风力发电机振动检测

振动检测是针对旋转设备的各种预测性维修技术中的核心部分，振动检测具有直接、实时和故障类型覆盖范围广的特点。其它预测性维修技术：如红外热像、油液分析、电气诊断等则是振动检测技术的有效补充。

振动监测方法

一台设计合理的机器，其固有振级也很低。但当机器磨损、基础下沉、部件变形、连接松动时，机器的动态性能开始出现各种细微的变化，如轴不对中、部件磨损、转子不平衡、配合间隙增大等。所有这些因素都会在振动能量的增加上反映出来。因此，振动加剧常常是机器要出故障的一种标志，而振动是可以从机器的外表面检测到的。

过去，设备工程师根据经验靠手摸、耳听来判断机器是否正常或其故障是否在发展。但如今机器的转速较高，许多起警告性的振动出现在高频段，因此，只有用仪器才能检测出来。

1、常规监测

设备正常运转时，使用笔式测振仪检测设备旋转部位的振动值，主要是振动速度，测量轴向、垂直方向和水平方向的振速并记录作为参考值。

岗位巡检人员在日常检测发现测量值发生变化时，通常先检查连接部件是否松动，能停机的设备可检查轴对中、轴承游隙或轴承与轴和轴承座的配合间隙等，不能停机的设备则使用振动频谱仪进行精密检测，分析振动频谱，找出是否为动平衡原因或其他原因。

据有关资料统计，利用简易诊断仪器可以解决设备运行中50%的故障。由此可见，简易诊断在设备管理与维修中具有重要作用。

2、精密监测

精密监测是通过振动频谱仪检测设备振动频谱图，分析各频率对应的振动速度分量，如某一频率的振动速度分量超限，可对比常见振动故障识别表判断故障点。

振动频率的计算：设备运转部位的工频振动频率(Hz)=转速(r/min)/60，如某风机的转速为960r/min，则其工频振动频率为16Hz。工频振动频率通常称为转动频率。

风力发电机振动检测

振动监测技术

常用的振动监测方法有波形、频谱、相位分析及解调分析法。

频谱图显示振动信号中的各种频率成分及其幅值，不同的频率成分往往与一定的故障类别相关。波形图是对振动信号在时域内进行的处理，可从波形图上观察振动的形态和变化，波形图对于不平衡、松动、碰摩类故障的诊断非常重要。

双通道相位分析通过同时采集两个部位的振动信号，从相位差异中可以对相关故障进行有效的鉴别。解解是提取低幅值、高频率的冲击信号，通过包络分析，给出高频冲击信号及其谐频，此技术在监测滚动轴承故障信号方面较为有效。

1、不平衡

转子小平衡是由于转子部件质越偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。结构没计不合理，制造和安装误差，材质不均匀造成的质量偏心，以及转子运行过程中由于腐蚀、结垢、交变应力作用等造成的零部件局部损坏、脱落等，都会使转子在转动过程中受到旋转离心力的作用，发生异常振动。

转子不平衡的主要振动特征：

(1)振动方向以径向为主，悬臂式转子不平衡可能会表现出轴向振动;

(2)波形为典型的正弦波;

(3)振动频率为工频，水平与垂直方向振动的相位差接近90°。

2、不对中

转子小对小包括轴系不对中和轴承不对中两种情况。轴系不对中是指转子联接后各转子的轴线不在同一条直线上。轴承不对中是指轴颈在轴承中偏斜，轴颈与轴承孔轴线相互不平行。通常所讲不对中多指轴系不对中。

不对中的振动特征：

(1)最大振动往往存在不对中联轴器两侧的轴承上，振动值随负荷的增大而增高;

(2)平行不对中主要引起径向振动，振动频率为2倍工频，同时也存在工频和多倍频，但以工频和2倍工频为主;

(3)平行不对中在联轴节两端径向振动的相位差接近180°;

(4)角度不对中时，轴向振动较大，振动频率为工频，联轴器两端轴向振动相位差接近180°。

3、松动

机械存在松动时，极小的不平衡或不对中都会导致很大的振动。通常有三种类型的机械松动：

第一种类型的松动是指机器的底座、台板和基础存往结构松动，或水泥灌浆不实以及结构或基础的变形，此类松动表现出的振动频谱主要为1X。

第二种类型的松动主要是由于机器底座同定螺栓的松动或轴承座出现裂纹引起，其振动频潜除1X外，还存在相当大的2X分量，有时还激发出1/2X和3X振动分量。

第三种类型的松动是由下部件间不合适的配合引起的，产生许多振动谐波分量，如1X、2X、……，nX，有时也会产生I/2X、1/3X、……等分数谐波分鞋。这时的松动通常是轴承盖里轴瓦的松动、过大的轴承间隙、或者转轴上零部件存在松动。

4、流体扰动

高速离心泵中的流体，从叶轮的流道中流出，进入扩压器或蜗壳时，如果流体的流动方向与叶片角度不一致，流道中就产生很大的边界层分离、混流和逆向流动，流体对扩压器叶片和蜗壳隔舌的冲击，将使流体在管道中引起很大的压力脉动和不稳定流动。

这种压力波又可能反射到叶轮上，激发转子振动，振动频率为叶轮叶片数乘以转速(称叶片过流频率)或其倍数。在工艺流量与泵额定流量偏差较大或叶轮出口和蜗壳对正不良时，过流频率振动明显，称流体扰动。一般把叶轮外缘和开始卷曲处的距离拉大，能够缓和压力脉动并减小振幅。

5、动静碰摩

在旋转机械中，由于轴弯曲、转了不对中等引起轴心严最变形，或非旋转件弯曲变形，都可能引起转子与固定件的碰摩而引起异常振动。动静碰摩的振动特征：频潜图上以工频分量为主，存在少量低频或倍频，碰摩严重时，低频和倍频分量都有较明显的反映。波形图上可出现单边削顶现象或存接近最大振幅处出现齿形。

6、滚动轴承故障

VB系列振动分析仪具有高频振动解调分析功能，该项分析功能在诊断滚动轴承故障中发挥了重要作用。按有关振动分析理论，出现滚动轴承损伤或磨损时，高频解调值一般会增大，并且往往可见轴承外圈、内圈等部件的故障特征频率。当轴承磨损到后期时，轴承故障特征频率可能消失，但振动值通常会加大，振动频谱图变成一系列谱线。

风电机组振动监测

一、振动监测的作用

随着风力发电机组单机容量的增加和在线监测技术的日益完善，在线监测技术对提高风机设备的可利用率、有计划地进行设备维护、提高风能利用率等起到重要的作用。使用在线监测系统以后，能增加风电场的正常运行时间、优化设备运行工况、降低风力发电设备的维修费用、提高风力发电机组的运行安全性。具体表现如下：

(1)减少非计划性轴承和齿轮的维修工作，可进行基于状态监测的维修;

(2)为制定维修计划提供依据，可在无风或枯风期安排维修;

(3)减少现场日常巡视次数;

(4)降低生产成本，减少生产损失;

(5)减少故障部件的二次损伤;

(6)延长机组使用寿命;

(7)减少备件数，降低损耗率。

二、振动监测分析

1、主轴承

主轴承加速度包络频谱显示运行时主轴承冲击能量平缓，未发现有故障频率，轴承情况良好，但在包络时域波形中有很弱的杂乱的冲击信号，应为润滑油中的杂质所产生，暂不影响设备的运行，应注意润滑维护。

2、齿轮箱

分析振动速度频谱，发现有轻微不对中征兆，径向与轴向均存在较低1倍与2倍峰值，但通过对发电机振动的分析，认为高速轴不对中征兆是由发电机振动引起，需要进行后续跟踪确认。不对中对轴承状态影响较大，建议跟踪查看轴承的振动值趋势。

3、发电机

(1)驱动端振动

从驱动端的振动频谱来看，1～6倍发电机转频处均存在峰值，且峰值相对较高，符合机械松动的征兆，表明发电机驱动端轴承处存在一定的磨损，为轴磨损或者轴承座磨损。整体振动值处于黄色预警期，可继续运行，但要经常跟踪振动变化趋势，需要定期润滑维护。

(2)非驱动端振动

风力发电机振动检测

从非驱动端的振动频谱来看，存在与驱动端相同的征兆，1～6倍发电机转频处均存在峰值，符合机械松动的征兆，表明发电机驱动端轴承处存在一定的磨损，为轴磨损或者轴承座磨损。

在对风力发电机进行故障沴断方法的分析中，只是使用了常见的时域分析、频域分析以及共振解调分析。这些方法需要在实际的情况下相互结合使用，而不是单纯的使用一种，因为通常情况下故障的发生往往伴随着多个故障的混合，需要综合各种信息才能对风力发电机的工作状态做出准确的判断。