隨著社會的進(jìn)步與人們生活質(zhì)量的提高，煤、石油、天然氣等不可再生資源已不能滿足人們的需求，人們開始日益重視可再生資源的開發(fā)使用，風(fēng)能以其清潔可再生的優(yōu)勢及日趨完善的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，逐漸成為地球上發(fā)展速度最快的能源之一。
近年來，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，伴隨風(fēng)機單機容量和機艙體積逐漸增大，輪轂也隨之增高，風(fēng)機面臨的挑戰(zhàn)也日益增加。而且風(fēng)力發(fā)電機所處環(huán)境復(fù)雜多變，且長期工作在野外、雷雨、臺風(fēng)、冰雹等惡劣的環(huán)境中，容易發(fā)生多種機械故障或電氣故障，需經(jīng)常性維修。
維修通常包括預(yù)防性維修和事故維修。預(yù)防性維修指的是在事故發(fā)生之前對風(fēng)機進(jìn)行計劃維護(包括潤滑、擰緊螺栓、更換過濾器、檢查安全設(shè)備等)，該方法必定會導(dǎo)致正常的設(shè)備也被頻繁檢修，影響設(shè)備的正常生產(chǎn)，浪費大量人力和時間，帶來巨大的經(jīng)濟損失。事故維修指的是設(shè)備故障或事故發(fā)生之后再對其進(jìn)行修理，由于風(fēng)機塔架通常高達(dá)幾十米甚至上百米，且工作環(huán)境特殊，常常會給維修及拆卸帶來困難，造成的巨大維修費用及損失，更為甚者，給人們的安全帶來毀滅性的災(zāi)難。針對上述維修方式的缺點，人們進(jìn)一步設(shè)計了基于狀態(tài)監(jiān)測的預(yù)防性維修，即利用風(fēng)機性能或參數(shù)進(jìn)行預(yù)防性維修，通常稱之為狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(Condition  Monitoring System, CMS)。
研究者對 Vatttenfall 公司的某風(fēng)場進(jìn)行了維修費用調(diào)查，各主要部件(齒輪箱、發(fā)電機、變壓器、葉片等)替換費用總和大致為 750000 歐元，而 SKF 公司的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)大約 20000 歐元，顯而易見，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)帶來的效益是巨大的。據(jù)計算，風(fēng)場的全部風(fēng)機裝上 CMS 后，節(jié)省了計劃維修的資金，只需不到其一半的費用就可以彌補狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的花銷。對一個具有 20 年設(shè)計壽命的風(fēng)機來說，維修和部件費用占到風(fēng)機帶來總效益收入的 10-15%，而對于所處特殊環(huán)境的海上風(fēng)力發(fā)電機來說，維修費會占到風(fēng)機總效益收入的 20-25%。因此，通過給風(fēng)機安裝狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，可以進(jìn)行早期故障預(yù)測，增加發(fā)電系統(tǒng)可靠性，減少停機時間和不必要的過度維修，使效益最大化。 圖 1-1 為德國某風(fēng)場各部件停機時間百分比，從圖中可以看出，齒輪箱故障造成風(fēng)機停機的時間最長達(dá)到 21%，這是因為齒輪箱受風(fēng)速變化的影響，受力復(fù)雜，且齒輪箱體積很大，需要升降機進(jìn)行吊裝維修，有的時候還需要直升機將維修人員送入機槍，進(jìn)行檢查維修，造成的停機時間很長。另外，發(fā)電機造成的停機時間位于第二，主軸(軸承)和轉(zhuǎn)子造成的停機時間次之。機械故障(齒輪箱、主軸/軸承、轉(zhuǎn)子、液壓裝置、偏航系統(tǒng)等)造成的停機時間比例之和達(dá)到 55%以上，且維修難度大。
 以上研究表明，機械故障在風(fēng)機故障中占有很大的比例，因此監(jiān)測引起故障的關(guān)鍵部件尤為重要。風(fēng)機振動監(jiān)測部分主要集中在傳動系統(tǒng)，包括主軸、齒輪箱、發(fā)電機等，而軸承是風(fēng)機機械傳動系統(tǒng)和發(fā)電機系統(tǒng)的核心部件，機械傳動系統(tǒng)的齒輪箱、槳葉等和發(fā)電機絕緣故障等非軸承故障，亦多是由軸承故障引起或可在軸承的運行狀態(tài)中得到反映。因此，對風(fēng)機軸承的運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測和分析，對整個風(fēng)機的故障診斷和運行維護具有重要的意義。
1.2  基于振動監(jiān)測的風(fēng)機軸承故障診斷的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
振動監(jiān)測是一種比較成熟的監(jiān)測方法，在旋轉(zhuǎn)機械和其他發(fā)電機組的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中已得到廣泛應(yīng)用，且取得了很好的效果。風(fēng)機也是大型的旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備，其機械部件特別是傳動系統(tǒng)的故障特征與其它旋轉(zhuǎn)機械具有共性，都存在多部件耦合振動，且工作振動噪聲干擾巨大，振動都體現(xiàn)為非高斯、非平穩(wěn)、非線性信號，因此風(fēng)電機組組件故障診斷技術(shù)與其它旋轉(zhuǎn)機械的故障診斷屬于同一研究范疇。軸承是包括風(fēng)機在內(nèi)的旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備中的核心部件，其運行狀態(tài)直接決定著機械設(shè)備的性能。據(jù)相關(guān)資料表明，旋轉(zhuǎn)機械 30%的故障是由滾動軸承的損傷引起的，因此，研究滾動軸承故障診斷技術(shù)意義重大。
 

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