摘要
摘要
风力发电机的齿轮箱是风电机中最重要的机械部件之一，其主要功能是在风力作用下，将风轮产生的机械能传递给发电机，尤其对于大型风力发电机机组而言，风电机的主要故障来源之一就是齿轮箱，因此保证风电机齿轮箱正常运行极为重要。本文以大型风力发电机的齿轮箱为监测与诊断的对象，研究并开发了基十振动信一号处理的大型风力发电机的齿轮箱故障诊断专家系统。文中以振动加速度传感器、电荷放大器以及 NlUSB9215A便携式数据采集器等仪器构建数据采集系统。为进一步确定了专家系统的知识库内容，对齿轮箱发生故障的特征进行研究，依托大量的实验数据，比较并总结前人使用过的各种诊断方法，最终确定峭度指标进行二次分析从而确定监测特征值，通过能量比重谱法确定故障特征值，然后利用BP神经网络对专家系统推理机进行设计，然后进行仿真试验，从而证明了大型风电机的齿轮箱故障诊断专家系统的有效性和正确性。为了更好的构造出故障诊断专家系统，本文采用UML建模语言，并结合MATLAB7.0和 visualBasie6.0完成了专家系统的软件部分设计。最后通过大量试验验证了大型风力发电机的齿轮箱故障诊断专家系统能有效且准确地对大型风力发电机的齿轮箱进行状态监测与故障诊断。
关键词:大型风力发电机;齿轮箱;专家系统;故障诊断
I
Abstract
Fault Diagnosis of Large-scale Wind T urbine
Abstract
As gearbox Play an important role in the mechanical drive system of wind turbine，Its main function is that the generated mechanical Power transfer to the generator and the corresponding speed under the action of wind turbines in the wind，thus ensuring the normal operation of wind turbine gearbox is extremely important.And the type of large-scale wind turbine gear box is the subject in this paper.Based on signal analysis.Expert system about state monitoring and fault diagnosis of the wind turbine gear box is developed successfully.The data acquisition system is composed of vibration acceleration transducers ,charge amplifier and NlUSB9215A-DAQ Card and other instruments.And the knowledge base of expert system is established by the characters of signal when faults happen in the wind turbine gearbox.Based on a large number of experimental data，the character of state monitoring is gained from second analysis of kurtosis value and the character of fault diagnosis is consist of energy proportion spectrum of the data.By using BP neural network，the gray relational theory and D-S evidence theory，the inference engine of expert system is designed successfully .The validity and correctness of these principles applied to fault diagnosis are established by simulation·In this paper，the structure of the expert system is devised by the tools of UML，computer Assistant Software Engineering,MATLAB7.0and VisualBasic6.0.Finally,the experiment shows validity and correctness of the expert system applied to the fault diagnosis of large-scale wind turbines gearbox.
Keywords:Large-scale;Wind Turbine;Gearbox;Expert System;Fault Diagnosis
II
目录
目录
摘要........................................................................................................................... I Fault Diagnosis of Large-scale Wind Turbine.........................................................II Abstract.......................................................................................................................II 目录........................................................................................................................ III 第1章绪论. (1)
1.1 选题的背景 (1)
1.2研究的目的与意义 (1)
1.3 国内外研究现状 (2)
1.3.1 风机组齿轮箱故障诊断技术的研究现状 (2)
1.3.2故障诊断专家系统的研究现状 (4)
1.4本文的主要研究内容 (5)
第2章风机齿轮箱监测与诊断的理论研究 (6)
2.1 专家系统的概述及其结构 (6)
2.2风电机齿轮箱状态监测与故障诊断专家系统分析 (7)
2.2.1知识库结构 (7)
2.2.2推理机的结构 (8)
2.2.3风电机齿轮箱的结构知识确定 (9)
2.3风电机齿轮箱信号特征值 (11)
2.3.1风电机齿轮箱监测特征值的选定 (11)
2.3.2风电机齿轮箱故障特征值的选定 (14)
2.4专家启发知识的确定 (17)
2.4.1监测特征值阑值的确定 (17)
2.4.2标准故障样本的确定 (20)
2.5推理机原理分析及仿真 (21)
III
目录
2.5.1Bp(Back-propagation)神经网络 (21)
第3章风机的齿轮箱监测与诊断硬件系统的设计 (26)
3.1风电机齿轮箱故障诊断专家系统的需求分析 (26)
3.2风电机齿轮箱故障诊断专家系统的硬件设计 (26)
第4章风机齿轮箱监测与诊断软件系统的设计 (28)
4.1 UML建模简介 (28)
4.2基于COM组件的VB与MATLAB接口编程 (28)
4.2.1 VB与MATLAB接口编程方法 (28)
4.2.1基于C0M组件的VB与MATLAB接口编程实现 (30)
第五章风力发电机的齿轮箱监测与诊断实验验证以及分析 (35)
结论 (37)
致谢 (38)
附录A 实验结果诊断 (43)
IV
第一章绪论
第1章绪论
1.1 选题的背景
风是一种自然界中可再生、无污染而且储量巨大的能源。对风能的利用，特别是对我国沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网的农村和边疆，可作为解决生产和生活能源的一种可靠途径。风力发电机组中的齿轮箱是非常重要的机械部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速，通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电要求的转速，必须通过齿轮箱实现增速，因此也将风电机的齿轮箱称为增速箱[1-2]。
由于机组往往安装在高山、海岛、海滩、荒野等风口处，受没有规律的变向变载的风力作用和强阵风的冲击，常年遭受酷暑严寒和极端温差的影响，而且所处自然环境交通并不便利，齿轮箱安装在塔顶上的狭小空间内，故障一旦出现，修复起来非常困难，故对其可靠性及使用寿命的要求都比一般机械高，例如构件材料的要求，除了常规状态下机械性能外，还应该有低温状态下抗冷脆性等特性;保证齿轮箱工况平稳，防止振动与冲击;保证充分的润滑条件;对于冬夏昼夜温差较大的地区，要装配合适的加热和冷却装置，并设置监控点，监控运转和润滑状态等[3]。因此对风电机齿轮箱的运行状态和故障诊断的关注度也在不断上升。
1.2研究的目的与意义
本文中涉及的时域下的频域分析常规处理以及能量谱分析等，都是故障诊断领域中的经典问题，因此具有重要理论价值和学术价值。研究中涉及的BP神经网络是人工智能系统故障识别方法中精髓，在大型风电机齿轮箱故障诊断中的应用，对于传动系统的故障诊断理论体系具有积极推动作用。随着计算机技术、嵌入式技术及新兴虚拟仪器技术的发展，故障诊断装置仪器己经由最初的模拟式监测仪表发展为现在的基于计算机的实时在线监测与故障诊断系统和基于微机的便携式监测分析系统。此类系统止要有强大的信号分析功能，并且能够进行数据管理，能准确反映机器运行状态变化的各种信息，从而实现故障诊断。大型风力发电机的齿轮箱故障诊断系统可以实时的监测风电机齿轮箱的运行状况并预知故障，采取有效的措施将损失降到最低。本文采用UML建模语言，并结合MATLAB7.0和VisualBasie6.0完成的软件开发和接口编程，为此类故障诊断系统的设计开发提供了有效的参照。随着兆瓦级风力发电技术的成熟，风力发电机步入了大型化发展阶段。由于风力机装机容量的增大，其生产
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东北电力大学本科毕业论文
成本也随之上升，如果风力发电机一旦出现大的故障就会造成巨大的损失。风力发电受自然条件的影响较大，当出现特殊气象状况时会导致风电机组故障的发生，而整个传动系统的动力匹配和扭转振动的因素总是集中反映在齿轮箱这个薄弱环节上，因为加强对齿轮箱的研究，重视对其进行维护保养的工作显得尤为重要[4]。
本课题为结合国家自然科学基余项目《大型风力机关键部件的环境力行为与状态
退化机理研究》 (50975180)和《基于混沌理沦的旋转机械故障诊断技术研究》(50875175)设立的。其实际工程意义在于，通过研究和实现大型风力发电机的齿轮箱状态监测和故障诊断专家系统使风电机齿轮箱故障诊断向自动化方向发展，使设备维修有章可循，同时研究成果对于其他设备的故障诊断提供了重要的参考价值。
1.3 国内外研究现状
1.3.1 风机组齿轮箱故障诊断技术的研究现状
国外兆瓦级水平风力发电机组技术己经相当成熟，目前国内大都引进国外的技术，这也局限了国内自主创新的研发进度。随着对设备运行状态的健康状况关注，对各种设备故障诊断的研究逐渐成为热点，齿轮箱的故障诊断的研究也逐渐升温。风电机齿轮箱的故障诊断技术涉及信号分析处理、计算机、人工智能等众多领域的知识。目前对风电机齿轮箱的故障诊断研究主要集中在状态监测仪器和分析系统的开发、故障机理研究和典型故障特征的提取、诊断方法研究和人工智能的应用、振动信号处理与分析等方面[5]。
风电齿轮箱与其它工业齿轮箱相比，安装在狭小机舱内，距地面几十米甚至一百多米高，体积和重量对基础、机舱、塔架、机组风载和安装维修费用等都有密切关系,减小外形尺寸和重量尤为重要。再者由于维修不便且成本高，对可靠性的要求也极其苛刻，一般要求齿轮箱的设计寿命是20年。总体设计阶段应在满足工作寿命和可靠性的前提下，以小体积、小重量为目标进行传动方案优化;结构设计以满足空间限制和传递功率为前提，尽量使结构简单、运行可靠、维修方便;在运行中对齿轮箱运行状态(轴承振动、温度、油液温度等)进行实时监测并按规范进行日常维护;制造过程的每一环节应确保产品质量，兆瓦级及以
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第一章绪论
上机组的额定转速一般不超过20r/min，发电机的额定转速一般为1500或1800r/min，大型风电增速齿轮箱速比一般在75-100左右，为了减小齿轮箱体积，500kw以上的风机增速箱采用功率分流的行星传动;500kW-1000kW常见结构有2级平行轴+l级行星和1级平行轴+2级行星传动的两种形式;兆瓦级齿轮箱多采用2级平行轴+1级行星传动结构。
传统的振动信号的分析和处理方法有:时域波形统计特征值分析、幅值谱、功率谱、伯得图、细化谱分析、瀑布图、倒频谱分析等。发展出新的分析方法有:wigner-vile技术、小波分析、复调制带通滤波器解调、共振解调分析、短时傅立叶变换等，并且延伸出先进的研究成果和效益，运用实例有:林京等研究了机械振动信号小波处理技术;成琼提出基于高斯线调频小波变换诊断齿轮故障的新方法，用高斯线调频小波变换提取调制边频带的结构，用于识别齿轮故障模式，它比小波变换及其它时频分析方法有更强的非平稳信号的分析功能;唐德尧研究共振解调故障诊断技术的特性应用于铁路机车和客车车辆部件的故障诊断中。
故障诊断传统概念上主要依赖于各领域专家实现设备的故障诊断，随着智能技术以及专家系统技术的发展，故障诊断技术也向着自动化和智能化的趋势发展。灰色理论、模糊聚类、神经网络和数据融合等原理应用于齿轮箱的故障诊断中。尤其是BP神经网络故障诊断技术的应用，利用前向计算完成模式匹配与分类，分类的误差信息通过网络反向传播到自身，逐层的修改权值，实现权系数动态调整，再根据这些权系数进行故障诊断。应用实例有严新民在轴承早期故障诊断中运用了BP神经网络等。
随着风电机的设计制造技术的日趋完善和风力发电机投产数量不断增加，其运行、维护、检测、故障诊断等都将成为行业新增长点。风电机齿轮箱的研究也将成为一个极为重要的环节，齿轮箱的故障诊断课题研究有相当长远的前景。风电机齿轮箱故障诊断是一门实践性极强的技术，成功的自动诊断系统研制必需有两种结合:研制人员和从事现场实际诊断的工程技术人员的结合;推理机制
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东北电力大学本科毕业论文
与实际诊断思维方法、诊断信息的结合[8]:
(l)被诊断对象的工况与特征在实际中形式复杂，不像书本上那样的局限和明确，也不像模拟试验台的那样单一;
(2)人工诊断过程实际是一个错综复杂的思维推理过程，有正向和逆向推理，也有混合型推理，有与相关机组故障的类比，有与木机组历史状况的比对，现有的神经网络、专家系统只能部分模拟，欲建立接近人工分析诊断的自动推理机制，必须对实际情况有透彻的研究;
(3)人工诊断要用到多种类型的信息，有定量的振动数据、时域信息以及许多相关的制造、安装、调试、运行的历史状况、检修状况等非定量信息。应研究如何将这些信息融入到智能诊断系统中;
(4)在设计制造、安装运行以及检修机组方面，形成了特有的风格和规定，这决定了我国机组的故障类型、诊断思路、处理措施具有中国特色。状态检修中诊断技术的应用路径有:一是引进西方国家的先进商用软件，二是基于我国特点自行研发针对性强的软硬件系统。
1.3.2故障诊断专家系统的研究现状
1977年第5届国际人工智能大会上提出了“知识工程”概念，斯坦福大学教授认为知识是人工智能活动(理解和解决问题的能力以及学习的能力等)的根本。专家系统基于知识推理，是知识工程的典型范例，具有广阔的人工智能应用领域。
国内外的诊断推理方法有两类:人工智能专家系统和人工神经网络(简称神经网络。人工智能专家系统的标准构成是知识库、推理机和人机接口，人工神经网络是由大量简单的处理单元相互连接组成，当前应用最多的是前向多层神经网络(BP网络)，逐渐发展起的模糊神经网络是将神经网络和模糊数学相结合，即具有联想学习自适应性，又能进行模糊推理:信号分析方面正在进行分形和混沌分析、异常信息解调技术、恒百分比带宽分析(CPB)、最小误差分解谱(MVDS)、高频包络线分析、小波分析等方面的研究;状态分析故障诊断是状态检修的关键技术，对故障自动诊断的理论和方法的研究是十分必要的;状态检修为故障诊断提出了更高的要求，因此必须引入新的数学方法、状态评估方法和信号分析方法;残余寿命预测方面使用系统危险评估和概率诊断方法进行最优
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第一章绪论
化计算;对大型机组的状态监测、故障诊断不仅可用于轴系部件，还可使用到调速系统、通流部分等电气主设备[9]。
由于工作环境十分恶劣，风机会出现各种各样的故障，其中齿轮箱故障是风机最重要故障之一，对齿轮箱进行故障诊断极为有必要，并且可以通过状态监测和故障诊断的专家系统技术来避免或减少此类故障的发生，保证风电机的正常工作，充分的利用风力资源为人类服务。
1.4本文的主要研究内容
通过查阅相关要求和各种技术资料，分析并设计大型风力发电机的齿轮箱状态监测与故障诊断专家系统，最后通过实验对本专家系统的正确性进行验证。主要研究内容包括:
(l)分析齿轮箱齿轮和轴承故障诊断的一般动态信号处理方法，并归纳出适用于大型风力发电机的齿轮箱的方法以及其试验条件，通过试验并对结果进行分析，确定本专家系统的监测特征值和故障诊断特征值;
(2)故障诊断专家系统:BP神经网络和数据融合以及其应用，并将大型风力发电机的齿轮箱试验数据进行仿真，确定这些理论对于本文研究的大型风力发电机的齿轮箱故障诊断的有效性和准确性;
(3)设计出专家系统的结构，使用UML对本专家系统进行建模分析，并利用VISualBasic6.0编程完成界面平台的制作;
(4)利用COM串口技术实现了MATLAB7.0与visualBasic6.0接口编程。
文章结构如下:第一章简要介绍了大型风力发电机的齿轮箱故障诊断研究的背景及目的和意义，简述了风电机齿轮箱故障诊断的现状及专家系统发展历程。第二章详细阐述了风电机齿轮箱故障诊断专家系统的基本原理，并着重分析了本专家系统的知识库的结构和推理机内容，并提出了利用能量比重谱来确定故障诊断的特征值以及数据进行二次分析来提取监测特征值的方法。本文创新之处在于根据实际情况提出双重阈值的神经网络故障鉴别法。第三章说明了大型风力发电机的齿轮箱状态监测和故障诊断硬件系统的设计过程，并详细说明了系统的具体使用方法和实现效果。第四章介绍了大型风力发电机的齿轮箱状态监测和故障诊断软件系统的设计过程。第五章为实验及结果分析，第六章总结说明了大型风力发电机的齿轮箱状态监测和故障诊断专家系统的特点和不足。
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第二章风机齿轮箱监测与诊断的理论研究
第2章风机齿轮箱监测与诊断的理论研究
2.1 专家系统的概述及其结构
专家系统是依据人们在某一领域内的知识、技术和经验建立的解决问题和做决策的计算机软件系统，它能对复杂问题给出专家水平的结果。专家系统中包含大量亏家知识和经验，能够学习人类专家学习知识和解决问题的方法进行推理和诊断，模拟人类专家的决策过程并解决各领域的复杂问题。专家系统的基本结构:(l)知识库(Knowledge Base，简称KB)，(2)推理(Inference Engine)，(3)工作存储器(working Memory)，(4)人机接口(Man-Machine Interface)。其中，知识库和推理机是专家系统的核心;建立知识库的关键是采用什么知识表示方法能准确地表达领域知识;推理机的关键是确定不精确的推理方法;人机接口是一个用户窗口，一应能处理各种咨询问题。工作存储器是一个“黑板”，用于记录推理过程中的中间假设和结论。[10]上面给出的只是一个专家系统的基本结构，一个实用的设备故障诊断专家系统，除了包括上述四个组成部分外，一般还应包括设备数据库征兆事实库、信号分析程序、征兆获取程序、知识获取程序和故障处理程序等，根据系统的执行环境和任务特点来确定其结构。系统结构的选择直接关系到专家系统的实用性和效率。常见的专家系统的基本结构框图如图2.1所示。
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第二章齿轮箱监测与诊断的理论研究
图2.1 常见专家系统基本框图
其组成部分及其主要功能如下[11]:
(l)知识库
知识库是针对某一(或某些)领域问题求解的需要，采用某种(或若干)知识表示方式在计算机存储器中存储、组织、管理和使用的互相联系的知识片集合。这些知识片包括与领域相关的理论知识、事实数据，由专家经验得到的启发式知识，如某领域内有关的定义、定理和运算法则以及常识性知识等。知识库以某种数据结构存储领域专家的知识，知识获取可以采取人工获取或通过系统的自学功能。
(2)推理机
推理机从本质是一段程序。推理机是专家系统中实现基于知识推理的部件，是基于知识的推理在计算机中的实现，主要包括推理和控制二个方面，是知识系统中不可缺少的重要组成部分。主要由执行器、调度器和一致性协调器等组成。调度器依据控制策略(用知识和算法描述)和黑板记录的信息从议程中选择一个动作供系统下一步执行。然后执行器利用知识库中的知识和黑板记录的信息，操作调度器选定的动作。一致性协调器的主要作用是当得到新数据或新假设时，对已得到的相关结果进行似然修正，以保证结果的前后一致性。
(3)解释模块
解释模块主要用于解释专家系统的行为，包括解释系统的工作情况、系统得出结论的过程等问题。
(4)人机接口
人机接口是专家系统与用户进行对话的界面。及时地将计算机处理和控制的情况显示出来，同时操作人员也可对计算机输入各种数据和命令并进行操作控制的界面。智能人机接口是为了建立和谐的人机交互环境，使人与计算机之间的交互能够像人与人机交互环境，使人与计算机之间的交互能够像人与人交流一样方便，从而提高人们对信息系统的应用水平。
2.2风电机齿轮箱状态监测与故障诊断专家系统分析
2.2.1知识库结构
知识库是风电机齿轮箱故障诊断专家系统中最关键的部分之一，它决定了故
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第二章风机齿轮箱监测与诊断的理论研究
障诊断专家系统的性能。风电机齿轮箱状态监测与故障诊断专家系统的知识来源于书刊文献、风电机齿轮箱的历史资料、风电机齿轮箱故障诊断领域的专家知识经验等。大型风力发电机的齿轮箱故障诊断专家系统知识库结构如图2.2所示，包括:风电机齿轮箱结构知识层、信号特征知识层和专家启发知识层。风电机齿轮箱结构知识层包括:风电机齿轮箱的结构和性能、输入和输出、各个零部件的工艺参数、测点的布置情况、计算得出的齿轮啮合频率、轴承外圈特征频率等故障特征的频率等;信号特征知识层表示诊断对象在运行过程产生的外部直接可观察和测量的信号(振动、噪声和温度等)，本专家系统主要是风电机齿轮箱状态监测与故障诊断特征值的选取，通过振动信号的时域统计分析确定监测特征值，通过频域能量比重谱来确定故障诊断的特征值;专家启发知识层表示故障、征兆和原因等直接相联系的专家启发式经验知识，主要包括:
故障阂值的确定、征兆与故障的联系以及风电机齿轮箱在正常工况和各种故障工况下的故障特征值样本[12]。
风机齿轮箱结构知识层风机出轮想的结构和性能
型号特征知识层可观测和测量的信号
专家齐发知识层故障特征值样本
2.2.2推理机的结构
推理机是用于控制和协调整个专家系统计算机程序，本文中设计的大型风电机的齿轮箱故障诊断专家系统是基于数值计算的专家系统，其推理机也是基于数值计算而进行的推理。推理机的基本结构如图2.2所示。在神经网络和灰色理论的指导下，输入待检故障的特征值，得出专家系统的诊断结论，数据处理后输入信息融合层并使用D一S证据理论比较分析两种诊断的结果，最终得出故障结论，本专家系统选择BP神经网络。
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第二章齿轮箱监测与诊断的理论研究
图2.2 推理机基本结构
2.2.3风电机齿轮箱的结构知识确定
本专家系统只针对大型风力发电机的齿轮箱设计的，并不适用于所有齿轮箱。大型风电机齿轮箱内部结构简化图如图2.3所示。可以看出大型风电机齿轮箱的传动部分由高速轴、中间轴、中间轴大齿轮、低速轴、低速轴大齿轮、太阳轮、行星架、行星轮、内齿轮和滚动轴承构成。实验中使用三相电机通过联轴器连接输入轴，利用变频器对转速进行调节，输出轴的负载由抱紧装置提供，本专家系统主要用于监测与诊断风电机齿轮箱的齿轮和滚动轴承的运行状态。
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第二章风机齿轮箱监测与诊断的理论研究
图2.3 风机齿轮箱内部结构
传感器和采集卡是专家系统硬件部分的关键。考虑到大型风力发电机齿轮箱转速不高和实验条件有限，选择压电式加速度传感器进行测量，将采集卡的最大采样频率设定为7000Hz。为了反映齿轮箱的实际运行工况，测点选择在轴承的最大承载区，并且将轴承座最大承载区磨平，并将刚度适中的刚块粘贴在轴承座上，用钢制螺栓将传感器固定，传感器的测点布置情况如图2.4所示，而加速度传感器可以按实验需求放置在任意测点位置上，也可同时测量各测点振动数据。
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第二章 齿轮箱监测与诊断的理论研究
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图2.4 风机齿轮箱测点布置图
2.3风电机齿轮箱信号特征值
大型风力发电机的齿轮箱状态监测与故障诊断的研究重点是确定监测特征
值与故障特征值。监测的特征值要显示风电机齿轮箱的仁作状态。故障特征值
要区分风电机齿轮箱的各种故障。
2.3.1风电机齿轮箱监测特征值的选定
监测特征值既要反映风电机齿轮箱的工作是否异常，还要计算方便且不受
齿轮箱各种工况的影响，即受转速和环境等的变化影响小。
以下分析状态监测与故障诊断的特征值选取过程，分析峭度指标、裕度指
标、峰值指标、波形指标和功率谱重心指标如下[14]:
（1）峭度指标： 4144/N i i x N k s ==∑ (2.1)
式中:N-表示数据长度，S-表示标准差。
峭度指标表示故障形成的大幅值脉冲出现的概率。它反映信号偏离正态分布
第二章 风机齿轮箱监测与诊断的理论研究
12
的程度，对信号的冲击成分敏感，并且其数值大小与输入轴转速、齿轮箱各零
部件尺寸以及负载无关。为了拉大脉冲响应与背景噪声的差距，从而提高信噪
比，取峭度系数为脉冲响应幅值的4次方作为判断依据，大大的提高了准确度。
(2)裕度指标: p
f r X C L x = （2.2）
式中:r x 表示方根幅值，表达式为: []11N r i
i x x N ==∑ （2.3）
裕度是指留有一定余地的程度，允许有一定的误差。
（3）峰值指标：
p f x C X =???? （2.4） 峰值是指在规定的时间范围内，时变量的最大值
(4)波形指标:
p f rm s x S x = （2.5） 式中:p x 为峰值，即某时刻振动幅值的最大值；
rms x 为有效值，反映了振动信 号能量的大小，其表达式为:
211N rms i i X x N ==∑ （2.6） 波形指标适用于点蚀类的故障，能提前预报早期故障和反映故障发展趋势。
(5)功率谱重心指标:
11N i i i cx N i i f p F p ===
∑∑ （2.7） 式中:i f 表示i 时刻的功率谱所对应的频率值;Pi 一表示i 时刻的功率谱幅值。
第二章齿轮箱监测与诊断的理论研究
功率谱估计是数字信号处理的主要内容之一，主要研究信号在频域中的各种特征，目的是根据有限数据在频域内提取被淹没在噪声中的有用信号。功率谱重心指标反映的是功率谱重心位置变化的程度。当出现故障的时候，频率的振动幅值将发生变化，会在很大程度上影响功率谱的重心位置[15]。
利用测得的数据分析这五个预选监测指标，选出一个指标作为监测指标。数据的实验背景如下:大型风力发电机齿轮箱机组1#和2#，输出轴转速分别为:900rpm、1200rpm，测试的故障状态有以下五种:齿轮Z5单齿磨损、齿轮25崩齿、测点7的轴承外圈剥落及内圈剥落、还有齿轮箱正常状态下的数据。因为实验所设故障都在测点7处，故选择测点7信号作为源信号。经过数据处理，结果如表2.1和表2.2所示。
表2.1 转速为900rpm时,测点7在各种工况下的特征值
工况峭度指标波形指标峰值指标裕度指标频谱重心指标崩齿19.1345 1.5245 19.4254 26.4517 457.6411
单齿磨损8.0476 1.4129 11.3648 11.9284 351.4587
内圈剥落8.0476 1.5241 9.8441 12.1465 384.4254
外圈剥落7.4601 1.4584 8.1648 10.2548 465.7254
正常 4.7647 1.6544 7.6471 8.3644 472.9941
表2.2 转速为1200rpm时,测点7在各种工况下的特征值
工况峭度指标波形指标峰值指标裕度指标频谱重心指标崩齿19.6182 1.4184 19.4815 27.4597 453.1853
单齿磨损9.7924 1.6478 11.6472 11.7522 386.6421
内圈剥落7.6241 1.6444 21.3564 25.9428 431.9421
外圈剥落 6.1244 1.5422 11.6451 11.5741 352.6444
正常 5.1488 1.3441 9.6452 8.9845 385.6451
由表2.1和表2.2可以看出，在转速变化时峭度指标比较稳定，波形指标变化太小，峰值指标和裕度指标有一些不稳定，而频谱重心变化没有规律。随后又重
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第二章风机齿轮箱监测与诊断的理论研究
复三次试验得出相同结论，故本一专家系统监测特征值选择峭度指标。
2.3.2风电机齿轮箱故障特征值的选定
故障特征值的选定影响风电机的齿轮和轴承的各种故障鉴别，所以必须要有良好的故障鉴别能力，可以分辨出齿轮和轴承的各种故障在信号分析中的特点。
可以通过对齿轮的特征频率分析达到齿轮的故障诊断，如图2.5(a)所示齿轮崩齿时，冲击脉冲频率为齿轮旋转频率，转频及其各阶谐波频率的呈现较高幅值。如图2.5(b)所示齿轮均匀磨损时，啮合频率及其谐波频率在频谱图位置不变，但幅值增加，而高次谐波频率增加较多。
a）崩齿 b）均匀磨损
由于实测的振动信号中掺杂有许多别的成分，例如齿轮箱的特征频率，工况状态以及载荷信息等，这些成分掩盖了齿轮和轴承的特征频率，如果出现冲击现象、调频调幅现象、非线性因素、共振现象以及祸合叠加等现象，齿轮和轴承的特征参数提取就更困难[16]。图 2.6(a)是大型风力发电机齿轮箱在转速为1200rpm，Z5齿轮发生崩齿故障时测点7的频谱图，图2.6(b)是大型风力发电机齿轮箱在转速为1200rpm，Z5齿轮发生均匀磨损故障时测点7的频谱图。图谱是由型号为1916的便携式测振仪直接测得，从图中可以看出别的成分将故障特征频率都掩盖了，受功率谱的频率分辨率限制，使计算机根本识别不出特征值频率，限制了使用特征频率进行精密故障诊断。
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第二章 齿轮箱监测与诊断的理论研究
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图2.7 风机齿轮箱崩齿和均匀磨损频谱图
利用时域同步平均可以去掉噪声等信号分量，提取有用周期信号。时域同步
平均法要拾取被分析信号和回转轴的时标脉冲，用于锁定各信号段的起始点，
采用频率跟踪技术，采样频率能够实时跟踪回转频率，并且是它的整数倍【17】。
但时域同步平均法对系统硬件要求过高，故未予以采用。而共振解调法通过获
取轴承和齿轮因故障碰撞而产生的冲击信号，利用谐振器和调制解调器得到与
故障特征频率相同的低频信号【18-19】。但共振解调法必须采用高频一谐振器以及
采样频率高达几十千赫兹的采集系统，故也未予以采用。
而能量谱分析法也被广泛运用到各种设备的故障诊断中。能量谱是用于描述
信号能量沿频率轴的分布情况，其表达式如下:
()2
E ff x t =???? (2.8)
齿轮传动系统的激励如果含有丰富频率成分，会影响系统输出信号的频谱结
构。当发生故障时产生的冲击激励会抑制和增强各频率成分。它会显著地抑制
某些频率成，增强另一些频率成分。如图2.7所示，大型风力发电机的齿轮箱在
输入转速为1200rpm 的情况下，正常工况齿轮和Z5崩齿，测点7内圈剥落故障
以及外圈剥落故障时的频谱。图中频谱的结构变化明显，因此当风电机齿轮箱
发生故障时，同频带信号的能量差别较大，某些频带的信号能量降低，而使一
第二章风机齿轮箱监测与诊断的理论研究
些频带的信号加大。因此，在各频率成分信号的能量谱包含丰富的故障信息，可以用能量谱识别故障类别。
图2.7正常与崩齿以及轴承内外圈剥落四种故障时振动信号的频谱由于原始信号与小波变换的能量是等价的，以下利用小波能量法改进能量谱方法得出能量比重谱。将OHZ一4000HZ频率域平均划分为8个频带,分别为:O-500、500-1000、1500-2000、2000-2500、2500-3000、3000-3500、3500-4000(Hz)，计算各频带的能量，并作归一化处理。归一化公式如下[20]:
16
齿轮箱结构原理及特点 齿轮箱是风机中的重要部件，其主要作用是将转子轴的旋转加速后带动发电机发电。 齿轮箱除传动部件外还包括检测系统、润滑系统、控制系统、加热系统、冷却系统等。 1.5MW风机使用的齿轮箱为两级行星齿轮传动一级平行轴齿轮传动。 一、行星轮齿轮传动 1.行星轮传动齿轮箱的优点： 1）体积小、质量小，结构紧凑，承载能力大 一般在承受相同的载荷条件下，行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿轮传动的1/2～1/5。 2）传动效率高 由于行星齿轮传动结构的对称性，使得作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力能互相平衡，从而有利于达到提高传动效率的作用。一般其效率值可达 0.97~0.99。 3）传动比较大， 在仅作为传递运动的行星齿轮传动中，其传动比可达到几千。而且行星齿轮传动在其传动比很大时，仍然可保持结构紧凑、质量小、体积小等许多优点。 4）运动平稳、抗冲击和振动的能力较强 由于采用了数个结构相同的行星轮，均匀地分布于中心轮的周围，从而可使行星轮与转臂的受力平衡。同时，也使参与啮合的齿数增多，故行星齿轮传动的运动平稳，抵抗冲击和振动的能力较强，工作较可靠。 2.行星齿轮传动的缺点是： 1）材料优质； 2）结构复杂；
3）制造和安装较困难。 3.行星齿轮工作原理 齿圈固定，行星架主动，太阳轮被动。 二、平行轴齿轮传动 为了方便线缆通过低速轴传递到轮毂内，必须将高速轴与低速轴分开，所以齿轮箱的第三级采用平行轴齿轮传动。 三、齿轮箱与转子轴联结 锁紧套结构及原理：
转子轴传入轴套后锁紧螺栓，外环移动对内环产生压力，内环和轴套变形从而使轴套与转子轴间产生预紧压力，安全可靠的传递动力 锁紧套连接的特点： 1. 定心精度高。 2. 安装简单，无需加热、冷却或加压设备。 3. 可传动重载，适合动载荷。连接件没有键槽削弱，靠摩擦力传动， 没有相对运动。 4. 有安全保护作用。 过载后转子轴与轴套相对滑动，从而保护齿轮 箱、发电机等免受损坏。
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低温状态下抗冷脆性等特性；应保证齿轮箱平稳工作，防止振动和冲击；保证充分的润滑条件，等等。对冬夏温差巨大的地区，要配置合适的加热和冷却装置。还要设置监控点，对运转和润滑状态进行遥控。 不同形式的风力发电机组有不一样的要求，齿轮箱的布置形式以及结构也因此而异。在风电界水平轴风力发电机组用固定平行轴齿轮传动和行星齿轮传动最为常见。 如前所述，风力发电受自然条件的影响，一些特殊气象状况的出现，皆可能导致风电机组发生故障，而狭小的机舱不可能像在地面那样具有牢固的机座基础，整个传动系的动力匹配和扭转振动的因素总是集中反映在某个薄弱环节上，大量的实践证明，这个环节常常是机组中的齿轮箱。因此，加强对齿轮箱的研究，重视对其进行维护保养的工作显得尤为重要。 第二节设计要求 设计必须保证在满足可靠性和预期寿命的前提下，使结构简化并且重量最轻。通常应采用CAD优化设计，排定最佳传动方案，选用合理的设计参数，选择稳定可靠的构件和具有良好力学特性以及在环境极端温差下仍然保持稳定的材料，等等。 一、设计载荷 齿轮箱作为传递动力的部件，在运行期间同时承受动、静载荷。其动载荷部分取决于风轮、发电机的特性和传动轴、联轴器的质量、刚度、阻尼值以及发电机的外部工作条件。 风力发电机组载荷谱是齿轮箱设计计算的基础。载荷谱可通过实测得到，也可以按照JB/T1030 0标准计算确定。当按照实测载荷谱计算时，齿轮箱使用系数KA＝1。当无法得到载荷谱时，对于三叶片风力发电机组取KA=1.3。 二、设计要求 风力发电机组增速箱的设计参数，除另有规定外，常常采用优化设计的方法，即利用计算机的分析计算，在满足各种限制条件下求得最优设计方案。 （一）效率 齿轮箱的效率可通过功率损失计算或在试验中实测得到。功率损失主要包括齿轮啮合、轴承摩擦、润滑油飞溅和搅拌损失、风阻损失、其它机件阻尼等。齿轮的效率在不同工况下是不一致的。 风力发电齿轮箱的专业标准要求齿轮箱的机械效率应大于97%，是指在标准条件下应达到的指标。 （二）噪声级 风力发电增速箱的噪声标准为85dB（A）左右。噪声主要来自各传动件，故应采取相应降低噪声的措施： 1. 适当提高齿轮精度，进行齿形修缘，增加啮合重合度； 2. 提高轴和轴承的刚度； 3. 合理布置轴系和轮系传动，避免发生共振； 4. 安装时采取必要的减振措施，将齿轮箱的机械振动控制在GB/T8543规定的C级之内。（三）可靠性 按照假定寿命最少20年的要求，视载荷谱所列载荷分布情况进行疲劳分析，对齿轮箱整机及其零件的设计极限状态和使用极限状态进行极限强度分析、疲劳分析、稳定性和变形极限分析、动力学分析等。分析方法除一般推荐的设计计算方法外，可采用模拟主机运行条件下进行零部件试验的方法。 在方案设计之初必须进行可靠性分析，而在施工设计完成后再次进行详细的可靠性分析计算，其中包括精心选取可靠性好的结构和对重要的零部件以及整机进行可靠性估算。 本月热门 ·语文教学论文集语文论文·毛泽东军事思想来源论略_·电子商务与物流_电子商务·建立科学有效的绩效管理体·浅谈小学一年级数学教学数·突围三农：求教马克思_经·锁定高效沟通管理_管理理·音乐课应重视音乐欣赏论·小学低年级识字教学浅谈语·网络营销市场每周分析摘要·小学一年级语文数学试卷集·德育“六化”_德育论文 ·初中学生期末评语300条_班·试论旅游资源的开发与保护·“做个守纪律的学生”主题 本日热门 ·浅谈小学一年级数学教学数·小学低年级识字教学浅谈语·音乐课应重视音乐欣赏论·突围三农：求教马克思_经·初中学生期末评语300条_班·试论大学生体育能力及其培·社交礼仪 ·全面预算发展趋势——战略·学会宽容_思想道德论文·如何创建学习型组织 ·目前国内经济形势与建立社·“做个守纪律的学生”主题·小学一年级数学试题库 ·探究──小学科学教育的灵·在企业各层级建立领导力
辽源职业技术学院 毕业综合实训报告 题目：矿井通风设计 专业班级: 设计人: 指导人: 20XX年X月XX日
目录一、矿井通风设计的内容与要求 5 （一）矿井基建时期的通风 5 （二）矿井生产时期的通风 5 （三）矿井通风设计的内容 6 （四）矿井通风设计的要求7 二、优选矿井通风系统7 （一）矿井通风系统的要求7 （二）确定矿井通风系统8 三、矿井风量计算8 （一）矿井风量计算原则8 （二）矿井需风量的计算8 1.采煤工作面需风量的计算8 2.掘进工作面需风量的计算11 3.硐室需风量计算13 4.其他用风巷道的需风量计算机14 四、矿井通风总阻力计算15 （一）矿井通风总阻力计算原则15 （二）矿井通风总阻力计算15 五、矿井通风设备的选择16
（一）主要通风机的选择17 六、概算矿井通风费用21
前言 通风是关系到煤矿生产安全的重要环节。确保通风系统的稳定可靠，要做到随矿井生产变化即时进行通风系统改造与协调，严格控制串联通风，强化局部通风管理，杜绝局部通风机无计划断电，做到通风系统正规合理、可靠、稳定.
矿井通风设计是整个矿井设计内容的重要组成部分，是保证安全生产的重要环节。因此，必须周密考虑，精心设计，力求实现预期效果。 第一章矿井通风设计的内容与要求 矿井通风设计的基本任务是建立一个安全可靠、技术先进经济的矿井通
风系统。矿井通风设计分为新建或扩建矿井通风设计。对于新建矿井的通风设计，既要考虑当前的需要，又要考虑长远发展的可能。对于改建或扩建矿井的通风设计，必须对矿井原有的生产与通风情况做出详细的调查，分析通风存在的问题，考虑矿井生产的特点和发展规划，充分利用原有的井巷与通风设备，在原有基础上提出更完善、更切合实际的通风设计。无论新建、改建或扩建矿井的通风设计，都必须贯彻党的技术经济政策，遵照国家颁布的矿山安全规程、技术规程、设计规范和有关的规定。 矿井通风设计一般分为两个时期，即基建时期与生产时期，分别进行设计计算。 第一节矿井基建时期的通风 矿井基建时期的通风指建井过程中掘进井巷时的通风，即开凿井筒（或平硐）、井底车场、井下硐室、第一水平的运输巷道和通风巷道时的通风。此时期多用局部通风机对独头巷道进行局部通风。当两个井筒贯通后，主要通风机安装完毕，便可用主要通风机对已开凿的井巷实行全压通风，从而可缩短其余井巷与硐室掘进时局部通风的距离。 第二节矿井生产时期的通风 矿井生产时期的通风是指矿井投产后，包括全矿开拓、采准和采煤工作面以及其他井巷的通风。这时期的通风设计，根据矿井生产年限的长短，又可分为两种情况： （1）矿井服务年限不长时（大约15至20年），只做一次通风设计。矿井达产后通风阻力最小时为矿井通风容易时期；矿井通风阻力最大时为困难时期。依据这两个时期的生产情况进行设计计算，并选出对此两个时期的通风皆为适宜的通风设备。 （2）矿井服务年限较长时，考虑到通风机设备选型，矿井所需风量和风压的变化等因素，又需分为两个时期进行通风设计。第一水平为第一期，对该时期内通风容易和困难两种情况详细地进行设计计算。第二期的通风设计只做一般的原则规划，但对矿井通风系统，应根据矿井整个生产时期的技术经济因素，作出全面的考虑，以使确定的通风系统既可适应现实生产的要求，又能照顾长远的生产发展与变化情况。 矿井通风设计所需要的基础资料如下：
1.5MW 安全注意事项安全注意事项：： 1、 严格按照公司现场风机安 2、 进行任何电气操作时， 3、 进行24VDC 信号线路检查电，以免造成次生故障。故障1:轮箱油温超限error_g 控制原理控制原理：： 1）油温<5℃,加热2）低速轴转速低速； 3）低速轴转速4）油温>50℃5）油温>60℃6）油温>60℃温<65℃，空冷风扇停7）油温>80℃ 触发条件触发条件：： 当齿轮箱油温超 原因分析原因分析：： 1、 齿轮箱散热器堵 齿轮箱散热量的交换，现场致散热器堵塞严变高。 MW 机组频发故障处理方案 ———【风机安全作业规范进行消缺维护工作。 ，要严格遵守“先断电，再验电，确保无人再路检查时，一定要将控制柜内230VAC400VAC/6 ror_gearbox_oil_temperature_ gearbox_limi 加热器启动，> 5℃时3分钟之后，加热器停转速>1.2rpm 或风机进入运行、发电、停机状态且转速>10.5rpm 或油温>40℃------ >高速； ℃，水泵启动，直到<45℃，水泵停止； ℃，水空风扇启动,直到<55℃，水空风扇停止℃或轴温>70℃，空冷风扇（高速）启动，直到风扇停止； ℃，风机进入故障停机模式； 油温超过80度，并持续5秒后，触发此故障热器堵塞 箱散热器在齿轮箱油温散热中起到至关重要的作现场风机由于长时间运行加之风场环境恶劣堵塞严重，造成热量不能有效的进行交换，最终【齿轮箱系统】 无人再送电”守则。 VAC/690VAC/24VDC 断 _limit_max 热器停止； 状态且油温> 5℃ ---- >停止； 直到油温<50℃或轴故障。 要的作用，主要完成热恶劣（风沙、毛絮）导最终造成齿轮箱油温
酒泉职业技术学院 毕业设计 题目：风力发电机组偏航系统的控制学院：酒泉职业技术学院 班级： 10级风电（1）班 姓名：李世辉 指导教师：赵玉丽 完成日期： 2012 年 12 月 20 日
摘要 随着社会经济的发展，人们对电的需求日益提高。以石油、煤炭、天然气为的常规能源，不仅资源有限，而且还会在使用中造成严重的环境污染。在我们进入21世纪的今天，世界能源结构正在孕育着重大的转变，即由矿物能源系统向以可再生能源为基础的可持续能源系统转变。风能作为取之不尽，用之不竭的绿色清洁能源己受到全世界的重视，而风力机的偏航系统能使风能得到更好的利用，所以偏航系统的设计非常的重要。 本设计首先分析了偏航系统的工作原理，然后以三菱PLC作为控制器，触摸屏为监控器，设计了硬件系统模块，整个硬件系统采用了闭环控制，并说明了开环控制的缺点。根据偏航控制要求，设计了自动对风控制算法，自动解缆控制算法，90°背风控制算法，不仅提高了风能利用率，增大了发电效率，而且还保证了整个系统的安全性、稳定性,让风力发电机更好的运行。 关键词：偏航系统硬件设计自动对风自动解缆
目录 摘要 (1) 第一章概述.......................................................错误！未定义书签。 1.1 设计背景 (2) 1.2 设计研究意义 (2) 1.3 国内外风力发电概况 (2) 1.3.1 世界风电发展 (2) 1.3.2 我国风电发展 (3) 第二章偏航控制系统功能简介和原理 (3) 2.1 偏航控制系统的功能............................................错误！未定义书签。 2.2 风力发电机组偏航控制原理......................................错误！未定义书签。 第三章偏航系统的控制过程.........................................错误！未定义书签。 3.1 自动偏航控制..................................................错误！未定义书签。 3.1.1 自动偏航传感器ASS状态...................................错误！未定义书签。 3.1.2 参数说明和电机运行状态...................................错误！未定义书签。 3.1.3 偏航控制流程图..........................................错误！未定义书签。 3.1.4 偏航电机电气连接原理图..................................错误！未定义书签。 3.1.5 偏航对风控制PLC程序....................................错误！未定义书签。 3.2 90°侧风控制................................................错误！未定义书签。 3.3 人工偏航控制.................................................错误！未定义书签。 3.4 自动解缆控制.................................................错误！未定义书签。 第四章总结 (5) 参考文献 (12) 致谢 (13)
齿轮箱结构原理 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
齿轮箱结构原理及特点 齿轮箱是风机中的重要部件，其主要作用是将转子轴的旋转加速后带动发电机发电。 齿轮箱除传动部件外还包括检测系统、润滑系统、控制系统、加热系统、冷却系统等。风机使用的齿轮箱为两级行星齿轮传动一级平行轴齿轮传动。 一、行星轮齿轮传动 1.行星轮传动齿轮箱的优点： 1）体积小、质量小，结构紧凑，承载能力大 一般在承受相同的载荷条件下，行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿轮传动的1/2～1/5。 2）传动效率高 由于行星齿轮传动结构的对称性，使得作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力能互相平衡，从而有利于达到提高传动效率的作用。一般其效率值可达~。 3）传动比较大， 在仅作为传递运动的行星齿轮传动中，其传动比可达到几千。而且行星齿轮传动在其传动比很大时，仍然可保持结构紧凑、质量小、体积小等许多优点。 4）运动平稳、抗冲击和振动的能力较强 由于采用了数个结构相同的行星轮，均匀地分布于中心轮的周围，从而可使行星轮与转臂的受力平衡。同时，也使参与啮合的齿数增多，故行星齿轮传动的运动平稳，抵抗冲击和振动的能力较强，工作较可靠。 2.行星齿轮传动的缺点是： 1）材料优质； 2）结构复杂； 3）制造和安装较困难。 3.行星齿轮工作原理 齿圈固定，行星架主动，太阳轮被动。
二、平行轴齿轮传动 为了方便线缆通过低速轴传递到轮毂内，必须将高速轴与低速轴分开，所以齿轮箱的第三级采用平行轴齿轮传动。 三、齿轮箱与转子轴联结 锁紧套结构及原理：
转 子轴传入轴套后锁紧螺栓，外环移动对内环产生压力，内环和轴套变形从而使轴套与转子轴间产生预紧压力，安全可靠的传递动力 锁紧套连接的特点： 1. 定心精度高。 2. 安装简单，无需加热、冷却或加压设备。 3. 可传动重载，适合动载荷。连接件没有键槽削弱，靠摩擦力传动，没有相对 运动。 4. 有安全保护作用。 过载后转子轴与轴套相对滑动，从而保护齿轮箱、发电 机等免受损坏。
目录 1.引言 (1) 2.离心式通风机的结构及原理 (3) 2.1离心式风机的基本组成 (3) 2.2离心式风机的原理 (3) 2.3离心式风机的主要结构参数 (4) 2.4离心式风机的传动方式 (5) 3.离心式通风机的设计 (5) 3.1通风机设计的要求 (5) 3.2设计步骤 (6) 3.2.1叶轮尺寸的决定 (6) 3.2.2离心通风机的进气装置 (13) 3.2.3蜗壳设计 (14) 3.2.4参数计算 (20) 3.3离心风机设计时几个重要方案的选择 (24) 4.结论 (25) 附录 (25)
摘要 离心式通风机的设计包括气动设计计算，结构设计和强度计算等内容。离心式通风机 的气动设计分相似设计和理论设计两种方法。相似设计方法简单，可靠，在工业上广泛使用。 而理论设讲方法用于设计新系列的通风机。本文在了解离心通风机的基本组成，工作原理以 及设计的一般方法的基础上，设计了一种离心通风机。 关键字：离心式通风机工作原理设计方法 ABSTRACT The design of Centrifugal fan includes the calculation of aerodynamic and the structure etc. The aerodynamic design of Centrifugal fan has two kinds of methods: one is the likeness designs, the other is theoretical designs. Based on above, this article designed a Centrifugal fan based on above. Key words: Centrifugal fan; working principle; design method
本科毕业设计（论文） 题目SFF型离心通风机设计 学院机械工程学院 年级专业 班级学号 学生 校导师职称 校外导师职称 论文提交日期
本科毕业设计(论文)诚信承诺书 本人重声明：所呈交的本科毕业设计(论文)，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本人签名：日期： 本科毕业设计(论文)使用授权说明 本人完全了解常熟理工学院有关收集、保留和使用毕业设计(论文)的规定，即：本科生在校期间进行毕业设计(论文)工作的知识产权单位属常熟理工学院。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许毕业设计(论文)被查阅和借阅；学校可以将毕业设计(论文)的全部或部分容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业设计（论文），并且本人电子文档和纸质论文的容相一致。 的毕业设计(论文)在解密后遵守此规定。 本人签名：日期： 导师签名：日期：
SFF型离心通风机设计论文 摘要 伴随着社会快速发展的需要，风机在国民经济中的应用越来越广泛，因此风机的设计和制造不仅对风机领域的发展和技术的提高有着深远影响，而且风机设计中节能减排减震等的思想方案可以推广至各个生产领域。 根据通风机气体流动方向的不同，通风机可以分为离心式、轴流式、斜流式和横流式等类型。其中按应用围广泛程度来说，离心通风机因在矿井、锅炉、纺织、建筑物通风等众多场合均有涉及，所以应用远超其他类型通风机。本文献综述了在纺织机械中以三角胶带为传动方式的SFF型离心通风机的设计，该设计主要涵盖了离心通风机的工作原理、适用场合、发展现状、机械部分的组成等，以及分析了圆弧形前弯叶片的设计和小正方形法蜗壳型线的绘制等。考虑到通风机速度不高且伴有冲击，轴承座采用脂润滑结构，且整体设计中采取了加装整体减震支架的措施。 关键字：离心通风机三角胶带前弯叶片
酒泉职业技术学院 毕业论文 2012 级风能与动力技术专业 题目：风电机组振动监测与减振、 减噪措施分析 毕业时间：二〇一五年六月 学生姓名：马立东 指导教师：甄亮 班级：12级风能与动力技术（2）班 2014 年10月10日
目录 摘要 (1) 一、风力发电概述 (1) （一）风力发电的现状 (1) （二）风力发电机组存在的问题 (2) （三）风力发电机组振动监测的意义 (4) 二、风力发电机组齿轮箱振动测试与分析 (4) （一）齿轮箱振动测试 (4) （二）齿轮箱中主要故障及其原因分析 (5) （三）小结 (7) 三、风力发电机的减振、减噪措施 (8) （一）风力发电机组发电机减振器的研究 (8) （二）大功率风力发电机组齿轮箱减振支撑的结构特点与应用 (8) 四、总结 (11) 参考文献： (12) 致谢 (13)
风电机组振动监测与减振、减噪措施分析摘要：我国的风能资源丰富，储量居世界首位，为此我们应该大力开发，充分利用可再生能源。为改善我们的生活，更应该对新能源技术不断改进来大大提高能源的利用效率。本文重点分析了振动诊断和监测技术在风力发电机组状态监测，完成以下工作。由风力发电机组所受外部激振力及其自身结构特点，主要分析了风力发电机组整机系统与齿轮箱的振动特征。根据风力发电机组的振动特征，总结了几种风力发电机组振动诊断方法。通过对材料和其他技术的改进，来对风力发电机组进行减振、减噪处理。 关键词:风力发电机组；振动诊断；振动状态监测；减噪、减振 一、风力发电概述 （一）风力发电的现状 目前世界能源主要来自不可再生的能源，如:煤、石油、天然气和核能。这样的能源结构不仅导致能源的短缺，而且造成严重的环境问题。风能作为一种可再生清洁能源已越来越受到全世界各国政府的欢迎和重视。图1为各国的风机装机容量，全球的风能资源约为2.74x1012Kw，其中可利用的风能为2x1010KW，比地球上可开发利用的水能总量还要多10倍。2005年2月旨在限制温室气体排放量的《京都议定书》也已正式生效，这对世界风电行业的发展将会带来重大的影响。随着风电各项技术的成熟，风力发电在抑制二氧化碳排放可大大降低，稳定石油价格波动等能源问题上的优势将会越来越明显，在世界范围内风电行业正蓄势待发。
风力发电机齿轮箱润滑的四个误区 2015年8月6日张巍（海上小乐） 近年来，随着中国政府对于环境整治力度的不断加强，作为替代传统高能耗，高污染的燃煤发电的一种可再生能源，风力发电业的投资力度也持续加大。自2009年至2014年，平均新增风电装机容量超过1700万千瓦/年，平均新增机组台数10798台/年。截止2014年底，中国的风电累计装机容量达到1.14亿千瓦，累计装机台数达到76243台。未来中国风能产业规划的每年新增机组台数约为10000台，新增风电装机容量约为2000万千瓦，可谓发展一片大好，形势光明。 然而经常跑风场搞维护的朋友都会发现另一种状况，全国众多风场的新装国产双馈型风力发电机的运行稳定性并不高，频繁出现故障停机，售后检修及维护成本很高。这其中作为极易造成风力发电机组机械故障的润滑误区，我们不得不重视起来。根据2014年美国齿轮制造协会AGMA的统计数据显示，全球工业设备的故障发生率中大约75%是基于润滑不良或错误的润滑方式导致的。 如下图1所示，主流齿轮箱型风力发电机组的结构中，最主要的需要润滑的机械部件如下： l主齿轮箱（增速箱）； l回转主轴轴承； l变桨轴承及驱动减速箱； l偏航回转支承及驱动减速箱； l联轴器及刹车部分； l发电机； l循环液压系统； 这其中，主齿轮箱的初装用油量最大，不同机型齿轮油一次性初装量从200公升到800公升不等，是润滑的重中之重，也是最易产生润滑故障的主要部件。这其中有如下四个误区需要我们加以纠偏：
误区一，被动油浴式润滑足够满足风机主齿轮箱润滑要求； 传统被动油浴式润滑只能满足风机内部各个结构较为简单的驱动减速齿轮箱的润 滑要求，但是已经无法满足结构更为复杂，精密度更高的风机主增速齿轮箱的润滑 要求。所以需要逐步使用主动飞溅式润滑替代传统被动油浴式润滑。因为主动飞溅 式润滑可以有效提高同型号齿轮箱油的渗透性以及传动散热效果，润滑效果更佳， 也更容易冲刷掉各组齿轮啮合面上的摩擦机械杂质以及长期运转后产生的一些含 有腐蚀性的粘质胶状残留物。但是这种润滑方式需要配合效率更高的油路循环系统 以及更高精度的密封，否则极易造成齿轮油泄漏污染。 误区二，齿轮油加满为好，忽视油液位标尺； 为风机主齿轮箱加注齿轮油时如果加注过满，除了容易导致大家所熟知的油体渗漏 污染以及过度润滑造成的齿轮箱过热，更重要的是会造成高温工况下，油雾散发， 造成空间有限的风机机舱内部的油雾污染。另外，当机舱内温度降低后，油雾会大 量沉降在机舱内的各个机械及电气部件上，再遇高温时，极易造成电气短路甚至燃 烧事故。 误区三，只关注风机主齿轮箱齿轮油的粘温指数，却忽略其清洁度指标； 由于大部分风场的温差较大，加之风机长年工作在高空，所以很多风机厂家很重视 风机齿轮油的粘温指数，以期油体在高、低温工况下可以保持比较好的理化稳定性，粘度以及低温流动性，从而达到设计润滑要求。 但是很多厂家都忽略了主齿轮箱齿轮油的清洁度指标。油体清洁度的高低可以直接 影响到油品在高温工作状态下的腐蚀性胶体杂质产生的数量，也可以直接影响油体 在低温工况下的清净分散性，从而间接地影响到油体中游离酸碱物及油泥的产生。 目前大部分齿轮箱油供应商的风机主齿轮箱全合成齿轮油的NAS清洁度大致在 8~10的范围内，但这个范围值对于粘度小于100号的油品（如46号抗磨液压油） 是有效的，但是对于更高粘度的齿轮油（如150号，220号，320号齿轮油），这 个清洁度范围值并不能有效保证风机齿轮油在长期免维护的应用下油滤不堵塞，所 以将风机齿轮油的NAS清洁度范围值提高到5~6，将有效减少油滤堵塞报警以及 滤芯及滤筒表面粘质胶状杂质积聚物的堆积问题发生，也可以有效提高油品长期使 用后的稳定性，减少腐蚀性油泥的产生对于齿轮箱内部金属材料以及漆面的腐蚀。 总而言之，油品清洁度不但是影响油品是否可以长期使用的重要指标，更是间接影 响油体变质以及粘度下降的重要参考指标之一。 误区四，长期使用后的主齿轮箱油是不是越清澈透明越好？ 齿轮箱油对于齿轮箱就好比人类身体里循环的血液，血液本身就是很有效的一种身 体清洁剂，从动脉血循环到静脉血，医生会告诉我们静脉血一般都比动脉血颜色更 深。因为动脉血就好比刚装进风机齿轮箱里的齿轮油，清洁度要高，抗氧化性很强， 但是通过机体循环后，静脉血中含有很多氧化物质和身体有害杂质，通过肝肾等过 滤排毒脏器后将体内有害物质排出体外。齿轮油也是需要具有比较好的清洗能力， 能够把齿轮箱内部长期运转后产生的机械杂质，各类氧化物以及化学积聚物从齿轮 和轴承的金属面上冲刷下来，避免它们给这些摩擦副运转时造成非正常磨损以及腐 蚀。所以长期使用后的齿轮油油样如果很清，并不能说明这个油品性能更好，相反 可能是该油品的清洗性和润滑性不良，所以最好结合使用过的油品酸碱度，中和值 和粘度对比其新油的相关出厂参考值以及PQ杂质含量来分析会更为准确。
南京铁道职业技术学院毕业论文 题目：苏州大学实训楼中央空调系统 作者：尹啸东学号： 421111146 系部：建筑设备工程系 专业：楼宇智能化工程技术 班级： 11宁系统维检301 指导者：刘光平讲师 评阅者： 2013 年 10 月
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目录 1 引言 (5) 2 设计概况 (6) 2.1 概况 (6) 2.2 本毕业设计课题任务的要求 (7) 2.3 设计原始资料 (7) 3 空调系统 (8) 3.1 空调系统的基本定义 (8) 3.2 空调系统方案的确定 (9) 3.3 新风系统的监视与控制 (10) 4 新风系统 (14) 4.1 新风机组的设计要求.............................................. - 14 - 4.2 风机盘管机组的选型.. (14) 4.3 新风系统的监视与控制 (16) 5 空调水系统设计 (17) 5.1 选择水系统形式 (17) 5.2 选择管材和管道直径 (17) 5.3 水系统管路的布置 (18) 5.4 空调水量计算及泵扬程 (19) 6 空调冷热源系统 (20) 6.1 冷源系统 (20) 6.2 热源系统 (24) 7 ......................................................................... 7 ........................................................................ 结论....................................................................... 致谢....................................................................... 参考文献................................................................... 附录A 各房间最大热湿负荷汇总............................................................................................
电力电子 ? Power Electronics 50 ?电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering 1 齿轮箱油温过高的可能原因 1.1 风冷器可能故障 1.1.1 风冷器自身故障 如电线短路、断路、电机烧坏等导致风扇不运转 1.1.2 灰尘影响风冷器散热 散热片上大量的灰尘覆盖会影响风冷器的散热，导致润滑油冷却不足1.1.3 风冷器的接线错误 接线错误会导致风扇反转，会导致风向相反，影响散热 1.2 润滑系统到油分配器、冷却器的油管接反过滤器的两个出口分别标示了到齿轮箱或者到冷却器，温度较低时直接进入油分配器，温度较高时进入冷却器。如油管接反则高温油不经过冷却器冷却，必然会产生油温过高。将油管按正确要求安装即可解决 1.3 润滑系统的压力阀或温控阀错误 在过滤器与齿轮箱油管连接无误的情况下，当油温超过55C 过滤器到油分配器的管子仍有流油的情况下（判断方法：摸该油管，如温度与分配器的温度一致或者有油流动的振动感则说明该油管有油流过），说明过滤器的温控阀存在问题。可以像润滑系统厂家或技术部进行咨询，更换温控阀。如果是英德诺曼的压力阀问题会比较困难，需要几方共同解决。 1.4 溢流阀问题 溢流阀作为泄压元件，应在齿轮箱油温低、压力高的时候才会发生作用。目前发现有油温高溢流阀仍然流油的情况，这样经过冷却的油量会减少，部分的油未经冷却直接回齿轮箱，导致整体冷却不足，油温偏高。遇到油温高、压力低而溢流阀又开启的情况，应及早与润滑系统厂家联系解决。 2 高速轴轴承温度过高原因分析 2.1 轴承进油量不足 打开后箱观察盖检查轴承的出油情况，如出油很少则说明轴承的进油量不足。出现的原因主要有四点：1）进油孔设计太小导致进油不足；2）箱体进油孔与进油环进油槽错位； 文/靳晓东 【关键词】风机齿轮 漏油 油温高 改进 3）油孔被杂质堵塞导致油量减少；4）进油孔油路未钻通。根据实际情况检查是否为以上原因，并进行相应的处理。 2.2 轴承径向游隙过小 轴承的运转必须保证一定的径向游隙。当游隙过小时会导致滚子和滚道憋劲的现象，大量发热而导致温度上升。这种情况比较少见，可以用塞尺检测轴承上端的径向游隙。 2.3 齿轮喷油不足 齿轮喷油不足或者油孔没有对准齿轮，会导致齿轮温度高，继而热量传导至距齿轮较近的轴承处使轴承温度偏高。 2.4 油温过高 冷却不足的情况下油温过高，使高速轴承温度不能有效的卸去，导致轴承温度过高。 2.5 油温过低 油温过低也容易造成高速轴轴承温度过高，润滑油在低温的情况下粘度很大，通过进油孔的油会变得很少，而且粘度高的油液流动性很差，导热的能力也会差很多，导致轴承温度越来越高，造成恶性循环。该情况主要反映在冬季以及水冷润滑系统的齿轮箱上，例如海装辉腾锡勒的FL2000H 轴承温度高的案例。 2.6 轴承损坏 轴承的损坏会使滚子运行不平稳，特别是高速轴轴承转速很高的情况下会大量发热。 2.7 摩擦或盘根过紧 零件干涉摩擦以及盘根安装过紧都会产生大量的摩擦热，使轴承温度升高。 3 齿轮箱存在的问题分析及对策 3.1 齿轮齿面上有磕碰伤造成响声 情况：该问题主要反映在整机生产厂家的总装厂试验台，该种异响的特点：响声频率稳定，单向有异响，反向旋转无异响，可以通过计算低速轴的转速和异响的频率关系来确定异响发生的具体位置原因：装配过程中出现磕碰，由于公司在试验质量把关上存在纰漏，有极少量的齿轮箱可能会出现这样的问题。处理：根据分析结果仔细寻找相关齿轮齿面上的碰伤处，寻找时应将齿面上的油擦拭干净，以免影响手感。碰伤主要存在于齿顶及齿廓两侧。 案例：2011年集宁风电总装厂及2010年国电保定总装厂。 3.2 齿轮自身周节误差过大造成的异响情况：该问题同样反映在整机生产厂家的总装厂，该种异响的特点：响声频率稳定，双向旋转均异响；原因：齿轮加工造成的相邻齿周节变化过大产生的异响。可以通过速比关系查找问题齿轮的齿轮检测报告； 处理：除可取出的高速轴外现场无法处理，只能回公司进行更换返修。3.3 摩擦干涉的异响 情况：该问题出现在维修车间的几率较大，盘车不动或者盘车困难，试车时发出摩擦声。风场出现的原因一般为甩油环和端盖干涉，伴随着相关部位的异常发热现象； 处理：找出干涉摩擦的部件，对零件进行返修加工或者进行紧固处理。3.4 轴承自身问题造成的异响 情况：当出现的响声是嗡嗡声且频率较快、齿面检查正常、用速比关系计算出不是齿轮的问题时，那么极有可能就是轴承出现了问题；原因：轴承的内圈滚道或者滚子表面有凹痕会引起轴承运转不平稳，造成异响； 处理：仔细检查轴承滚道和滚子，发现有问题更换轴承。 案例：通辽宝龙山F2458异响。3.5 齿轮长期停放锈蚀造成的异响 情况：一对齿轮副的两个齿轮上各有一个齿出现长条状锈蚀痕迹，其余齿完好； 原因：齿轮箱长期停放造成齿面锈蚀，运行不平稳产生异响； 处理：该锈蚀无法彻底消除，只能先用油石抛光，再后续跟踪； 案例：华创太阳山风电场、甘肃昌马F2394。 3.6 非齿轮箱自身原因的异响 情况：响声出现在低速端主轴或高速端刹车盘附近，经检查齿轮箱各部件完好仍有异响的情况，或者响声频率不与转速成正比；原因：低速端有可能是轮毂或者主轴轴承出现问题，高速段可能是联轴器或者电机找正偏差所致；处理：在反复查找齿轮箱确认没有问题的情况下，可以判断是其他部件出了问题，可以要求整机厂家对可能发生问题的部件进行查找。 3.7 漏油故障分析 漏油是齿轮箱传动系统中常见故障，漏油会影响齿轮、轴承等箱的润滑效果，使得各运动副零配件之间摩擦加剧，减少各零件的使用寿命。严重的漏油将使齿轮箱无法正常工作。齿轮箱漏油问题牵涉的方面很多，如设计、工艺、加工、装配、铸造等，产生漏油的原因很多，在实际设备维护中，要根据具体情况分析原因，再采取相应的排除方法。根据企业大量实际维修经验，齿轮箱漏油主要是因为以下几个原因：1.密封件损坏或装反导致接合面密封不严；2.相对运动零件尺寸配合间隙过大，或是因为长期运动磨损使得间隙过大；3.箱体铸件有气孔、砂眼等缺陷；4.工作温度太高或润滑油粘度太低；5.润滑油管变形或存在裂痕导致油管漏油。 参考文献 [1] 杨龙.多功能散热加油装置在氨分解罗 茨风机上的应用[J].通用机械,2010.[2] 王昕平.恢复R363罗茨风机的使用[J]. 有色冶金节能,2003. [3] 王多强.TRF300E 型罗茨风机维修与维护 [J].新疆有色金属,2011. [4] 李世颖.关于MGGA 型罗茨风机故障排除 及参数调整等有关问题的探讨[J].粮食与食品工业,1995. [5] 陈金英,常清峰,马卫东,李献平.RAS 罗茨风机修复及技术改进[J].冶金动力,2007. 作者单位 中广核风电有限公司内蒙古分公司 内蒙古自治区锡林浩特市 026000
毕业论文 姓名： 系：电气系 专业：风力发电安装与维护 题目：风力发电机组齿轮与风机日常维护指导者：
摘要 风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣，风电齿轮箱作为风电机组的核心部件，倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。但由于国内风电齿轮箱的研究起步较晚，技术薄弱，特别是兆瓦级风电齿轮箱，主要依靠引进国外技术。因此，急需对兆瓦级风电齿轮箱进行自主开发研究，真正掌握风电齿轮箱设计制造技术，以实现风机国产化目标。 本文设计的是兆瓦级风力发电机组的齿轮箱，通过方案的选取，齿轮参数计算等对其配套的齿轮箱进行自主设计。 首先，确定齿轮箱的机械结构。选取一级行星派生型传动方案，通过计算，确定各级传动的齿轮参数。对行星齿轮传动进行受力分析，得出各级齿轮受力结果。依据标准进行静强度校核，结果符合安全要求。 其次，基于Pro／E参数化建模功能，运用渐开线方程及螺旋线生成理论，建立斜齿轮的三维参数化模型。 然后，对齿轮传动系统进行了齿面接触应力计算。先利用常规算法进行理论分析计算。 关键词：风力发电，风机齿轮箱，结构设计，建模
Abstract The rapid development of wind power industry lead to the prosperity of wind power equipment manufacturing industry．As the core component of wind turbine，the gearbox is received much concern from related industries and research institution both at home and abroad．However, due to the domestic research of gearbox for wind turbine starts late，technology is weak，especially in the gearbox for MW wind turbine，which mainly relied on the introduction of foreign technology．Therefore，it is urgent need to carry out independent development and research on MW wind power gearbox，and truly master the design and manufacturing technology in order to achieve the goal of localization． This paper takes the wind power。The independent design of the gearbox matching for the wind turbine has been carried out by selecting the transmission scheme and calculating the gear parameters。 Firstly, the mechanical structure of gearbox is determined．The two-stage derivation planetary transmission scheme is selected．The gear parameters of every stage transmission is calculated．，and the force analysis results is obtained．The static strength check of tooth surface contact is implemented according to related standard．The result shows that it is accord with safety requirements． Secondly, the helical gear parametric model is established based on involutes curve equation and generation theory of spiral line by using the function of parametric modeling in Pro／E． Then, the tooth surface contact stress of the gear transmission is calculated． Key Words：the wind power ，Gearbox for Wind Turbine；Structure Design；Parametric Modeling
实用标准文案 摘要：时下模块化风机齿轮箱的可靠性是一个普遍存在的问题。为此，Maag 开发和试制了一种新型齿轮箱，在平衡刚度和柔性的基础上能更好地实现载荷的分配均匀，具有较小的应力和最佳齿轮接触模式。该设计的特点在于：把主轴载荷支撑在两个预紧的圆锥滚子轴承的齿轮箱输入端；将输入转矩的动力分配为两个行星齿轮传动级，同时减少齿轮上的单位载荷；另外，它适用于单壁行星架，且每个单壁行星架配备一排柔性的“集成式柔性销轴承”，以确保行星齿轮之间载荷均匀，且消除了双支撑行星架由于发生扭转变形而引起的不对中问题。如今，经过一年的场地试验，Maag 公司的其中一种PV齿轮箱已经在位于苏格兰奥克尼岛（Orkney Island）的全球最大风力开发项目中得到应用，并被证明非常成功。其应用结果将在本文中予以讲述。 前言：行星轮系的设计挑战 Maag 齿轮有限公司现将增速齿轮箱PV纳入风力发电机业务，其独特设计和不断改良的性能引发了工业界的广泛兴趣和持续关注。 在决定设计之前，Maag 认真地考虑了原始设备制造商和风电场运行人员提出的要求，了解了传动装置中可能发生的损坏形式。通过这些调查，还掌握到齿轮箱的特殊要求：·在某种程度上还没有充分了解其高动态载荷 ·驱动系和机架内的软结构会直接影响传动装置 ·风机恶劣的运行条件 从这些调查中得出的结论是：齿轮箱的可靠性问题必须通过引进新的、创造性的理念加以解决。 双支撑行星轮架的扭转变形 在当今的风电齿轮箱中，行星轮系的典型结构是采用销轴支撑双壁托架的两端，该设计方式有时被称作双支撑安装。见图1。每个行星齿轮处于一个固定的与邻近行星齿轮相关的位置，形成一个至少在径向和圆周方向具有相当刚性的排列。 精彩文档． 实用标准文案