[发明专利]一种变转速风电机组转子振动信号的变换分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及动力机械及信号处理技术领域，特别是涉及一种针对低速变转速变工况风电机组转子振动信号的变换分析方法。

背景技术

目前对风电机组振动信号的分析及处理方法的研究主要集中在齿轮箱和发电机的振动信号处理上。风电机组转子及主轴承是吸收和传递载荷的主要部件，作用在机组上的径向力、轴向力及弯矩等都先附加于风电机组转子系统上，这将引起转子的振动，而针对变速风电机组转子振动信号的处理研究尚属空白。

同时，风电机组是一个刚柔耦合的多体系统，其动力源是具有很强随机性和不连续性的自然风能。作用在风电机组上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷会使风电机组发生变形和振动，这会影响风电机组的正常运行，严重时会导致风电机组损坏。风电机组转子运转在低转速（一般<20rpm）、动载荷下，且转速不稳定，长期变工况运行，运行工况不同于普通旋转机械，振动信号为非平稳信号，因此，传统的转子振动信号分析方法难以直接应用，并有效提取到风电机组转子振动中的特征信息，这给风电机组转子振动信号的分析及故障诊断带来了困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种变转速风电机组转子振动信号的变换分析方法，使其可实现对风电机组转子振动信号的有效分析。

为解决上述技术问题，本发明一种变转速风电机组转子振动信号的变换分析方法，包括以下步骤：A.以等时间间隔同步采集风电机组转子振动信号和转速脉冲信号，采集时间超过8个风轮旋转周期或采样时长大于30s，其中，转速脉冲信号是在主轴上沿旋转角度等分采集；B.依据转速脉冲信号定位脉冲上升沿或下降沿时刻序列并据此计算转速序列，并按脉冲序列将对应的振动信号划分为振动信号段，截取成风轮旋转的整周期的时间长度；C.对截取的各个整周期振动信号分别进行插值复采样；D.对复采样得到的振动信号进行指定转速下的时间延拓，得到指定转速的整周期连续振动信号，保证指定转速在计算所得转速序列变化区间内；E.对得到的指定转速整周期连续振动信号进行分析。

作为本发明的一种改进，所述的步骤A中转速脉冲信号采集的等分点数不小于30。

所述的步骤A中转速脉冲信号采集是通过沿主轴旋转角度均布反光条或采用编码器实现。

所述的步骤B中，转速序列是采用零相移滤波器平滑转速波动后所得。

所述的步骤C中，插值复采样过程中选择具有线性相位的FIR数字低通滤波器进行抗混叠滤波，插值方法选择线性插值，并保证整个周期内每个相邻转速脉冲对应的振动信号段具有相同的采样点数。

所述的步骤E中所述的分析采用FFT分析。

采用这样的设计后，本发明主要考虑了风电机组转子低转速、变工况的运行特点，利用数据采集装置以等时间间隔同步采集转子振动信号及转速脉冲串信号，利用转速脉冲串信号将振动信号变换为指定转速下的整周期信号，通过这种变换，可以获得利于分析的波形图谱，利用常规的谱分析方法即可实现对风电机组转子振动信号的有效分析，为风电机组转子振动信号分析和故障诊断提供依据。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明转速风电机组转子振动信号的变换分析方法的示意图。

图2为本发明具体实施例的传感器安装位置示意图。

图3为本发明沿主轴周向均布反光条等相位采集转速脉冲的示意图。

图4为本发明具体实施例中同步采集振动信号的时域波形示意图。

图5为本发明具体实施例中同步采集转速信号的时域波形示意图。

图6为本发明具体实施例中利用零相移滤波平滑前的转速/时间曲线。

图7为本发明具体实施例中利用零相移滤波平滑后的转速/时间曲线。

图8为本发明具体实施例中信号整周期插值的复采样示意图。

图9为本发明具体实施例中对多个整周期振动信号变换前的时域图。

图10为对本发明具体实施例中多个整周期振动信号变换后的时域图。

图11为本发明具体实施例中信号变换前的时域波形图。

图12为本发明具体实施例中信号变换前的频谱分析图。

图13为本发明具体实施例中信号变换后的时域波形图。

图14为本发明具体实施例中信号变换后的频谱分析图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明变转速风电机组转子振动信号的变换分析方法，包括以下步骤。