CN103884502A - 一种变转速下风力发电机行星齿轮系统故障诊断方法 - Google Patents

一种变转速下风力发电机行星齿轮系统故障诊断方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103884502A
CN103884502A CN201410129998.5A CN201410129998A CN103884502A CN 103884502 A CN103884502 A CN 103884502A CN 201410129998 A CN201410129998 A CN 201410129998A CN 103884502 A CN103884502 A CN 103884502A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotating speed
planetary gear
gear system
signal
driven generator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410129998.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103884502B (zh
Inventor
桂勇
韩勤锴
黄志诚
褚福磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201410129998.5A priority Critical patent/CN103884502B/zh
Publication of CN103884502A publication Critical patent/CN103884502A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103884502B publication Critical patent/CN103884502B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明涉及一种变转速下风力发电机行星齿轮系统故障诊断方法，为克服现有技术中变转速故障诊断方法存在的不足，本发明采用了对信号进行阶次包络分析的方法，即先通过转速传感器获取输入(输出)轴转速信号，再通过拟合得到拟合函数，通过积分得到转角随时间的变化函数，通过插值的方法，获取等角度重采样的时间序列，通过时间序列对加速度振动信号进行插值，得到等角度重采样振动信号，再对振动信号的包络作FFT，就可以得到阶次包络谱。通过阶次分析能很好的解决变转速带来的频谱分析问题，包络分析能很好的抑制噪声的干扰，所以阶次包络分析的方法能很好的应用于风力发电机行星齿轮系统的故障诊断。

Description

一种变转速下风力发电机行星齿轮系统故障诊断方法
技术领域
本发明涉及风力发电机技术领域，具体涉及一种变转速下风力发电机行星齿轮系统故障诊断方法。 
背景技术
由于受风切变、湍流等风力变化造成的非平稳工作条件以及频繁低速启动等因素的影响，风电行星齿轮传动系统的工作转速和载荷均是非平稳、时变的。这使得原有基于定转速情况下的故障诊断方法，如振动分析、频谱分析对实际风力发电机的故障诊断不太实用（如图2、3所示）。而阶次分析通过对信号进行等角度采样，可以很好的分析与转速相关的振动信号，能消除或降低转速变化对振动信号分析的影响，是变转速工况下故障诊断的常用方法。阶次分析也逐渐应用于齿轮系统故障诊断中且取得了良好的应用效果。2009年H. Li通过求阶次谱和阶次倒谱的方法，实现了对定轴齿轮系统故障的诊断，2010年J.S. Cheng通过离散小波信号分解结合阶次包络分析，实现了对定轴齿轮系统故障的诊断，但上述故障诊断方法均是针对定轴齿轮系统开展。而行星齿轮系统由于部件多，结构复杂，振动信号相互耦合，低频噪声干扰严重，频谱边带丰富，很多针对定轴齿轮系统的故障诊断方法无法应用于行星齿轮系统。
所以，在阶次分析的基础上，找出处理行星齿轮系统信号耦合，噪声严重等问题的方法，对解决现有技术中变转速故障诊断方法存在的不足，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种变转速下风力发电机行星齿轮系统故障诊断方法。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种变转速下风力发电机行星齿轮系统故障诊断方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）在风力发电机行星齿轮系统的增速端上设置振动加速度传感器，减速端上设置转速传感器；
（2）通过转速传感器获取输入或输出轴转速信号                                                ，再通过拟合得到拟合函数
Figure 824581DEST_PATH_IMAGE002
；
（3）根据得到的拟合函数，通过积分得到转角随时间的变化函数；
（4）对转速变化曲线进行等角度划分
Figure 902893DEST_PATH_IMAGE004
，然后通过插值的方法，获取等角度重采样的时间序列
Figure 948209DEST_PATH_IMAGE005
；
（5）根据时间序列
Figure 405735DEST_PATH_IMAGE006
对振动加速度振动信号
Figure 954528DEST_PATH_IMAGE007
进行插值，得到等角度重采样振动信号
Figure 354154DEST_PATH_IMAGE008
； 
（6）对振动信号
Figure 621188DEST_PATH_IMAGE008
作FFT，得到阶次谱；
（7）求振动信号的希尔伯特变换，获取解析信号
Figure 285704DEST_PATH_IMAGE009
；
（8）求解析信号的幅值
Figure 357697DEST_PATH_IMAGE010
；
（9）
Figure 846447DEST_PATH_IMAGE010
即为信号的包络,对
Figure 911355DEST_PATH_IMAGE010
作FFT即可以得到阶次包络谱。
 本发明采用了对信号进行阶次包络分析的方法，即先通过转速传感器获取输入(输出)轴转速信号
Figure 434740DEST_PATH_IMAGE001
，再通过拟合得到拟合函数
Figure 910590DEST_PATH_IMAGE002
，通过积分得到转角随时间的变化函数
Figure 152215DEST_PATH_IMAGE011
，通过插值的方法，获取等角度重采样的时间序列，通过时间序列
Figure 133126DEST_PATH_IMAGE006
对加速度振动信号进行插值，得到等角度重采样振动信号
Figure 10264DEST_PATH_IMAGE008
，再对振动信号
Figure 416974DEST_PATH_IMAGE008
的包络作FFT，就可以得到阶次包络谱。通过阶次分析能很好的解决变转速带来的频谱分析问题，包络分析能很好的抑制噪声的干扰。所以阶次包络分析的方法能很好的应用于风力发电机行星齿轮系统的故障诊断，解决了频谱分析及阶次分析在高噪声、变转速信号分析中的不足，因此具有广阔的市场空间。
 附图说明
图1是本发明变转速情况下转速信号及转角信号；
图2是现有技术中定转速情况下故障信号频谱图；
图3是现有技术中变转速情况下噪声对故障信号阶次谱图的影响；
图4是本发明变转速情况下无故障及有故障时的阶次包络谱；
图5是本发明故障诊断方法的实施过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图1、4、5和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图5为实施过程示意图，先通过加速度传感器和转速传感器分别采集振动信号及转速信号，通过模/数转换器将模拟信号转换为数值信号，将转速传感器采集的输入轴转速信号
Figure 914952DEST_PATH_IMAGE001
通过拟合得到拟合函数
Figure 732604DEST_PATH_IMAGE002
，通过积分得到转角随时间的变化函数
Figure 948822DEST_PATH_IMAGE003
，对转速变化曲线进行等角度划分（如图1所示），通过插值的方法，获取等角度重采样的时间序列
Figure 246128DEST_PATH_IMAGE006
，通过时间序列对加速度振动信号
Figure 174081DEST_PATH_IMAGE007
进行插值，得到等角度重采样振动信号
Figure 922594DEST_PATH_IMAGE008
，再对振动信号
Figure 129584DEST_PATH_IMAGE008
作FFT，得到阶次谱，对阶次谱做包络分析，就可以得到阶次包络谱（如图4所示），可以便于故障的判断，该方法可以适用于目前大多数风力发电机行星齿轮系统故障的诊断。

Claims (1)

1.一种变转速下风力发电机行星齿轮系统故障诊断方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）在风力发电机行星齿轮系统的增速端上设置振动加速度传感器，减速端上设置转速传感器；
（2）通过转速传感器获取输入或输出轴转速信号                                                
Figure 234239DEST_PATH_IMAGE001
，再通过拟合得到拟合函数
Figure 361595DEST_PATH_IMAGE002
；
（3）根据得到的拟合函数，通过积分得到转角随时间的变化函数
Figure 14479DEST_PATH_IMAGE003
；
（4）对转速变化曲线进行等角度划分
Figure 253831DEST_PATH_IMAGE004
，然后通过插值的方法，获取等角度重采样的时间序列
Figure 614405DEST_PATH_IMAGE005
；
（5）根据时间序列
Figure 188474DEST_PATH_IMAGE006
对振动加速度振动信号
Figure 558276DEST_PATH_IMAGE007
进行插值，得到等角度重采样振动信号
Figure 386555DEST_PATH_IMAGE008
； 
（6）对振动信号
Figure 183609DEST_PATH_IMAGE008
作FFT，得到阶次谱；
（7）求振动信号
Figure 792445DEST_PATH_IMAGE008
的希尔伯特变换，获取解析信号
Figure 152888DEST_PATH_IMAGE009
；
（8）求解析信号的幅值
Figure 163570DEST_PATH_IMAGE010
；
（9）
Figure 69209DEST_PATH_IMAGE010
即为信号的包络,对
Figure 165341DEST_PATH_IMAGE010
作FFT即可以得到阶次包络谱。
CN201410129998.5A 2014-04-02 2014-04-02 一种变转速下风力发电机行星齿轮系统故障诊断方法 Expired - Fee Related CN103884502B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410129998.5A CN103884502B (zh) 2014-04-02 2014-04-02 一种变转速下风力发电机行星齿轮系统故障诊断方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410129998.5A CN103884502B (zh) 2014-04-02 2014-04-02 一种变转速下风力发电机行星齿轮系统故障诊断方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103884502A true CN103884502A (zh) 2014-06-25
CN103884502B CN103884502B (zh) 2018-01-05

Family

ID=50953521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410129998.5A Expired - Fee Related CN103884502B (zh) 2014-04-02 2014-04-02 一种变转速下风力发电机行星齿轮系统故障诊断方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103884502B (zh)

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104266747A (zh) * 2014-06-09 2015-01-07 中能电力科技开发有限公司 一种基于振动信号阶次分析的故障诊断方法
CN104484827A (zh) * 2014-09-29 2015-04-01 许继集团有限公司 一种风力发电机组的故障频率成分提取方法
CN104596764A (zh) * 2015-02-02 2015-05-06 华北电力大学 行星齿轮箱故障诊断与预测试验装置
CN104729851A (zh) * 2015-03-12 2015-06-24 清华大学 一种风力机行星齿轮复杂工况的模拟及测试装置
CN104819841A (zh) * 2015-05-05 2015-08-05 西安交通大学 基于内置编码信息的单传感柔性角度域平均方法
CN107798298A (zh) * 2017-09-30 2018-03-13 安徽容知日新科技股份有限公司 一种信号处理方法、装置和计算设备
CN107907324A (zh) * 2017-10-17 2018-04-13 北京信息科技大学 一种基于dtcwt及阶次谱的齿轮箱故障诊断方法
CN108317052A (zh) * 2017-01-17 2018-07-24 神华集团有限责任公司 齿轮的损伤因子的检测方法及装置、风力发电机组
CN108362492A (zh) * 2018-01-11 2018-08-03 中国人民解放军国防科技大学 一种适用于低转速下行星轮系故障诊断的振动分离方法
CN109186964A (zh) * 2018-07-28 2019-01-11 华中科技大学 基于角度重采样与roc-svm的旋转机械故障诊断方法
CN109297716A (zh) * 2018-10-23 2019-02-01 西安热工研究院有限公司 一种双馈型风力发电机振动故障诊断方法
CN109520738A (zh) * 2018-10-25 2019-03-26 桂林电子科技大学 基于阶次谱和包络谱的旋转机械滚动轴承故障诊断方法
CN109642855A (zh) * 2016-08-31 2019-04-16 Ntn株式会社 状态监视装置
CN110219816A (zh) * 2018-03-02 2019-09-10 国家能源投资集团有限责任公司 用于风机故障诊断的方法和系统
CN110617964A (zh) * 2019-07-29 2019-12-27 中国铁道科学研究院集团有限公司城市轨道交通中心 用于滚动轴承故障诊断的同步压缩变换阶比分析法
CN110736926A (zh) * 2019-10-14 2020-01-31 湖南银河电气有限公司 电机运行状态的特征参数提取方法和装置
CN111577590A (zh) * 2020-05-12 2020-08-25 湖南信息职业技术学院 一种物联网机泵实时能效评测的方法
CN111611943A (zh) * 2020-05-24 2020-09-01 哈尔滨理工大学 一种基于声音分析的齿轮分类方法
CN111610023A (zh) * 2020-05-24 2020-09-01 哈尔滨理工大学 一种减速机噪声评价方法、装置及手持式减速机噪声评价仪
CN111896257A (zh) * 2020-07-15 2020-11-06 江门职业技术学院 一种滚动轴承故障诊断方法及系统
CN113985276A (zh) * 2021-10-18 2022-01-28 上海电气风电集团股份有限公司 风力发电机组的故障诊断方法和装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103353396A (zh) * 2013-06-24 2013-10-16 西安交通大学 基于无时标短时相位解调的齿轮箱故障诊断方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103353396A (zh) * 2013-06-24 2013-10-16 西安交通大学 基于无时标短时相位解调的齿轮箱故障诊断方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHIPENG FENG 等: "Joint amplitude and frequency demodulation analysis based on local mean decomposition for fault diagnosis of planetary gearboxes", 《MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING》 *
ZHIPENG FENG 等: "Vibration signal models for fault diagnosis of planetary gearboxes", 《JOURNAL OF SOUND AND VIBRATION》 *
冯志鹏 等: "行星齿轮箱故障诊断的非平稳振动信号分析方法", 《中国电机工程学报》 *
冯志鹏 等: "行星齿轮箱故障诊断的频率解调分析方法", 《中国电机工程学报》 *
杨翠丽 等: "基于ＥＭＤ理论的等角度重采样方法在凸轮轴故障诊断中的应用", 《车用发动机》 *
皮维: "风力发电机齿轮箱故障诊断技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104266747A (zh) * 2014-06-09 2015-01-07 中能电力科技开发有限公司 一种基于振动信号阶次分析的故障诊断方法
CN104484827A (zh) * 2014-09-29 2015-04-01 许继集团有限公司 一种风力发电机组的故障频率成分提取方法
CN104484827B (zh) * 2014-09-29 2017-09-19 许继集团有限公司 一种风力发电机组的故障频率成分提取方法
CN104596764B (zh) * 2015-02-02 2020-01-24 华北电力大学 行星齿轮箱故障诊断与预测试验装置
CN104596764A (zh) * 2015-02-02 2015-05-06 华北电力大学 行星齿轮箱故障诊断与预测试验装置
CN104729851A (zh) * 2015-03-12 2015-06-24 清华大学 一种风力机行星齿轮复杂工况的模拟及测试装置
CN104729851B (zh) * 2015-03-12 2017-04-05 清华大学 一种风力机行星齿轮复杂工况的模拟及测试装置
CN104819841A (zh) * 2015-05-05 2015-08-05 西安交通大学 基于内置编码信息的单传感柔性角度域平均方法
CN104819841B (zh) * 2015-05-05 2017-04-19 西安交通大学 基于内置编码信息的单传感柔性角度域平均方法
US10895243B2 (en) 2016-08-31 2021-01-19 Ntn Corporation Condition monitoring device
CN109642855A (zh) * 2016-08-31 2019-04-16 Ntn株式会社 状态监视装置
CN108317052A (zh) * 2017-01-17 2018-07-24 神华集团有限责任公司 齿轮的损伤因子的检测方法及装置、风力发电机组
CN107798298B (zh) * 2017-09-30 2020-06-05 安徽容知日新科技股份有限公司 一种信号处理方法、装置和计算设备
CN107798298A (zh) * 2017-09-30 2018-03-13 安徽容知日新科技股份有限公司 一种信号处理方法、装置和计算设备
CN107907324A (zh) * 2017-10-17 2018-04-13 北京信息科技大学 一种基于dtcwt及阶次谱的齿轮箱故障诊断方法
CN108362492A (zh) * 2018-01-11 2018-08-03 中国人民解放军国防科技大学 一种适用于低转速下行星轮系故障诊断的振动分离方法
CN108362492B (zh) * 2018-01-11 2019-12-06 中国人民解放军国防科技大学 一种适用于低转速下行星轮系故障诊断的振动分离方法
CN110219816A (zh) * 2018-03-02 2019-09-10 国家能源投资集团有限责任公司 用于风机故障诊断的方法和系统
CN109186964A (zh) * 2018-07-28 2019-01-11 华中科技大学 基于角度重采样与roc-svm的旋转机械故障诊断方法
CN109186964B (zh) * 2018-07-28 2019-12-17 华中科技大学 基于角度重采样与roc-svm的旋转机械故障诊断方法
CN109297716B (zh) * 2018-10-23 2020-03-31 西安热工研究院有限公司 一种双馈型风力发电机振动故障诊断方法
CN109297716A (zh) * 2018-10-23 2019-02-01 西安热工研究院有限公司 一种双馈型风力发电机振动故障诊断方法
CN109520738A (zh) * 2018-10-25 2019-03-26 桂林电子科技大学 基于阶次谱和包络谱的旋转机械滚动轴承故障诊断方法
CN110617964A (zh) * 2019-07-29 2019-12-27 中国铁道科学研究院集团有限公司城市轨道交通中心 用于滚动轴承故障诊断的同步压缩变换阶比分析法
CN110736926A (zh) * 2019-10-14 2020-01-31 湖南银河电气有限公司 电机运行状态的特征参数提取方法和装置
CN111577590A (zh) * 2020-05-12 2020-08-25 湖南信息职业技术学院 一种物联网机泵实时能效评测的方法
CN111610023A (zh) * 2020-05-24 2020-09-01 哈尔滨理工大学 一种减速机噪声评价方法、装置及手持式减速机噪声评价仪
CN111611943A (zh) * 2020-05-24 2020-09-01 哈尔滨理工大学 一种基于声音分析的齿轮分类方法
CN111610023B (zh) * 2020-05-24 2022-03-29 哈尔滨理工大学 一种减速机噪声评价方法、装置及手持式减速机噪声评价仪
CN111896257A (zh) * 2020-07-15 2020-11-06 江门职业技术学院 一种滚动轴承故障诊断方法及系统
CN111896257B (zh) * 2020-07-15 2022-03-18 江门职业技术学院 一种滚动轴承故障诊断方法及系统
CN113985276A (zh) * 2021-10-18 2022-01-28 上海电气风电集团股份有限公司 风力发电机组的故障诊断方法和装置
CN113985276B (zh) * 2021-10-18 2024-02-27 上海电气风电集团股份有限公司 风力发电机组的故障诊断方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN103884502B (zh) 2018-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103884502A (zh) 一种变转速下风力发电机行星齿轮系统故障诊断方法
Yoon et al. On the use of a single piezoelectric strain sensor for wind turbine planetary gearbox fault diagnosis
CN103353396B (zh) 基于无时标短时相位解调的齿轮箱故障诊断方法
CN106124197A (zh) 一种行星齿轮箱太阳轮局部故障检测方法及系统
Tang et al. IoT-based signal enhancement and compression method for efficient motor bearing fault diagnosis
CN110044610B (zh) 齿轮故障诊断方法
CN105784366A (zh) 一种变转速下的风电机组轴承故障诊断方法
CN104655380A (zh) 一种旋转机械设备故障特征提取方法
CN111738068B (zh) 一种转速波动工况下的传动轴故障诊断方法和系统
CN104931197A (zh) 基于eemd的自动平衡机振动信号处理方法
CN104819841B (zh) 基于内置编码信息的单传感柔性角度域平均方法
CN103884506A (zh) 基于无线网的生产设备在线监测及故障诊断系统及方法
CN113405795B (zh) 一种关节rv减速器弱故障识别的方法
CN108388839A (zh) 一种基于二阶同步提取变换的强转速波动特征提取方法
CN113654798A (zh) 故障诊断方法、装置及电子设备
CN111256993A (zh) 一种风电机组主轴承故障类型诊断方法及系统
CN108398260B (zh) 基于混合概率方法的齿轮箱瞬时角速度的快速评估方法
Yoon et al. Planetary gearbox fault diagnosis using a single piezoelectric strain sensor
CN203881539U (zh) 一种风电机组状态监测与故障诊断装置
CN104215453B (zh) 一种一级行星二级平行轴齿轮箱故障检测方法
CN203163988U (zh) 一种风电机组齿轮箱在线故障诊断装置
CN112380671A (zh) 一种齿轮故障振动调制信号的通用幅值解调方法
CN110219816A (zh) 用于风机故障诊断的方法和系统
CN103149047A (zh) 一种基于非线性混合模型的冷却塔声学诊断方法
Dziedziech et al. Epicyclic gearbox fault detection by instantaneous circular pitch cycle map

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180105

Termination date: 20190402