DB14-T 2474-2022 風力發(fā)電機組關(guān)鍵零部件在線振動監(jiān)測指南

ICS27.18014IDB14/T2474—2022前言 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4設(shè)備 24.1在線振動監(jiān)測系統(tǒng) 24.2傳感器選擇 35關(guān)鍵零部件監(jiān)測 35.1關(guān)鍵零部件監(jiān)測位置 35.2齒輪箱狀態(tài)監(jiān)測 45.3主軸軸承狀態(tài)監(jiān)測 55.4發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測 55.5葉片狀態(tài)監(jiān)測（選配） 65.6塔架狀態(tài)監(jiān)測 66在線振動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集 66.1采集器要求 66.2振動測量設(shè)備 77數(shù)據(jù)采集 77.1數(shù)據(jù)采樣頻率 77.2數(shù)據(jù)采集參數(shù) 78診斷結(jié)果反饋 78.1齒輪箱診斷結(jié)果反饋 78.2主軸軸承診斷結(jié)果反饋 88.3發(fā)電機診斷結(jié)果反饋 88.4葉片診斷結(jié)果反饋 88.5塔架診斷結(jié)果反饋 89監(jiān)測預(yù)警 89.1警告限值 89.2故障預(yù)警 8DB14/T2474—2022本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件由山西省工業(yè)和信息化廳提出、組織實施和監(jiān)督檢查。山西省市場監(jiān)督管理局對標準的組織實施情況進行監(jiān)督檢查。本文件由山西省裝備制造業(yè)標準化技術(shù)委員會(SXS/TC07)歸口。本文件起草單位：太原重工新能源裝備有限公司、太原重工股份有限公司、山西國控集團信息工程技術(shù)有限公司、山西汾西重工有限責任公司。本文件主要起草人：賈文強、姜宏偉、范飛、席瑞萍、張靚、白恩澤、黃虎、高俊云、李德志、薛曉云、李利民、鄧博宇、丁衛(wèi)剛、王浩、董建剛。1DB14/T2474—2022風力發(fā)電機組關(guān)鍵零部件在線振動監(jiān)測指南本文件提供了應(yīng)用在線振動監(jiān)測技術(shù)對風力發(fā)電機組的關(guān)鍵零部件（齒輪箱、主軸軸承、發(fā)電機、葉片、塔架）進行的運行狀態(tài)監(jiān)測方法及診斷結(jié)果反饋等方面的指導(dǎo)。本文件適用于風力發(fā)電場雙饋和半直驅(qū)式、單機額定功率在1.5MW及以上并網(wǎng)型水平軸風力發(fā)電機組關(guān)鍵零部件的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T7665傳感器通用術(shù)語NB/T31004風力發(fā)電機組振動狀態(tài)監(jiān)測導(dǎo)則3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1在線振動監(jiān)測onlinevibrationmonitoring在線檢測和采集反映風力發(fā)電機組振動狀態(tài)的信息和數(shù)據(jù)。3.2診斷diagnosis為確定故障或失效的性質(zhì)（種類，狀況，程度），而檢查癥狀和癥候群。3.3傳感器sensor能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。[來源：GB/T7665-2005，3.1.1]3.4數(shù)據(jù)分析dataanalysis用適當?shù)慕y(tǒng)計分析方法對采集數(shù)據(jù)進行分析，以求最大化地開發(fā)數(shù)據(jù)的功能，及對有用數(shù)據(jù)詳細研究和概括總結(jié)的過程。3.5頻域frequencydomain2DB14/T2474—2022以頻率為度量物理量。3.6時域timedomain以時間為度量物理量。4設(shè)備4.1在線振動監(jiān)測系統(tǒng)4.1.1系統(tǒng)構(gòu)成由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、現(xiàn)場服務(wù)器、監(jiān)測及分析軟件等組成，見圖1。圖1在線振動監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成4.1.2系統(tǒng)要求系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：——適應(yīng)低速且頻繁變化的風輪轉(zhuǎn)速和載荷；適應(yīng)高寒（至-40℃)、高溫（至+50℃)、高海拔（海拔高度2000m-5000m）、高潮濕、強雷暴、凝凍、強紫外線、抗電磁干擾等惡劣環(huán)境；——監(jiān)測系統(tǒng)的安裝類型：.固定式；.半固定式；.便捷式?！獪y點選擇原則：.能夠反映真實振動情況的部位；.盡可能靠近軸承的承載區(qū)。——系統(tǒng)可監(jiān)測風力發(fā)電機組運行過程中的振動幅值、振動相位、發(fā)電機轉(zhuǎn)速（或風輪轉(zhuǎn)速）、風速、功率等；——系統(tǒng)可連續(xù)或周期性進行數(shù)據(jù)采集。4.1.3振動監(jiān)測流程3DB14/T2474—2022振動監(jiān)測流程包含：采集振動數(shù)據(jù)、時域處理、頻域處理、速度及包絡(luò)頻譜分析等流程，見圖2。圖2振動監(jiān)測流程4.2傳感器選擇各類傳感器的基本參數(shù)見表1。傳感器的要求如下：——具有統(tǒng)一規(guī)則的標識，精度高、可靠性好，能在惡劣環(huán)境中應(yīng)用，且易于安裝和維修；——高溫或強磁場環(huán)境振動狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)選擇加速度傳感器；——風力發(fā)電機組滾動軸承和齒輪箱的狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)選擇加速度傳感器；——推薦采用ICP/IEPE加速度傳感器；——采用多個傳感器，應(yīng)兼顧高低頻段振動。表1各類傳感器的基本參數(shù)表5關(guān)鍵零部件監(jiān)測5.1關(guān)鍵零部件監(jiān)測位置風力發(fā)電機組各個傳感器安裝于齒輪箱、軸承座、發(fā)電機、葉片、塔架上，監(jiān)測位置見圖3。4DB14/T2474—2022標引序號說明：1——葉片；2——軸承座（1）徑向；3——軸承座（1）軸向（選配）；4——軸承座（2）徑向；5——軸承座（2）軸向（選配）；6——齒輪箱輸入端徑向；7——齒輪箱輸入端軸向（選配）；8——內(nèi)齒圈垂直徑向；9——內(nèi)齒圈水平徑向；10——齒輪箱輸出端徑向；11——齒輪箱輸出端軸向（選配）；12——發(fā)電機驅(qū)動端徑向；13——發(fā)電機驅(qū)動端軸向（選配）；14——發(fā)電機非驅(qū)動端徑向；15——發(fā)電機非驅(qū)動端軸向（選配）；16——塔架。圖3監(jiān)測位置5.2齒輪箱狀態(tài)監(jiān)測5.2.1監(jiān)測內(nèi)容齒輪箱振動、齒輪磨損、點蝕、負荷過重、齒輪偏心、齒斷裂、軸承損傷等。5.2.2監(jiān)測位置在齒輪箱輸入端軸向、齒輪箱輸入端徑向、齒輪箱內(nèi)齒圈水平徑向、齒輪箱內(nèi)齒圈垂直徑向、齒輪箱輸出軸軸向、齒輪箱輸出軸徑向位置安裝振動傳感器。傳感器安裝位置見表2。表2傳感器安裝位置表1235DB14/T2474—20224565.3主軸軸承狀態(tài)監(jiān)測5.3.1監(jiān)測內(nèi)容軸承振動（剝落、壓痕、銹蝕、裂紋、磨損）等。5.3.2監(jiān)測位置將低頻加速度振動傳感器安裝于軸承座上，傳感器安裝位置見表3。表3傳感器安裝位置表123軸承座（2如有）4軸承座（2如有）5.4發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測5.4.1監(jiān)測內(nèi)容發(fā)電機振動（電機對中轉(zhuǎn)子偏心、碰磨以及發(fā)電機軸承的剝落、壓痕、銹蝕、裂紋、磨損以及其它軸承故障）等。5.4.2監(jiān)測位置發(fā)電機驅(qū)動端軸向、發(fā)電機驅(qū)動端徑向、發(fā)電機非驅(qū)動端軸向、發(fā)電機非驅(qū)動端徑向，具體安裝位置依發(fā)電機的結(jié)構(gòu)情況而定，但應(yīng)盡量靠近發(fā)電機的軸承部位。傳感器安裝位置見表4。表4傳感器安裝位置表12346DB14/T2474—20225.5葉片狀態(tài)監(jiān)測（選配）5.5.1監(jiān)測內(nèi)容葉片斷裂、開裂、雷擊損傷、裂紋、葉片振動、風輪整體振動。5.5.2監(jiān)測位置在葉片內(nèi)部位置距離葉尖1/3葉片長度處。5.5.3傳感器類型超低頻雙軸加速度振動傳感器、溫度傳感器。傳感器安裝位置見表5。表5傳感器安裝位置表125.6塔架狀態(tài)監(jiān)測5.6.1監(jiān)測內(nèi)容塔架頂部X軸、Y軸兩個方向傾斜量（測量范圍±10。以上，測量精度0.01。），X軸、Y軸兩個方向晃動位移（沿傳動鏈軸向方向為X軸）。5.6.2監(jiān)測位置塔架頂部、塔架底部。5.6.3傳感器類型低頻加速度振動、雙軸傾角傳感器。傳感器安裝位置見表6。表6傳感器安裝位置表1236在線振動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集6.1采集器要求數(shù)據(jù)采集器應(yīng)滿足以下要求：——裝置采用分布式智能設(shè)計，每臺均為高性能的獨立組織單元；7DB14/T2474—2022——各通道能獨立采樣，采樣不相互影響且可同步采樣；——應(yīng)具有采集通道拓展能力，支持接入風力發(fā)電機組的風速、風向、轉(zhuǎn)速、功率、扭矩等過程量；——應(yīng)具備振動采集功能；——連接存儲設(shè)備，存儲至少一個月數(shù)據(jù)量；——防護等級為IP54；——工作環(huán)境溫度滿足標準NB/T31004技術(shù)條件要求；——應(yīng)具有無線傳輸數(shù)據(jù)功能或提供無線傳輸I/O接口（選配）。6.2振動測量設(shè)備振動測量設(shè)備分為在線式和離線式兩種。在線式測量設(shè)備固定安裝于風力發(fā)電機組上，能持續(xù)監(jiān)測風力發(fā)電機組的振動狀態(tài)，并自動記錄、傳輸測量數(shù)據(jù)與評估參數(shù)，也稱為振動狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)。7數(shù)據(jù)采集7.1數(shù)據(jù)采樣頻率數(shù)據(jù)采集器按照一定的時間間隔對信號進行采樣，設(shè)定采樣頻率，通常選取為最大分析頻率的2.56倍：式中：fs——采樣頻率；fm——最大分析頻率。7.2數(shù)據(jù)采集參數(shù)采樣頻率fs越高，采樣越密集，所得數(shù)據(jù)量越大，所得的數(shù)字信號越逼近原信號。本文件中通過提前將標準值、警告限值輸入數(shù)據(jù)庫，設(shè)定區(qū)域界線，可對振動監(jiān)測結(jié)果采用不同顏色直觀顯示、輸出機組的全部運行狀況信息。監(jiān)測結(jié)果內(nèi)容包括機組配置、關(guān)鍵部件運行狀態(tài)故障等級、時域分析及頻譜、包絡(luò)圖等信息，依據(jù)運行狀態(tài)給出維護優(yōu)先等級。數(shù)據(jù)采集相關(guān)參數(shù)如下：——采樣頻率：2560Hz、5120Hz、12800Hz、25600Hz；——采樣間隔：100ms、1ms；——采樣長度：1024、2048、4096、8192；——采樣時間：0.32s、3.2s、6.4s、12.8s；——頻率分辨率：0.1Hz、1Hz；——譜線數(shù)：400、800、1600、3200；——最大分析頻率:1000Hz、2000Hz、5000Hz、10000Hz。8診斷結(jié)果反饋8.1齒輪箱診斷結(jié)果反饋8DB14/T2474—2022根據(jù)監(jiān)測結(jié)果頻譜圖，反映齒輪箱的振動特性，判斷齒輪運行狀態(tài)。齒輪磨損嚴重時，齒輪嚙合頻率周圍會出現(xiàn)邊頻帶、齒輪固有頻率振動，邊頻帶幅值大小直觀反映磨損嚴重程度，邊頻帶組數(shù)越多，磨損越嚴重。若同一嚙合頻率周圍出現(xiàn)多個邊頻帶，則參與嚙合的多個齒輪有異常。8.2主軸軸承診斷結(jié)果反饋利用加速度傳感器可以得到軸承沖擊力大小變化特征，經(jīng)分析軟件處理成頻譜信號后，得到軸承的振動特征，顯示主軸軸承的運行狀態(tài)。原始沖擊振動信號較高，顯示主軸軸承的磨損、損傷、不平衡、對中不良等狀況。8.3發(fā)電機診斷結(jié)果反饋結(jié)合振動監(jiān)測數(shù)據(jù)及運行轉(zhuǎn)速，通過數(shù)據(jù)分析軟件顯示的時域、頻域和趨勢，準確定位故障部位、故障類型及故障的嚴重程度。8.4葉片診斷結(jié)果反饋針對葉片在揮舞、擺動方向的振動，以及環(huán)境溫度、氣動噪聲、風輪振動的不間斷測量及數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)對葉片健康狀態(tài)評估。判斷葉片是否存在斷裂、開裂、內(nèi)部和表面損傷、風輪氣動和質(zhì)量不平衡等。8.5塔架診斷結(jié)果反饋根據(jù)監(jiān)測結(jié)果頻譜圖判斷塔架的運行狀態(tài)，隨著塔架材料、焊接部位逐步疲勞劣化、連接緊固件松動、塔架晃動與垂直度、基礎(chǔ)不均勻沉降、塔架傾斜與變形等因素，風力發(fā)電機組傾斜程度會增大，周期性載荷引起整機晃動也會增大，甚至激