風機畢業(yè)論文 風電機組振動監(jiān)測與減振、減噪措施分析

1、酒泉職業(yè)技術學院畢業(yè)論文2012年主修風能和電力技術標題：風力發(fā)電機的振動監(jiān)測和減振，降噪措施分析畢業(yè)時間：2015年6月學生姓名：馬立冬講師：甄良級別：12級，風能和電力技術(2)2014年10月10日目錄摘要1一、風力發(fā)電概述1(一)風力發(fā)電現(xiàn)狀1(二)風力發(fā)電機組的問題2(三)風力發(fā)電機組振動監(jiān)測的意義32.4號風力發(fā)電機組齒輪箱振動測試與分析(1)齒輪箱4振動試驗(2)4號齒輪箱主要故障及其原因分析(三)總結(jié)63.風力渦輪機的減振降噪措施6(1)風力發(fā)電機組減振器的研究6(2)大功率風力發(fā)電機組6齒輪箱減振支架的結(jié)構(gòu)特點及應用四.摘要9參考文獻：10謝謝你風力發(fā)電機振動監(jiān)測及減振降噪措

2、施分析中國風能資源豐富，儲量居世界第一。因此，我們應該大力發(fā)展和充分利用可再生能源。為了改善我們的生活，新能源技術應該不斷改進，以大大提高能源利用效率。本文重點分析了風力發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測中的振動診斷與監(jiān)測技術，并完成了以下工作。基于風力發(fā)電機組的外部激振力和自身結(jié)構(gòu)特點，重點分析了風力發(fā)電機組整個系統(tǒng)和齒輪箱的振動特性。根據(jù)風力機的振動特性，總結(jié)了幾種風力機振動診斷方法。通過改進材料和其他技術，我們可以降低風力渦輪機的振動和噪音。關鍵詞：風力發(fā)電機；振動診斷；振動狀態(tài)監(jiān)測；降低噪音和振動一、風力發(fā)電概述(一)風力發(fā)電的現(xiàn)狀目前，世界能源主要來自不可再生能源，如：煤、石油、天然氣和核能。這種能源

3、結(jié)構(gòu)不僅導致能源短缺，而且造成嚴重的環(huán)境問題。風能作為一種可再生的清潔能源，受到了世界各國政府的歡迎和重視。圖1顯示了不同國家風力渦輪機的裝機容量。全球風能資源約為2.741012千瓦，其中可用風能為21010千瓦，是地球上可開發(fā)利用的水能總量的10倍以上。2005年2月，旨在限制溫室氣體排放的京都議定書也開始生效，這將對世界風電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。隨著各種風力發(fā)電技術的成熟，風力發(fā)電在抑制二氧化碳排放和穩(wěn)定油價波動方面的優(yōu)勢將越來越明顯，風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)在世界范圍內(nèi)發(fā)展勢頭強勁。圖1不同國家風力渦輪機的裝機容量(二)風力發(fā)電機組的問題目前，我國已建成的風電場中有相當多的風力發(fā)電機組是在20世

4、紀90年代中后期從國外購買的，單機容量分別為250千瓦、300千瓦、500千瓦、600千瓦、660千瓦和750千瓦。這些裝置的使用壽命一般為15-20年，保修期為2年。隨著機組運行時間的延長，目前一些故障相繼出現(xiàn)，包括風電葉片、齒輪箱、發(fā)電機和控制系統(tǒng)的故障，導致機組停止運行，嚴重影響發(fā)電，造成經(jīng)濟損失。目前，在我國運行的風力發(fā)電機組中，故障概率已經(jīng)占了一定的比例，這需要認真分析。如圖2所示。圖2各種故障的停機時間比例例如，神華國華能源投資有限公司投入運行的風電機組故障統(tǒng)計顯示，雖然風電機組變槳系統(tǒng)、變頻器、電氣系統(tǒng)和電氣控制占61.9%，而發(fā)電機、主軸承和齒輪箱占18.1%(如圖2所示)，但

5、后者占68.7%(如圖3所示)。因此，確保發(fā)電機、齒輪箱和主軸承等機械部件的安全運行非常重要，如圖3所示。圖3各種故障的停機時間1.風力發(fā)電機振動監(jiān)測的必要性風力發(fā)電機是風電場的關鍵設備。長期以來，風力渦輪機一直采用計劃維護和事后維護。定期維護是指運行2500小時和5000小時后的例行維護，如檢查螺栓扭矩、添加潤滑脂等。維護系統(tǒng)不能充分及時地了解設備的運行狀態(tài)。事后維修由于事先準備不足，往往導致維修工作曠日持久，損失慘重。從以下兩個例子可以看出機組狀態(tài)監(jiān)測的必要性：(1)一旦機組聲音異常，就懷疑其變速箱有故障。振動數(shù)據(jù)由便攜式振動儀采集。經(jīng)與其他機組比較，認為該機齒輪箱中間級和高速級異常，經(jīng)開

6、箱檢查確認。由于及時發(fā)現(xiàn)，故障沒有進一步發(fā)展。這種異常聲音是機械故障的一個重要特征，通過注意可以及時發(fā)現(xiàn)。然而，2500小時和5000小時的例行維護是在停機狀態(tài)下進行的，這不能反映機組的運行狀態(tài)。而且，時間間隔太長，即使有問題，也不能及時發(fā)現(xiàn)。(2)對于進口風機，現(xiàn)場人員報告振動較大。用便攜式測振儀采集振動數(shù)據(jù)，并與同類型的另一臺機組進行比較后，認為該機組的齒輪箱和發(fā)電機可能存在機械故障。因為齒輪箱和發(fā)電機沒有備件，所以在維護期間必須關閉機組，這影響了發(fā)電。風力發(fā)電機組的正常運行直接影響風力發(fā)電的輸出，風力發(fā)電機組的故障可能對機組本身造成損害，甚至可能造成更嚴重的后果。由于風電場的惡劣環(huán)境和自

7、身結(jié)構(gòu)，風力發(fā)電機組的外部激振力和振動自由度比其他大型旋轉(zhuǎn)機械要大。為了保證風力發(fā)電機組的安全運行，對其運行狀態(tài)進行監(jiān)控非常重要。(三)風力發(fā)電機振動監(jiān)測的意義風力發(fā)電機振動狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術在工程中應用的意義？3360 . 6666666611.提高機組運行的可靠性和安全性振動監(jiān)測與故障診斷技術能夠及時、正確地診斷風力發(fā)電機組的各種異?；蚬收蠣顟B(tài)，預防或消除故障，避免重大事故，保證風力發(fā)電機組安全可靠運行。2.給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益振動狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷可以避免突發(fā)故障造成的經(jīng)濟損失，延長機組的使用壽命。它還可以為制定計劃維護提供依據(jù)，安排無風期維護，縮短維護時間，減少備件數(shù)量，降低風

8、電設備維護成本，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。2.風力發(fā)電機組齒輪箱振動測試與分析(1)齒輪箱振動試驗對某風電場機組齒輪箱的不同測點(圖4)進行了振動測試和分析。圖4齒輪箱和發(fā)電機測點分布圖表1測量點分布測量點的位置檢測地點軸主軸水平徑向前軸承主軸前軸承振動主軸后軸承垂直徑向主軸后軸承振動發(fā)電機前軸承水平徑向發(fā)電機前軸承振動后軸承水平徑向發(fā)電機后軸承振動變速箱外齒圈垂直徑向外齒圈嚙合狀態(tài)及整體振動低速軸垂直徑向低速軸和齒輪嚙合狀態(tài)的垂直和徑向高速軸垂直徑向高速軸承的振動和齒輪嚙合狀態(tài)高速軸的速度(2)齒輪箱主要故障及其原因分析據(jù)統(tǒng)計，軸承占變速箱的20%。然后是豎井，占10%。最后，盒子和緊固件。

9、可以看出，齒輪本身的故障在齒輪箱中占很大比例。表明齒輪的制造、裝配質(zhì)量和運行維護水平是齒輪傳動系統(tǒng)的關鍵問題。齒輪是機械加工中一個高度復雜的成形零件，但齒輪在高速重載下的工作條件比其他零件差，尤其是風力發(fā)電機的齒輪箱。接下來，我將展示fa之間的關系輪輞和腹板燈損壞畸形的彈簧和螺絲壞了3軸、聯(lián)軸器、鍵畸形的損害4軸承畸形的滾動體交配體監(jiān)獄5變速箱畸形的剛性不足密封不良表3齒輪箱故障特征無法操作1齒輪snaggletooth嚴重膠合雜物進入2齒輪矩陣齒圈斷裂變形損傷3軸、聯(lián)軸器、鍵損害4軸承燒傷球脫落雜物進入5變速箱嚴重損壞和變形6電源失敗無法運行7其他的聯(lián)軸器和聯(lián)軸器損壞1.齒輪箱的故障診斷方法

10、可分為兩類：(1)通過齒輪運行過程中產(chǎn)生的振動、噪聲、油溫等動態(tài)信號，利用信號處理方法完成故障分析和診斷。(2)根據(jù)摩擦磨損理論，通過對潤滑油的分析，達到故障診斷的目的。主要是通過分析潤滑油中金屬的成分來預測它是材料的哪一部分。從而判斷這是否是正?，F(xiàn)象。目前，另一種靈敏度更高的方法正在逐步應用。將頻譜分析方法引入到齒輪故障診斷中。齒輪振動信號的頻譜分析方法已成功應用于齒面磨損、齒面斷裂等故障的診斷。(3)總結(jié)1.拆卸和檢查結(jié)果表明，上述方法能夠快速、準確地判斷待檢齒輪箱是否存在故障以及故障所在。2.風力發(fā)電機組工作環(huán)境惡劣，輸入負載變化頻繁，故障率高，維護困難。建議加強機組安全保護設計(如安裝

11、機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等)。)。3.由于結(jié)構(gòu)復雜、轉(zhuǎn)速變化頻繁、故障類型多，必須采用多種手段(如噪聲測試、油液分析等)。)進行全面而精確的故障診斷。三、風力發(fā)電機組減振降噪措施(1)風力發(fā)電機組的發(fā)電機減振器研究1.風機減震器簡介風力渦輪機的部分噪音是由機械運動產(chǎn)生的。其中一部分是由空氣動力產(chǎn)生的。機械噪聲主要由機艙內(nèi)的旋轉(zhuǎn)機械產(chǎn)生，尤其是齒輪箱和發(fā)電機。為了減少風機運行時齒輪箱和發(fā)電機向機架和塔架傳遞的噪聲，必須在齒輪箱、發(fā)電機和機架之間安裝橡膠阻尼器。2.減震器的工作條件和性能要求風力渦輪機功率為1.5兆瓦，發(fā)電機重量為8.5噸，四個相同的減震器安裝在發(fā)電機和機架之間。發(fā)電機的額定工作轉(zhuǎn)矩為12

12、千牛頓米，短路時的極限轉(zhuǎn)矩為85千牛頓米。要求發(fā)電機正常運行時不產(chǎn)生共振，振幅控制在2毫米以內(nèi)，減振效率不低于90%，承受極限載荷時不破壞減振效果。(2)大功率風力發(fā)電機組齒輪箱減振支架的結(jié)構(gòu)特點及應用1.疊層彈簧齒輪箱減振支架疊片彈簧齒輪箱減振支架主要用于四點支撐系統(tǒng)(雙軸承結(jié)構(gòu))的風力發(fā)電機組，采用金屬框架結(jié)構(gòu)，如圖5和圖6所示。齒輪箱扭矩臂的上方和下方分別設有橡膠墊。當齒輪箱被支撐和安裝時，上橡膠墊和下橡膠墊產(chǎn)生一定量的預壓縮，齒輪箱在運行過程中的振動在預壓縮范圍內(nèi)。圖5堆疊彈簧減震器圖6疊層彈簧阻尼器示意圖在這種結(jié)構(gòu)的傳動系統(tǒng)中，變速箱的重量主要由低速軸承擔，減振支架主要承受由低速軸傳

13、遞的扭轉(zhuǎn)載荷，因此它所承受的載荷是。根據(jù)齒輪箱載荷的特點，減振支架的垂直剛度(ZN)越大，扭轉(zhuǎn)剛度越大。其他方向的剛度應盡可能小。齒輪箱支架兩端有調(diào)節(jié)裝置，通過調(diào)節(jié)螺栓可以實現(xiàn)齒輪箱安裝高度的微調(diào)，避免系統(tǒng)過度約束，使齒輪箱與主軸的連接處受到附加彎矩；同時，誰的僵硬表現(xiàn)根據(jù)風力發(fā)電機組齒輪箱的不同工況和載荷，橡膠的硬度和預壓縮可以調(diào)節(jié)。齒輪箱的彈性支撐具有優(yōu)良的阻尼減振性能，可以大大降低結(jié)構(gòu)噪聲的傳遞，承載能力大，安裝方法簡單，更換方便。2.液體復合變速箱減振支架液體復合齒輪箱的減振支撐既可用于三點支撐系統(tǒng)，也可用于四點支撐系統(tǒng)。液壓阻尼支架是在疊層彈簧阻尼支架的基礎上發(fā)展起來的，結(jié)合了液體流

14、動時的優(yōu)良阻尼特性。該減振支架的橡膠彈性體外觀結(jié)構(gòu)與疊層彈簧減振支架相似，采用金屬橡膠復合結(jié)構(gòu)，具有壓力膜(橡膠)、空腔、密封機構(gòu)、液壓管路等。內(nèi)部，如圖7所示。圖7液體復合減震器齒輪箱一側(cè)的減振支架上彈性體和另一側(cè)的減振支架下彈性體通過液壓油管連接在一起，如圖8所示。當變速箱振動時，變速箱支撐和加載的腔體體積發(fā)生變化，液體在上下腔體之間流動產(chǎn)生阻尼，消耗振動能量，達到減振的目的圖8液體復合減震器示意圖正常情況下，齒輪箱受到扭轉(zhuǎn)載荷MXN時，左上彈性支座和右下彈性支座承受載荷，兩個橡膠彈性體的體積同時壓縮，空腔體積減小，管內(nèi)壓力急劇增加，因此扭轉(zhuǎn)剛度KM也大大增加。當齒輪箱受到垂直載荷FZN時

15、，左右上彈性體同時加載，兩個下彈性體同時卸載，所以液體從兩個上彈性體流向下彈性體，主要由橡膠的垂直變形加載，垂直剛度KZN較小。齒輪箱在承受水平載荷FYN時，主要是由橡膠的剪切變形來承載，因此產(chǎn)品的水平剛度KYN很小。液體復合阻尼支座在三個方向上的剛度性能曲線如圖9所示。正是由于液體復合阻尼支座獨特的剛度特性，它被廣泛應用于大功率風力發(fā)電機組中。圖9液體復合減振器剛度性能曲線與層合彈簧齒輪箱阻尼支座的性能相比，在獲得相同扭轉(zhuǎn)剛度的情況下，液體復合阻尼支座的豎向剛度較小，從而大大降低了安裝引起的過約束對系統(tǒng)的影響。這種減振支架也是齒輪箱減振系統(tǒng)的發(fā)展方向，具有非常廣闊的前景。四.摘要三點或四點支撐系統(tǒng)主要用于雙饋風力渦輪機。在三點支撐系統(tǒng)中，根據(jù)載荷特性和系統(tǒng)要求，可以采用軸瓦式減振支撐或液體復合減振支撐。具有這種結(jié)構(gòu)的風力渦輪機的齒輪