大型风电机组齿轮箱故障诊断系统研究

【摘要】：风力发电机组的故障诊断与预警是风电场安全运行的重要保障,随着机组单机容量的不断扩大及大规模风电场的投运,如何进行便捷的故障诊断与预警是风力发电技术的研究热点之一。风电机组主要包括齿轮箱、发电机、叶片、液压系统和偏航系统等部件,齿轮箱是机组变速、能量传递的关键部件,也是故障发生率最高的部件,其运行的稳定性会影响到整机性能,恶劣环境下,更换率甚至会达到100%。 在综合分析了风力发电机齿轮箱的主要故障类型及各种故障产生的机理基础上,提出了相应的诊断检测方法,以齿轮箱的振动信号为信息源,构建风力机齿轮箱的故障诊断系统,确定了系统的软硬件结构及功能。 故障诊断系统的硬件部分由振动传感器、电荷放大器、数据采集卡、工控机、普通PC机构成,普通PC机放在机舱塔底,其余部分则放置在风机塔顶的机舱内,工控机与PC之间采用以太网线通信。振动传感器紧紧贴附在齿轮箱的箱体上,将振动信号转换成电压信号后经电荷放大器放大,通过数据采集卡保存到工控机中,完成数据的分析处理,处理后的数据连同原始数据一起传递到塔底PC上供给风电场工作人员观察记录,也可通过PC中安装的无线网卡将数据通过无线WIFI局域网传递到风电场主控室,风电场工作人员在主控室就能进行数据的观察和记录。利用Matlab与VC混合编程来完成系统软件编制,在Matlab环境下建立若干个“.M”文件,编制时域统计值计算、FFT、小波分析、小波包分析等各种时频处理算法,然后通过利用VC调用Matlab引擎的方式实现数据处理,提取采集数据的故障特征量。 系统在汕尾市红海湾风电场进行了现场试验,试验表明系统运行状况良好,结果准确、全面。 【关键词】：风力发电机组 齿轮箱 混合时频分析 故障诊断 Visual C++与matlab7.0混合编程
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题的研究背景及意义11-13
• 1.2 齿轮箱故障诊断技术13-14
• 1.3 齿轮箱故障诊断技术国内外研究现状14-17
• 1.4 论文的主要内容与安排17-19
• 第二章 齿轮箱的主要故障及其机理19-30
• 2.1 齿轮箱的主要故障形式19-20
• 2.2 齿轮箱振动噪声机理研究20-22
• 2.3 齿轮产生故障时的调制现象和边频带分布的特点22-29
• 2.3.1 齿轮振动信号的啮合频率及其各次谐波22-23
• 2.3.2 啮合频率出现的调制现象23-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 齿轮箱故障特征量计算30-48
• 3.1 时域特征量30-32
• 3.2 频谱分析32-37
• 3.2.1 傅里叶变换32-34
• 3.2.2 频谱分析34-37
• 3.3 小波分析理论37-47
• 3.3.1 小波变换37-38
• 3.3.2 多分辨率分析与马拉(Mallat)算法38-40
• 3.3.3 小波包分析40-43
• 3.3.4 小波(包)去噪43-46
• 3.3.5 小波故障信号特征量提取46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 齿轮箱故障特征量提取系统软硬件设计48-59
• 4.1 齿轮箱故障特征值提取系统的总体设计48-49
• 4.2 齿轮箱故障特征值提取系统的硬件搭建49-54
• 4.3 齿轮箱故障特征值提取系统的软件设计54-58
• 4.3.1 VC调用Matlab引擎54-57
• 4.3.2 故障诊特征值提取统软件界面的设计57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 齿轮箱故障特征量提取系统实验59-64
• 5.1 现场实验59-61
• 5.2 实验结果61-63
• 5.3 本章小结63-64
• 结论和展望64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表论文69
• 作者在攻读硕士学位期间相关课题研究成果已申请发明专利2项69-71
• 致谢71

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