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风力发电机组齿轮箱振动测试与分析唐新安 谢志明 王 哲 吴金强 摘 要 对齿轮箱做振动测试和分析,通过模式识别找到齿轮箱损坏时呈现的特性,为齿轮箱故障诊断提供依据。 关键词 风力发电机组 齿轮箱 振动分析 故障诊断 中图分类号 TH113. 21 文献标识码 A 我国风电场中安装的风力发电机组多为进口机组。因为在恶劣环境下工作,其损坏率高达40%~50%。随着清洁能源的普及,齿轮箱的故障诊断和预知维修已迫在眉睫。本文就齿轮箱的故障诊断作一些探索性研究。 一、齿轮箱振动测试 采用北京东方所开发的DASP(Data Acquisition and SignalProcessing)测振系统,对某风电场4#、5#机组齿轮箱的不同测点(图1)做振动测试和分析,4#机组刚进行过检修运行正常作为对照机组,5#机组噪声异常为待检机组,对两机组齿轮箱的振动信号对比分析,判断存在故障。齿轮箱特征频率见表1。齿轮箱-|||-叶轮 z-|||-z6-|||-太阳轮轴-|||-③ ④ ⑤ ⑥ 发电机-|||-⑨ ⑩|②①-|||-ZT Z-|||-⑦ zza ⑧ a-|||-z z22 z5 高速轴-|||-中间轴-|||-图1 齿轮箱、发电机测点分布图表1 齿轮箱特征频率表 Hz齿轮箱-|||-叶轮 z-|||-z6-|||-太阳轮轴-|||-③ ④ ⑤ ⑥ 发电机-|||-⑨ ⑩|②①-|||-ZT Z-|||-⑦ zza ⑧ a-|||-z z22 z5 高速轴-|||-中间轴-|||-图1 齿轮箱、发电机测点分布图 二、信号分析 1.统计分析 由统计表2、表3可看出,5#机组振动值明显偏大,尤其是5~10测点振动值基本上是4#机组相应测点的2倍以上。表2 4#机组幅域统计表 m/s2齿轮箱-|||-叶轮 z-|||-z6-|||-太阳轮轴-|||-③ ④ ⑤ ⑥ 发电机-|||-⑨ ⑩|②①-|||-ZT Z-|||-⑦ zza ⑧ a-|||-z z22 z5 高速轴-|||-中间轴-|||-图1 齿轮箱、发电机测点分布图表2 5#机组幅域统计表 m/s2齿轮箱-|||-叶轮 z-|||-z6-|||-太阳轮轴-|||-③ ④ ⑤ ⑥ 发电机-|||-⑨ ⑩|②①-|||-ZT Z-|||-⑦ zza ⑧ a-|||-z z22 z5 高速轴-|||-中间轴-|||-图1 齿轮箱、发电机测点分布图 5#机组概率分布及概率密度函数反映其时间序列分布范围较宽(图2),峭度系数(即四阶中心距)与4#机组的(图3)明显,同(若以4#机组为标准g=0,那么5#机组g=0),预示5#机组存在古障。齿轮箱-|||-叶轮 z-|||-z6-|||-太阳轮轴-|||-③ ④ ⑤ ⑥ 发电机-|||-⑨ ⑩|②①-|||-ZT Z-|||-⑦ zza ⑧ a-|||-z z22 z5 高速轴-|||-中间轴-|||-图1 齿轮箱、发电机测点分布图齿轮箱-|||-叶轮 z-|||-z6-|||-太阳轮轴-|||-③ ④ ⑤ ⑥ 发电机-|||-⑨ ⑩|②①-|||-ZT Z-|||-⑦ zza ⑧ a-|||-z z22 z5 高速轴-|||-中间轴-|||-图1 齿轮箱、发电机测点分布图 2.时域分析 通过时域分析(图4、图5),发现5#机组齿轮箱振动信号有明显异常.幅值转大,且有明显的周期性,其频率约大20Hz。齿轮箱-|||-叶轮 z-|||-z6-|||-太阳轮轴-|||-③ ④ ⑤ ⑥ 发电机-|||-⑨ ⑩|②①-|||-ZT Z-|||-⑦ zza ⑧ a-|||-z z22 z5 高速轴-|||-中间轴-|||-图1 齿轮箱、发电机测点分布图 3.频坷分析 由图6可见,5#机组齿轮箱的频谱图既有调幅成分又有调频成分(调制频率对中心频率的幅值不对称)。齿轮箱-|||-叶轮 z-|||-z6-|||-太阳轮轴-|||-③ ④ ⑤ ⑥ 发电机-|||-⑨ ⑩|②①-|||-ZT Z-|||-⑦ zza ⑧ a-|||-z z22 z5 高速轴-|||-中间轴-|||-图1 齿轮箱、发电机测点分布图 从5#机组功率谱密度函数(图7)可以看出,在频率177Hz、196Hz、531Hz及其倍频处幅值和4#机组(图8)相应测点相比成倍数增大。而177Hz是高速轴转频的7倍频,196Hz、531 Hz是齿轮箱第II级、第I级的啮合频率,因而可判断故障出现在第II级、第Ⅲ级。 齿轮箱-|||-叶轮 z-|||-z6-|||-太阳轮轴-|||-③ ④ ⑤ ⑥ 发电机-|||-⑨ ⑩|②①-|||-ZT Z-|||-⑦ zza ⑧ a-|||-z z22 z5 高速轴-|||-中间轴-|||-图1 齿轮箱、发电机测点分布图 4.特殊分析 在倒频谱(图9、图10)中可以看到,4#和5#机组的倒拼图中都有一个明显的频率为9.8Hz的尖峰,这个频率与 中间轴的转频相同,说明中间轴的回转误差较大,是主要的调制源。齿轮箱-|||-叶轮 z-|||-z6-|||-太阳轮轴-|||-③ ④ ⑤ ⑥ 发电机-|||-⑨ ⑩|②①-|||-ZT Z-|||-⑦ zza ⑧ a-|||-z z22 z5 高速轴-|||-中间轴-|||-图1 齿轮箱、发电机测点分布图 对比包络解调谱(图11、图12)可以看出,5#机组19.5Hz、39.1Hz和58.6Hz(中间轴转频的2倍频、4倍频和6倍频)就是调制的频率,说明中间轴发生了故障。齿轮箱-|||-叶轮 z-|||-z6-|||-太阳轮轴-|||-③ ④ ⑤ ⑥ 发电机-|||-⑨ ⑩|②①-|||-ZT Z-|||-⑦ zza ⑧ a-|||-z z22 z5 高速轴-|||-中间轴-|||-图1 齿轮箱、发电机测点分布图 从图13、图14可以看到,齿轮箱的频谱以第II级、第Ⅲ级齿轮啮合频率(196Hz、531Hz)及其倍频为中心频率,以中间轴的转频及其倍频为调制频率形成上下边频带。 据以上分析,可以确定该齿轮箱的第II级和第Ⅲ级轴、齿轮、轴承存在缺陷,拆检结果与诊断结果相符。齿轮箱-|||-叶轮 z-|||-z6-|||-太阳轮轴-|||-③ ④ ⑤ ⑥ 发电机-|||-⑨ ⑩|②①-|||-ZT Z-|||-⑦ zza ⑧ a-|||-z z22 z5 高速轴-|||-中间轴-|||-图1 齿轮箱、发电机测点分布图 三、结论 1.拆检结果证明,用上述方法可以快速、准确地判断出待检齿轮箱是否存在故障以及故障所在。 2.风力发电机组工作环境十分恶劣,输入载荷变化频繁,故障率非常高,维修困难。建议加强机组安全保护方面的设计(如加装机组状态监测系统等)。 3.风力发电机组由于结构复杂,转速变化频繁,故障类型多,有必要采用多种手段(如噪声测试、油液分析等)进行综合精密故障诊断。

流体的流动有两种状态,层流和紊流,流体力学中尝尝区分这两种流动用到的判别手法是()A. 用手感知B. 用雷诺系数判断C. 用肉眼观察D. 用传感器测量

对于受轴向载荷的紧螺栓连接,在限定螺栓总拉力的条件下,提高螺栓疲劳强度的措施为________。A. 增加螺栓刚度,减小被连接件的刚度;B. 减小螺栓刚度,增加被连接件的刚度;C. 同时增加螺栓和被连接件的刚度;D. 同时减小螺栓和被连接件的刚度。

前滑值可以通过在轧辊的辊面上预先刻痕的实验方法来测定,设两刻痕间的弧长为L,当轧件被轧后,轧件上出现相应的两个凸起的金属点的距离为K,则前滑值应为( )。A. (L-K)L×100%B. (K-L)K×100%C. (K-L)L×100%D. 以上都不正确

液压传动是利用密闭容积中液体的( )来传递动力和运动。A. 电能B. 压力能C. 热能D. 机械能

刚度是指零件在载荷作用下抵抗()的能力。

5 受轴向变载荷的螺栓连接中,已知预紧力 QP=8000N,工作载荷:Fmin=0,Fmax=4000N,螺栓和被连接件的刚度相等,则在最大工作载荷下,剩余预紧力为( )。[西南科技大学 2019 研]A. 2000NB. 4000NC. 6000ND. 8000N

以下几种连接中,_为可拆连接。A. 螺栓连接B. 铆接C. 焊接D. 胶接

一般普通平键连接的主要失效形式是 。A. 剪断B. 磨损C. 胶合D. 压溃

直径和长度相同而材料不同的两实心圆轴,在相同扭矩作用下,它们的()。A. 最大切应力不同,扭转角不同B. 最大切应力相同,扭转角不同C. 最大切应力不同,扭转角相同D. 最大切应力相同,扭转角相同

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热门问题

  • 中国推动的智能制造,主要依靠()技术。A. 蒸汽机B. 人工智能C. 人力手工D. 传统机械

  • 机器人按应用场景可分为:A. 工业机器人B. 服务机器人C. 特种机器人D. 智能机器人

  • 五大防错方法中的失效、安全装置包括()A. 互锁顺序装置B. 预警与中断装置C. 全部完成信号装置D. 防傻型工件夹紧装置E. 限位机械装置F. 烟感报警装置

  • 中国首个具有自主知识产权的三代核电技术是()。A. 华龙—号B. 国和一号C. 石岛湾核电站D. 秦山核电站

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  • 针对每批零部件的加工下达的投产指令是()。A. 加工路线单()B. 单工序工票C. 操作者个人工票D. 单车间工票

  • 工业机器人的显著特点包括()。A. 可编程B. 可实现语音人机交互C. 拟人化D. 通用性

  • 下列关于油烟管道的说法正确的是A. 集油罩滤网每日清洁B. 集油罩滤网每周清洁C. 集油罩滤网每月清洁

  • 我国研发的玉兔系列月球车就是无人驾驶月球车,它由轮式底盘和仪器舱组成,用()供电A. 锂电池和蓄电池联合B. 蓄电池C. 太阳能电池和蓄电池联合D. 太阳能电池

  • 智能制造系统架构从()维度对智能制造所涉及的活动、装备、特征等内容进行的描述。A. 自动化特征B. 生命周期C. 系统层级D. 智能特征E. 结构特征

  • 现代潜艇的被动声呐,只能测向,-|||-不能测距。 __-|||-来源: 《十万个为什么》(第六-|||-版) (上海世纪出版股份有限公司-|||-少年儿童出版社2014年版)-|||-错误-|||-正确

  • 水蒸气受热会膨胀,进而向外推挤。给一个圆筒的顶部装上密封的活塞,活塞可以沿圆筒内壁自由地上下滑动,圆筒里则装满蒸汽,而蒸汽机就是通过加热这个圆筒来利用上述推挤作用的。蒸汽受热膨胀时,会强力推动活塞,这种向外的爆发力可以让车轮旋转,让碾磨机开动,让织布机运转起来。这样向外用力消耗掉能量之后,蒸汽冷却,活塞滑回原位,并准备好在蒸汽再次受热时向外推动——只要一直有燃料燃烧重新给蒸汽加热,这个循环就会一直重复下去。这段文字最为恰当的标题是()。A. 蒸汽机的发展历程B. 蒸汽机的具体用途C. 蒸汽机的组成结构D. 蒸汽机的工作原理

  • 精密点检是指由维修部门专业技术人员不定期使用特殊仪器对设备进行点检,对问题做深入的(),以保证设备达到规定的性能和精度。A. 调查B. 预测C. 测定D. 分析E. 缺陷定性

  • 平面任意力系向平面内某点简化得到的主矢一定就是该力系的合力。A. 对B. 错

  • 我国已经集齐了海上船舶工业皇冠上的“三颗明珠”,这“三颗明珠”分别是A. 极低破冰船B. 大型液化天然气运输船C. 国产大型邮轮D. 第一艘国产电磁弹射航母福建舰

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  • 在平面任意力系中,如果所有力的作用线相互平行,则该力系称为?A. 平面一般力系B. 平面平行力系C. 平面力偶系D. 平面汇交力系

  • 三、实用类文本阅读(12分) (南京市、盐城市2020届高三第二次模拟考试)阅读下面的作品,完成5~7题。 材料一: 近年来,在自动化需求的强劲带动下,全球掀起了一股机器人发展的热潮,形形色色、各具功能的机器人产品,开始频繁出现在我们的视野之中。但不管是工业级的搬运、分拣、切割等机器人,还是消费级的扫地、医疗、教育等机器人,它们“钢铁战士”般的形象不仅拉远了与人的距离,还在一定程度上限制了自身的应用。在这样的背景下,“柔性机器人”概念开始逐渐被提出。通过柔软材料的利用,驱动方式的创新,人们希望机器人能拥有更好的环境适应性、安全性以及人机互动能力。 毫无疑问,柔性机器人作为一种新型产品,充满了科学家式的浪漫,但这却不是科学家们“柏拉图”式的空想。从逐渐面世的产品中,我们发现柔性电子器件具有超薄、柔性、可延展的“类皮肤”特性,在能源、医疗、通信等领域拥有广阔前景。现有的柔性机器人虽然有着诸多优点,但由于大多处于实验室阶段,依然面临“硬伤”,比如需要依赖传统的刚性传感元件和电路,这严重阻碍了其性能的实现。现代社会的需求急切呼唤“全柔性”机器人的出现。 (摘编自《光明日报》2019年11 月14 日) 材料二: 我国现有的柔性机器人主要被分为两种,一种是工业柔性机器人,另一种是生物柔性机器人,因为应用领域不同,其定义也相去甚远。其中工业柔性机器人是从制造业的角度定义,专指运用机器视觉的六轴以上的工业机器人,比如工业上使用的机器人手臂。德国一家自动化公司曾开发出了一款可抓取异形物体的柔性夹具。而生物柔性机器人则是从生物学角度来讲,主要指模拟生物柔性与灵活性创造的仿生机器人。比如毛毛虫机器人,它们“柔若无骨”。目前来看,工业柔性机器人在国内的应用更为广泛,而生物柔性机器人的研究范围更广。 从工业柔性机器人来看,首要的技术难点可能是材料。因为要保障工业机器人的柔性化作业,打破人机关系间的“工业围栏”,促进人机交互的安全、顺畅进行,传统的刚性连接器和外壳就无法继续使用,通过3D 打印等方式寻找新材料或是首要任务。 而从生物柔性机器人来看,驱动可能是主要难点,其次还有材料。仿生机器人主要模仿的不只是生物外形,还有材质、结构和运动方式,这既需要利用一些特殊材料来打造皮肤、肌肉等构造,也需要新的驱动方式来让这些材料运动起来。相比于工业柔性机器人来说,其需要面对的难点更多更大。 但不管对于何种柔性机器人分类来说,对于新材料的研发探索都是必不可少的,可以说柔软的材料就是机器人柔性化实现的基础,未来能否在材料的寻找上取得突破,将决定着柔性机器人的发展能否走向成熟。 (摘编自“中国智能制造网”2019年2 月26 日) 材料三: 医疗机器人是柔性机器人最典型并且商业化的应用。其中手术机器人在现阶段已经实现产业化和商业化,且大规模用于临床,如美国直觉外科公(IntuitiveSurgical)的达芬奇外科手术机器人(内窥镜手术器械控制系统)。实施手术时,主刀医师不与病人直接接触,通过三维视觉系统和动作定标系统操作控制,由机械臂以及手术器械模拟完成医生的技术动作和手术操作。 达芬奇手术机器人代表着当今手术机器人的最高水平,它有三个关键核心技术:可自由运动的手臂腕部Endo Wrist、3D高清影像技术、主控台的人机交互设计,分别对应了柔性机器的机器感知、机器行动和人机交互。 根据Winter GreenResearch 数据,2014年全球手术机器人市场规模达到32亿美元,预计在2021年达到200亿美元,且市场重心将逐渐迁至亚洲。在已获得认证资质的国家中,全球每年有400万台手术能够使用达芬奇手术机器人完成,相当于2万台设备需求,40亿美元每年的材料服务市场。(摘编自《机器人》2018年7月19) 材料四: 近日,天津大学精仪学院黄显教授团队成功研发全球首个液态全柔性智能机器人,有望成为柔性电子产业和植入医疗器械的革命性突破。 黄显教授团队受自然界柔软的水母、轮虫等腔肠动物和浮游生物的启发,利用液滴的柔软无定型特性和柔性电子器件的超薄柔软特性,构建了一种全新的“智能液滴”——液态全柔性智能机器人。这是一种超小型、全柔性、可编程控制的液态智能机器人,能够在不同环境条件下实现运动、变形和传感测量。 这款机器人长8毫米,高度不足5毫米,由电子器件和液滴两部分构成。液滴可以是水凝胶、水或者油,具体形态取决于机器人的应用场景。由于柔性电子器件仅有1.1毫克,且超薄可弯折,因此可以被液滴携带着进行运动。 这种机器人除了具备良好的运动和环境适应能力之外,还搭载了多种传感器,如温度传感器、湿度传感器、光学传感器、应力传感器、葡萄糖传感器等,未来可应用于基因测序、化学合成、药物递送等领域,有望成为能进入人体检测治疗的“血管医生”,具有十分重要的科学意义和应用价值。 (摘编自《科技日报》2019年11 月24 日) 5.下列对“柔性机器人”的概念理解不准确的一项是( )(3 分) A.相对于传统的“钢铁战士”般的机器人而言,柔性机器人需要具备材料的柔软性。现有的柔性电子器件已具有超薄、柔性、可延展的“类皮肤”特性。 B.柔性机器人产业面临的一大技术难题是材料,传统的刚性传感元件和电路的使用,严重阻碍机器性能的实现,未来还需进一步对新材料研发升级。 C.目前柔性机器人的研发还处于初级阶段,美国的达芬奇手术机器人是全球最先进的柔性机器人,属于生物柔性机器人范畴。 D.“智能液滴”是我国研发的全球首个液态全柔性智能机器人,电子器件超轻薄,可被液滴携带着进行运动,是柔性机器人产业的一项重大突破。 6.根据材料内容,下列理解和推断正确的一项是( )(3 分) A.将滴液与柔性电子相结合是一种全新的方法,在这方面我国的研究已经领先于其他国家,未来将在生物医学领域发挥独有的优势。 B.我国现有的柔性机器人分两种。比起工业柔性机器人,生物柔性机器人在材料上开发的难度更大,但是市场前景也更开阔。 C.近年来以达芬奇手术机器人为代表的全球手术机器人市场规模正在迅速扩大,将来的手术有望都由手术机器人来完成。 D.全柔性机器人因为搭载了多种传感器,所以有望成为进入人体检测治疗的“血管医生”,具有十分重要的科学意义和应用价值。 7.柔性机器人的进一步研发需致力于哪些核心技术?请结合材料概括。(6分)

  • [单选] 电力机车抱轴径拉伤深度的禁用限度是()。A. ≥1.5mmB. ≥2.mC. ≥2.5mmD. ≥3mm

  • [单选] 节流调速回路所采用的主要液压元件是()。A. 变量泵B. 调速阀C. 节流阀D. 换向阀

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