[发明专利]一种变转速下风力发电机行星齿轮系统故障诊断方法

说明书

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；

（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，然后通过插值的方法，获取等角度重采样的时间序列；

（5）根据时间序列对振动加速度振动信号进行插值，得到等角度重采样振动信号；

（6）对振动信号作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；

（8）求解析信号的幅值；

（9）即为信号的包络,对作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，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，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，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，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。