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基于振动和载荷监测的风力发电机组失效分析

随着风电场建设数量日益增多,风力发电机组的维护成本越来越受到关注,风力发电机组在线监测与故障诊断及失效分析系统的应用能够较明显地减少机组维护成本,增加风电场效益。本文以风力发电机组为研究对象,重点研究了利用风力发电机组振动和载荷监测数据来对机组进行健康性评价,分析机组的故障失效部位、判断失效程度及关键部件失效时间,为开发风力发电机组预知维护系统提供关键技术。<br>   研究了风力发电机组传动系统的结构,应用Solidworks2010软件建立了机组传动系统三维模型,分析了机组传动系统故障失效模式及关键零部件的失效形式。对某集团... 随着风电场建设数量日益增多,风力发电机组的维护成本越来越受到关注,风力发电机组在线监测与故障诊断及失效分析系统的应用能够较明显地减少机组维护成本,增加风电场效益。本文以风力发电机组为研究对象,重点研究了利用风力发电机组振动和载荷监测数据来对机组进行健康性评价,分析机组的故障失效部位、判断失效程度及关键部件失效时间,为开发风力发电机组预知维护系统提供关键技术。
   研究了风力发电机组传动系统的结构,应用Solidworks2010软件建立了机组传动系统三维模型,分析了机组传动系统故障失效模式及关键零部件的失效形式。对某集团十六个风电场的六种机型进行振动测试,研究了典型机组振动测试传感器布置方式和机组振动在线监测传感器布置原则和方法,依据VDI3834标准,总结了机组振动信号分析的一般步骤。应用威锐达振动分析软件对实际采集得到的振动信号进行分析,总结了每种机组典型的故障失效形式和失效部位以及各种分析方法对各类故障的敏感程度,追踪了某种机组的发电机轴承批量故障特征,分析了产生批量故障的成因,提出了故障的处理措施。总结了该集团六种机型易失效的关键零部件类型,建立了各个风电场的机组健康管理档案,也为后续的机组疲劳失效分析提供了可靠地分析依据。
   研究了风力发电机组运行工况和运行时所受的载荷,分析了机组载荷测试应变片的布置原则,选取了轮毂坐标系对机组进行了全工况载荷测试,应用Python软件编程剔除测试载荷数据中的干扰点和理论不可能点,为机组失效分析提供数据支持。以机组齿轮箱行星架为疲劳寿命分析对象,对其进行受力分析和运行状态分析,应用ANSYSWorkbench12软件对行星架进行前处理,得到其单位载荷和单位转矩静应力分析结果;选取Fe-safe5.4疲劳寿命分析软件,输入处理好的载荷数据、静应力分析结果和循环次数等关键参数对行星架进行疲劳分析,得到分析文件rst;应用经典ANSYS12对分析结果进行后处理,得到行星架的疲劳寿命云图和剩余循环次数,建立了风力发电机组预知维护档案,为风力发电机组在线监测与故障诊断及失效分析系统的开发提供了关键技术支持。

目录概览

基于振动和载荷监测的风力发电机组失效分析 目次

封面

文摘

英文文摘

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究目的和意义

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1.2 风力发电机组在线监测与故障诊断及失效分析技术现状

1.2.1 风力发电机组振动监测与故障诊断技术现状

1.2.2 风力发电机组载荷监测与失效分析技术现状

1.3 主要研究内容

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第2章 风力发电机组传动系统失效模式

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2.1 风力发电机组传动系统主要结构

2.1.1 主轴

2.1.2 主轴承

2.1.3 齿轮箱

2.1.4 联轴器

2.1.5 发电机

2.2 风力发电机组传动系统三维建模

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2.3 风力发电机组传动系统典型失效模式分析

2.3.1 不对中故障及其振动特征

2.3.2 支承部件松动故障及其振动特征

2.3.3 动静件摩擦故障及其振动特征

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2.4 风力发电机组关键零部件失效模式分析

2.4.1 行星架故障失效分析

2.4.2 高速轴故障失效分析

2.4.3 发电机轴承失效分析

2.5 本章小结

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第3章 风力发电机组振动测试

3.1 机械振动基础

3.2 风力发电机组振动基础

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3.3 风力发电机组振动测试

3.3.1 风力发电机组振动传感器布置原则

3.3.2 风力发电机组振动传感器选型和安装

3.3.3 风力发电机组振动测试测点选取

3.3.4 风力发电机组振动测试条件

3.3.5 风力发电机组振动数据

3.4 风力发电机组振动在线监测系统传感器布置

3.5 本章小结

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第4章 风力发电机组振动信号分析

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4.1 风力发电机组振动信号分析技术

4.1.1 振动信号分析基本方法

4.1.2 振动监测与故障诊断

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4.2 风力发电机组传动系统特征频率计算

4.2.1 风力发电机组齿轮特征频率计算

4.2.2 轴承各部件特征频率计算

4.2.3 主流机型传动系统特征频率计算

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4.3 风力发电机组振动信号分析

4.3.1 振动分析的标准

4.3.2 振动分析的步骤

4.3.3 振动信号分析案例

4.4 风力发电机组振动信号分析故障追踪

4.5 风力发电机组振动信号分析总结

4.6 本章小结

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第5章 风力发电机组载荷测试

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5.1 风力发电机组载荷概述

5.1.1 载荷源

5.1.2 载荷分类

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5.2 风电场风况

5.2.1 正常风况

5.2.2 极端风况

5.2.3 其它外部环境的影响

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5.3 风力发电机组载荷工况

5.3.1 工况列表

5.3.2 工况解析

+

5.4 风力发电机组载荷测试

5.4.1 风力发电机组实际载荷

5.4.2 风力发电机组载荷测试的原理与方法

5.4.3 风力发电机组载荷测试

5.5 本章小结

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第6章 风力发电机组关键零部件疲劳失效分析

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6.1 疲劳失效分析理论基础

6.1.1 疲劳的基本概念

6.1.2 影响疲劳强度的因素

6.1.3 疲劳积累损伤理论

6.1.4 单轴和多轴疲劳

6.1.5 疲劳载荷和疲劳载荷谱的处理

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6.2 风力发电机组齿轮箱行星架工况和受力分析

6.2.1 齿轮箱行星架工况分析

6.2.2 齿轮箱行星架受力分析

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6.3 风力发电机组齿轮箱行星架疲劳寿命分析

6.3.1 ANSYS Workbench12和FE-safe 5.4软件简介

6.3.2 ANSYS Workbench12行星架疲劳寿命分析前处理

6.3.3 Fe-safe 5.4行星架疲劳寿命分析

6.3.4 ANSYS12行星架疲劳寿命分析后处理

6.3.5 行星架疲劳寿命折算

6.4 风电场预知维护档案

6.5 本章小结

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第7章 结论与展望

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7.1 结论

7.1.1 全文总结

7.1.2 论文主要创新点

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

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