專利名稱:一種模擬風電齒輪箱的振動測試裝置的制作方法
技術領域:
[0001]本實用新型屬于可再生能源設備故障監(jiān)測與診斷領域,具體涉及一種模擬風電齒輪箱運行狀態(tài)的振動測試裝置。
背景技術:
近年來,我國風力發(fā)電裝機容量增長迅速,風電機組變速、變載以及運行環(huán)境差等特點使齒輪箱工作狀態(tài)復雜、運行壽命低,齒輪箱成為風電機組中故障率最高的機械部件之一,并且故障維修周期長、費用高,嚴重影響風力發(fā)電的經濟性、可靠性和安全性,受到國內外生產廠家與運營單位的高度重視。齒輪箱故障診斷主要基于振動監(jiān)測與分析技術。設備運行時,其振動信號包含豐富的運行狀態(tài)信息。齒輪或軸承故障將造成振動狀態(tài)發(fā)生變化,通過監(jiān)測分析振動信號就可能發(fā)現和識別故障。機械故障診斷的目標是盡可能早地發(fā)現和識別故障,進行精確的故障定位,并給出故障發(fā)展趨勢,為合理維護維修提供技術支持。齒輪箱振動故障診斷的關鍵問題包括故障特征提取分析、故障模式分類識別兩個方面。當故障剛發(fā)生時,振動信號中的故障信息非常微弱,往往被正常運行產生的振動信號和噪聲干擾信號所淹沒,因此從振動信號中提取故障特征信息一直是信號分析技術在工程應用中的重要內容,也是有效實現機械故障診斷的關鍵。早期的齒輪箱振動分析與故障特征提取主要采用經典信號分析方法,根據齒輪箱運行過程中振動信號的產生機理,利用時域平均技術、頻譜分析、倒頻譜分析和解調技術等提取反映齒輪箱故障的特征信息。隨著信號分析技術的發(fā)展,新的故障診斷方法不斷涌現,進而拓寬了信號分析的工程應用范圍。這些新方法通常會在齒輪箱振動監(jiān)測與故障診斷領域得到迅速驗證,使得該領域的研究不斷深化。目前應用于齒輪箱故障診斷方面的信號分析新方法主要包括時頻分析、小波分析、非線性信號分析等。與其他工業(yè)齒輪箱相比,風電機組齒輪箱具有以下特點I)由于安裝空間小、增速比大,齒輪箱結構緊湊復雜、級數多,故障點多。齒輪箱結構采用行星齒輪與平行軸齒輪結合的多級傳動模式,各個齒輪軸轉速差別較大,齒輪軸支撐軸承類型多,特征頻率覆蓋范圍較寬。2)風速在較大范圍內的持續(xù)變化,導致齒輪箱傳遞的載荷復雜多變。齒輪箱振動幅度變化大,存在著復雜的調幅和調頻現象。由于風電場通常處于海灘、戈壁等荒涼地域,自然環(huán)境惡劣,且齒輪箱安裝在高空,隨機艙和塔架一起擺動,導致齒輪箱振動狀態(tài)發(fā)生時間和空間變化,從而對在線實時監(jiān)測齒輪箱振動狀態(tài)形成較大干擾,進而影響故障特征判斷的準確性。本發(fā)明設計一種模擬風電齒輪箱的振動測試裝置,模擬風電機組傳動系統變速、變載的特點,并進行齒輪箱正常運行與故障運行時的特征狀態(tài)比較,本裝置具有有效排除外部干擾、模擬故障源方便等優(yōu)點,為探求實際風電齒輪箱故障的共性特征進而準確進行故障診斷提供一種便捷有效的途徑。發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種模擬風電齒輪箱運行狀態(tài)的振動測試裝置,具體是提供一種采用調速電動機驅動多級傳動齒輪箱,并采用加速度傳感器拾取振動信號的測試裝置。具體結構為調速電動機、多級傳動齒輪箱與直流發(fā)電機安裝在工作臺上,調速電動機與多級傳動齒輪箱的輸入軸固聯,多級傳動齒輪箱的輸出軸與直流發(fā)電機的軸固聯,多級傳動齒輪箱的箱體表面安裝多個加速度傳感器,加速度傳感器與數據采集模塊連接。所述多級傳動齒輪箱包括行星輪系、第一定軸傳動系和第二定軸傳動系,其中行星輪系包括安裝在行星架上的行星輪,與行星輪嚙合的太陽輪;第一定軸傳動系包括第一齒輪和與第一齒輪嚙合的第二齒輪,第一齒輪與太陽輪安裝在同一傳動軸上;第二定軸傳動系包括第三齒輪和與第三齒輪嚙合的第四齒輪,第三齒輪與第二齒輪安裝在同一傳動軸上,第四齒輪安裝于齒輪箱輸出軸上。所述多級傳動齒輪箱的箱蓋與箱座是可拆卸的。所述的加速度傳感器與齒輪箱體固聯。調速電動機與多級傳動齒輪箱的低速軸固聯,電動機轉速可調,模擬滿足最優(yōu)葉尖速比時風輪轉速隨風速變化的狀態(tài),多級傳動齒輪箱的高速軸與直流發(fā)電機軸固聯,模擬風電齒輪箱所驅動的實際發(fā)電機(負載),齒輪箱體上安裝若干加速度傳感器,實時拾取齒輪箱的振動信號,并將信號及時輸送至數據采集模塊以進行后續(xù)處理。本實用新型的有益效果為通過人為制造多種故障源,包括各級齒輪斷齒、點蝕、磨損,滾動軸承失效等故障,模擬實際風電齒輪箱可能的運行狀態(tài),采集振動信號并進行信號分析與故障特征提取方法的驗證,從而為實際風電齒輪箱的故障診斷提供參考依據,具有重要的現實意義。
圖I是本振動測試裝置的部件組成示意圖;圖2是圖I中多級傳動齒輪箱內部結構圖;圖3為齒輪箱振動信號采集與處理的硬件組成圖;圖4為運用此裝置進行振動測試與分析的工作流程圖。圖中標號I-調速電動機;2_多級傳動齒輪箱;3_聯軸器;4_直流發(fā)電機;5_加速度傳感器;6_數據采集模塊;7_工作臺;201_太陽輪;202_行星架;203_行星輪;204_第一齒輪;205-第二齒輪;206_第三齒輪;207_第四齒輪。
具體實施方式
本實用新型提供了一種模擬風電齒輪箱的振動測試裝置,
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行詳細說明。部件組成與齒輪箱內部結構如圖I、圖2所示,圖I中,調速電動機I、多級傳動齒輪箱2與直流發(fā)電機4安裝在工作臺7上,調速電動機I與多級傳動齒輪箱2的輸入軸固聯,多級傳動齒輪箱2的輸出軸通過聯軸器3與直流發(fā)電機4的輸入軸固聯,多級傳動齒輪箱2的箱體表面光滑位置依次安裝多個加速度傳感器5,加速度傳感器5實時采集的振動信號輸入到數據采集模塊6進行后續(xù)處理。如圖2所示,多級傳動齒輪箱結構與典型風電齒輪箱內部結構相似,可以有效模擬風電齒輪箱中各部件的故障狀態(tài),齒輪箱內部采用一級行星傳動與兩級定軸傳動結合的方案,其中,所述多級傳動齒輪箱2包括行星輪系、第一定軸傳動系和第二定軸傳動系,其中行星輪系包括安裝在行星架202上的行星輪203,與行星輪203嚙合的太陽輪201 ;第一定軸傳動系包括第一齒輪204和與第一齒輪204 B齒合的第二齒輪205,第一齒輪204與太陽輪201安裝在同一傳動軸上;第二定軸傳動系包括第三齒輪206和與第三齒輪206嚙合的第四齒輪207,第三齒輪206與第二齒輪205安裝在同一傳動軸上,第四齒輪207安裝于齒輪箱輸出軸上。如圖3所示,多個加速度傳感器拾取箱體振動信號,由數據采集模塊負責采集并進行前處理放大、抗混疊濾波等過程,最終轉換為可處理的離散數字信號,輸入到計算機進行分析。實施例I在本裝置安裝、調試等工作完成后,認為箱體內各部件(齒輪、軸承、傳動軸)無故障,處于良好運行狀態(tài),此時,調速電動機I的轉速為某一特定轉速并維持一定時間,齒輪箱內各級齒輪嚙合、軸承滾動所產生的振動信號傳遞至箱體,由固定于箱體上的多個加速度傳感器拾取,由數據采集模塊6采集振動信號,并進行前置放大、抗混疊濾波等處理,最終輸入到PC機,進行后續(xù)的信號處理與分析。工作流程如圖4所示,調速電動機速度需不斷調節(jié),獲取不同轉速下箱體振動信號,循環(huán)上述過程。實施例2將齒輪箱蓋打開,人為制造齒輪故障,如不完全斷齒、齒面點蝕與磨損、軸承點蝕等各種故障狀況,蓋上箱蓋后,調節(jié)電動機I轉速為某一固定轉速,信號采集過程與實施例I的情況相同,采用如圖4所示的工作流程進行振動信號分析,比較無故障信號與帶故障信號的振動特點,總結各種故障的信號特征,為進一步進行實際風電齒輪箱的故障診斷提供參考。本實用新型是一種模擬風電齒輪箱的振動測試裝置,通過人為制造多種故障源,包括各級齒輪斷齒、點蝕、磨損,滾動軸承失效等故障,模擬實際風電齒輪箱可能的運行狀態(tài),采集振動信號并進行信號分析與故障特征提取方法的驗證,從而為實際風電齒輪箱的故障診斷提供參考依據,具有重要的現實意義。
權利要求1.一種模擬風電齒輪箱的振動測試裝置,調速電動機(I)、多級傳動齒輪箱(2)與直流發(fā)電機(4)安裝在工作臺(7)上,其特征在于,調速電動機(I)與多級傳動齒輪箱(2)的輸入軸固聯,多級傳動齒輪箱(2)的輸出軸與直流發(fā)電機(4)的軸固聯,多級傳動齒輪箱(2)的箱體表面安裝多個加速度傳感器(5),加速度傳感器(5)與數據采集模塊(6)連接。
2.根據權利要求I所述的模擬風電齒輪箱的振動測試裝置,其特征在于,所述多級傳動齒輪箱(2)包括行星輪系、第一定軸傳動系和第二定軸傳動系,其中行星輪系包括安裝在行星架(202)上的行星輪(203),與行星輪(203)嚙合的太陽輪(201);第一定軸傳動系包括第一齒輪(204)和與第一齒輪(204)嚙合的第二齒輪(205),第一齒輪(204)與太陽輪(201)安裝在同一傳動軸上;第二定軸傳動系包括第三齒輪(206)和與第三齒輪(206)嚙合的第四齒輪(207),第三齒輪(206)與第二齒輪(205)安裝在同一傳動軸上,第四齒輪(207)安裝于齒輪箱輸出軸上。
3.根據權利要求I所述模擬風電齒輪箱的振動測試裝置,其特征在于,所述多級傳動齒輪箱(2)的箱蓋與箱座是可拆卸的。
4.根據權利要求I所述模擬風電齒輪箱的振動測試裝置,其特征在于,所述的加速度傳感器(5)與齒輪箱體固聯。
專利摘要本實用新型屬于可再生能源設備故障監(jiān)測與診斷領域,具體涉及一種模擬風電齒輪箱的振動測試裝置。調速電動機、多級傳動齒輪箱與直流發(fā)電機安裝在工作臺上,調速電動機與多級傳動齒輪箱的輸入軸固聯,多級傳動齒輪箱的輸出軸與直流發(fā)電機的軸固聯,多級齒輪箱的箱體表面安裝多個加速度傳感器,加速度傳感器與數據采集模塊連接。本振動測試裝置能夠模擬變速風力發(fā)電機齒輪箱正常與帶故障運行時的振動狀態(tài),同時采集多路振動信號,具有測試方便,有效排除運行中的干擾因素,精確提取故障特征等優(yōu)點,利用所提取的各種故障特征為實際風電齒輪箱的測試分析與故障診斷提供重要參考。
文檔編號G01M7/02GK202661241SQ20112045929
公開日2013年1月9日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權日2011年11月18日
發(fā)明者滕偉, 辛衛(wèi)東, 柳亦兵, 何纓 申請人:華北電力大學