随机风速工况下的风机齿轮箱齿轮故障诊断研究
发布时间：2021-12-22 16:59
风力发电机的智能故障诊断是风电产业可持续发展的必然要求。风机齿轮箱是风力发电机的关键传动部件,在长期随机风速工况下容易出现磨损、裂纹、断齿等齿轮故障,潜在着引发安全事故和经济损失的巨大风险。因此,开展随机风速工况下的风机齿轮箱齿轮故障诊断研究,符合风电能源产业安全健康发展的需要。但受随机风速工况的影响,目前仍存在着风机齿轮箱故障机理不明确、含噪声的非平稳信号的故障特征提取困难等问题。针对上述关键问题,本文以“一级行星+两级平行轴”型风机齿轮箱为研究对象,以实现随机风速工况下风机齿轮箱的齿轮故障诊断为研究目标,建立了随机风速工况下风机齿轮箱振动信号模型,提出了一种基于PSO-EEMD和阶次分析的非平稳信号处理方法,并进行了模型仿真与试验验证研究。（1）为了揭示随机风速、齿轮故障状态和振动信号响应之间的映射关系,首次将随机风速激励引入振动信号模型,综合考虑齿轮时变啮合频率、时变故障特征频率和行星架旋转效应等关键因素,从而建立了随机风速工况下风机齿轮箱振动信号模型。一方面,根据风场的风速统计特性,计算得到基于韦伯分布的随机风速模型,通过模型来模拟外界的随机风速,并将其转化为风机齿轮箱的输入轴...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?２００８－２０１７年风电产业发展情况（数据来源：ＣＷＥＣ）??风力发电机的故障诊断预警与健康维护是风电产业可持续发展的必然要求
系统、控制系统和齿轮传动系统的故障。??风机齿轮箱作为风力发电机传动系统的“心脏”，在长期随机风速工况下容??易产生齿轮磨损、裂纹、断齿等故障［４，５］。如图１－２所示，齿轮故障约占风机齿轮??箱全部故障的６０％Ｗ，关乎风机的整体运行，潜在巨大危害。参考南高齿公司的??统计数据［７］，表１－１总结了风机齿轮箱的典型齿轮故障及所占比例。??■齿轮故障??■轴承故障??：＇專６０％?（丨轴类故障??■箱体故障??图１－２风机齿轮箱的故障类型??表１－１风机齿轮箱的典型齿轮故障及其比例??序号?故障类型?典型齿轮故障?比例??￣?牛＃人帥伽立?轮齿折断?１９％￣??２?疲劳裂纹、点蚀?３１％??３?齿面磨损?３４％??４?跳分布式故ｆｅ?肖酿纟?９％???５??其他齿轮故障?７％??图１－３列举了四种典型的齿轮故障状态，其故障成因分析如下：??（１）
系统、控制系统和齿轮传动系统的故障。??风机齿轮箱作为风力发电机传动系统的“心脏”，在长期随机风速工况下容??易产生齿轮磨损、裂纹、断齿等故障［４，５］。如图１－２所示，齿轮故障约占风机齿轮??箱全部故障的６０％Ｗ，关乎风机的整体运行，潜在巨大危害。参考南高齿公司的??统计数据［７］，表１－１总结了风机齿轮箱的典型齿轮故障及所占比例。??■齿轮故障??■轴承故障??：＇專６０％?（丨轴类故障??■箱体故障??图１－２风机齿轮箱的故障类型??表１－１风机齿轮箱的典型齿轮故障及其比例??序号?故障类型?典型齿轮故障?比例??￣?牛＃人帥伽立?轮齿折断?１９％￣??２?疲劳裂纹、点蚀?３１％??３?齿面磨损?３４％??４?跳分布式故ｆｅ?肖酿纟?９％???５??其他齿轮故障?７％??图１－３列举了四种典型的齿轮故障状态，其故障成因分析如下：??（１）
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于频域法的星箭连接分离装置的冲击载荷识别[J]. 张玉良,杨飞,岳洪浩,邓宗全,徐洋. 振动与冲击. 2018(17)
[2]含裂纹复合两级行星轮系振动特性研究[J]. 李国彦,李方义,刘浩华,董德浩,张珊珊. 振动工程学报. 2018(03)
[3]基于变分模态分解和LSSVM的风电场短期风速预测[J]. 张妍,韩璞,王东风,王少蕊. 太阳能学报. 2018(01)
[4]基于粒子群优化的改进EMD算法在轴承故障特征提取中的应用[J]. 郭泰,邓忠民,徐萌. 振动与冲击. 2017(16)
[5]基于EEMD的行星齿轮箱齿轮裂纹损伤定位[J]. 刘浩华,李方义,李国彦,王一凡,张珊珊,董德浩. 振动.测试与诊断. 2017(03)
[6]基于EEMD奇异熵的高速道岔裂纹伤损检测[J]. 陈虹屹,王小敏,郭进,杨扬. 振动.测试与诊断. 2016(05)
[7]一种基于改进阶次包络谱的滚动轴承故障诊断算法[J]. 郝高岩,刘永强,廖英英. 振动与冲击. 2016(15)
[8]行星轮系动力学新模型及其故障响应特性研究[J]. 雷亚国,罗希,刘宗尧,卢帆勃,林京,汤伟. 机械工程学报. 2016(13)
[9]风机齿轮箱故障诊断技术研究综述[J]. 周泽坤. 技术与市场. 2016(04)
[10]变速行星齿轮系统故障诊断方法[J]. 桂勇,韩勤锴,李峥,褚福磊. 振动.测试与诊断. 2016(02)
博士论文
[1]时变转速工况下行星齿轮箱故障诊断方法研究[D]. 陈小旺.北京科技大学 2018
[2]复合行星齿轮传动系统损伤建模与故障诊断技术研究[D]. 李国彦.山东大学 2017
[3]面向风电齿轮箱的角域振动信号处理与故障诊断方法研究[D]. 郭远晶.浙江大学 2015
[4]复式行星排动力特性及其止推垫圈磨损特性研究[D]. 杨富春.浙江大学 2009
硕士论文
[1]基于在线监测数据的风机齿轮箱故障诊断方法研究[D]. 袁婧怡.华北电力大学 2018
[2]浮动式齿圈行星齿轮箱齿轮故障振动频谱模型研究[D]. 王一凡.山东大学 2016
[3]阶次分析在1.5MW风电增速箱故障诊断中的应用研究[D]. 王海童.沈阳工业大学 2016
[4]风力发电机组振动状态监测与故障诊断系统研究[D]. 崔伟.华北电力大学 2014
本文编号：3546751
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?２００８－２０１７年风电产业发展情况（数据来源：ＣＷＥＣ）??风力发电机的故障诊断预警与健康维护是风电产业可持续发展的必然要求
系统、控制系统和齿轮传动系统的故障。??风机齿轮箱作为风力发电机传动系统的“心脏”，在长期随机风速工况下容??易产生齿轮磨损、裂纹、断齿等故障［４，５］。如图１－２所示，齿轮故障约占风机齿轮??箱全部故障的６０％Ｗ，关乎风机的整体运行，潜在巨大危害。参考南高齿公司的??统计数据［７］，表１－１总结了风机齿轮箱的典型齿轮故障及所占比例。??■齿轮故障??■轴承故障??：＇專６０％?（丨轴类故障??■箱体故障??图１－２风机齿轮箱的故障类型??表１－１风机齿轮箱的典型齿轮故障及其比例??序号?故障类型?典型齿轮故障?比例??￣?牛＃人帥伽立?轮齿折断?１９％￣??２?疲劳裂纹、点蚀?３１％??３?齿面磨损?３４％??４?跳分布式故ｆｅ?肖酿纟?９％???５??其他齿轮故障?７％??图１－３列举了四种典型的齿轮故障状态，其故障成因分析如下：??（１）
系统、控制系统和齿轮传动系统的故障。??风机齿轮箱作为风力发电机传动系统的“心脏”，在长期随机风速工况下容??易产生齿轮磨损、裂纹、断齿等故障［４，５］。如图１－２所示，齿轮故障约占风机齿轮??箱全部故障的６０％Ｗ，关乎风机的整体运行，潜在巨大危害。参考南高齿公司的??统计数据［７］，表１－１总结了风机齿轮箱的典型齿轮故障及所占比例。??■齿轮故障??■轴承故障??：＇專６０％?（丨轴类故障??■箱体故障??图１－２风机齿轮箱的故障类型??表１－１风机齿轮箱的典型齿轮故障及其比例??序号?故障类型?典型齿轮故障?比例??￣?牛＃人帥伽立?轮齿折断?１９％￣??２?疲劳裂纹、点蚀?３１％??３?齿面磨损?３４％??４?跳分布式故ｆｅ?肖酿纟?９％???５??其他齿轮故障?７％??图１－３列举了四种典型的齿轮故障状态，其故障成因分析如下：??（１）
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于频域法的星箭连接分离装置的冲击载荷识别[J]. 张玉良,杨飞,岳洪浩,邓宗全,徐洋. 振动与冲击. 2018(17)
[2]含裂纹复合两级行星轮系振动特性研究[J]. 李国彦,李方义,刘浩华,董德浩,张珊珊. 振动工程学报. 2018(03)
[3]基于变分模态分解和LSSVM的风电场短期风速预测[J]. 张妍,韩璞,王东风,王少蕊. 太阳能学报. 2018(01)
[4]基于粒子群优化的改进EMD算法在轴承故障特征提取中的应用[J]. 郭泰,邓忠民,徐萌. 振动与冲击. 2017(16)
[5]基于EEMD的行星齿轮箱齿轮裂纹损伤定位[J]. 刘浩华,李方义,李国彦,王一凡,张珊珊,董德浩. 振动.测试与诊断. 2017(03)
[6]基于EEMD奇异熵的高速道岔裂纹伤损检测[J]. 陈虹屹,王小敏,郭进,杨扬. 振动.测试与诊断. 2016(05)
[7]一种基于改进阶次包络谱的滚动轴承故障诊断算法[J]. 郝高岩,刘永强,廖英英. 振动与冲击. 2016(15)
[8]行星轮系动力学新模型及其故障响应特性研究[J]. 雷亚国,罗希,刘宗尧,卢帆勃,林京,汤伟. 机械工程学报. 2016(13)
[9]风机齿轮箱故障诊断技术研究综述[J]. 周泽坤. 技术与市场. 2016(04)
[10]变速行星齿轮系统故障诊断方法[J]. 桂勇,韩勤锴,李峥,褚福磊. 振动.测试与诊断. 2016(02)
博士论文
[1]时变转速工况下行星齿轮箱故障诊断方法研究[D]. 陈小旺.北京科技大学 2018
[2]复合行星齿轮传动系统损伤建模与故障诊断技术研究[D]. 李国彦.山东大学 2017
[3]面向风电齿轮箱的角域振动信号处理与故障诊断方法研究[D]. 郭远晶.浙江大学 2015
[4]复式行星排动力特性及其止推垫圈磨损特性研究[D]. 杨富春.浙江大学 2009
硕士论文
[1]基于在线监测数据的风机齿轮箱故障诊断方法研究[D]. 袁婧怡.华北电力大学 2018
[2]浮动式齿圈行星齿轮箱齿轮故障振动频谱模型研究[D]. 王一凡.山东大学 2016
[3]阶次分析在1.5MW风电增速箱故障诊断中的应用研究[D]. 王海童.沈阳工业大学 2016
[4]风力发电机组振动状态监测与故障诊断系统研究[D]. 崔伟.华北电力大学 2014
本文编号：3546751
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