振动分析在风电机械设备故障诊断中的关键研究

刘洪涛 左德发

摘要：在对风力发电机设备故障进行分析的过程中，对振动监测分析技术进行有效应用，能够准确掌握风机机械结构以及具体的运行特征。从而对风力发电机组不同部件的运行频率和故障频率进行准确采集，并对风力发电机组的运行状态和即将出现的故障种类等进行准确判断。方便开展有效的故障维护工作，提高风力发电机组的运行安全。

关键词：振动分析;风电机械设备;故障诊断

一、振动分析理论概述

虽然我国风力发电技术的发展速度比较快，装机量也比较大，但是风力发电机组的推广和应用起步相对较晚。国内有些公司在对风力发电机组进行监测时，使用的监测与诊断系统并不成熟，影响了监测结果的准确性。目前，比较常用的风电机组监测与诊断系统主要包括以下几种：第一，针对大型风电机组研发的HET-P在线状态监测以及诊断系统能够对大型风力发电场的设备运行情况进行全面监督。第二，在风力发电场电站的计算机上安装在线实时监测程序运行，工作人员可以直接利用监测程序对风机的具体运行状态进行监测，并根据监测结果对风力发电机械设备是否存在故障进行判断。第三，离线振动监测分析与振动监测和故障诊断系统能够对风电机械设备的具体运行状态进行全面掌握，同时可以准确定位故障，确定故障的严重程度。并对故障发展趋势进行准确预测，有利于开展后续故障控制和管理工作。第四，在风电机组传动链上的在线振动监测与分析系统可以对传动链的具体故障进行监测，并且能够准确掌握传动链部件的实际运行状态，对风机可能会出现的故障问题有效预测，确定故障部位。在故障发生初期可以及时进行人工修正以及预测性维护，保证机械设备的质量以及稳定性[1]。

目前，在我国风电机械设备故障诊断过程中对振动监测系统进行应用，主要包括定期离线监测技术与在线振动监测技术两种。其中定期离线监测技术主要利用振动数据收集器完成机械设备振动信号采集工作，并利用频谱分析完成数据分析工作，可以获取振动监测结果。而在线振动监测主要利用提前安装的振动传感器实时采集不同测点的具体振动信号。如果风电机械设备出现故障，可以及时获取故障发生的振动信号，并报警处理。经过专门的工作人员分析可以准确定位故障，并判断故障的损伤程度。一般情况下，在线振动监测系统主要包括计算机分析仪、传感器数据、传输线缆等设备，在应用过程中需要加强振动传感器布置工作，保证振动传感器数量恰当，提高振动信号采集质量。

二、在风电机械设备故障诊断中振动分析的具体应用

利用振动分析方法对风电机械设备故障進行诊断时，需要根据风力发电机组的实际情况加强数据采集工作，并根据具体的需求完成风机振动分析，对故障进行准确定位，判断故障程度，预测故障的具体发展趋势。这样才能够提出有针对性的维修建议，之后采集风机运行状态振动数据，在拆解后需要对分析方法的可靠性和准确性进行有效验证。一般情况下，在振动分析方法应用过程中，需要从以下方面出发，保证该方法能够充分发挥作用：

1.风机振动信号采集作业

在数据采集之前必须确定最合适的测点，将振动传感器安装在合适位置并采集振动信号，测点位置越合理，获取的数据越准确，能够在最大程度上提高故障诊断的准确率以及成功率。一般情况下，在振动传感器位置选择过程中，要保证传感器可以直接获取振动数据。因此，要尽可能接近被测设备的承载区域或者在最大载荷方向。风机内部机械部件相对较多，高低频信号也比较混杂，其中高频振动传播并无方向性，一般需要采集一个方向上的高频信号。

2.获取风电机组部件运行参数

及时确定风机部件的具体型号，并获取风机在正常运行过程中，不同部件的具体参数，将其带入到公式中获取风机出现故障后的特征频率。之后需要根据风机的运行速度对工作频率进行准确确定。

3.进行频谱分析

完成频谱分析是振动分析在故障诊断中的主要内容。一般需要对频域图中的不同振动频率、幅值、边额等进行准确分析。从而完成故障定位，判断故障的具体程度。在振动分析过程中，需要对每一个测量点的时域波形进行观察，获取振动幅值最大值，并将最大值与相关标准部位的报警值进行对比。如果振动最大值超过标准值代表存在故障，可以利用超过标准值的多少对故障的严重程度进行判断。除此之外，需要对每一个测点的时域波形进行分析，主要是利用软件将采集到的测点速度、加速度、振动信号利用傅里叶变换使其转变为频域图与包络谱。对相关的频域波形进行观察获取频谱图内的转频和相关谐频。并根据具体的形式与特征对故障类型进行准确判断，之后需要以频谱图中的具体情况为基础，对不同部件故障振动频率和谐频进行分析，获取故障问题的具体情况[2]。

4.确定故障情况

在振动分析过程中需要分析机械设备故障的严重程度，并根据故障的具体情况提出有针对性的可靠的维修计划。例如对只需要进行维护作业的，可以开展润滑或者清洗工作;对需要更换部件的需要及时采购配件，风机运行风速变小时可以及时更换部件，降低维修成本和时间，提前排除故障，确保风机能够安全稳定运行。

结语

总而言之，在科学技术快速发展的背景下，加强风力发电机组的推广和应用具有至关重要的作用。为了保证风电机组能够安全稳定运行，需要重视智能诊断和远程监测技术的充分应用。在对风电机组设备故障进行诊断时，对振动分析技术进行应用，可以在一定程度上提高故障诊断的准确率以及可靠性，为故障排查与维修方案提供准确的参考依据。在对振动分析技术进行应用时，需要根据风力发电机组设备的具体运行情况，引入振动监测技术。并根据相应的工作经验对振动分析方法进行总结，保证振动分析工作的标准性和规范性，提高故障诊断结果的可靠性。

参考文献：

[1]孙强. 振动分析在风电机械设备故障诊断中的研究[D]. 山东大学， 2020.

[2]王洪亮， 刘倩. 振动分析在风电机械设备故障诊断中的研究[J]. 商品与质量， 2020， 000（008）：67.

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