變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析方法及其裝置的製作方法
2023-05-01 15:38:41
專利名稱：變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及振動測試及信號處理技術領域，特別是涉及ー種針對低速變轉速變エ況風電機組轉子振動信號的數據採集分析方法及其裝置。
背景技術：
風電機組是ー個剛柔耦合的多體系統，其動カ源是具有很強隨機性和不連續性的自然風能。作用在風電機組上的空氣動力、慣性カ和弾性力等交變載荷會使風電機組發生變形和振動，這會影響風電機組的正常運行，嚴 重時會導致風電機組損壞。目前使用的數據採集分析裝置均為通用型裝置，數據採集主要完成數據的記錄，並進行抗混疊濾波等常規處理，數據分析集成了各種通用分析方法，而並未考慮風電機組轉子振動信號的特殊性。風電機組轉子運轉在低轉速(一般〈20rpm)、動載荷下，且轉速不穩定，長期變エ況運行，運行エ況不同於普通旋轉機械，因此，常規的數據採集分析裝置難以有效採集和分析風電機組轉子振動中的特徵信息，這對風電機組轉子振動信號的分析及故障診斷帶來了困難。由此可見，如何能創設ー種可通過對風電機組轉子振動信號及轉速信號的同步採集、周期劃分及插值復採樣，從而直接獲得利於分析的波形圖譜，為風電機組轉子振動信號分析和故障診斷提供依據的新的變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析方法及其裝置，實屬當前的重要研發課題之一。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析方法及其裝置，使其可通過對風電機組轉子振動信號及轉速信號的同步採集、周期劃分及插值復採樣，從而直接獲得利於分析的波形圖譜，為風電機組轉子振動信號分析和故障診斷提供依據，從而克服現有採集分析裝置的不足。為解決上述技術問題，本發明ー種變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析裝置，包括振動傳感器、轉速傳感器、採集上述傳感器數據的採集單元以及對採集到的信息進行分析的分析模塊。作為本發明的一種改進，所述的採集単元包括電源模塊、採集模塊、處理模塊、存儲模塊和通訊模塊，其中電源模塊為整個採集単元供電；採集模塊同步採集轉速信號和振動信號；處理模塊對採集到的信號進行濾波處理、轉速區間計算及整周期劃分；存儲模塊存儲處理得到的信號和信息；通訊模塊負責採集単元與分析模塊之間的通訊連接。此外，本發明還提供了一種應用上述裝置的變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析方法，包括以下步驟:A.利用轉速傳感器和振動傳感器獲取轉速脈衝信號和振動信號；B.採集單元以等時間間隔同步採集轉速脈衝信號和振動信號；C.對步驟B所得信號進行處理，定位脈衝上升沿或下降沿時刻序列，依此計算轉速序列，並按脈衝序列將對應的振動信號劃分為振動信號段，並截取成風輪旋轉整周期的振動信號序列；D.分析模塊獲取採集單元存儲的轉速序列和信號序列數據，對各個整周期振動信號序列進行插值復採樣，對復採樣得到的振動信號進行指定轉速下的時間延拓，得到指定轉速的整周期連續振動信號並進行頻譜分析。作為進ー步改進，所述的步驟D中，每個相鄰轉速脈衝對應的振動信號段具有相同的採樣點數。所述的步驟D中，指定轉速在計算所得轉速序列的變化區間內。所述的步驟C中處理得到的轉速序列及信號序列，與整周期數、轉速序列區間信息分開存儲。
所述的步驟B中，採集單元的採樣長度不小於8個風輪旋轉周期。所述的步驟A中轉速脈衝信號的採集方式為以下任意ー種沿風電機組主軸旋轉角度均布多個反光條，利用轉速傳感器獲取反光條脈衝信號；利用轉速傳感器計數輪轂與機艙連接處螺栓或漲緊套處螺栓；從風電機組的編碼器引出等相位脈衝信號。採用這樣的設計後，本發明至少具有以下優點I、在採集單元中內置處理模塊，實現了對振動信號和轉速脈衝信號的整周期信號序列截取，可智能判定採樣長度是否滿足後續分析要求；2、採集單元可實現對轉速脈衝信號和振動信號的智能存儲；3、分析模塊與採集單元獨立，分析模塊實現了插值復採樣和指定轉速時間延拓，簡化了採集單元處理模塊部分的設計。
上述僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，以下結合附圖與具體實施方式
對本發明作進ー步的詳細說明。圖I是本發明變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析裝置的結構示意圖。圖2是本發明變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析方法的步驟示意圖。圖3、圖4是本發明具體實施例中分析模塊對指定轉速信號進行頻譜分析的示意圖。
具體實施例方式請參閱圖I所示，本發明變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析裝置，包括振動傳感器11、轉速傳感器12、採集單元13以及分析模塊14。其中，採集單元13包括電源模塊、採集模塊、處理模塊、存儲模塊和通訊模塊電源模塊負責整個採集單元13的供電，採集模塊負責轉速信號和振動信號的同步採集，處理模塊負責信號的濾波處理、轉速區間計算及整周期劃分，存儲模塊負責對處理完信號及相關信息的智能存儲，通訊模塊負責採集単元13與分析模塊14之間的通訊。採集單元13以等時間間隔同步採集振動傳感器和轉速傳感器的振動信號和等相位轉速脈衝信號，自動判斷採樣長度是否達到後續分析要求，智能存儲轉速序列和振動序列數據和整周期數、轉速變化區間等信息。分析模塊4實現對整周期振動信號的插值復採樣及指定轉速下的時間延拓。
請配合參閱圖2所示，本發明應用上述裝置的變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析方法，包括以下步驟步驟A，利用轉速傳感器和振動傳感器獲取轉速脈衝信號和振動信號。其中，轉速傳感器採集轉速脈衝信號，有以下採集方式沿主軸旋轉角度均布多個反光條(對於風輪額定轉速小於20rpm的風輪，等分點數應至少滿足η > 30)獲得等相位脈衝，利用轉速傳感器讀取反光條信號；利用轉速傳感器計數輪轂與機艙連接處螺栓或漲緊套處螺栓獲得等相位脈衝；從風電機組的編碼器引出等相位脈衝信號；或者其它類似可實現轉子等相位脈衝採集的方式。步驟B，採集單元中的採集模塊以等時間間隔同步採集轉速脈衝信號和振動信號，較佳的，採樣長度應不小於8個風輪旋轉周期。步驟C，採集單元中的處理模塊對步驟B所得信號進行處理，定位脈衝上升沿或下降沿時刻序列，依此計算轉速序列，並按脈衝序列將對應的振動信號劃分為振動信號段，並截取成風輪旋轉整周期的振動信號序列。較佳的，採集單元中的存儲模塊對步驟C所得轉速序列及信號序列進行智能存儲，並將信號序列數據與整周期數、轉速序列區間等信息分開存儲。步驟D，分析模塊通過採集単元的通訊模塊訪問採集單元存儲的轉速序列和信號序列數據，對各個整周期振動信號序列進行插值復採樣，對復採樣得到的振動信號進行指定轉速下的時間延拓，得到指定轉速的整周期連續振動信號並進行頻譜分析。較佳的，分析模塊的分析過程中應保證每個相鄰轉速脈衝對應的振動信號段具有相同的採樣點數；指定轉速在計算所得轉速序列變化區間內。以下列舉具體實施例來說明應用本發明裝置的處理步驟在風電機組的主軸3上周向均布有反光條4，將振動傳感器11和轉速傳感器12分別安裝在風電機組的主軸承2和主軸3處，並將其採集到的信號發送至數據採集単元13，分析過程如下a)在風電機組主軸承座處用磁吸方式安裝低頻振動加速度傳感器，用磁力表架安裝轉速傳感器。b)設定採集模塊採樣頻率，並按採集單元默認採樣長度為8個風輪旋轉周期同步採集轉速脈衝信號和振動信號。c)採集單元對採集到的轉速脈衝序列和振動信號序列進行處理並智能存儲，將信號序列數據與整周期數、轉速序列區間等信息分開存儲。d)分析模塊通過採集単元通訊模塊訪問採集單元存儲的轉速序列和信號序列數據及相關特徵信息，對各個整周期振動信號序列分別進行插值復採樣，對復採樣得到的振動信號進行指定轉速15rpm下的時間延拓，得到15rpm的整周期連續振動信號並進行頻譜分析如圖3、圖4所示。本發明主要考慮了風電機組轉子低轉速、變エ況的運行特點，利用數據採集裝置以等時間間隔同步採集轉子振動信號及轉速脈衝串信號，並在數據採集裝置內置的處理模 塊中實現對信號的整周期劃分，在分析模塊中實現整周期信號的插值復採樣及指定轉速下的時間延拓，實現了風電機組轉子振動信號的有效分析，為風電機組轉子振動信號的採集和分析提供了ー種途徑。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，本 領域技術人員利用上述掲示的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析裝置，其特徵在於包括振動傳感器、轉速傳感器、採集上述傳感器數據的採集單元以及對採集到的信息進行分析的分析模塊。
2.根據權利要求I所述的變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析裝置，其特徵在於所述的採集単元包括電源模塊、採集模塊、處理模塊、存儲模塊和通訊模塊，其中 電源模塊為整個採集単元供電； 採集模塊同步採集轉速信號和振動信號； 處理模塊對採集到的信號進行濾波處理、轉速區間計算及整周期劃分； 存儲模塊存儲處理得到的信號和信息； 通訊模塊負責採集単元與分析模塊之間的通訊連接。
3.ー種應用權利要求I或2所述裝置的變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析方法，其特徵在於包括以下步驟 A.利用轉速傳感器和振動傳感器獲取轉速脈衝信號和振動信號； B.採集單元以等時間間隔同步採集轉速脈衝信號和振動信號； C.對步驟B所得信號進行處理，定位脈衝上升沿或下降沿時刻序列，依此計算轉速序列，並按脈衝序列將對應的振動信號劃分為振動信號段，並截取成風輪旋轉整周期的振動信號序列； D.分析模塊獲取採集單元存儲的轉速序列和信號序列數據，對各個整周期振動信號序列進行插值復採樣，對復採樣得到的振動信號進行指定轉速下的時間延拓，得到指定轉速的整周期連續振動信號並進行頻譜分析。
4.根據權利要求3所述的變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析方法，其特徵在於所述的步驟D中，每個相鄰轉速脈衝對應的振動信號段具有相同的採樣點數。
5.根據權利要求3所述的變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析方法，其特徵在於所述的步驟D中，指定轉速在計算所得轉速序列的變化區間內。
6.根據權利要求3所述的變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析方法，其特徵在於所述的步驟C中處理得到的轉速序列及信號序列，與整周期數、轉速序列區間信息分開存儲。
7.根據權利要求3所述的變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析方法，其特徵在於所述的步驟B中，採集單元的採樣長度不小於8個風輪旋轉周期。
8.根據權利要求3所述的變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析方法，其特徵在於所述的步驟A中轉速脈衝信號的採集方式為以下任意ー種 沿風電機組主軸旋轉角度均布多個反光條，利用轉速傳感器獲取反光條脈衝信號； 利用轉速傳感器計數輪轂與機艙連接處螺栓或漲緊套處螺栓； 從風電機組的編碼器弓I出等相位脈衝信號。
全文摘要
本發明是有關於一種變轉速風電機組轉子振動信號的採集分析方法及其裝置，該裝置包括振動傳感器、轉速傳感器、採集單元以及分析模塊。該方法包括以下步驟以等時間間隔同步採集轉速脈衝信號和振動信號；定位脈衝上升沿或下降沿時刻序列，依此計算轉速序列，並按脈衝序列將對應的振動信號劃分為振動信號段，並截取成風輪旋轉整周期的振動信號序列；對各個整周期振動信號序列進行插值復採樣，對復採樣得到的振動信號進行指定轉速下的時間延拓，得到指定轉速的整周期連續振動信號並進行頻譜分析。本發明可直接獲得利於分析的波形圖譜，為風電機組轉子振動信號分析和故障診斷提供依據。
文檔編號G01H17/00GK102661786SQ20121015988
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月22日 優先權日2012年5月22日
發明者於遲, 楊懷宇, 程慶陽, 蘇寶定, 董禮 申請人:國電聯合動力技術有限公司