基于瞬时频率估计的阶次分析在风电齿轮箱故障诊断中的应用

【摘要】：风电齿轮箱是风力发电机组的重要组成部分,风电齿轮箱的故障会导致整个风力发电机组异常运转甚至长时间停机,因此如何对风电齿轮箱的故障进行及时有效的诊断是风电行业亟需解决的问题之一。在风电齿轮箱故障诊断技术中,目前应用得最为成熟的方法就是振动噪声检测法,尤其是风电齿轮箱的振动信号中,包含着大量的齿轮箱故障信息。风电齿轮箱由于其特殊的运行环境和运行工况,长期在无规律的交变载荷下工作,运行转速不断波动,运行时产生的振动信号是非线性、非平稳信号,传统的振动信号处理方法如时域分析、频域分析都是针对平稳信号的分析方法,尤其是频域分析法用于非平稳信号分析处理时会产生严重的“频率模糊”,因此需要找一种能够有效处理风电齿轮箱振动信号并能准确提取故障特征的方法。本文在对国内外风电齿轮箱振动信号处理方法进行综述对比后,提出对基于瞬时频率估计的阶次分析在风电齿轮箱故障诊断中的应用进行研究。分析了风电齿轮箱的振动机理并归纳总结了风电齿轮箱的典型故障类型及振动信号特征；建立了研究本课题所需风电齿轮箱模拟试验台的理论模型并在实验室内合作完成了试验台的搭建,设计了试验台的振动信号测试方案,开发了试验台数据采集分析系统；在上述理论基础和试验基础上提出将基于局域均值分解的瞬时频率估计与阶次分析相结合用于风电齿轮箱的振动信号处理与故障诊断,并通过仿真信号和试验数据分析说明该方法能够对风电齿轮箱的振动信号进行有效的处理并对齿轮故障进行比较准确的诊断。 【关键词】：风电齿轮箱 振动信号处理 故障诊断 瞬时频率估计 局域均值分解 阶次分析
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 课题背景和意义11-13
• 1.2 风电齿轮箱故障诊断的内容和基本方法综述13-15
• 1.3 风电齿轮箱振动信号处理方法发展现状15-18
• 1.4 论文研究思路及内容安排18-21
• 2 风电齿轮箱振动机理与典型故障特征21-39
• 2.1 风电齿轮箱的振动机理分析21-27
• 2.1.1 风电齿轮箱中齿轮的振动机理分析21-25
• 2.1.2 风电齿轮箱中滚动轴承的振动机理分析25-26
• 2.1.3 风电齿轮箱振动信号模型及其频率成分分析26-27
• 2.2 风电齿轮箱常见故障类型与振动信号特征27-32
• 2.2.1 齿轮典型故障与振动信号特征27-30
• 2.2.2 轴承典型故障与振动信号特征30
• 2.2.3 轴系典型故障与振动信号特征30-32
• 2.3 风电齿轮箱结构分析和故障特征频率计算32-37
• 2.3.1 风电齿轮箱轮系结构分析32-33
• 2.3.2 风电齿轮箱齿轮故障特征频率计算33-35
• 2.3.3 风电齿轮箱滚动轴承故障特征频率计算35-37
• 2.4 本章小结37-39
• 3 风电齿轮箱模拟试验台及数据采集分析系统设计开发39-53
• 3.1 风电齿轮箱试验台结构分类与特点39-41
• 3.2 风电齿轮箱模拟试验台硬件系统41-43
• 3.2.1 机械传动模块41-42
• 3.2.2 电气控制模块42-43
• 3.2.3 信号测试模块43
• 3.3 振动信号测试方案设计43-47
• 3.3.1 测点选取44
• 3.3.2 传感器选取44-45
• 3.3.3 信号调理设备45-46
• 3.3.4 数据采集卡46-47
• 3.4 试验台数据采集分析系统开发47-51
• 3.4.1 开发环境简介47-48
• 3.4.2 系统需求分析与功能设计48
• 3.4.3 数据采集分析系统模块化设计48-51
• 3.5 本章小结51-53
• 4 基于局域均值分解的风电齿轮箱瞬时频率估计53-69
• 4.1 瞬时频率相关基本概念53-56
• 4.1.1 瞬时频率的定义53-54
• 4.1.2 瞬时频率估计的方法54-55
• 4.1.3 单分量信号与多分量信号55-56
• 4.2 基于局域均值分解的多分量信号瞬时频率估计56-65
• 4.2.1 局域均值分解的原理和算法56-58
• 4.2.2 基于局域均值分解的瞬时频率估计58-61
• 4.2.3 局域均值分解和经验模态分解比较与仿真分析61-65
• 4.3 基于局域均值分解的瞬时频率估计实例分析65-68
• 4.4 本章小结68-69
• 5 基于局域均值分解的瞬时频率估计用于风电齿轮箱阶次分析69-87
• 5.1 阶次分析69-74
• 5.1.1 阶次分析原理69-71
• 5.1.2 阶次跟踪算法和比较71-74
• 5.2 基于局域均值分解的瞬时频率估计用于风电齿轮箱阶次分析的步骤74-78
• 5.2.1 求取鉴相时刻75-76
• 5.2.2 等角度重采样76
• 5.2.3 阶次谱分析76-77
• 5.2.4 信号仿真77-78
• 5.3 试验数据验证78-85
• 5.3.1 正常运行79-80
• 5.3.2 断齿故障80-82
• 5.3.3 磨损故障82-84
• 5.3.4 试验小结84-85
• 5.4 本章小结85-87
• 6 总结与展望87-89
• 6.1 全文总结87-88
• 6.2 工作展望88-89
• 参考文献89-93

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