基于全矢谱的风力发电系统齿轮箱的故障诊断研究

论文摘要

齿轮箱是风力发电系统的重要组成部分,其运行状态的优劣直接影响到风机的正常运行。一旦出现故障,修复困难、耗资昂贵,故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械设备更高的要求。建立风电系统的状态监测与故障诊断体系是风力发电技术的必然趋势。故障诊断技术在石油、化工、电力(火电)、冶金、汽车等行业得到了广泛的应用,并取得了非常好的效果。但该技术在风力发电领域的应用还处于初步探索阶段；信息融合技术在设备故障诊断中的应用研究已取得较大的成就。所以在此基础上提出了本课题研究的基于全矢谱的风力发电系统齿轮箱的故障诊断研究。本文的主要工作包括研究了风力发电齿轮箱系统变载荷、低转速、工况复杂的运行特点,探讨了风电齿轮箱系统主要零部件的故障特征。针对旋转机械单源振动信号信息不完善的缺陷,采用了基于同源信息融合的全矢谱技术,详细研究了全矢谱数值算法及其图谱表达在故障诊断中的先进性,进一步证明了全矢谱分析技术具有全面、直观、易拓展的特点。研究了故障诊断的基本理论,在借鉴其它设备振动测试技术的基础上,根据机组的性能要求与工作环境,针对风力发电机组传动系统设计了相应的测试方案,并成功获得了数据信息。利用全矢谱技术对风电齿轮箱进行故障诊断研究。以北方某风电场风力机齿轮箱为诊断对象,探讨了运用全矢功率谱、全矢倒频谱的可行性,并针对风电信号中的可疑成份进行了诊断分析,证实了将全矢谱技术应用于风电齿轮箱检测中是准确、有效、实用的旋转机械故障诊断方法。因此,利用全矢谱技术对风电系统齿轮箱进行故障诊断不仅进一步发展了信息融合技术的理论体系,也丰富完善了故障诊断技术的应用范围,对齿轮箱诊断体系起到了积极地推动作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题来源、背景及意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题的背景和意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 故障诊断技术的研究现状
• 1.2.2 全信息分析技术的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 风力发电系统齿轮箱的故障机理
• 2.1 概述
• 2.2 风力发电系统齿轮箱的工作原理与故障形式
• 2.2.1 风力发电系统齿轮箱的结构与工作原理
• 2.2.2 风力发电系统齿轮箱的故障形式
• 2.3 风力发电系统齿轮箱的故障机理
• 2.3.1 风力发电系统齿轮箱轮齿的故障机理
• 2.3.2 风力发电系统齿轮箱轴系的故障机理
• 2.3.3 风力发电系统齿轮箱滚动轴承的故障机理
• 2.4 风力发电系统齿轮箱的诊断分析
• 2.4.1 风力发电系统齿轮箱的故障信号分析
• 2.4.2 风力发电系统齿轮箱的振动信号时频分析
• 2.5 小结
• 3 全矢谱技术原理
• 3.1 概述
• 3.2 同源信息融合分析技术
• 3.2.1 全频谱技术
• 3.2.2 全息谱技术
• 3.3 全矢谱技术
• 3.3.1 概述
• 3.3.2 理论基础
• 3.3.3 数值计算
• 3.4 全矢谱技术的工程应用
• 3.5 本章小结
• 4 风力发电系统齿轮箱的测试技术
• 4.1 概述
• 4.2 风力发电系统齿轮箱测试技术
• 4.3 风力发电系统齿轮箱数据信号的采集
• 4.4 风力发电系统齿轮箱特征频率的计算
• 4.4.1 风电齿轮箱第一级行星齿轮传动
• 4.4.2 风电齿轮箱第二级定轴传动
• 4.4.3 风电齿轮箱第三级定轴传动
• 4.5 本章小结
• 5 基于全矢功率谱和全矢倒频谱的风电齿轮箱的故障诊断
• 5.1 概述
• 5.2 全矢功率谱
• 5.2.1 概述
• 5.2.2 全矢功率谱的计算方法
• 5.3 全矢倒频谱
• 5.3.1 倒频谱的分析方法
• 5.3.2 全矢倒频谱的定义与算法
• 5.4 基于全矢谱技术的风电齿轮箱诊断分析
• 5.4.1 基于全矢谱的诊断分析
• 5.4.2 基于全矢功率谱的诊断分析
• 5.4.3 基于全矢倒频谱的诊断分析
• 5.5 本章小结
• 6、结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果