風(fēng)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)故障的智能診斷方法

王志新　陳琳

摘 要：中國(guó)推行可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略給新能源的發(fā)展帶來了機(jī)遇。由于煤炭等不可再生能源的消耗日益嚴(yán)重，國(guó)家不得不開發(fā)新型能源來滿足需求，其中風(fēng)能便是最為重要的一種新型能源，風(fēng)電機(jī)組便是其產(chǎn)物，被廣泛地應(yīng)用。本文將對(duì)風(fēng)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)故障的診斷技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，根據(jù)其出現(xiàn)振動(dòng)故障的原因，提出智能的診斷方法。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電傳送系統(tǒng)；振動(dòng)故障；智能診斷

中國(guó)是一個(gè)制造業(yè)大國(guó)，它所生產(chǎn)的產(chǎn)品均需依靠不可再生能源的消耗，由于不可再生能源的數(shù)量有限，便轉(zhuǎn)向發(fā)展可再生能源，既能滿足需要，又不污染環(huán)境。風(fēng)能便是清潔可再生能源中的代表，隨著風(fēng)能的應(yīng)用，相關(guān)產(chǎn)業(yè)也迅速發(fā)展，本文將對(duì)風(fēng)電機(jī)進(jìn)行深入研究。

1 風(fēng)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)故障診斷技術(shù)的現(xiàn)狀

能源消耗的逐漸擴(kuò)大，導(dǎo)致了中國(guó)的能源危機(jī)。不僅僅是可利用資源的逐漸減少，而且會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，這就促使了風(fēng)能以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。然而風(fēng)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)故障的問題困擾著相關(guān)企業(yè)，解決系統(tǒng)振動(dòng)故障問題成為了最為重要的問題。要想使問題得到解決，必須要了解風(fēng)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)故障的原因以及故障診斷技術(shù)的發(fā)展水平。本文首先講述了風(fēng)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)故障診斷的意義，然后結(jié)合國(guó)內(nèi)外的故障診斷技術(shù)進(jìn)行分析。

1.1 風(fēng)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)故障診斷的意義

人類所需要的能源多種多樣，但目前來看，由于科技水平的限制，很多種能量不能被開發(fā)利用。我國(guó)的煤炭資源豐富，但煤炭資源有限并且在使用過程中對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響，這不利于中國(guó)的發(fā)展。在這種情況下，中國(guó)便轉(zhuǎn)向于開發(fā)新能源，新能源主要是自然界一些無限的資源，并且有易開發(fā)、對(duì)環(huán)境無污染等特點(diǎn)。但是由于我國(guó)技術(shù)水平的限制，很多種新能源都不能得到合理的應(yīng)用，只有相對(duì)較少的幾種被運(yùn)用到生產(chǎn)中，其中風(fēng)能最具代表性。但風(fēng)能的轉(zhuǎn)化需要依靠風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)由于其工作的條件而容易發(fā)生振動(dòng)故障。風(fēng)能的轉(zhuǎn)化效率與風(fēng)電機(jī)組的效率息息相關(guān)。我國(guó)風(fēng)電機(jī)等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展的同時(shí)也存在很多問題，如果風(fēng)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)故障診斷技術(shù)水平達(dá)不到，就會(huì)使得風(fēng)電機(jī)的故障頻頻出現(xiàn)，而風(fēng)能的轉(zhuǎn)化效率也大打折扣，這不利于中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此提高風(fēng)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)故障診斷技術(shù)水平刻不容緩，也意義重大。

1.2 風(fēng)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)故障診斷技術(shù)的水平

我國(guó)的風(fēng)電機(jī)的發(fā)展比國(guó)外晚，因此在風(fēng)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)故障診斷技術(shù)水平方面也落后于外國(guó)。風(fēng)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)以及振動(dòng)故障診斷技術(shù)是伴隨新能源開發(fā)的產(chǎn)物，由于國(guó)外對(duì)新能源開發(fā)的起步較早，因此在診斷技術(shù)方面相對(duì)成熟，有較完整的一套風(fēng)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)故障診斷技術(shù)體系，能確保風(fēng)電機(jī)的效率。而在我國(guó)，普遍是以傳統(tǒng)的不可再生能源為主，近年來才開始研究新能源的開發(fā)利用，雖然我國(guó)的風(fēng)電機(jī)發(fā)展迅速，但由于沒有相對(duì)成熟的振動(dòng)故障診斷技術(shù)，因此大大降低了新能源開發(fā)的效率。我國(guó)由于技術(shù)的落后而導(dǎo)致了發(fā)電效率低下，因此提高振動(dòng)故障診斷技術(shù)是我國(guó)在開發(fā)新能源方面的基礎(chǔ)。無論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，振動(dòng)故障診斷技術(shù)的原理基本相似，都是根據(jù)所采集到的故障信息進(jìn)行分析，究其原因，從而提出解決方案。目前的診斷技術(shù)主要有三種，分別是：解析模型、信號(hào)處理和向機(jī)器學(xué)習(xí)三種方法。這三種方法都存在一定的弊端，因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、信號(hào)不穩(wěn)定等給研究造成了一定的阻礙，使得現(xiàn)階段的診斷難成體系，這更加需要探索出智能的診斷方法來促進(jìn)風(fēng)電機(jī)效率的提升、減少故障發(fā)生頻率。

2 風(fēng)電傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)故障的分析

2.1 風(fēng)電傳送系統(tǒng)振動(dòng)故障形成的原因

經(jīng)過大量的研究表明，風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部機(jī)械部件的受力不平衡、長(zhǎng)時(shí)間的磨損或者機(jī)械部件的斷裂都會(huì)引發(fā)風(fēng)電機(jī)組的振動(dòng)故障，故障形成后，便以振動(dòng)的形式表現(xiàn)出來。而這種故障發(fā)生最多的部位是在風(fēng)電機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)的部件主要包括：風(fēng)輪、低速軸、齒輪和高速軸以及發(fā)電機(jī)。其中最容易發(fā)生故障的部位是風(fēng)輪、齒輪箱和發(fā)電機(jī)。在這三個(gè)部位中，每個(gè)部位如果操作不當(dāng)均會(huì)發(fā)生振動(dòng)故障，本文將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)研究。

2.2 風(fēng)電傳送系統(tǒng)振動(dòng)故障形成的部位

風(fēng)電傳動(dòng)系統(tǒng)是風(fēng)電機(jī)組中最容易發(fā)生振動(dòng)故障的部位，其中以風(fēng)輪、齒輪箱和發(fā)電機(jī)三個(gè)部分為主。在這三個(gè)部件中，齒輪箱又是故障頻率高發(fā)區(qū)。研究故障形成的主要部位和機(jī)理是對(duì)故障排除的最為直接有效的方法。以下將重點(diǎn)論述：第一，齒輪故障會(huì)以振動(dòng)的形式表現(xiàn)出來，引起故障的原因主要有兩個(gè)方面，分別是交變載荷過多和齒輪自身的原因。交變載荷損傷是由于交變載荷給齒輪施加交變應(yīng)力，當(dāng)超過齒輪的承受范圍時(shí)會(huì)出現(xiàn)破裂現(xiàn)象，這種破裂逐漸積累造成振動(dòng)故障；而齒輪自身的損傷是由于齒輪的操作不得當(dāng)或者沒有進(jìn)行維護(hù)，這一方面會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)激力，造成齒輪損傷，另一方面是由于清潔不得當(dāng)而造成磨損，這都會(huì)導(dǎo)致故障生成。第二，承軸受到交變載荷的作用，會(huì)使得在交變應(yīng)力的作用下，承軸各部件發(fā)生接觸，從而產(chǎn)生撞擊，發(fā)生振動(dòng)故障。

3 風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

風(fēng)電機(jī)組首先要對(duì)各部件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得到診斷的方法，并通過報(bào)警或聲音進(jìn)行提示。它的實(shí)現(xiàn)需要一定的條件進(jìn)行支持。第一，故障監(jiān)測(cè)診斷出的數(shù)據(jù)要及時(shí)準(zhǔn)確并且完整，之后要使數(shù)據(jù)系統(tǒng)清楚并且安全性高。第二，要實(shí)現(xiàn)智能故障診斷必須保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽浚€要保證高效率，使得訪問容易進(jìn)行。第三，要建立良好的人機(jī)界面，使得操作容易進(jìn)行，可以直接顯示出診斷結(jié)果，并且可以進(jìn)行下一步的工作。

4 總結(jié)

新能源要想完全取代舊能源，必須要不斷地改進(jìn)設(shè)備，以提高風(fēng)能等的轉(zhuǎn)化率。風(fēng)能轉(zhuǎn)化主要是通過風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行，但風(fēng)電機(jī)組也有一些缺點(diǎn)，它由于工作環(huán)境差而經(jīng)常出現(xiàn)振動(dòng)故障，因此需要一套合適的方針來對(duì)風(fēng)電機(jī)的各個(gè)部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷，以使其故障發(fā)生概率不斷降低。

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