CN115263678A - 一种运行风电机组传动链扫频方法及系统 - Google Patents

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巫发明
杨柳
罗从政
王靛
阮向艳
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Abstract

本发明公开了一种运行风电机组的传动链扫频方法及系统，所述方法包括步骤：S1、选择运行风电机组传动链的振动测点；S2、在风电机组运行过程中，获取各测点的振动数据；S3、对各测点的振动数据进行分析处理，得到处理结果，将所述处理结果与预设阈值进行比较，当所述处理结果不在预设阈值内，则判断传动链有异常振动。本发明具有操作简便、保障机组安全运行、为预测性维护提供数据支撑等优点。

Description

一种运行风电机组传动链扫频方法及系统
技术领域
本发明主要涉及风力发电技术领域，具体涉及一种运行风电机组传动链扫频方法及系统。
背景技术
随着风电机组的产品型谱越来越多元，运行转速区间亦越来越宽，风电发电机组设计时由振动引发的问题在设计之初不易被察觉，随着风电机组的运行时间越来越长，振动问题也会随之浮出水面，但由于已经错过了处理问题的最佳时机，在现场处理问题的难度会特别高。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种操作简便、保障机组安全运行、为预测性维护提供数据支撑的运行风电机组传动链扫频方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种运行风电机组的传动链扫频方法，包括步骤：
S1、选择运行风电机组传动链的振动测点；
S2、在风电机组运行过程中，获取各测点的振动数据；
S3、对各测点的振动数据进行分析处理，得到处理结果，将所述处理结果与预设阈值进行比较，当所述处理结果不在预设阈值内，则判断传动链有异常振动。
作为上述技术方案的进一步改进：
在步骤S1中，在“选取传递路径最短、沿路径刚性最大”的原则下，根据传动链的机械结构在每一级结构上至少在XYZ三个方向上各布置一个测点，并且避开动力学仿真时已发现的模态点。
步骤S2的具体过程为：
根据风电机组转速-功率曲线对应关系表，控制风电机组按照风电机组转速-功率曲线对应关系表稳定运行；
根据风电机组转速-功率曲线对应关系表，当风机按照转速-功率曲线对应关系表稳定运行后，自动采集各测点的振动数据；
根据转速-功率曲线对应关系表将风电机组运行转速分割成N个运行工况，确保完成N组振动数据的采集。
步骤S3的具体过程为：
对各测点的振动数据进行分析处理，得到振动数据的有效值；其中振动数据包括振动加速度和振动幅值；
将所述有效值与预设阈值进行比较，当所述有效值不在预设阈值内，则判断传动链有异常振动。
在判断传动链有异常记录时，根据模态理论和振动方程，找出振源，确定振动传递路径，进而确定发生异常振动时的模态振型，然后再进行动力学仿真，确定异常振动是否会影响部件或系统的性能，如异常振动影响部件或系统的性能，通过仿真分析原因并复现超标现象，然后出具振动部件参数的优化方案，在仿真上模拟优化参数后的振动状态，确认可降低振动幅值，然后在新产品上执行优化方案，并再次经过扫频试验确认振动幅值已降低。
本发明还公开了一种运行风电机组的传动链扫频系统，包括：
第一程序模块，用于选择运行风电机组传动链的振动测点；
第二程序模块，用于在风电机组运行过程中，获取各测点的振动数据；
第三程序模块，用于对各测点的振动数据进行分析处理，得到处理结果，将所述处理结果与预设阈值进行比较，当所述处理结果不在预设阈值内，则判断传动链有异常振动。
本发明进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。
本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明通过运行风电机组传动链开展扫频的试验方法，对风电机组的传动链的振动状态进行全转速运行区间的振动状态进行振动测量，不但有利于保障机组的运行安全，还能基于对测量数据的深度挖掘，实现基于运行风电机组的传动链扫频，进一步优化风机传动链的结构及相关参数。
本发明适用于宽转速区间、多部件结合在一起运行的设备，如风力发电机组；本发明由被动、周期性的数据采集模式，转变为外加采集设备、主动式的控制风机运行时并采集传动链在各工况下的振动数据模式，实现风电机组传动链的扫频；由单一工况的振动扫频转变为根据风电机组的实际加载的扫频，保障数据的真实可靠性；通过上述方法可以精确知悉设备在运行转速区间内是否会引起共振、振动是否会超标；通过对风电机组传动链的加速度数据的不断积累，不但可以保障机组安全运行外，还可以通过对传动链的加速度数据的深度挖掘，判断风机传动链所遭遇的振动是否过大，为预测性维护提供数据支撑。
附图说明
图1为本发明的扫频方法在实施例的流程图。
图2为本发明中8个测点的伯德图曲线对比动力学仿真图。
图3为本发明中齿轮箱内部优化前后的仿真图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明实施例的运行风电机组的传动链扫频方法，包括步骤：
S1、选择运行风电机组传动链的振动测点；
S2、在风电机组运行过程中，获取各测点的振动数据；
S3、对各测点的振动数据进行分析处理，得到处理结果，将处理结果与预设阈值进行比较，当处理结果不在预设阈值内，则判断传动链有异常振动。
本发明通过运行风电机组传动链开展扫频的试验方法，对风电机组的传动链的振动状态进行全转速运行区间的振动状态进行振动测量，不但有利于保障机组的运行安全，还能基于对测量数据的深度挖掘，实现基于运行风电机组的传动链扫频，进一步优化风机传动链的结构及相关参数。
在一具体实施例中，在步骤S1中，在“选取传递路径最短、沿路径刚性最大”的原则下，根据传动链的机械结构在每一级结构上至少在XYZ三个方向上各布置一个测点，并且避开动力学仿真时已发现的模态点，保障数据采集的可靠性。
在一具体实施例中，步骤S2的具体过程为：
根据风电机组转速-功率曲线对应关系表，控制风电机组按照风电机组转速-功率曲线对应关系表稳定运行；
根据风电机组转速-功率曲线对应关系表，当风机按照转速-功率曲线对应关系表稳定运行后，自动采集各测点的振动数据；
根据转速-功率曲线对应关系表将风电机组运行转速分割成N个运行工况，确保完成N组振动数据的采集。
在一具体实施例中，步骤S3的具体过程为：
对各测点的振动数据进行分析处理，得到振动数据的有效值；其中振动数据包括振动加速度和振动幅值；
将有效值与预设阈值进行比较，当有效值不在预设阈值内，则判断传动链有异常振动。
进一步地，在判断传动链有异常记录时，根据模态理论和振动方程，找出振源，确定振动传递路径，进而确定发生异常振动时的模态振型，然后再进行动力学仿真，确定异常振动是否会影响部件或系统的性能，如异常振动影响部件或系统的性能，通过仿真分析原因并复现超标现象，然后出具振动部件参数的优化方案，在仿真上模拟优化参数后的振动状态，确认可降低振动幅值，然后在新产品上执行优化方案，并再次经过扫频试验确认振动幅值已降低。
本发明适用于宽转速区间、多部件结合在一起运行的设备，如风力发电机组；本发明由被动、周期性的数据采集模式，转变为外加采集设备、主动式的控制风机运行时并采集传动链在各工况下的振动数据模式，实现风电机组传动链的扫频；由单一工况的振动扫频转变为根据风电机组的实际加载的扫频，保障数据的真实可靠性；通过上述方法可以精确知悉设备在运行转速区间内是否会引起共振、振动是否会超标；通过对风电机组传动链的加速度数据的不断积累，不但可以保障机组安全运行外，还可以通过对传动链的加速度数据的深度挖掘，判断风机传动链所遭遇的振动是否过大，为预测性维护提供数据支撑。
本发明实施例还公开了一种运行风电机组的传动链扫频系统，包括：
第一程序模块，用于选择运行风电机组传动链的振动测点；
第二程序模块，用于在风电机组运行过程中，获取各测点的振动数据；
第三程序模块，用于对各测点的振动数据进行分析处理，得到处理结果，将处理结果与预设阈值进行比较，当处理结果不在预设阈值内，则判断传动链有异常振动。
本发明的运行风电机组的传动链扫频系统，与上述的扫频方法相对应，同样具有如上扫频方法所述的优点。
本发明实施例进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上方法的步骤。本发明实施例还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。
下面结合一完整的具体实施例来对本发明做进一步详细说明：
第一步，搭建测试系统；
搭建测试系统包括主要测点选取、测量设备(如传感器)测试设备安装至风电机组传动链及调试。
测点选取：测点的选取至关重要，所选择的振动测点应能反馈需测部件或区域真实的振动状态，因此在“选取传递路径最短、沿路径刚性最大”的原则下，选择测点时必须根据传动链的机械结构在每一级结构上至少在XYZ三个方向上各布置一个测点，并且避开动力学仿真时已发现的模态点。
例如在对中车株洲所风电WT2500D146型号风机传动链进行扫频前，在做动力学仿真时发现“高速轴中间轴轴向”区域上振动相差较大，因此在进行此振动测点选取时，在此区域分别布置了8个测点，进行振动扫频试验，得出8个测点的伯德图曲线对比动力学仿真(如图2所示)，在外部因素完全相同的情况下，振动加速度最大值为9m/s2，最小值3.1m/s2与仿真情况相符合。因此测点选取，结合机械结构、动力学仿真选择振动测点可真实反馈部件或区域振动状态。
2)测量设备选型：根据传动链中的各个部件的固有频率、旋转部件的转动频率、齿轮的啮合频率、其他可能出现的频率选取符合频率响应的加速度传感器及采集设备。
3)系统安装调试：完成测试系统的搭建及调试。
第二步，测试数据采集：此步骤的作用是根据转速、功率曲线对应关系表通过控制风机运行、设备采集实现测试数据的采集存储；
1)风机运行控制：根据风电机组转速、功率曲线对应关系表，控制风电机组按照风电机组转速、功率曲线对应关系表稳定运行；
2)设备采集控制：根据风电机组转速、功率曲线对应关系表，当风机按照转速、功率曲线对应关系表稳定运行后，控制设备自动采集数据。
3)完成数据采集：根据转速、功率曲线对应关系表将风电机组运行转速分割成N个运行工况，确保完成N组数据的采集。
第三步，测试数据分析：将采集到的数据，根据振动行业标准的要求，进行处理并分析；
1)处理数据：将采集到的数据，根据振动行业标准或国家标准的要求，进行处理。
2)分析数据：将处理后的数据，根据振动行业标准或国家标准的要求，进行分析。
3)传动链振动是否共振且超标：根据风电机组传动链的转动频率、啮合频率等分析频率进行相应的滤波处理，并计算振动加速度、速度的有效值；当有效值超过标准后，则可能发生了异常振动(如共振)。对于已发现的振动现象需根据模态理论和振动方程，找出振源，确定振动传递路径，进而确定发生异常振动时的模态振型，然后再进行动力学仿真，确定异常振动是否会影响部件或系统的性能；反之如果振动加速度、速度的有效值未超标，机组继续运行。
4)如判断传动链振动且超标，分析原因，分析原因是否影响机组长期运行，不影响则继续运行。
5)传动链振动且超标，通过仿真分析原因并复现超标现象，然后出具振动部件参数的优化方案，在仿真上模拟优化参数后的振动状态，确认可降低振动幅值，然后在新产品上执行优化方案，并再次经过试验确认振动幅值已降低。例如在进行X型号风机传动链扫频试验后发现，齿轮箱高速级加速度振动值(10.433m/s2)超标，在经过诊断分析后，激励源为齿轮箱内部的啮合频率，之后通过仿真进行了振动复现，然后通过仿真模拟优化齿轮箱内部模型参数，达到仿真预期效果后在实际产品中按照仿真时模拟的齿轮箱内部模型参数进行修改后，再次进行试验，齿轮箱高速级加速度振动值(3.89m/s2)不超标，并且振动幅值前后降比达63％，如图3所示。
如本公开和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种运行风电机组的传动链扫频方法，其特征在于，包括步骤：
S1、选择运行风电机组传动链的振动测点；
S2、在风电机组运行过程中，获取各测点的振动数据；
S3、对各测点的振动数据进行分析处理，得到处理结果，将所述处理结果与预设阈值进行比较，当所述处理结果不在预设阈值内，则判断传动链有异常振动。
2.根据权利要求1所述的运行风电机组的传动链扫频方法，其特征在于，在步骤S1中，在“选取传递路径最短、沿路径刚性最大”的原则下，根据传动链的机械结构在每一级结构上至少在XYZ三个方向上各布置一个测点，并且避开动力学仿真时已发现的模态点。
3.根据权利要求1或2所述的运行风电机组的传动链扫频方法，其特征在于，步骤S2的具体过程为：
根据风电机组转速-功率曲线对应关系表，控制风电机组按照风电机组转速-功率曲线对应关系表稳定运行；
根据风电机组转速-功率曲线对应关系表，当风机按照转速-功率曲线对应关系表稳定运行后，自动采集各测点的振动数据；
根据转速-功率曲线对应关系表将风电机组运行转速分割成N个运行工况，确保完成N组振动数据的采集。
4.根据权利要求1或2所述的运行风电机组的传动链扫频方法，其特征在于，步骤S3的具体过程为：
对各测点的振动数据进行分析处理，得到振动数据的有效值；其中振动数据包括振动加速度和振动幅值；
将所述有效值与预设阈值进行比较，当所述有效值不在预设阈值内，则判断传动链有异常振动。
5.根据权利要求4所述的运行风电机组的传动链扫频方法，其特征在于，在判断传动链有异常记录时，根据模态理论和振动方程，找出振源，确定振动传递路径，进而确定发生异常振动时的模态振型，然后再进行动力学仿真，确定异常振动是否会影响部件或系统的性能，如异常振动影响部件或系统的性能，通过仿真分析原因并复现超标现象，然后出具振动部件参数的优化方案，在仿真上模拟优化参数后的振动状态，确认可降低振动幅值，然后在新产品上执行优化方案，并再次经过扫频试验确认振动幅值已降低。
6.一种运行风电机组的传动链扫频系统，其特征在于，包括：
第一程序模块，用于选择运行风电机组传动链的振动测点；
第二程序模块，用于在风电机组运行过程中，获取各测点的振动数据；
第三程序模块，用于对各测点的振动数据进行分析处理，得到处理结果，将所述处理结果与预设阈值进行比较，当所述处理结果不在预设阈值内，则判断传动链有异常振动。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1～5中任意一项所述方法的步骤。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1～5中任意一项所述方法的步骤。
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