大型风电机组传动系统状态退化的振动特征研究

【摘要】：能源是一个国家的重大战略需求,随着人类社会进步步伐的加快,能源已逐步匮乏使得能源问题越来越突出。风能作为可大规模开发利用的可再生新型清洁能源之一,在技术研究、装备制造及零部件配套等方面都得到了迅速的发展。近年来我国在大力发展风力发电事业的进程中,风电机组也逐步趋向大型化,我国风电现已进行大规模开发局面,但随着风电机组服役时间增加,对风电机组实时监测及时发现并处理设备状态退化及故障隐患显得非常重要。由于风力发电机组向大型化趋势发展,造成采集到的振动信号干扰强而特征微弱,另外设备状态退化的振动信号由于设备所在工况等条件的影响多表现为非平稳特性。针对大型风电机组传动系统的状态退化振动信号的研究,首先应该重点关注于如何在强背景噪声干扰中获得有用的振动特征信号,得到干净的振动信号后如何分析状态退化的振动信号特征。解决这两项的关键问题是对确定风电机组传动系统状态退化振动特征的基础条件。 传动系统由于其完成了风力发电机组中的主要功能,被认为是其重要部件之一。为了研究好传动系统的状态退化振动信号特征,首先要从基础理论研究,建立动力学模型。目前,大型风电机组传动系统多采用行星轮系结构,针对比较不同的建模方法,本文选择集中质量参数法,针对大型风电机组传动系统建立其在多种激励下的动力学模型,分析风电齿轮箱的振动激励及振动特征随工况变化时的数学模型,从而为分析风力机齿轮箱的状态退化提供理论依据。 对于风力发电机组传动系统,其状态退化的振动特征信号具有非平稳非线性的特征,由于风机传动系统悬置于高空,采集到的实测振动信号可能包含有各种强噪声干扰成分。噪声信号多为强干扰,使得有用的状态退化振动信号常常淹没在噪声信号中,为了准确提取出所要分析的有用的状态退化振动信号,必须对信号进行滤波降噪处理。因此,本文提出基于SVD和高斯小波融合的滤波降噪方法。该方法可以有效地分离出有用的风电机组传动系统的振动信号,充分避免强背景噪声对信号的污染,为后续的对状态特征信号做时频分析做好前提保证。 在信号分析方法中,HHT方法其优越的自适应特征得到广泛认可,但是在发展的过程中体现出了各种弊端,如端点效应及模态混叠问题等。这些问题的产生影响了HHT方法的应用领域。本文在HHT信号时频分析方法的基础上,提出添加改进掩避信号提取大型风电机组传动系统状态退化的振动信号非平稳特征方法。该方法在对原始数据端点做波形延拓的同时,通过能量均值改进掩蔽信号的选择,从而解决端点效应的同时有效地抑制信号分解时的模态混叠现象。 本文基于以上提出的滤波消噪以及时频分析方法,开发风力发电机传动部件振动分析系统的软件,以便于对风力发电机组传动系统的状态进行监控,掌控风电机组传动系统的状态退化振动特征数据。设计开发风力发电机组传动部件振动分析系统,应用现代信号处理技术、无线传感技术、数据库技术开发了数据分析与故障诊断子系统。通过对某风场风机传动系统的实测信号,进行信号处理分析,验证所开发状态退化振动特征分析系统的可靠性和有效性。 【关键词】：风力发电机组 传动系统 状态退化 奇异值分解 Hilbert-Huang变换
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 课题来源12
• 1.2 风力发电机组的发展现状及面临的问题12-15
• 1.3 大型风电机组状态退化的研究概况15-22
• 1.3.1 基于振动信号诊断技术的研究进展17-20
• 1.3.2 风力发电机组传动系统动力学研究进展20-22
• 1.4 课题的目的和意义22-23
• 1.5 主要研究内容23-25
• 第二章 风力发电机组传动系统的动力学分析及状态退化振动特征分析25-43
• 2.1 风力发电机组增速系统的动力学模型25-35
• 2.1.1 传动系统物理模型26-28
• 2.1.2 各构件相互作用的弹性变形28-31
• 2.1.3 传动系统动力学微分方程31-35
• 2.2 系统的激励分析35-38
• 2.2.1 刚度激励35-36
• 2.2.2 误差激励36-37
• 2.2.3 齿轮副间的阻尼37
• 2.2.4 外部激励37-38
• 2.3 其他参数的确定38-39
• 2.3.1 传动轴扭转刚度38-39
• 2.3.2 传动轴扭转阻尼39
• 2.3.3 质量与转动惯量39
• 2.4 典型状态退化振动特征分析39-42
• 2.5 本章小结42-43
• 第三章 基于SVD-高斯小波滤波的融合与仿真43-56
• 3.1 传统小波降噪基础理论43-45
• 3.1.1 小波降噪的基本原理43-44
• 3.1.2 常用的小波降噪方法44-45
• 3.2 基于SVD-高斯小波融合的降噪方法45-50
• 3.2.1 奇异值分解46-47
• 3.2.2 高斯小波及尺度变化47-49
• 3.2.3 基于奇异值分解确定高斯小波变换尺度s49-50
• 3.3 仿真实验分析50-55
• 3.3.1 仿真信号分析50-54
• 3.3.2 风电机组实测信号分析54-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第四章 基于改进掩蔽信号法提取风电机组传动系统振动特征56-83
• 4.1 HHT的理论基础56-64
• 4.1.1 HHT的瞬时频率57-59
• 4.1.2 本征模态函数59-60
• 4.1.3 经验模态分解方法60-62
• 4.1.4 Hilbert谱与Hilbert边际谱62-64
• 4.2 HHT中的边界问题64-68
• 4.2.1 HHT边界问题的机理64-65
• 4.2.2 HHT边界问题解决方法65-68
• 4.3 HHT的波形延拓68-73
• 4.3.1 掩蔽信号法原理68
• 4.3.2 基于掩蔽信号的波形延拓68-71
• 4.3.3 基于掩蔽信号的波形延拓仿真分析71-73
• 4.4 HHT中的模态混叠现象73-76
• 4.4.1 模态混叠产生机理73-74
• 4.4.2 避免模态混叠方法74-75
• 4.4.3 基于改进掩蔽信号法75-76
• 4.5 仿真实验分析76-82
• 4.5.1 仿真信号分析76-80
• 4.5.2 风场实测信号分析80-82
• 4.6 本章小结82-83
• 第五章 风力发电机组传动部件振动分析系统的软件开发83-95
• 5.1 开发环境简介83-84
• 5.2 系统总体方案设计84-85
• 5.3 风力发电机传动部件振动分析系统的设计、组成与实施85-88
• 5.3.1 数据导入模块86-87
• 5.3.2 信号预处理模块87-88
• 5.3.3 信号分析模块88
• 5.3.4 故障诊断模块88
• 5.4 风电机组传动部件振动分析系统应用实例88-94
• 5.5 本章小结94-95
• 第六章 结论95-97
• 6.1 结论95-96
• 6.2 展望96-97
• 参考文献97-103
• 在学研究成果103-105
• 致谢105

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

行星齿轮传动的动特性优化研究    李振平;凌云;范凤明;康忠;

经验模态分解(EMD)中边界处理的新方法    杜修力;何立志;

基于改进希尔伯特-黄的泵阀故障诊断新方法    杨国安;王泽栋;

小波包神经网络在轴承故障模式识别中的应用    王国栋;张建宇;高立新;胥永刚;张雪松;

Hilbert-Huang变换的滤波特性及其应用    谭善文,秦树人,汤宝平

大功率风电机组新型传动系的建模与仿真    何玉林;李成武;杜静;李丽丽;黎明;

小波尺度谱在AE信号特征提取中的应用    肖思文;廖传军;李学军;

改进模拟退火算法在FBG传感网络中的应用    杨广学;王景波;

基于粗糙集神经网络的铁路滚动轴承故障诊断    史富强;

改进的BP神经网络在故障诊断中的应用    陈金辉;赵雷振;杨宗宵;郭伟;

旋转机械系统故障特征提取中的分形方法研究    赵玲

MW级风力发电机组关键部件振动分析与故障诊断方法研究    曲弋

基于盲分离的空调机组故障振声诊断研究    周勃

沈阳地区待建风电场发电量定量预报方法研究    姜晓艳;张菁;明祥;臧俏冰;于万军;姜淼;

HHT在发动机实验数据处理中的应用    赵冬青;

基于经验模态分解(EMD)的小波阈值除噪方法    杜修力;何立志;侯伟;

基于HHT变换的超光滑加工表面谱特征分析    李成贵;李宝贵;孙丹;熊昌友;

爆破震动信号的小波分析与HHT变换    李夕兵;张义平;刘志祥;左宇军;王卫华;

基于粗糙集和人工神经网络的洞室岩体质量评价    邱道宏;陈剑平;阙金声;安鹏程;

基于经验模态分解的曲波阈值去噪方法    董烈乾;李振春;刘磊;李志娜;桑运云;

基于延拓技术的经验模态分解改进算法    徐世艳;

RBF神经网络在柴油机燃油系统故障诊断中的应用研究    石灵丹;槐博超;马修真;华斌;朱歆州;

基于HHT的两相流动态信号提取与滤波的研究    孙斌;张宏建;

基于EMD的频率族分离法在滚动轴承故障诊断中的应用    张博闻;祁炜;杨冬;唐小程;宋执环;

对风力发电机组并网技术问题的探讨    陈艳;

高速滚动轴承力学特性建模与损伤机理分析    曹宏瑞;何正嘉;

对风力发电机组并网技术问题的探讨    陈艳;

基于HHT方法的神经元放电特征提取    敖堂东;张明明;高敏芳;王珏;

风能资源的评价与利用概述    陈超;

基于经验模态分解的心电信号基线漂移去除方法的研究    张素贞;

中国可再生能源促进政策有效性研究:以风电为例    于立宏;

基于EMD的非平稳信号分析方法研究及其在机电系统信号分析中的应用    李建伟;曾杰;许宝杰;

考虑水电站运行方式影响的风电场穿透功率极限计算    竺林;李强;袁越;

EMD算法研究及其在信号去噪中的应用    王婷

基于振动信号特征提取与表达的旋转机械状态监测与故障诊断研究    黄伟国

基于外骨骼机器人技术的人体手臂震颤抑制关键技术研究    孙建

威布尔分布模型及其在机械可靠性中的应用研究    凌丹

中国风电产业融资问题研究    张伯松

激光扭矩测量中散斑统计学理论及试验研究    薛冬新

永磁同步直驱型全功率风机变流器及其控制    汪令祥

我国风能资源最优化开发研究    王健

综放工作面煤矸界面识别理论与方法研究    刘伟

基于多带激励模型的低速率语音编码技术研究    李烨

Hilbert-Huang变换改进算法及其在齿轮箱故障诊断中的应用研究    高昌鑫

基于小波变换与希尔伯特黄变换的心音信号分析    张亮

吉林省洮南风电场选址及长远发展分析    陈海清

HHT在结构健康监测中的应用研究    张磊涛

基于EMD的直扩通信窄带干扰自适应抑制研究    李海燕

时间序列数据流在线预测研究与应用    李念水

飞轮储能技术应用于风力发电系统的仿真研究    王黎

低碳经济背景下风力发电布局与评价研究    黄海燕

海洋潮流能发电控制系统研究    王刚

基于生理电信号的精神疲劳分级研究    侯文文

一种基于高斯小波变换的红外热图象阈值自动选择方法    王邦元,王年,吴先良,汪炳权

行星齿轮传动的动特性优化研究    李振平;凌云;范凤明;康忠;

齿轮裂纹早期故障的完全解调分析    崔玲丽;丁芳;高立新;张建宇;王颖旺;

基于经验模态分解(EMD)的小波阈值除噪方法    杜修力;何立志;侯伟;

机电系统非平稳振动信号分析方法的研究    李建伟,许宝杰

基于改进希尔伯特-黄的泵阀故障诊断新方法    杨国安;王泽栋;

小型风力发电机组行业现状及展望    李德孚

基于小波包和径向基神经网络轴承故障诊断    王国锋,王子良,秦旭达,王太勇

抑制EMD端点效应方法的研究    许宝杰;张建民;徐小力;李建伟;

微型行星齿轮传动的设计研究    饶振纲

局域波时频分析方法的理论研究与应用    盖强

基于局域波法的非平稳随机信号分析中若干问题的研究    张海勇

多分辨希尔伯特—黄（Hilbert-Huang）变换方法的研究    谭善文

非平稳非高斯信号特征提取与故障诊断技术研究    郑海波

希尔伯特—黄变换局瞬信号分析理论的研究    钟佑明

面向旋转机械故障诊断的经验模态分解时频分析方法及实验研究    胡劲松

基于时—频分析的虚拟式旋转机械特征分析仪系统的研究    郭瑜

小波理论在信号去噪和数据压缩中的应用研究    蒋鹏

基于相位调谐的直齿行星齿轮传动动力学理论与实验研究    王世宇

机械系统故障信号特征提取技术研究    余红英

基于神经网络的齿轮箱智能故障诊断技术的研究    张捷

基于分形理论的液压系统故障诊断技术研究    王庆华

BP神经网络的算法改进及应用研究    陈玉芳

小波变换在地震信号去噪中的应用研究    赵玉宝

小波分析及其在信号、图像降噪中的应用研究    李继军

模拟退火算法的原理及算法在优化问题上的应用    庞峰

基于小波降噪与HHT方法的齿轮故障诊断方法    赵国庆

EMD时频分析理论与应用研究    孙艳争

风力发电机组振动测试技术研究    时轶

分形理论应用于齿轮箱滚动轴承故障诊断的研究    杨皓

德纳前端装载机传动系统    吴蔚;

机床传动系统的扭转振动    盛伯浩

吊车、车辆走行传动系统实现柔性化的理论和依据    王书林;王林;夏冰;郭景满;王开瑞;罗玉华;

朗格:传奇的芝麻链传动系统    

传动系统布置型式和速度波动    杨珏,张文明,宁晓斌

机械爬楼装置的传动系统方案研究    李笑,李瑰贤,赵永强,陈晶

车辆差速静液传动系统应用特性分析    程振东,贾会星,田晋跃

回流式无级自动变速传动系统设计方法研究    孙冬野;迮素芳;秦大同;

力士乐液压风扇传动系统:让发动机保持理想温度    云清;

冷却圆筒传动系统分析与改造    陈爱平;肖阳;

传动系统柔性化理论依据    王书林;崔文好;

化灰机传动系统安装工艺研究    史文胜;

精密空气静压导轨组件传动系统的设计与分析    龙威;赵彬;

机车传动系统扭转-轮对纵向耦合振动分析    姚远;张红军;罗赟;金鼎昌;

车辆传动系统旋转部件扭振固有特性测试方法研究    赵克刚;姚伟浩;

静液传动系统模型参考自适应控制仿真分析与试验研究    陈宝瑞;李和言;孙涛;

DMGH传动系统的特点及探讨    贺元成;罗旭东;冯彦宾;郑自求;

某型活塞发动机的发电机传动系统改进    王斌;

二次调节静液传动系统分段PID转速控制及其试验研究    姜继海;曹健;高维忠;

机械传动系扭振通用模型研究    尹华兵;邵朋礼;程瑞廷;

为城轨列车装上“中国心”    本报记者 唐克军 本报通讯员 王凤金

北车青岛四方所科研成果打破国外垄断    王凤金

上推后传动系统配套出口船    通讯员 张华

斯维奇公司5兆瓦传动系统在海装风电近海机组成功运行    MEB记者 天怡

Romax推出风机大兆瓦传动系统    记者 陆宇

工程船传动系统成杭齿新亮点    金小萍

TFE开发机载传动系统新技术    晓文

GKN计划扩展在华业务    记者 赖瑛

英国GKN传动系统部加快中国拓展    肖燕

东安集团直升机传动系统研制结硕果    张晓薇

双速卷扬机多流传动系统动力学建模及动态性能分析    林超

大型风电机组传动系统状态退化的振动特征研究    谷泉

大间隙磁力传动系统驱动性能研究    许焰

汽车螺旋锥齿轮传动耦合非线性振动研究    王立华

城市公交静液传动系统节能分析    孙俊伟

基于虚拟样机的旋转平台传动系统的动力学分析    周泉

行星齿轮机构传动系统动态优化设计与研究    张海峰

步进链传动系统的动力学仿真研究    许立新

数控伺服压力机传动系统特性分析及其结构实现研究    苏敏

二次调节静液传动系统及控制性能研究    曹辉

液压机械无级传动系统及控制仿真研究    鲁峣

二次调节静液传动系统控制的研究    余文霞

并联混合动力电动汽车传动系统的建模与仿真研究    李起忠

纸机传动系统中节能及耦合控制等问题的研究    张洪涛