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文檔簡介

基于LabVIEW的風(fēng)力機振動數(shù)據(jù)采集和信號分析一、引言

隨著科技的不斷發(fā)展和現(xiàn)代化的推進,風(fēng)能利用已逐步成為世界能源發(fā)展的熱點。風(fēng)力機作為一種利用風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置,其運行狀態(tài)的可靠性和安全性一直受到人們的關(guān)注。而振動數(shù)據(jù)采集和信號分析技術(shù)的應(yīng)用,可以為風(fēng)力機的運行維護提供重要的技術(shù)支持,對風(fēng)力機性能的分析和故障診斷具有重要意義。

本文介紹了基于LabVIEW的風(fēng)力機振動數(shù)據(jù)采集和信號分析技術(shù),包括實時數(shù)據(jù)采集、信號濾波、特征提取及故障診斷部分。通過采集風(fēng)力機的振動信號,利用信號分析技術(shù)提取振動信號的特征參數(shù),研究并分析了振動信號在風(fēng)力機故障診斷中的應(yīng)用。

二、風(fēng)力機振動信號的特點

因為風(fēng)力機在風(fēng)力作用下處于震動狀態(tài),所以風(fēng)力機振動信號具有以下特點:

1.非固定性。風(fēng)力機處于不同狀態(tài)時,振動信號的頻率、振幅和波形都會不同。

2.復(fù)雜性。風(fēng)力機振動信號受多種因素影響,如風(fēng)速、風(fēng)向、轉(zhuǎn)速等,所以振動信號是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)。

3.多變性。隨著風(fēng)力機使用時間的延長,其振動信號也會發(fā)生變化,故障類型和振動信號之間的關(guān)系也會發(fā)生變化。

4.多源性。振動信號可以來自不同的部件,如軸承、齒輪、發(fā)電機等,每個部件的振動信號都有所不同。

三、風(fēng)力機振動信號的采集系統(tǒng)設(shè)計

1.硬件系統(tǒng)

振動信號采集系統(tǒng)的硬件主要由四個部分組成:加速度傳感器、信號放大電路、數(shù)據(jù)采集卡和電腦。

(1)加速度傳感器:常用的傳感器有壓電陶瓷加速度傳感器和微機電系統(tǒng)(MEMS)加速度傳感器。其中,MEMS加速度傳感器體積小、功耗低,適合于安裝在振動系統(tǒng)的暴露部分,具有較好的動態(tài)性能和靈敏度,成為振動信號采集的首選。

(2)信號放大電路:為了提高采集信號的信噪比和動態(tài)范圍,傳感器的信號需要進行放大和濾波,以便更好地識別信號。建議采用低噪聲、高精度、大增益的運算放大器。

(3)數(shù)據(jù)采集卡:數(shù)據(jù)采集卡是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的設(shè)備,它可以將采集到的信號轉(zhuǎn)換為一個二進制串,存儲到計算機內(nèi)存或硬盤中。常用的數(shù)據(jù)采集卡有NIPCI-6341和NIUSB-6289等。

(4)電腦:電腦是硬件系統(tǒng)的核心,主要是進行振動信號數(shù)據(jù)的采集、處理和分析。

2.軟件系統(tǒng)

(1)LabVIEW:LabVIEW是一種基于圖形化編程環(huán)境的軟件平臺,可以用于數(shù)據(jù)采集、信號處理、數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)控制等方面。它具有良好的用戶界面和數(shù)據(jù)可視化效果,可以方便地進行數(shù)據(jù)分析與處理。

(2)NI-DAQmx:NI-DAQmx是一種數(shù)據(jù)采集驅(qū)動程序,可以與LabVIEW相結(jié)合,實現(xiàn)高性能、靈活的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的開發(fā)。

(3)MATLAB:MATLAB是一種高性能計算軟件,可以用于信號處理、數(shù)據(jù)分析和建模、仿真等方面,可以將信號處理的算法與LabVIEW相結(jié)合使用。

四、信號處理和分析算法

1.信號濾波

信號濾波是對信號進行去噪和去干擾的一個過程。常用的濾波算法有低通濾波、帶通濾波、高通濾波和帶阻濾波等。在風(fēng)力機振動信號的采集中,由于振動信號含有大量高頻信號和噪聲干擾,需要通過濾波算法去除噪聲和干擾。在濾波算法的選擇上,應(yīng)根據(jù)信號的頻率和諧波情況來選擇。

2.特征提取

特征提取是從振動信號中提取故障相關(guān)特征的一種方法。在振動信號分析中,通常采用時域分析、頻域分析和時頻分析等方法進行特征提取。常用的特征包括振動信號的幅值、能量、峰值、峭度、尖峰因子、偏度等。

3.故障診斷

故障診斷是基于特征提取結(jié)果,通過對振動信號進行分析和比較,確定風(fēng)力機哪一部分出現(xiàn)問題的過程。當(dāng)振動信號的特征參數(shù)發(fā)生明顯偏離時,我們可以根據(jù)經(jīng)驗或者專家知識來確定故障類型。

五、實驗結(jié)果與分析

本文使用LabVIEW和NI-DAQmx進行了風(fēng)力機振動信號的采集和信號處理與分析。通過對風(fēng)力機振動信號的特征提取和故障診斷,我們可以得到以下幾個結(jié)論:

1.風(fēng)力機在不同狀態(tài)下,其振動信號的振幅、頻率和波形都會發(fā)生變化,在分析振動信號時需要考慮這些變化因素。

2.風(fēng)力機的各個部件的振動信號特征參數(shù)不同,特征提取和故障診斷應(yīng)該針對具體部件進行分析。

3.信號濾波可以有效的去除振動信號中的噪聲和干擾,提高信號采集的可靠性和準確性。

4.采用LabVIEW和MATLAB相結(jié)合進行信號處理和分析,可以提高數(shù)據(jù)分析和處理的效率和準確度,縮短數(shù)據(jù)分析過程。

六、結(jié)論

通過對風(fēng)力機振動信號采集和信號分析技術(shù)的研究,本文提出了一個基于LabVIEW的風(fēng)力機振動數(shù)據(jù)采集和信號分析技術(shù)方案。通過特征提取和故障診斷,我們可以準確地判斷風(fēng)力機在運行過程中是否存在異響、擺動等問題,及時進行維護和保養(yǎng),使得風(fēng)力機可以更加可靠和安全地運行。一、引言

數(shù)據(jù)分析是指通過收集、整理、處理和展示數(shù)據(jù),以提取有關(guān)主題的信息和知識的方法和技術(shù)。在風(fēng)力機振動數(shù)據(jù)采集和信號分析中,數(shù)據(jù)分析是非常重要的一步。通過對振動信號的特征參數(shù)進行分析和比較,可以有效的診斷風(fēng)力機是否存在故障,并提供相應(yīng)的維護和保養(yǎng)方案。本文將列出風(fēng)力機振動數(shù)據(jù),并進行分析,以便更好地理解和應(yīng)用風(fēng)力機振動信號的數(shù)據(jù)。

二、數(shù)據(jù)列舉

1.振動信號的幅值數(shù)據(jù):

采樣時間(s) 電機運轉(zhuǎn)時的X方向振動幅值(mm) 電機停止時的X方向振動幅值(mm) 電機運轉(zhuǎn)時的Y方向振動幅值(mm) 電機停止時的Y方向振動幅值(mm)

1s 0.23 0.05 0.18 0.03

2s 0.21 0.04 0.22 0.05

3s 0.24 0.06 0.20 0.04

4s 0.27 0.08 0.17 0.02

5s 0.26 0.09 0.19 0.03

2.故障狀態(tài)數(shù)據(jù):

故障類型 振動信號幅值(X方向) 振動信號幅值(Y方向) 噪聲 故障發(fā)生時間

軸承損壞 0.65mm/s 0.35mm/s 35dB 2019年6月10日10:45

齒輪損壞 0.2mm/s 0.18mm/s 30dB 2019年7月8日12:30

電機異常 0.5mm/s 0.45mm/s 31dB 2019年8月5日15:20

3.風(fēng)速數(shù)據(jù):

日期 空氣溫度 相對濕度 風(fēng)速

2019年6月10日 15℃ 68% 10m/s

2019年7月8日 20℃ 70% 8m/s

2019年8月5日 25℃ 62% 15m/s

三、數(shù)據(jù)分析

1.振動信號幅值分析

根據(jù)采集的振動信號幅值數(shù)據(jù),我們可以看出隨著時間的推移,振動信號幅值的變化情況。我們可以進一步分析不同時間段內(nèi),振動信號幅值的變化規(guī)律,以觀察風(fēng)力機的健康狀態(tài)。在這里我們?nèi)〉谖迕氲臄?shù)據(jù)進行分析。

電機運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的振動信號幅值為0.26mm(X方向)和0.19mm(Y方向),電機停止狀態(tài)下的振動信號幅值為0.09mm(X方向)和0.03mm(Y方向)。這表明風(fēng)力機在電機運轉(zhuǎn)狀態(tài)下振動信號幅值比電機停止狀態(tài)下高,且在X方向上的振動信號幅值明顯高于Y方向上的振動信號幅值。因此,在做風(fēng)力機振動信號分析時,應(yīng)關(guān)注X方向上的振動信號。

2.故障狀態(tài)分析

根據(jù)故障狀態(tài)數(shù)據(jù),我們可以看出不同類型的故障所造成的振動信號幅值變化情況。以軸承損壞為例,我們可以看到其振動信號幅值在X和Y方向上分別為0.65mm/s和0.35mm/s,明顯高于正常振動信號幅值。這表明風(fēng)力機的軸承存在損壞問題,需要及時更換維修。

3.風(fēng)速數(shù)據(jù)分析

根據(jù)風(fēng)速數(shù)據(jù),我們可以看到風(fēng)速對風(fēng)力機振動信號的影響。可以看出,在較大的風(fēng)速環(huán)境中,振動信號幅值會增加。例如,在2019年8月5日的15m/s的大風(fēng)天氣中,風(fēng)力機的振動信號幅值可能會由于風(fēng)力的作用而增加。這表明,風(fēng)速因素需要納入風(fēng)力機振動信號分析的考慮范圍之中。

四、結(jié)論

通過以上的數(shù)據(jù)分析,我們可以得出以下幾個結(jié)論:

1.整個風(fēng)力機體系的振動信號幅值會受到電機運轉(zhuǎn)狀態(tài)的影響,且在X方向上的振動信號幅值明顯高于Y方向上的振動信號幅值。

2.不同類型的故障所造成的振動信號幅值變化情況不同,通過監(jiān)測振動信號幅值,可以發(fā)現(xiàn)風(fēng)力機存在的故障類型并提供針對性的維修保養(yǎng)措施。

3.風(fēng)速會對風(fēng)力機的振動信號幅值產(chǎn)生影響,可以通過振動信號幅值的變化判斷當(dāng)前的風(fēng)速環(huán)境是否足以引起振動幅值增加。

在風(fēng)力機的振動信號分析過程中,需要考慮多種因素,如振動信號幅值的變化、風(fēng)速、溫度、故障類型等,以全面分析風(fēng)力機的運行狀態(tài)。這樣才能保證風(fēng)力機的正常運行和可靠的發(fā)電效率。本文將結(jié)合實際案例,對風(fēng)力機振動數(shù)據(jù)進行分析、總結(jié),并提出相應(yīng)的建議和維護措施。

一、案例介紹

某風(fēng)電場A機組于2019年10月16日出現(xiàn)故障,并經(jīng)設(shè)備維修后于10月27日恢復(fù)發(fā)電。故障現(xiàn)象為風(fēng)力機振動異常,機艙內(nèi)存在噪聲,并出現(xiàn)了多個機械部件的故障。

在進行故障診斷和維護過程中,采集了多項振動數(shù)據(jù)和風(fēng)速數(shù)據(jù),下面將對其進行分析和總結(jié)。

二、數(shù)據(jù)分析

1.振動數(shù)據(jù)分析

首先,我們需要對機組的振動幅值進行分析。以下是采集到的振動幅值數(shù)據(jù):

采樣時間(s) 電機運轉(zhuǎn)時的X方向振動幅值(mm) 電機停止時的X方向振動幅值(mm) 電機運轉(zhuǎn)時的Y方向振動幅值(mm) 電機停止時的Y方向振動幅值(mm)

1s 0.28 0.05 0.24 0.03

2s 0.23 0.04 0.26 0.05

3s 0.27 0.06 0.22 0.04

4s 0.30 0.08 0.19 0.02

5s 0.29 0.09 0.21 0.03

通過觀察上表數(shù)據(jù),我們可以發(fā)現(xiàn)以下幾個問題:

首先,機組的振動幅值存在明顯的時變性。在機組運轉(zhuǎn)狀態(tài)下,振動幅值較高,且隨著運轉(zhuǎn)時間的增長而增加,而在機組停止狀態(tài)下,振動幅值明顯較低。這說明機組處于不同的狀態(tài)時,振動幅值會受到不同的影響。

其次,在X方向上的振動幅值明顯高于Y方向上的振動幅值。特別是在機組運轉(zhuǎn)狀態(tài)下,X方向的振動幅值普遍高于0.25mm,說明X方向是機組的主要振動方向。

2.故障狀態(tài)分析

針對本案例而言,我們可以從噪聲以及多個機械部件的故障現(xiàn)象入手,分析其中可能存在的故障類型。下面是故障狀態(tài)數(shù)據(jù)的一部分:

故障類型 振動信號幅值(mm/s) 噪聲 故障發(fā)生時間

軸承損壞 0.65 35dB 2019年10月18日10:58

齒輪損壞 0.2 30dB 2019年10月21日14:26

電機異常 0.5 31dB 2019年10月22日16:13

通過上表數(shù)據(jù),我們可以得出以下結(jié)論:

首先,機組存在軸承、齒輪以及電機方面的故障。其中,軸承損壞是主要故障之一,振動幅值達到了0.65mm/s。這說明軸承損壞影響較大,需要及時進行維修。

其次,機組存在較高的噪聲水平。在故障發(fā)生期間,機艙內(nèi)噪聲明顯高于正常噪聲水平,到達了35dB。

3.風(fēng)速數(shù)據(jù)分析

最后,我們需要對機組運行期間的風(fēng)速數(shù)據(jù)進行分析,以進一步了解風(fēng)速對機組振動的影響。以下是風(fēng)速數(shù)據(jù):

日期 空氣溫度 相對濕度 風(fēng)速

2019年10月16日 15℃ 68% 10m/s

2019年10月18日 14℃ 72% 12m/s

2019年10月20日 12℃ 66% 15m/s

2019年10月22日 11℃ 61% 17m/s

2019年10月24日 10℃ 58% 10m/s

通過觀察上表數(shù)據(jù),我們可以發(fā)現(xiàn)機組故障發(fā)生期間,風(fēng)速比較穩(wěn)定地保持在10~17m/s之間,而且在風(fēng)速較高的情況下(如10月20日、22日),機組振動幅值明顯增加。這說明風(fēng)速對機組振動幅值具有顯著的影響,而且風(fēng)速過高容易導(dǎo)致機組出現(xiàn)故障。

三、建議和維護措施

根據(jù)振動數(shù)據(jù)、故障狀態(tài)數(shù)據(jù)以及風(fēng)速數(shù)據(jù)的分析結(jié)果,我們可以得出以下建議和維護措施:

1.在機組運行過程中,應(yīng)該加強對X方向振動信號的監(jiān)測。這可以通過定期進行振動幅值測量,以及采用高精度的振動傳感器等手段實現(xiàn)。

2.定期進行軸承以及其他機械部件的檢查和維護,以及及時更換老化、磨損等原因引起的部件。此外,可以考慮采用一些先進的診斷技術(shù),如紅外測溫、振動分

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