[发明专利]一种针对风电齿轮箱的故障诊断方法

说明书

【技术领域】

本发明属于旋转机械故障诊断技术领域，具体涉及一种针对风电齿轮箱的故障诊断方法。

【背景技术】

近十几年来，风能已经成为世界各国能源体系中的重要组成部分。由于风能的特殊性，风电机组大多安装在戈壁、山区、海岛等风能丰富的地区，但这些地区气候条件恶劣，昼夜温差大，同时机组承受无规律、变速变载荷的风力作用，导致机组内部各部件在运行过程极容易出现故障，导致机组停机，造成巨大的经济损失。齿轮箱是风电机组故障监测诊断最关键的部件，能否安全、高效运行直接影响风电机组运行的可靠性。齿轮箱故障诊断一般分为四个步骤进行：信号监测、特征提取（信号处理）、状态识别和诊断决策，其中特征提取在整个诊断过程中占有举足轻重的地位。

传统齿轮箱诊断技术设定工况通常是定转速、定载荷，并假设异常响应只来源于设备劣化或失效，通过对平稳工况下的齿轮箱诊断信号进行处理、特征提取，实现齿轮箱状态监测与故障诊断。然而，风电齿轮箱的运行工况并非通常设定的定转速、定载荷，而是变转速、变载荷的变工况。不稳定的运行工况也会造成部件故障特征的动态变化，有时运行工况变化在特征层的反映与故障引起的变化非常相似，增加了特征参数提取的难度。由于运行工况造成的信号不稳定与齿轮箱传统振动信号处理方法的平稳假设相违背，因此一些在平稳工况下强有力的特征参数在风电齿轮箱故障诊断中失效。

【发明内容】

本发明的目的在于针对风电齿轮箱不稳定的运行工况，提供了一种针对风电齿轮箱的故障诊断方法，该方法有效地削弱了风电齿轮箱载荷变化对风电齿轮箱振动信号特征参数的影响，提高了风电齿轮箱故障诊断的可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种针对风电齿轮箱的故障诊断方法，包括以下步骤：

1）采集1～3个月的风电齿轮箱运行时的振动信号和转速脉冲信号，并获取振动信号和转速脉冲信号对应的发电机输出功率；

2）对步骤1）采集的振动信号和转速脉冲信号进行阶次谱分析，得到啮合振动能量；

3）通过最小二乘法拟合啮合振动能量与其对应的发电机输出功率，得到啮合振动能量随发电机输出功率变化的曲线；

4）利用啮合振动能量随发电机输出功率变化的曲线对实时采集的振动信号和转速脉冲信号经过阶次谱分析后得到的实时啮合振动能量进行均值归一化处理，得到归一化后的实时啮合振动能量，通过分析归一化后的实时啮合振动能量，实现对风电齿轮箱的故障诊断。

本发明进一步改进在于：步骤1）中，利用振动加速度传感器采集风电齿轮箱运行时的振动信号。

本发明进一步改进在于：步骤1）中，利用安装在风电齿轮箱高速轴的转速传感器采集风电齿轮箱运行时的转速脉冲信号。

本发明进一步改进在于：步骤1）中，通过风机控制系统获取振动信号和转速脉冲信号对应的发电机输出功率。

本发明进一步改进在于：步骤4）中，利用啮合振动能量随发电机输出功率变化的曲线对实时采集的振动信号和转速脉冲信号经过阶次谱分析后得到的实时啮合振动能量进行均值归一化处理，具体包括以下步骤：

a）设定啮合振动能量随发电机输出功率变化的曲线上实时发电机输出功率对应的啮合振动能量值为u；

b）将实时采集的振动信号和转速脉冲信号经过阶次谱分析后得到的实时啮合振动能量x_i与啮合振动能量随发电机输出功率变化的曲线上实时发电机输出功率对应的啮合振动能量值u相比，得到比值x_i'，其公式为：

xi′=xiu---(1)]]>

式中：i为实时采集次数，且i=1,2，…，n；

c）结合步骤b）得到的比值x_i'对实时采集的振动信号和转速脉冲信号经过阶次谱分析后得到的实时啮合振动能量x_i进行归一化处理，得到归一化后的实时啮合振动能量x_i，其公式为：