，验证了风电齿轮箱故障诊断方法的可行性，进一步优化了故障诊断方法。 31785
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毕业论文关键词 风电机 齿轮箱 阶次分析理论 故障诊断 等角度重采样
Title Experimental Verification of Condition Monitoring and Fault Diagnosis Methods of Wind Turbine Gearbox under the Variable Condition
Abstract On the basic of fault diagnosis theory (order analysis theory) and under the laboratory condition, a simulation experiment platform of wind turbine gearbox running under the variable working condition is designed. The experiment devices are selected to complete the installation and debugging work. Experiment tests on photoelectric sensor and rotary encoder are carried out and relevant test schemes are made. The shaft of the simulation wind turbine gearbox is even-angle re-sampled respectively by photoelectric sensor and rotary encoder. Finally the re-sampling signals combining with the vibration signals are analyzed and processed to get the order spectrum of the vibration signals. By comparing the results and the simulation results, the feasibility of the fault diagnosis method of the wind turbine gearbox is verified. The method of fault diagnosis is further optimized.
Keywords wind turbine, gearbox, order analysis, fault diagnosis, even-angle, re-sample
目次
1绪论1
1.1研究背景和意义1
1.2旋转机械的等角度采样1
1.3本文主要工作3
2阶次分析基本理论和实验室系统简介4
2.1行星齿轮箱及频率计算4
2.2阶次分析基本理论6
2.3实验室系统的结构及原理8
2.4实验仪器设备简介10
2.5本章小结14
3光电传感器的实验测试15
3.1实验测试原理15
3.2测试一17
3.3测试二21
3.4测试三13
3.5测试四24
3.6测试总结及意义26
3.7本章小结26
4旋转编码器的实验测试27
4.1测试方法27
4.2一种简易对中方法28
4.3本章小结29
5阶次分析结果30
5.1编码器实现结果30
5.2激光传感器实现结果32
5.3本章小结33
结论34
致谢35
参考文献36
1 绪论
1.1 研究背景和意义 风电作为一种清洁能源，在环境和能源问题日益严峻的今天，已经越来越多地受到了世界各国的关注，风电行业也因此得到迅猛的发展。与此同时，风电齿轮箱的状态监测和故障诊断技术已经成为风力发电机运行文护技术的核心专题之一[1]。 振动噪声诊断是一种较为有效的故障诊断方法，在我国和世界范围内得到了广泛的应用[2]。今天，齿轮箱状态监测和故障诊断的信号处理方法和分析方法也取得了相当大的进展，传统的分析方法，如时域波形分析、功率谱分析、细化谱分析、倒频谱分析等很多方法的精度和速度得到了很大的提高；较新的处理方法，例如Wigner Ville 分析、希尔伯特-黄变换解调和小波分析等方法也取得一定成果。目前在工业上，一些旋转机械的状态监测及故障诊断系统已得到应用，比如丹麦 B&K 公司的 7702 型阶比分析仪和美国本特利（Bently）公司的大型旋转机械振动监测系统等[4]。 阶次分析作为振动诊断方法的一种有着其独特的优越性[5-6]。在齿轮箱中，由故障引起的振动通常与轴的转速有关，尤其在升、降速阶段。分析这类故障的特征时，使用阶次谱分析相比于一般的频域分析更容易检测到与转速有关的振动信号。目前，国内外对阶次分析理论已经作了大量研究，这些研究主要分为两大类：一是采用鉴相装置的硬件式阶次分析，二是计算阶比跟踪 （COT）。硬件式阶次分析源于等角度采样的经典理论，是最早实现的阶次分析，它的特点是实时性好，目前在工程实际中仍有应用，主要有基于光电脉冲编码盘的阶次分析和基于转速计的阶次分析。计算阶比跟踪技术利用鉴相装置配合内插算法进行等角度采样，主要方法除了经典计算阶比跟踪外，Bossley 等近年来研究了软硬件结合的计算阶比跟踪方法，吕琛等[12]提出了基于高速信号处理器（digital signal processor，DSP）的计算阶比跟踪方法，重庆大学机械学院引入了时频分析技术[5]，提出了基于瞬时频率估计的阶比跟踪方法。 阶次分析最关键的技术是准确获得阶比（等角度）采样的时刻及相应的基准转速（频率），即实现所谓的阶比跟踪。因此，尽可能提高等角度采样的精度，即实现基准轴的瞬时转速精确测量，得到精准的采样时间序列，对阶比分析技术的有效性和准确性有着重要的现实意义。