风电齿轮齿面粗糙度降低的实例分析

风力发电是近几年最新崛起的绿色产业,是战略性新兴产业新能源的重要内容。风电增速齿轮箱作为风力发电系统的核心部件之一,使用在各大风场,而齿轮类零件又是风电增速箱传动的关键零件,是风电领域自主研究的重要内容之一。     

基于实验的风电齿轮箱涂装工艺标准化研究

风电齿轮箱是风力机组中的重要部件,为保证齿轮箱20年设计寿命要求,有必要对风电齿轮箱涂装工艺予以研究,选择一个合理的涂层体系,从而使齿轮箱具备良好的防腐特性。     

基于无故障数据的风电机组齿轮箱可靠度预测

以1.5 MW国产风电机组齿轮箱为研究对象,基于风电齿轮箱的无故障数据,在威布尔分布场合下,应用Bayes方法和最优置信限法对其进行可靠性分析.在配分布曲线的思想下,应用Bayes方法结合加权最小二乘法建立风电齿轮箱可靠度模型;引入保守估计的经典估计方法,结合Bayes方法得出的结论,给出风电齿轮箱寿命分布函数形状参数的估计范围,将此范围应用于最优置信限法,求出风电齿轮箱可靠度在置信水平为1-α下的最优置信下限,并验证此估计范围的合理性;最后分别应用Bayes方法和最优置信限法对风电机组齿轮箱可靠度进行预测,得出此型号风电齿轮箱无故障运行9a的可靠度约为45%,运行10a的可靠度约为30%.     

基于联合特征的风电机组故障检测

为了提高风电机组的运行可靠性,有必要对风电机组的故障信号进行实时采集并分析.在风电机组的故障检测诊断技术中,有语音信号诊断技术、振动信号诊断技术、电量参数诊断技术,振动信号诊断技术相对于其它诊断技术能更好地反映风电机组的实际工况.提出一种基于小波分析的联合特征提取方法,结合BP神经网络对风电机组的故障进行分析和诊断.以风电机组齿轮箱故障诊断为例,通过频谱分析和模式识别,发现基于联合特征的分析相对于单特征提取在一定程度上提高了诊断精度.     

风电增速箱结合部刚度分析及振动噪声预估

为了研究风电增速箱的振动特性和辐射噪声,基于轴承支承刚度及齿轮副啮合刚度分析,建立了风电增速箱轴系扭转振动模型,运用Matlab求解振动微分方程,得出轴系扭振频率及对应振型;综合考虑刚度激励、误差激励及冲击激励,建立了风电增速箱动力学有限元模型,仿真得出增速箱的动态响应。以箱体表面节点振动位移为边界条件,建立了增速箱声学边界元模型,采用直接边界元法求解得到箱体表面声压及场点的辐射噪声。结果表明,风电增速箱扭振频率与激励频率及其倍频相差较大,不会出现共振现象;增速箱结构噪声和辐射噪声的峰值主要出现在高速级齿轮啮合频率的二倍频附近。     

基于小波降噪和BP神经网络的风力发电机组齿轮箱故障诊断研究

针对风电机组齿轮箱故障频发这一现象,为改善设备性能,提高其利用率,采用基于小波降噪和BP神经网络相融合进行风电机组齿轮箱故障诊断与研究的方案.首先利用小波对采样数据降噪,然后输入小波神经网络中进行诊断,以准确地识别齿轮箱中常见的故障,结果表明该方案具有可行性.并结合风电场应用实例,证明了方案的可行性,为提高风力发电机组齿轮箱的稳定性提供了一种有效方法.     

基于实测数据的风电齿轮箱输入转矩计算公式修正

风电齿轮箱是风电机组中的关键部件和失效率较高的部件之一.为准确描述风电齿轮箱的输入转矩,针对目前被广泛应用的风电齿轮箱输入转矩计算方法的不足,以1.5 MW风电齿轮箱为例,通过对风电场实测数据进行统计分析,得到风电齿轮箱实际输入转矩.将其与理论计算方法得到的输入转矩相对比,提出修正系数,并分析修正系数和风速之间的关系,从而对被广泛应用的理论输入转矩计算公式进行修正.经过修正得到的风电齿轮箱输入转矩计算公式能更准确地描述风电齿轮箱的实际运行工况.     

变工况时频脊流形早期故障预警方法研究

针对风电机组齿轮箱工况复杂多变,提出了一种基于Gabor重排对数时频脊流形早期故障预警方法.该方法首先研究提取Gabor重排对数时频谱的脊线,构建早期故障高维特征向量;然后研究改进局部切空间流形学习方法,进行维数约简;最后采用K-近邻分类器,实现变工况风电机组齿轮箱的早期故障识别与预警.通过变转速、变载荷等多种工况的行星齿轮箱磨损试验与风电机组现场运行数据验证,结果表明该方法有效提高了复杂变工况风电机组齿轮箱早期故障预警准确率,可为其预知维护提供可靠依据.      

环境参数对风电齿轮箱传动系统疲劳损伤的影响

在风电机组全寿命周期内,长期风速概率分布会使风电齿轮箱传动系统动载荷出现随机特性,影响其疲劳损伤预估精度。笔者提出了一种考虑长期风速概率分布特征的风电齿轮箱传动系统疲劳损伤预估方法,通过建立大功率海上风电机组OpenFAST-SIMPACK联合仿真模型,计算不同平均风速与湍流强度组合工况下的风电齿轮箱传动系统齿轮短期疲劳损伤,进而采用代理模型技术重构“平均风速、湍流强度-短期疲劳损伤”映射关系,预测齿轮长期疲劳损伤。研究结果表明：风电齿轮箱传动系统低速级太阳轮容易发生接触疲劳失效;在额定风速以下,低速级太阳轮短期疲劳损伤与平均风速呈正相关,在额定风速附近,平均风速与湍流强度的随机特性均会增大其长期疲劳损伤不确定性,增大其疲劳失效风险。     

大型风电机组惯量控制研究现状与展望

随着风能利用规模的发展,风电渗透率不断提高,局部地区已达到50%以上.由于风电变流器的隔离作用,风电机组的转子运动和系统频率解耦,使得风电机组对于电力系统的惯量几乎没有贡献,降低了系统等效惯量,严重影响系统的频率稳定性.大型风电机组的惯量控制技术旨在利用机组转子动能赋予风电机组主动惯量响应和抑制电网频率跌落的能力,本文综述目前大型风电机组实现惯量控制的主要技术路线,从稳定性分析、控制系统优化、性能分析与评估等方面,介绍惯量控制在双馈风电机组以及全功率风电机组的研究与工程现状,并展望亟待解决的问题与技术需求.     

风电齿轮箱传动系统的动力学建模

由于风速的随机性特点,使得风电齿轮箱长期处于较为复杂的变载荷作用下而产生振动,这些振动将会引起齿轮箱内部结构的损坏.为了更好地对齿轮箱进行动力学分析,将风电齿轮箱传动系统分解为三级齿轮传动,采用集中质量法,在直齿轮、斜齿轮和行星齿轮动力学模型的基础上,建立了整个齿轮箱传动系统的动力学模型;并在考虑齿轮啮合刚度、啮合阻尼、啮合误差、偏心量、弯扭耦合、自身重力以及支撑轴承等因素的共同作用下,利用拉格朗日方程推导了整个传动系统的动力学方程.为今后分析兆瓦级风电齿轮箱传动系统的固有特性、动态响应等动力学特性奠定了一定的基础.     

采用趋势状态分析的风机齿轮箱状态在线评估云模型

为预防风机齿轮箱严重故障的发生,提出了一种结合正态云模型和趋势状态分析法的齿轮箱状态评估模型.首先,基于数据采集与监控(SCADA)系统的历史数据,采用支持向量机方法建立齿轮箱运行温度预测模型,对齿轮箱不同状态下的趋势预测特征进行分析,求取正常和异常状态时预测值的相对误差序列.然后,采用改进无确定度逆向正态云发生器,利用所求取的相对误差序列提取正常云和异常云的数字特征,构建齿轮箱状态评估云模型.该模型能够根据风机SCADA系统的实测数据,求取齿轮箱当前状态对正常云和异常云的贴近度,并采用最大贴近度原则确定齿轮箱状态.最后,利用辽宁某风机齿轮箱的实测数据对所提模型进行验证.结果表明:该模型能够对齿轮箱的早期缺陷及时预警,达到实时监测的目的.     

粒子群优化算法在齿轮箱振动信号去噪中的应用

 以振动频谱分析和粒子群优化算法为主要理论依据,以风力涡轮机齿轮箱为例,提出一种基于一维加速搜索算法和粒子群优化的齿轮箱振动信号去噪方法。利用一维加速搜索算法缩减搜索范围,应用粒子群优化算法提升优化效果,对切比雪夫带通滤波器和Morlet小波滤波器的设计参数进行优化,并对齿轮箱故障振动信号进行滤波处理。仿真实验结果表明,此方法能够实现快速有效滤波去噪,适用于齿轮箱实时故障诊断的研究,具有一定的理论研究价值和实践应用价值。     

多工况下兆瓦级海上风电齿轮箱均载性能优化设计

针对兆瓦级海上风电齿轮箱行星级均载性能易受到时变非扭载荷影响的问题，该文提出了多风速工况下风电齿轮箱行星级均载性能优化方法。通过建立某型5 MW海上风电齿轮箱系统动力学模型，分析不同风速工况对其行星级内部激励和均载特性的影响规律，进而采用支持向量回归方法，重构风速工况齿轮修形参数均载系数之间的映射关系，建立考虑不同风速工况影响的齿轮箱行星级均载系数优化模型，实现多风速工况下行星级齿轮修形参数优化设计。研究结果表明：由风速工况变化造成的时变非扭载荷会使行星级的齿面和轴承出现偏载现象，并且在低风速工况时非扭载荷会显著降低行星级均载性能；优化后的风电齿轮箱在不同风速工况下其行星级内部激励均明显降低，齿面和轴承载荷分布更加均匀，均载性能得到明显提升。     

基于ARIMA风电机组齿轮箱故障趋势预测方法研究

针对齿轮箱计划外停机和意外故障导致的风电机组安全运行问题,提出了一种基于ARIMA模型的故障趋势预测方法;方法可以处理具有非线性和非平稳性特征的齿轮箱运行状态监测数据,用以时间序列的自相关分析为基础的模型预测状态监测时间序列数据的趋势变化;选择生产现场采集到的齿轮箱油泵出口压力SCADA数据和运行实例验证了方法的有效性,实验结果的拟合效果令人满意;研究结果表明方法能够适应齿轮箱运行状态监测数据随时间的变化特征,反映出一定的运行状态变化趋势,具有较好的预测精度和较大的应用范围,对风电机组其他部件的故障趋势预测具有一定的应用参考价值。     

MES与MRPII信息集成方法研究与应用

MES（制造执行系统）就是在MRPII（制造资源规划）的基础上将计划与制造过程实现统一的系统。本文根据具体的变速箱装配线MES的工作原理,分析和研究了以MRPII（ERP）为核心的管理信息系统与MES的信息集成方法,提出并实现了基于数据库外模式下的信息系统集成框架、集成方法、接口程序设计等,成功应用并解决了MF70／65汽车变速箱装配线MES与其它信息系统的集成问题,该方法对离散型制造业企业的信息系统集成有一定的指导意义。     

基于Bagging集成策略和多元状态估计的风电机组齿轮箱状态监测

风电机组齿轮箱的故障率和维护成本相对较高,有必要对其运行状态进行实时监测。多元状态估计(multivariate state estimate technique, MSET)是一种常用的状态监测方法,但在记忆矩阵规模较大时,MSET在线计算的实时性较差。为此,提出一种基于Bagging集成策略和MSET的新方法:首先基于Bagging集成策略,对训练数据进行多次随机抽样,构造多个记忆矩阵规模较小的MSET子模型,最终将子模型的结果平均后作为集成模型的输出。以某2 MW风电机组的运行数据为算例,对集成MSET的性能进行了对比实验。结果表明:在精度相当的前提下,集成方法的计算时间仅为常规方法的60%;结合统计过程控制技术设计了预警阈值和滑动窗口异常率,并对集成MSET的故障预警能力进行验证,结果表明,集成方法能够提前约10 d预警齿轮箱的实际故障。     

风电机组基础结构形式及计算方法

风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界上国家层面的密切关注。风力发电机组正常运转需要稳固的基础。随着风电机组的装机容量不断增大并由陆地发展到海洋,风电机组基础面临海洋环境更复杂的荷载工况,故对其进行研究更具有理论意义与工程应用价值。系统阐述了中外风电机组基础的结构形式及其计算分析方法的研究现状与最新进展。首先,分别介绍了风电机组基础在陆地和海上不同类型的结构形式及其适用范围;其次,对风机基础结构体系的风机荷载与环境荷载、静力学与动力学计算、结构冲刷及腐蚀等相关问题研究进行了系统分析与归纳;最后,指出风电机组基础研究和应用中存在的问题并提出了研究方向,同时还展望其未来在中国广阔的发展前景。     

基于电磁耦合器调速的新变速恒频风力发电机组

为改善风力发电机组对电网电压的支撑和故障穿越能力,提出了基于电磁耦合器调速的新型风电机组。在其传动链中,电磁耦合器的两端分别与变速齿轮箱的高速轴和恒速同步发电机的输入轴连接,两个轴系之间的转速差由电磁耦合器及变频器控制。基于电磁耦合器的工作原理,分析了风力机和电磁耦合器的转矩特性,提出了电磁耦合器的设计方法,在Matlab/simulink平台上搭建了整个系统的仿真模型,并完成了系统并网运行时的稳态性能仿真。结果表明:基于电磁耦合器调速的风电机组只需配备机组功率15%左右功率容量的电磁耦合器和变频器即可实现变速恒频运行,而且该类风电机组具有与常规火力发电机组相似的电网支撑和故障穿越能力。