基于WATD雙譜分析的風電軸承故障特征提取研究

基于WATD雙譜分析的風電軸承故障特征提取研究隨著風電行業(yè)的迅速發(fā)展，風電軸承故障問題也日益受到重視。風機軸承是風機中最重要的組件之一，負責支持風機的旋轉(zhuǎn)。因此，風機軸承故障的檢測和分析對于確保風機的正常運行至關(guān)重要。WATD雙譜分析技術(shù)可以用于風電軸承故障特征提取，提高了故障診斷的效率和準確性。

一、WATD雙譜分析技術(shù)

WATD（Wavelet-AidedTimeDomain）雙譜分析技術(shù)是一種基于小波變換的信號分析方法。與傳統(tǒng)的頻域分析相比，WATD雙譜分析不僅可以獲得信號的頻域信息，還可以獲得信號的時間域信息。通過小波變換，WATD雙譜分析可以將信號分解成多個不同頻率的小波分量，每個小波分量都與信號的時間軸相關(guān)聯(lián)。因此，WATD雙譜分析可以同時提取信號的瞬時頻率和瞬時幅度信息，對于信號的復雜特征分析具有很高的效率和準確性。

二、WATD雙譜分析在風電軸承故障特征提取中的應用

WATD雙譜分析技術(shù)可以用于風電軸承故障特征提取。當風電軸承出現(xiàn)故障時，會產(chǎn)生很多不同頻率的振動信號。WATD雙譜分析可以將這些振動信號分解成多個小波分量，并且可以根據(jù)不同小波分量的頻率和幅度信息判斷軸承故障的類型和嚴重程度。

具體來說，WATD雙譜分析可以應用于風電軸承的以下方面：

1.齒面故障檢測

齒面故障是風電軸承常見的故障類型之一。齒面故障會在風電軸承的滾子和內(nèi)外圈的齒面上產(chǎn)生振動，這些振動信號會以不同的頻率和幅度在信號中體現(xiàn)出來。WATD雙譜分析可以在時域和頻域兩個方面對齒面故障信號進行分析。在時域方面，WATD雙譜分析可以提取齒面故障信號的瞬時波形信息。在頻域方面，WATD雙譜分析可以提取齒面故障信號的多種頻率小波分量，對不同頻率小波分量進行分析，可以確定齒面故障的類型和嚴重程度。

2.疲勞裂紋檢測

疲勞裂紋是風電軸承常見的故障類型之一。當軸承材料經(jīng)過長期使用后，常常會在受力區(qū)域產(chǎn)生裂紋，這些裂紋會引起軸承的振動。WATD雙譜分析可以利用小波分析方法提取疲勞裂紋信號的時間頻率分布特征，包括瞬時振動頻率、瞬時頻率帶寬和瞬時振動幅度等信息。

3.內(nèi)外圈故障檢測

內(nèi)外圈故障也是風電軸承的常見故障之一，這種故障通常會導致風電軸承的振動頻率增加。WATD雙譜分析可以利用多尺度小波分析方法對內(nèi)外圈故障信號進行特征提取和診斷，從而確定軸承的故障類型和嚴重程度。

三、結(jié)論

WATD雙譜分析技術(shù)可以有效地應用于風電軸承故障特征提取和診斷。通過小波變換的方法，WATD雙譜分析可以同時提取信號的時域和頻域信息，并且可以分解成多個小波分量進行分析。在風電軸承故障檢測中，WATD雙譜分析可以用于提取齒面故障、疲勞裂紋和內(nèi)外圈故障等特征，對于確保風電軸承的正常運行具有重要意義。為了更好地分析風電軸承故障問題以及WATD雙譜分析技術(shù)在故障特征提取中的應用，需要搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，并進行詳細分析。本文將從以下三個方面進行數(shù)據(jù)分析：

一、風電行業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)分析

1.風電裝機容量

截至2021年6月底，我國風電累計裝機容量已達到281.95GW，成為世界上最大的風電市場。其中，海上風電累計裝機容量占比超過10%，達到29.851GW。

2.風電發(fā)電量

2020年，我國風電發(fā)電量達到4124.2億千瓦時，占全國發(fā)電量的7.4%。預計到2030年，風電發(fā)電量將達到12000億千瓦時以上，占全國發(fā)電量的20%左右。

3.風電軸承市場規(guī)模

據(jù)報告顯示，2019年全球風電軸承市場規(guī)模約為30億美元，預計到2026年將超過45億美元。其中，我國風電軸承市場規(guī)模已逐年增長，預計到2022年將達到100億元以上。

二、風電軸承故障數(shù)據(jù)分析

1.風電軸承故障類型分布

據(jù)分析，風電軸承故障類型主要包括內(nèi)外圈故障、齒面故障、滾子故障和保持架故障等。其中，內(nèi)外圈故障占比最大，約為50%，其次是齒面故障占比約為30%，其余兩種故障類型占比較小。

2.風電軸承故障原因分析

風電軸承故障的主要原因包括材料損壞、負載過大、過熱、使用時間過長等。其中，材料損壞是導致風電軸承故障的根本原因，負載過大和過熱是導致軸承故障的主要原因之一。

3.風電軸承故障率分析

風電軸承的故障率與其使用時間和工況密切相關(guān)，一般情況下，風電軸承的平均使用壽命約為5-7年，然而實際使用壽命受多種因素影響，在保養(yǎng)和維護不到位的情況下可能出現(xiàn)提前故障的情況。

三、WATD雙譜分析技術(shù)在風電軸承故障分析中的數(shù)據(jù)分析

1.WATD雙譜分析技術(shù)優(yōu)勢分析

與傳統(tǒng)頻域分析方法相比，WATD雙譜分析技術(shù)具有以下優(yōu)勢：

①可以同時提取信號的時域和頻域特征；

②可以在多個頻率范圍內(nèi)進行分析，提高了信號分析的準確度和可靠性；

③可以處理非平穩(wěn)信號，適用于具有復雜動態(tài)特征的風電軸承故障信號分析。

2.WATD雙譜分析技術(shù)在風電軸承故障分析中的應用

基于WATD雙譜分析技術(shù)，可以對風電軸承故障信號進行分析，從而準確判斷軸承故障的類型和嚴重程度。WATD雙譜分析技術(shù)在風電軸承故障分析中的應用主要包括以下幾個方面：

①齒面故障檢測：通過分析齒面故障信號的小波分量，可以確定齒面故障的類型和嚴重程度。

②疲勞裂紋檢測：利用WATD雙譜分析技術(shù)可以提取疲勞裂紋信號的瞬時振動頻率、瞬時頻率帶寬和瞬時振動幅度等信息，從而確定軸承的故障類型和嚴重程度。

③內(nèi)外圈故障檢測：利用WATD雙譜分析技術(shù)對內(nèi)外圈故障信號進行多尺度小波分析，可以準確判斷軸承的故障類型和嚴重程度。

3.WATD雙譜分析技術(shù)在風電軸承故障分析中的優(yōu)勢

WATD雙譜分析技術(shù)在風電軸承故障分析中的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

①可以提取多個頻率范圍內(nèi)的信號特征，增強軸承故障分析的準確度和可靠性；

②可以同時提取信號的時域和頻域信息，提高信號分析的效率和精度；

③可以分解信號成多個小波分量，適用于非平穩(wěn)信號的分析。

結(jié)論

綜合以上數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以得出結(jié)論：隨著風電行業(yè)的迅速發(fā)展，風電軸承故障問題日益受到重視。風電軸承故障的類型主要包括內(nèi)外圈故障、齒面故障、滾子故障和保持架故障等，其故障原因主要包括材料損壞、負載過大、過熱和使用時間過長等。WATD雙譜分析技術(shù)作為一種基于小波變換的信號分析方法，在風電軸承故障特征提取中具有很大的優(yōu)勢。通過WATD雙譜分析技術(shù)，可以實現(xiàn)風電軸承故障的準確診斷和分析，提高風電軸承的可靠性和穩(wěn)定性，為風電行業(yè)的高品質(zhì)發(fā)展提供堅實保障。隨著歐洲無法滿足自身能源需求和全球環(huán)境問題的日益嚴重，風能逐漸成為可再生能源的焦點之一，并在很多國家得到了廣泛的應用。中國在風電領(lǐng)域的投資也在迅速增長，如今已成為全球風電裝機容量最大的國家之一。然而，由于風力機的工作環(huán)境惡劣和長時間的運行，風電設(shè)備容易出現(xiàn)各種故障，其中包括風電軸承故障，尤其是在海上風電領(lǐng)域中更為突出。

風電軸承故障類型多樣，常見的包括內(nèi)外圈故障、齒面故障、滾子故障和保持架故障等，其故障原因主要包括材料損壞、負載過大、過熱和使用時間過長等。此外，風電軸承故障率可以通過實際數(shù)據(jù)分析得到，一般來說，風電軸承的平均使用壽命在5-7年，但實際使用壽命受多種因素影響，在保養(yǎng)和維護不到位的情況下可能出現(xiàn)提前故障的情況。

作為一種基于小波變換的信號分析方法，WATD雙譜分析技術(shù)具有較高的信號分析準確度和可靠性，可以對風電軸承故障信號進行分析，從而準確判斷軸承故障的類型和嚴重程度。下面以某風電公司的實際案例為例，闡述WATD雙譜分析技術(shù)在風電軸承故障分析中的應用及效果。

某風電公司的一個風力發(fā)電機組于2019年9月出現(xiàn)異常振動，檢查后發(fā)現(xiàn)主軸承疑似故障，然而對于疑似故障的類型及嚴重程度還需要進一步的分析。此時，該公司采用WATD雙譜分析技術(shù)對風力發(fā)電機的振動信號進行了分析。

風電發(fā)電機振動信號分析結(jié)果表明，主軸承故障信號和有故障的滾子軸承信號的頻譜輪廓是不同的，根據(jù)二者的頻譜輪廓可以判斷出故障類型。WATD雙譜分析技術(shù)可以分析滾動軸承在故障狀態(tài)下的相關(guān)信息，尤其是滾動軸承疲勞裂紋故障的檢測、診斷和評估。基于WATD雙譜分析方法，可以對滾動軸承故障信號進行希爾伯特變換，提取瞬時振動頻率、瞬時頻率帶寬和瞬時振動幅度等參數(shù)，進而確定滾動軸承故障類型和嚴重程度。最終，經(jīng)過分析判斷，該風電設(shè)備出現(xiàn)了主軸內(nèi)圈滾子軸承疲勞裂紋的故障。

通過本案例可以看出，WATD雙譜分析技術(shù)的優(yōu)勢在于其能夠同時提取信號的時域和頻域信息，包括時頻特征和非平穩(wěn)特征，可為風電軸承故障的準確診斷和分析提供很好的支持。此外，在實際應用中，不僅可以使用WATD雙譜分析技術(shù)對風電軸承故障信號進行分析，還可以聯(lián)合聲學發(fā)射檢測、紅外熱成像檢測等技術(shù)，從多角度、多方位分析風電軸承故障，提升風電設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

結(jié)論

本文通過數(shù)據(jù)分析和實際案例探