DB14-T 2474-2022 風力發(fā)電機組關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術語和定義 4設備 24.1在線振動監(jiān)測系統(tǒng) 24.2傳感器選擇 35關鍵零部件監(jiān)測 35.1關鍵零部件監(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診斷結果反饋 78.1齒輪箱診斷結果反饋 78.2主軸軸承診斷結果反饋 88.3發(fā)電機診斷結果反饋 88.4葉片診斷結果反饋 88.5塔架診斷結果反饋 89監(jiān)測預警 89.1警告限值 89.2故障預警 8DB14/T2474—2022本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(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)電機組關鍵零部件在線振動監(jiān)測指南本文件提供了應用在線振動監(jiān)測技術對風力發(fā)電機組的關鍵零部件（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)測方法及診斷結果反饋等方面的指導。本文件適用于風力發(fā)電場雙饋和半直驅式、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容通過文中的規(guī)范性引用而構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傳感器通用術語NB/T31004風力發(fā)電機組振動狀態(tài)監(jiān)測導則3術語和定義下列術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（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)律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。[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設備4.1在線振動監(jiān)測系統(tǒng)4.1.1系統(tǒng)構成由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、現(xiàn)場服務器、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)構成4.1.2系統(tǒng)要求系統(tǒng)應滿足以下要求：——適應低速且頻繁變化的風輪轉速和載荷；適應高寒（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。——測點選擇原則：.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)電機轉速（或風輪轉速）、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，應兼顧高低頻段振動。表1各類傳感器的基本參數(shù)表5關鍵零部件監(jiān)測5.1關鍵零部件監(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——內齒圈垂直徑向；9——內齒圈水平徑向；10——齒輪箱輸出端徑向；11——齒輪箱輸出端軸向（選配）；12——發(fā)電機驅動端徑向；13——發(fā)電機驅動端軸向（選配）；14——發(fā)電機非驅動端徑向；15——發(fā)電機非驅動端軸向（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、齒輪箱內齒圈水平徑向、齒輪箱內齒圈垂直徑向、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)測內容發(fā)電機振動（電機對中轉子偏心、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)電機驅動端軸向、發(fā)電機驅動端徑向、發(fā)電機非驅動端軸向、發(fā)電機非驅動端徑向，具體安裝位置依發(fā)電機的結構情況而定，但應盡量靠近發(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)采集器應滿足以下要求：——裝置采用分布式智能設計，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、轉速、功率、扭矩等過程量；——應具備振動采集功能；——連接存儲設備，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技術條件要求；——應具有無線傳輸數(shù)據(jù)功能或提供無線傳輸I/O接口（選配）。6.2振動測量設備振動測量設備分為在線式和離線式兩種。在線式測量設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，設定區(qū)域界線，可對振動監(jiān)測結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)測結果內容包括機組配置、關鍵部件運行狀態(tài)故障等級、時域分析及頻譜、包絡圖等信息，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診斷結果反饋8.1齒輪箱診斷結果反饋8DB14/T2474—2022根據(jù)監(jiān)測結果頻譜圖，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)電機診斷結果反饋結合振動監(jiān)測數(shù)據(jù)及運行轉速，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、內部和表面損傷、風輪氣動和質量不平衡等。8.5塔架診斷結果反饋根據(jù)監(jiān)測結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