關(guān)于在風電服務(wù)處建立CMS系統(tǒng)服務(wù)的報告

1、一、 問題的提出：風電事業(yè)部從成立到目前，已投運的風力發(fā)電機組已多達4000 多臺，共計有80 多個風場，隨著風力發(fā)電機組的投入時間的加長，風力發(fā)電機組由于加工、安裝、系統(tǒng)調(diào)節(jié)的原因引起風力發(fā)電機組的軸承、齒輪箱、電機損壞，從而引起風力發(fā)電機停車的事故時有發(fā)生，更嚴重的還引起風力發(fā)電機組葉片斷裂，給風場及東汽造成巨大損失，而且給東汽風電事業(yè)帶來極為不利的影響。為解決風力發(fā)電機組運行存在的問題，風電事業(yè)部投入了大量的人力及物力在風力發(fā)電機的現(xiàn)場服務(wù)上。風力發(fā)電機組的服務(wù)從大的方向來看主要分為兩方面：一方面是基于控制的電氣系統(tǒng)的維護，另一方面是基于風力發(fā)電機組機械設(shè)備的服務(wù)。電氣系統(tǒng)的服務(wù)由于現(xiàn)目

2、今均有非常成熟的應用及可靠的質(zhì)量、標準的維修、維護流程，因此從服務(wù)上來看還是容易實現(xiàn)。但是機械設(shè)備的服務(wù)就不哪么簡單，由于機械設(shè)備的傳動鏈是封裝在外殼內(nèi)的，現(xiàn)場服務(wù)人員沒辦法看到內(nèi)部情況，只能通過眼看、手摸、耳聽的方式來判定設(shè)備的好壞，這種憑經(jīng)驗的服務(wù)方式給設(shè)備的維護帶來非常大的不確定性，從而使風場的平均服務(wù)成本大大的增加，經(jīng)統(tǒng)計，每臺風機的平均服務(wù)成本超過十萬以上。因此建立一套能全面評估機械設(shè)備狀態(tài)，收集機械設(shè)備狀態(tài)信息、并能通過機械設(shè)備狀態(tài)信息作出設(shè)備狀態(tài)評估、能為現(xiàn)場維護人員提供維護依據(jù)的 CMS 系統(tǒng)成為現(xiàn)目今風場業(yè)主以及風力發(fā)電機組生產(chǎn)廠商的必要選擇。二、風力發(fā)電機組在線機械狀態(tài)監(jiān)測

3、 CMS 系統(tǒng)描述風力發(fā)電機組在線機械狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（簡稱 CM海統(tǒng)）是通過在風電機組的特定位置加裝振動傳感器，獲得齒輪箱、發(fā)電機等關(guān)鍵設(shè)備的振動信號，并通過專用的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)進行振動信號的定時采集和分析處理，由此獲得風電機組各主要設(shè)備的運行和磨損狀況，并對風電機組可能發(fā)生的故障、隱患和使用壽命進行判斷和預估，為機組的維修提供指導和建議。目前，由于針對風機監(jiān)測手段的落后及維護人員的經(jīng)驗不足，造成風電機組關(guān)鍵設(shè)備（例如齒輪箱、發(fā)電機）損壞的案例在國內(nèi)時有發(fā)生。這些關(guān)鍵設(shè)備的損壞，將給風電運營商帶來極大地直接間接經(jīng)濟損失。傳統(tǒng)的維修方式已越來越無法滿足現(xiàn)代大型風電機組安全、穩(wěn)定運行的要求，因此，

4、采用風電機組在線機械狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)對風電機組進行實時監(jiān)測，對機組的故障隱患提前做出準確的分析診斷，已成為風電技術(shù)發(fā)展的必要選擇。三、風電服務(wù)處CMS艮務(wù)體系構(gòu)想在風電服務(wù)處建立遠程CMSK務(wù)中心，服務(wù)中心安裝專業(yè)的羅克韋爾自動化提供的CMS（統(tǒng)分析診斷軟件，利用這個分析軟件提供風力發(fā)電機組的分析平臺。風電服務(wù)處抽專人從事CMS（統(tǒng)的使用維護工作，人員的數(shù)量前期可考慮 3-4人，這幾個人要接受系統(tǒng)的 CM分析培訓，在一到兩年內(nèi)要成為專業(yè)的CMS（統(tǒng)狀態(tài)維修工程師，使其具備如下的基本技能：熟悉并了解振動的基本原理及基于振動的分析方法、特別了解風力發(fā)電機組軸承、 齒輪箱常見故障的特征頻譜，并能通過特征

5、頻譜能快速識別風力發(fā)電機組的故障原因及部 位，并能為維修提出合理的維修意見，并能出具狀態(tài)監(jiān)測維修報告。熟悉并了解羅克韋爾自動化CMS系統(tǒng)的構(gòu)成，了解整個CMS系統(tǒng)中的一次傳感器原件、數(shù)據(jù)采集硬件、 CMS 系統(tǒng)分析軟件的工作原理、系統(tǒng)設(shè)置及應用。并能通過羅克韋爾自動化的CMS系統(tǒng)在遠程或就地就能對風力發(fā)電機組進行狀態(tài)診斷，比如實時監(jiān)測齒輪箱、主軸、發(fā)電機等部件的 振動頻譜，定期對上述部件的狀態(tài)進行監(jiān)測、記錄、分析，及時發(fā)現(xiàn)隱患，找出導致問題 出現(xiàn)的原因，采取相應措施加以解決。有效實現(xiàn)前期預警、精確診斷、專家診斷、智能評估。狀態(tài)維修工程師的主要職責就是對來自遠程在線CMS 系統(tǒng)或是便攜式的 CM

6、S 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行分析和評估，并作出評估報告。現(xiàn)場服務(wù)人員要嚴格按照狀態(tài)檢修流程來實施風力發(fā)電機組的檢修及維護，并及時記錄及反饋實際維修情況與CMS 建議報告的差異，從而逐步提高 CMS 分析報告的準確性及可靠性。對于風場現(xiàn)場的服務(wù)人員，需要接受 CMS 系統(tǒng)的基本培訓，使其具備以下基本技能：熟悉并了解振動的基本原理及基于振動的分析方法、特別了解風力發(fā)電機組軸承、齒輪箱常見故障的特征頻譜，熟悉并了解羅克韋爾自動化 CMS 系統(tǒng)的構(gòu)成，了解整個CMS 系統(tǒng)中的一次傳感器原件、數(shù)據(jù)采集硬件、 CMS 系統(tǒng)分析軟件的工作原理、系統(tǒng)設(shè)置及應用。并能通過羅克韋爾自動化的 CMS 系統(tǒng)在線或便攜式

7、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集并傳送至風電服務(wù)處的遠程 診斷中心。遠程服務(wù)中心風力發(fā)電機組數(shù)據(jù)來源有二：對于安裝有羅克韋爾自動化 CMS 在線監(jiān)測系統(tǒng)的風場， CMS 狀態(tài)維修工程師可以通過以太網(wǎng)遠程訪問風場就地CMS 服務(wù)器，獲取風場風力發(fā)電機組實時機械設(shè)備的狀態(tài)信息，并對風力發(fā)電機組的狀態(tài)進行評估及作出相應有維修建議報告。對于沒有安裝CMS 系統(tǒng)在線監(jiān)測系統(tǒng)的風場，可以由現(xiàn)場服務(wù)人員通過便攜式的數(shù)據(jù)采集器采集疑是有問題風力發(fā)電機組的狀態(tài)信息，并通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳回遠程服務(wù)中心，由狀態(tài)維修工程師來做評估分析。CMS 服務(wù)系統(tǒng)要解決的問題： 及時了解被監(jiān)測機器當前的運行狀況、判斷被監(jiān)測機器未來的發(fā)展趨勢、診

8、斷被監(jiān)測機器故障的發(fā)生部位，以及檢查和驗收大修或臨時維修的效果。以實現(xiàn)對設(shè)備故障早知道、早預報、早診斷，把故障消滅在萌芽之中。最終達到提高設(shè)備運行完好率、減少設(shè)備停機時間及降低維修成本的效果CMS系統(tǒng)的整體架構(gòu)如下:擬建的CMS狀態(tài)檢修流程:設(shè)備狀態(tài)狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備狀況評估提供運行及維修建議生產(chǎn)調(diào)度執(zhí)行生產(chǎn)計劃 調(diào)整生產(chǎn)過程狀態(tài)調(diào)整維修建議維修進程設(shè)備維修計劃與實施備件資源及管理CMS服務(wù)體系統(tǒng)實施步驟根據(jù)狀態(tài)檢修流程，搭建標準的狀態(tài)維修管理平臺，使狀態(tài)維修常態(tài)化及流程化、標準 化。建立專門的CMS維修小組，初期成員約為3-5人，備選人員最好具備機電一體化的專業(yè) 背景，讓CMS小組成員接受專業(yè)的C

9、MS系統(tǒng)培訓使其在規(guī)定的時間內(nèi)具備相應有技能。在風電服務(wù)處大力推廣狀態(tài)維修的理念，并為現(xiàn)場服務(wù)人員作相應的CMS系統(tǒng)的基本培訓。與羅克韋爾自動化建立聯(lián)合實驗室，為東汽風力發(fā)電機組服務(wù)及設(shè)計的技術(shù)人員積累相 關(guān)的振動理論基理、了解風力發(fā)電機組故障的類型、故障發(fā)生的原因、常發(fā)故障的部位、 常發(fā)故障的基理、如何來預防及處理這些故障，并為如何處這些故障提出指導性的意見。四、合作伙伴羅克韋爾公司簡介ROCKWELL AUTOMATICW克韋爾自動化）集團是一家專業(yè)從事自動化控制系統(tǒng)解決方 案的跨國公司，在世界各地都有分支機構(gòu)，在國內(nèi)行政總部設(shè)在北京，在上海，沈陽，大連， 廈門等地都有分公司，全球年銷售額

10、在 50多億美元。羅克韋爾自動化大連分公司的前身是 恩泰克-愛迪公司：一家專門從事機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)的公司，是本行業(yè)的領(lǐng)跑 者。許多數(shù)據(jù)采集方面的專利都來自于恩泰克-愛迪公司。恩泰克一愛迪公司的前身最早始于1952年，以提供硬件制造，如數(shù)據(jù)采集器，自動巡 檢式在線監(jiān)測系統(tǒng)和高速監(jiān)測診斷系統(tǒng)等，和提供高水平的機械設(shè)備故障分析軟件等著稱。本公司用戶擁有量位于世界第一名，銷售額位居同行業(yè)世界第二名，并在不斷發(fā)展，隨著2000年本公司加入羅克韋爾自動化集團，我們可以為用戶提供更為完善配套的產(chǎn)品，是目前世界上該行業(yè)能提供最全診斷技術(shù)的專業(yè)公司。恩泰克-愛迪公司中國辦事機構(gòu)成立于1989年，分

11、別在大連，北京，上海，廣州等地設(shè) 立辦事機構(gòu)或技術(shù)服務(wù)中心，加入羅克韋爾自動化后，恩泰克產(chǎn)品部門仍然從事預測性維修 業(yè)務(wù)，恩泰克的產(chǎn)品已在石油化工、化工、石油、電力、冶金、機械制造、造紙、水泥、電 子等行業(yè)得到廣泛地應用。恩泰克在機器設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和評估領(lǐng)域有 50年的領(lǐng)先地位，這使其在一些核心技術(shù)方面 有了很大的發(fā)展，擁有70余項與此相關(guān)的專利。這些技術(shù)和質(zhì)量的統(tǒng)一保證了羅克韋爾 - 恩泰克獨一無二的領(lǐng)先地位。恩泰克專利的gSE峰值能量測試技術(shù)能方便快捷的發(fā)現(xiàn)軸承及齒輪箱的故障。五、合作伙伴羅克韋爾自動化針對東汽CM系統(tǒng)的承諾：建立基于風光機的聯(lián)合試驗室。提供專業(yè)的羅克韋爾自動化CMS的技術(shù)基

12、礎(chǔ)培訓，培訓內(nèi)容如下:不平衡一偏心轉(zhuǎn)子力不平衡力偶不平衡動不平衡常見的設(shè)備故障轉(zhuǎn)子與定子摩擦結(jié)構(gòu)框架/底座松動懸臂轉(zhuǎn)子不平衡、m-LY軸承座松動泊動軸承軸承等部件松動齒輪磨損 齒輪偏心 齒輪不對中力不平衡tx RADIAL相位關(guān)系質(zhì)量不平衡對于不同的故障類型有其特有的特性:同頻占主導，相位穩(wěn)定。如果只有不平衡，1X幅 值大于等于通頻幅值的 80%,且按轉(zhuǎn)速 平方增大。通常水平方向的幅值大于垂直方向的幅值，但通常不應超過兩倍。同一設(shè)備的兩個軸承處相位接近。水平方向和垂直方向的相位相差接近 90度。力偶不平衡tx RADIAL典型的頻譜相位關(guān)系質(zhì)量不平衡 B同頻占主導，相位穩(wěn)定。振幅按轉(zhuǎn)速平方增

13、大。需進行雙平面動平衡。偶不平衡在機器兩端支承處均產(chǎn)生振動，有時一側(cè)比另一側(cè)大較大的偶不平衡有時可產(chǎn)生較大的軸向振 動。兩支承徑向同方向振動相位相差1801XRADIAUn相位關(guān)系典型的頻譜動不平衡質(zhì)量不平衡動不平衡是前兩種不平衡的合成結(jié)果C仍是同頻占主導，相位穩(wěn)定。兩支承處同方向振動相位差接近懸臂轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量不平衡 D懸臂轉(zhuǎn)子不平衡在軸向和徑向都會引起較大1X振動。軸向相位穩(wěn)定，而徑向相位會有變化。懸臂式轉(zhuǎn)子可產(chǎn)生較大的軸向振動，軸向振動有時甚至超過徑向振動。兩支承處軸向振動相位接近。往往是力不平衡和力偶不平衡同時出現(xiàn)Ct典型的頻譜相位關(guān)系n當旋轉(zhuǎn)的皮帶輪、齒輪、電機轉(zhuǎn)子 等有幾何偏心 時

14、，會在兩個轉(zhuǎn)子中心連線方向上產(chǎn)生較大的1X振動；偏心泵除產(chǎn)生1X振動外，還由于流體不平 衡會造成葉輪通過頻率及倍頻的振動?？诖怪迸c水平方向振動相位相差為 0或180。U采用平衡的辦法只能消除單方向的振動。典型的頻譜相位關(guān)系振動特征類似動不平衡，振動以 1X為主，如果彎曲靠 近聯(lián)軸節(jié)，也可產(chǎn)生2X振動。類似不對中、通常振幅 穩(wěn)定，如果2X與供電頻率或其諧頻接近，則可能產(chǎn)生 波動。軸向振動可能較大，兩支承處相位相差180度。角不對中振動隨轉(zhuǎn)速增加迅速增加，過了臨界轉(zhuǎn)速也一樣。不對中 A角不對中產(chǎn)生較大的軸向振動，頻譜成分為 1X 和2X;還常見IX、2X或3X都占優(yōu)勢的情況。如果2X或3X超過1X

15、的30%到50%,則可認為 存在角不對中。聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)軸向振動相位相差 180度。不對中 B平行不對中平行不對中的振動特性類似角不對中，但徑向振動較大。頻譜中2X較大，常常超過1X,這與聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)類型有關(guān)。角不對中和平行不對中嚴重時，會產(chǎn)生較多諧波的高諧次（4X8K振動。聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)相位相差也是 180度。不對中 C軸承不對中典型的頻譜相位關(guān)系軸承不軸向振動，如對側(cè)軸承座梅因第分IX的2X取溯請的相位相差180度。 振動相位，對通過找對中無法消除振動，只有卸下軸承重新 安裝。不對中 D如果聯(lián)軸節(jié)的短節(jié)過長或過短，通常會產(chǎn)生明顯的3X振動。齒型聯(lián)軸節(jié)卡死會引起軸向和徑向振動，通常軸向大于徑向，頻譜以

16、1X為主，兼有其它諧頻，也有出現(xiàn) 4X 為主的實例。振動隨負荷而變，1X明顯。松動的聯(lián)軸節(jié)將引起嚙合頻率及葉片通過頻率的振動 ,其周圍分布1X旁瓣。聯(lián)軸節(jié)故障C軸承等部件配合松動B軸承座松動A結(jié)構(gòu)框架或底座松動機械松動松動本身不是純粹的故障，不會直接 產(chǎn)生振動，但它可 放大故障的作用。包括如下幾方面的故障?支腳、底板、水泥底座松 動/強度不夠；?框架或底板變形；緊固螺 絲松動。振動牛曲E :?類似不平衡或不對中，頻譜主要以1X為主。?振動具有局部性，只表現(xiàn)在松動的轉(zhuǎn)子上。?同軸承徑向振動垂直，水平方向相位差0或180度。?底板連接處相鄰結(jié)合面的振動相位相差180度。?如果軸承緊固是在軸向，也會

17、引起類似不對中的軸向振 動。B.由于結(jié)構(gòu)/軸承座晃動或開裂引起的松動包括如下幾方面的故障?結(jié)構(gòu)或軸承座開裂?支承件長度不同引起的晃動?部件間隙出現(xiàn)少量偏差時（ 尚無碰撞）?緊固螺絲松動。振動特征：?主要以2X為特征（主要是徑向2X超過1X的50%）?幅值有時不穩(wěn)定?振動只有伴隨其它故障如不平衡或不對中時才有表現(xiàn)，此 時要消除平衡或?qū)χ袑⒑芾щy。?在間隙達到出現(xiàn)碰撞前，振動主要是1X和2X;出現(xiàn)碰撞 后，振動將出現(xiàn)大量諧頻。C. 軸承在軸承座內(nèi)松動或部件配合松動包括如下幾方面的故障TYPEC作由承在軸承座內(nèi)松動嘴由承內(nèi)圈間隙大作由承保持架在軸承蓋內(nèi)松動 作由承松動或與軸有相對轉(zhuǎn)動一振動征：?常常

18、出現(xiàn)大量的高次諧頻，有時 10X,甚至20X,松動嚴 重時還會出現(xiàn)半頻及諧頻(0.5X, 1.5X.)成分。?半頻及諧頻往往隨不平衡或不對中等故障出現(xiàn)。?振動具有方向性和局部性。?振動幅值變化較大，相位有時也不穩(wěn)定。輕微摩擦典型的摩擦波形"Wb?軸與汽封摩擦?聯(lián)軸器罩摩軸?皮帶摩擦皮帶罩?葉片摩擦外罩轉(zhuǎn)子摩擦?軸徑和滑動軸承鴇金干摩?電動機轉(zhuǎn)子與定子接觸?葉輪與擴壓器口接觸?汽輪機葉片與靜葉轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動過程中與定子的摩擦會造成嚴重的設(shè)備故障在摩擦過程中，轉(zhuǎn)子剛度發(fā)生改變從而改變轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有頻率，可I 能造成系統(tǒng)共振。往往會激起亞諧波振動(1/2X, 1/3X.),嚴重時出現(xiàn)大量的諧頻

19、(1/2X,1.5X, 2.5X.),并伴隨有噪音。滾動軸承監(jiān)測參數(shù)的選擇?位移：不易用于軸承的 監(jiān)測。?加速度：可早期發(fā)現(xiàn)軸 承的故障征兆，應與速 度聯(lián)用。有資料顯示僅有10%20 %的軸承達到或接近設(shè)計 壽命.其余部分因為如下 各種原因達不到設(shè)計壽命：潤滑不當，使用錯誤的潤滑 劑；潤滑劑或軸承內(nèi)混入贓 物或雜質(zhì)；運輸或存放不當 ;選型不當、安裝錯誤等.振動監(jiān)測的最終目的是通 過跟蹤軸承狀態(tài)了解何時 需要更換軸承.滾動軸承故障譜特征（1）STAGE 1第一階段：軸承故障出現(xiàn) 在超聲段20K60KHz,它 們可用gSE高頻（HFD）g來 測量、評定。例如：某軸 承在第一階段的尖峰能量 值為。2

20、5gSE（實測數(shù)值與 測試位置和機械轉(zhuǎn)速有 關(guān)）。第二階段：輕微的軸承故 障開始敲擊”出軸承元件 的固有頻率段，一般在 5002KHz范圍內(nèi)；本階段 后期表現(xiàn)為在固有頻率附 近出現(xiàn)邊頻（例： 0.25gSE 0.5gSE ）滾動軸承故障譜特征（2），鷹 WU HCC*! 一等E81第三階段：軸承出現(xiàn)磨 損故障頻率和諧波出 現(xiàn)；磨損發(fā)展時出現(xiàn) 更多故障頻率諧波，并 且邊帶數(shù)目增多，振動 尖峰能量值繼續(xù)增大。第四階段：這一階段甚 至影響1X分量，并引起 其它倍頻分量2X、3X等 的增大。軸承故障頻率 和固有頻率開始“消失” 被隨機振動或噪音代 替，高頻量和尖峰能量 值很大。ot® 1陽gno MM jr