CN114624023A - 一种无转速测量的风机传动链故障检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无转速测量的风机传动链故障检测方法及装置，其中方法包括如下步骤：获取已等时离散的振动信号；通过对振动信号的处理提取瞬时轴速度，对瞬时轴速度进行时域积分获得轴的瞬时相位；基于轴的瞬时相位生成转速计；基于转速计信息，进行等相位角同步离散；基于轴等相位角离散信号进行同步分析，获取风机传动链的部件损伤特征。当轴速实时信号缺失时，从振动信号中提取风机传动链高速轴的瞬时轴速度，并对振动信号进行同步重采集和同步分析，提高了风机传动链中故障检测的精准度。

Description

一种无转速测量的风机传动链故障检测方法及装置
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种无转速测量的风机传动链故障检测方法。
背景技术
目前风电产业在蓬勃发展的同时也面临着机组故障多发的境遇，其中，由于传动链的运转情况直接影响着风力发电机组的性能与安全，所有针对传动链故障的诊断和检测尤为重要。
风力发电机的运行中，由于风况的不确定性，其转速往往是非定常的。现有的风力发电故障检测商业化系统中，速度信息是不做实时离散的，而只离散各振动传感器的振动响应。使得当轴速实时信号缺失时，就会影响风机传动链故障检测的精准度，甚至无法完成风机传动链故障的检测，从而造成巨大损失。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种无转速测量的风机传动链故障检测方法，当轴速实时信号缺失时，从振动信号中提取风机传动链高速轴的瞬时轴速度，并对振动信号进行同步重采集和同步分析，提高风机传动链中故障检测的精准度。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：本发明提供一种无转速测量的风机传动链故障检测方法，包括如下步骤：
获取已等时离散的振动信号；
通过对振动信号的处理提取瞬时轴速度，对瞬时轴速度进行时域积分获得轴的瞬时相位；
基于轴的瞬时相位生成转速计；
基于转速计信息，进行等相位角同步离散；
基于轴等相位角离散信号进行同步分析，获取风机传动链的部件损伤特征。
进一步，所述获取已等时离散的振动信号之前，还包括，从风机主轴上获取振动信号，并对振动信号进行离散。
进一步，所述通过对振动信号的处理提取瞬时轴速度，还包括，当轴速变化不大而没有引起与别的频率成分重叠时，用带通滤波的方法孤立出与关于轴速的响应成分，再通过希尔伯特变换方法获取信号的分析函数，最后从分析函数提取瞬时相位与瞬时速度。
进一步，所述通过对振动信号的处理提取瞬时轴速度，还包括，通过短时FFT变换得到谱图，再从谱图得到瞬时速度的初值，利用Vold-Kalman滤波器得到速度的跟踪滤波响应，最后从响应的希尔伯特变换中识别瞬时速度。
进一步，所述基于轴的瞬时相位生成转速计，还包括，通过识别相位整周期处的时间点以及每周内等转角处的时间位置形成数字域的转速计。
进一步，所述进行等相位角同步离散，还包括，根据瞬时轴速度信息以及齿轮箱的运动学关系将等时离散的振动信号转换成响应轴的等转角离散信号。
进一步，所述通过对振动信号的处理提取瞬时轴速度，还包括，用所识别的瞬时轴速度对等时离散的振动信号以等轴转角重采样，经FFT分析得到主轴的阶次谱。
本发明还提供一种风机传动链故障检测装置，包括
信号获取单元：用于获取已等时离散的振动信号；
第一处理单元：对瞬时轴速度进行时域积分获得轴的瞬时相位；
转换单元：用于形成数字域的转速计；
第二处理单元：用于进行等相位角同步离散；
分析单元：用于进行同步分析获取风机传动链的部件损伤特征。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果：本发明提供一种无转速测量的风机传动链故障检测方法，包括如下步骤：获取已等时离散的振动信号；通过对振动信号的处理提取瞬时轴速度，对瞬时轴速度进行时域积分获得轴的瞬时相位；基于轴的瞬时相位生成转速计；基于转速计信息，进行等相位角同步离散；基于轴等相位角离散信号进行同步分析，获取风机传动链的部件损伤特征。当轴速实时信号缺失时，从振动信号中提取风机传动链高速轴的瞬时轴速度，并对振动信号进行同步重采集和同步分析，提高了风机传动链中故障检测的精准度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的流程示意图；
图2为风机传动链的加速度响应频谱图；
图3为振动信号及速度信号图；
图4为通过短时FFT变换得到的谱图；
图5为高速轴瞬时轴速检测结果图；
图6为瞬时轴速度在谱图上的叠加图；
图7为经FFT分析得到的阶次图；
图8为经轴速识别和同步重采集后的底中速轴承上的振动响应图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
请参阅图1～8所示，本发明提供一种无转速测量的风机传动链故障检测方法，包括如下步骤：
获取已等时离散的振动信号；通过获取风机主轴上的振动信号，再将振动信号进行等时离散，使得离散后的振动信号能够进行数字处理。
通过对振动信号的处理提取瞬时轴速度，对瞬时轴速度进行时域积分获得轴的瞬时相位；在旋转机械运行过程中，振动响应中包含了与轴速度相关的信息，其中包括轴速以及高阶谐波响应以及齿轮啮合频率以及高阶谐波等；如图2所示的风机传动链加速度响应频谱图，在图中有明显的高速轴HSS轴速响应和行星齿轮啮合响应及其谐波；通过这些信息实现瞬时轴速的识别。
旋转机械的动态响应中还包括有故障信号以及系统运行的响应，比如轴的不平衡响应以及齿轮的啮合响应等，通过信号处理的方法将瞬时轴速提取出来。
其中，当轴速变化不大而没有引起与别的频率成分重叠时，用带通滤波的方法孤立出与关于轴速的响应成分，再通过希尔伯特变换方法获取信号的分析函数，最后从分析函数提取瞬时相位与瞬时速度。
或者，如图4所示，通过短时FFT变换得到谱图，再从谱图得到瞬时速度的初值，利用Vold-Kalman滤波器得到速度的跟踪滤波响应，最后从响应的希尔伯特变换中识别瞬时速度；如图6所示将所识别的瞬时轴速度在谱图上叠加，显示与高速轴速度响应良好的重合度，用所识别的瞬时轴速度对等时离散的振动信号以等轴转角重采样，经FFT分析得到主轴的阶次谱；排出了因轴速变化引起的弥散效应和非整周期采样引起的泄露效应，从而提高了分析精度。
如图3所示，通过瞬时速度的识别找出与振动信号同步的速度信号，以便对原来已等时离散的振动信号进行重新采样，转换成以轴的等周期采样。
基于轴的瞬时相位生成转速计；通过识别相位整周期处的时间点以及每周内等转角处的时间位置形成数字域的转速计。
基于转速计信息，进行等相位角同步离散；根据瞬时轴速度信息以及齿轮箱的运动学关系将等时离散的振动信号转换成响应轴的等转角离散信号。
基于轴等相位角离散信号进行同步分析，获取风机传动链的部件损伤特征。对轴等相位角进行分析，如同步分析、阶次分析等；以同步分析获取的风机传动链的部件损伤特征比常规的时域和频域分析具有更高的精准度。如图8所示，经轴速识别和同步采集后的低中速轴承上的振动响应，再经包络分析后可以看到十分清晰的轴承内圈损伤特征，即，轴承的内圈损伤阶次及其高阶谐波，每一谐波均为中低速轴频率所调制。
本发明还提供一种风机传动链故障检测装置，包括
信号获取单元：用于获取已等时离散的振动信号；
第一处理单元：对瞬时轴速度进行时域积分获得轴的瞬时相位；
转换单元：用于形成数字域的转速计；
第二处理单元：用于进行等相位角同步离散；
分析单元：用于进行同步分析获取风机传动链的部件损伤特征。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种无转速测量的风机传动链故障检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
获取已等时离散的振动信号；
通过对振动信号的处理提取瞬时轴速度，对瞬时轴速度进行时域积分获得轴的瞬时相位；
基于轴的瞬时相位生成转速计；
基于转速计信息，进行等相位角同步离散；
基于轴等相位角离散信号进行同步分析，获取风机传动链的部件损伤特征。
2.根据权利要求1所述的一种无转速测量的风机传动链故障检测方法，其特征在于，所述获取已等时离散的振动信号之前，还包括，从风机主轴上获取振动信号，并对振动信号进行离散。
3.根据权利要求1所述的一种无转速测量的风机传动链故障检测方法，其特征在于，所述通过对振动信号的处理提取瞬时轴速度，还包括，当轴速变化不大而没有引起与别的频率成分重叠时，用带通滤波的方法孤立出关于轴速的响应成分，再通过希尔伯特变换方法获取信号的分析函数，最后从分析函数提取瞬时相位与瞬时速度。
4.根据权利要求1所述的一种无转速测量的风机传动链故障检测方法，其特征在于，所述通过对振动信号的处理提取瞬时轴速度，还包括，通过短时FFT变换得到谱图，再从谱图得到瞬时速度的初值，利用Vold-Kalman滤波器得到速度的跟踪滤波响应，最后从响应的希尔伯特变换中识别瞬时速度。
5.根据权利要求3或4所述的一种无转速测量的风机传动链故障检测方法，其特征在于，所述基于轴的瞬时相位生成转速计，还包括，通过识别相位整周期处的时间点以及每周内等转角处的时间位置形成数字域的转速计。
6.根据权利要求1所述的一种无转速测量的风机传动链故障检测方法，其特征在于，所述进行等相位角同步离散，还包括，根据瞬时轴速度信息以及齿轮箱的运动学关系将等时离散的振动信号转换成响应轴的等转角离散信号。
7.根据权利要求4所述的一种无转速测量的风机传动链故障检测方法，其特征在于，所述通过对振动信号的处理提取瞬时轴速度，还包括，用所识别的瞬时轴速度对等时离散的振动信号以等轴转角重采样，经FFT分析得到主轴的阶次谱。
8.一种风机传动链故障检测装置，其特征在于：包括
信号获取单元：用于获取已等时离散的振动信号；
第一处理单元：对瞬时轴速度进行时域积分获得轴的瞬时相位；
转换单元：用于形成数字域的转速计；
第二处理单元：用于进行等相位角同步离散；
分析单元：用于进行同步分析获取风机传动链的部件损伤特征。
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