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风力发电机组齿轮箱早期故障诊断方法研究

作　者: 张亮
导　师: 王奉涛
学　校: 大连理工大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 风电齿轮箱 Hilbert-Huang变换降噪阶比分析故障诊断
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 614次
引　用: 5次
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内容摘要

齿轮箱是风力发电机组中故障率较高的部件之一,由于其安装位置狭小,维修困难,维修成本高,使得风电齿轮箱的状态监测与故障诊断更具现实意义和经济价值。本文以风电齿轮箱为研究对象,针对其振动信号的非平稳性、时变性等特点,从故障机理和故障信号特征入手,对风电齿轮箱的早期故障诊断方法进行了深入的研究。在分析了风电齿轮箱故障机理、振动机理的基础上,结合风电齿轮箱零部件的失效形式,通过模拟实验总结了风电齿轮箱典型故障形式和振动信号特征。提出了奇异值分解降噪与阶比分析方法相结合的风电齿轮箱故障诊断方法。研究了非平稳信号处理方法,介绍了瞬时频率估计的三种方法,选择Hilbert-Huang变换与中心有限差分相结合的方法进行瞬时频率估计；介绍了奇异值分解降噪方法的基本原理,总结了相空间重构嵌入维数、延迟时间以及贡献率的选择原则；研究了阶比分析方法的基本原理,总结了计算阶比分析方法和基于瞬时频率估计的阶比分析方法的实现步骤。将奇异值分解降噪和阶比分析方法相结合,提出一种基于奇异值分解降噪和瞬时频率估计的阶比分析方法,并以仿真信号进行验证。搭建了风电齿轮箱故障诊断实验台,通过故障模拟试验和实测工程信号验证了基于奇异值分解降噪和阶比分析技术的风电齿轮箱早期故障诊断方法的正确性和有效性。开发了风电齿轮箱远程状态监测与故障诊断系统的子系统——数据分析与故障诊断系统。设计了风电齿轮箱远程状态监测与故障诊断系统的整体方案,应用现代信号处理技术、无线传感技术、虚拟仪器技术、数据库技术开发了数据分析与故障诊断子系统；通过实测风电齿轮箱振动信号的分析和诊断,验证了该子系统的可靠性和有效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-17
  1.1 论文选题背景和意义  10-11
  1.2 风电机组齿轮箱故障诊断技术发展概况  11-12
  1.3 风电机组齿轮箱振动信号处理方法研究进展  12-14
  1.4 本文主要研究内容与结构安排  14-17
    1.4.1 研究的主要问题和思路  14-15
    1.4.2 论文结构安排  15-17
2 风电齿轮箱故障机理研究  17-26
  2.1 风电齿轮箱零部件的失效形式  17-19
    2.1.1 齿面磨损  17
    2.1.2 齿面胶合擦伤  17-18
    2.1.3 齿面接触疲劳  18
    2.1.4 弯曲疲劳与断齿  18-19
    2.1.5 轴不对中、弯曲和不平衡  19
    2.1.6 滚动轴承的失效  19
  2.2 风电齿轮箱的振动机理  19-22
    2.2.1 齿轮振动机理分析  19-21
    2.2.2 齿轮箱中滚动轴承冲击振动的产生与特点  21
    2.2.3 齿轮箱冲击振动的基本形式  21-22
  2.3 风电齿轮箱典型故障形式和振动信号特征  22-25
    2.3.1 齿形误差  22-23
    2.3.2 齿轮均匀磨损  23
    2.3.3 轴不对中  23
    2.3.4 箱体共振  23
    2.3.5 断齿  23-24
    2.3.6 轴弯曲  24
    2.3.7 轴向窜动  24
    2.3.8 轴不平衡  24
    2.3.9 轴承疲劳剥落和点蚀  24-25
  2.4 本章小结  25-26
3 风电齿轮箱振动信号处理方法研究  26-38
  3.1 Hilbert-Huang变换  26-31
    3.1.1 经验模态分解  27-28
    3.1.2 瞬时频率估计  28-30
    3.1.3 信号仿真  30-31
  3.2 基于奇异值分解的降噪方法研究  31-36
    3.2.1 奇异值分解证明  31-32
    3.2.2 奇异值分解降噪  32-33
    3.2.3 相空间重构  33-35
    3.2.4 SVD降噪实现过程  35
    3.2.5 信号仿真  35-36
  3.3 本章小结  36-38
4 阶比分析方法研究  38-52
  4.1 阶比分析方法概述  38-40
  4.2 计算阶比分析方法研究  40-45
    4.2.1 基本原理  40-42
    4.2.2 实现流程  42
    4.2.3 信号仿真  42-45
  4.3 基于SVD降噪和瞬时频率估计的阶比分析方法研究  45-51
    4.3.1 基本原理  45-46
    4.3.2 实现步骤  46-47
    4.3.3 信号仿真  47-51
  4.4 本章小结  51-52
5 风电齿轮箱早期故障诊断实例  52-61
  5.1 风电齿轮箱故障诊断实验台的搭建  52-53
  5.2 基于SVD降噪和IFE的阶比分析方法应用实例  53-58
    5.2.1 实验方案  53-54
    5.2.2 实验流程  54
    5.2.3 数据分析  54-58
  5.3 计算阶比分析方法应用实例  58-60
  5.4 本章小结  60-61
6 风电齿轮箱远程状态监测与故障诊断系统设计和开发  61-72
  6.1 开发环境简介  61-62
  6.2 系统总体方案设计  62-63
  6.3 数据分析与故障诊断子系统的设计、组成与实施  63-67
    6.3.1 数据导入模块  64-66
    6.3.2 信号预处理模块  66
    6.3.3 信号分析模块  66
    6.3.4 故障诊断模块  66-67
  6.4 数据分析与故障诊断子系统应用实例  67-71
  6.5 本章小结  71-72
结论  72-73
参考文献  73-76
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  76-77
致谢  77-79

风力发电机组齿轮箱早期故障诊断方法研究

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