一种风电齿轮箱故障诊断方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105738102A(43)申请公布日2016.07.06(21)申请号201610083751.3(22)申请日2016.02.05(71)申请人浙江理工大学地址310018浙江省杭州市下沙高教园区2号大街928号(72)发明人陈换过陈培蔡丽陈文华吴建伟梁尚昆沈建洋易永余(74)专利代理机构北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙)11350代理人汤东凤(51)Int.Cl.G01M13/02(2006.01)G01H11/08(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种风电齿轮箱故障诊断方法(57)摘要本发明提供了一种风电齿轮箱故障诊断方法，旨在解决现有技术中齿轮箱运行时，很难检测到故障信息的问题。齿轮箱存在故障时其振动信号具有两个特点：1、故障信号比较微弱，容易被其他的信号所淹没。2、故障信号会因为故障冲击产生调制现象。本发明分别应用EEMD分解和希尔伯特平方解调技术解决以上两个问题。首先应用EEMD分解将原始振动信号分解为一系列的本征模态函数IMF，在这些IMF中，峭度值最大的那个IMF通常对应的就是故障特征分量；而后利用希尔伯特平方解调对IMFc进行解调，对解调后的信号做频谱分析；最后将频谱分析结果与齿轮箱各回转部件的回转频率对比，确定故障位置。CN105738102ACN105738102A权利要求书1/1页1.一种风电齿轮箱故障诊断方法，其特征是：包括以下步骤：A、通过采集模块对风电齿轮箱的振动信号进行采集，采集到振动信号x(t)；B、利用EEMD对信号x(t)进行分解，得到一系列的本征模态函数IMF；C、计算上述各IMF的峭度值，并选出峭度值最大的IMF分量IMFc；D、利用希尔伯特平方解调对IMFc进行解调；E、对解调后的信号做频谱分析，将频谱分析结果与齿轮箱各回转部件的回转频率对比，确定故障位置。2.根据权利要求1所述的一种风电齿轮箱故障诊断方法，其特征是：所述采集模块包括压电式加速度传感器、信号采集卡和控制器机箱，信号采集卡与传感器采用导线相连，信号采集卡通过插拔接口插接在控制器机箱上。3.根据权利要求2所述的一种风电齿轮箱故障诊断方法，其特征是：压电式加速度传感器布置在箱体外壳、输出轴的前侧轴承、输入轴的前侧轴承和后侧轴承上。4.根据权利要求1所述的一种风电齿轮箱故障诊断方法，其特征是：齿轮箱中存在故障时会出现信号的调制现象,调制信号具有式(1)所示的形式：c(t)＝s(t)f(t)(1)其中，s(t)为故障产生的低频冲击信号，f(t)为运行中正常的高频振动信号；采样希尔伯特平方解调对调制信号进行解调处理，具体过程如下：构造函数Z(t)如式(2)所示：Z(t)＝c2(t)+H2[c(t)](2)其中H[·]是对信号进行希尔伯特变换；根据Bedrosian定理：H[c(t)]＝H[s(t)f(t)]＝s(t)H[f(t)](3)将式(3)带入式(2)可得：Z(t)＝s2(t){f2(t)+H2[f(t)]}(4)令r(t)＝f2(t)+H2[f(t)]，高频振动信号f(t)的结构如式(5)所示：f(t)＝a1cos(2πf1t)(5)则f(t)的希尔伯特变换为：H[f(t)]＝a1sin(2πf1t)(6)则可得r(t)：2222222r(t)＝f(t)+H[f(t)]＝a1cos(2πf1t)+a1sin(2πf1t)＝a1(7)将式(7)带入式(4)可得：22Z(t)＝a1s(t)(8)对仅有低频部分s(t)的式(8)进行频谱分析；上述式(1)至式(8)中，t表示时间，f1表示频率。2CN105738102A说明书1/5页一种风电齿轮箱故障诊断方法技术领域[0001]本发明涉及一种风电齿轮箱故障诊断方法，尤其涉及一种风力发电机齿轮箱故障诊断方法。背景技术[0002]风力发电机组大多安装在戈壁滩、海岛、高山等风口处，自然条件恶劣，再加上气流的不稳定性，导致风电机组长期处于复杂的交变载荷下工作，机组故障时有发生。故障统计结果显示，齿轮箱是风电机组中故障率最高的部件，所占比重超过60％。另外，风电机组的安装位置交通不便，而齿轮箱更是安装在70～100米的塔顶上，空间狭小，如果没有及时检测到故障，很容易导致风电齿轮箱的损坏，维修十分困难，往往需要下塔处理，吊装维修费用高，并且会严重影响风场的经济效益，因此，风电齿轮箱故障诊断具有重要的意义。[0003]现代风电齿轮箱传递功率大、结构复杂，故障信号为非平稳瞬态信号，并且故障特征量容易被齿轮的啮合信号及其他的噪音所淹没。此外，当齿轮箱存在故障时，会产出冲击振动，引起信号的调幅调制现象，对振动信号直接进行频谱分析时，频谱图上一般都会出现调制载波频率而没有相应的故障频率