，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，十分重要
。文章重點(diǎn)對(duì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)電機(jī)振動(dòng)進(jìn)行研究
，然后對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)主要相關(guān)部分進(jìn)行分析，如葉片
、偏航系統(tǒng)振動(dòng)進(jìn)行分析。根據(jù)分析結(jié)果
，布置用于監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)的壓電傳感器
，針對(duì)壓電傳感器檢測(cè)結(jié)果，設(shè)計(jì)出減振系統(tǒng)
。
【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電；電機(jī)振動(dòng)
；壓電傳感器
；減振系統(tǒng)
1 風(fēng)能的形成
在地球表面，由于太陽(yáng)光照射的緯度和位置不同
，地球表面不同位置受到陽(yáng)光輻射而接收的能量不同
，因而產(chǎn)生溫差
，溫度高的地方的空氣上升向高空流動(dòng)
，溫度低的地方的空氣流過來(lái)補(bǔ)充
，形成了風(fēng)，風(fēng)能是空氣流動(dòng)時(shí)的動(dòng)能
?div id="4qifd00" class="flower right">
？諝饬鲃?dòng)得越快
，風(fēng)能就越大
，風(fēng)能是一種沒有污染可再生能源，是一種太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化而來(lái)的二次能源
，比太陽(yáng)能集中度高
，易于應(yīng)用
。其轉(zhuǎn)化方式目前主要是利用風(fēng)車將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為發(fā)電
；也可以用來(lái)作為其它形式的動(dòng)力，如用風(fēng)能抽水等
。
但是利用風(fēng)能發(fā)電
，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，而振動(dòng)和噪聲會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，因此
，監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)測(cè)試
，研究消除風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)，對(duì)保護(hù)環(huán)境和維持發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電
，延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)組壽命有重要意義
。
2 風(fēng)力及其應(yīng)用歷史
利用風(fēng)能為人類的生活
、生產(chǎn)服務(wù)已經(jīng)有數(shù)千年的歷史
，在歐洲，使用風(fēng)能較早和比較成熟的國(guó)家是荷蘭
、丹麥
，并且荷蘭、丹麥一直在風(fēng)力應(yīng)用方面
，處于世界領(lǐng)導(dǎo)地位。
中國(guó)應(yīng)用風(fēng)能的歷史優(yōu)久
，古代對(duì)風(fēng)能的應(yīng)用很廣泛
，并且有利用人造風(fēng)和自然風(fēng)。
人造風(fēng)方面
，我國(guó)在古代有風(fēng)箱
、風(fēng)簾、風(fēng)車
，在上世紀(jì)70年代
，中國(guó)農(nóng)村燒煤，燒柴做飯還使用風(fēng)箱
。自然風(fēng)方面
，我國(guó)有風(fēng)帆船、風(fēng)力磨面
、風(fēng)力抽水等。中國(guó)是世界上最早使用風(fēng)作為動(dòng)力船的國(guó)家
，也是最先進(jìn)的風(fēng)帆船制造國(guó)
，唐代詩(shī)人李白“乘風(fēng)破浪會(huì)有時(shí)，直掛云帆濟(jì)滄海”
，鄭和下西洋
，制造了當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的風(fēng)帆船
。
在中國(guó)廣大的沿海地區(qū)
，很早以前就利用風(fēng)能作為動(dòng)力，提水灌溉農(nóng)田
，用風(fēng)力提取海水制鹽
。
上世紀(jì)70年代，中國(guó)在新疆
、內(nèi)蒙的風(fēng)口地區(qū)和山東、浙江
、廣東
、福建的海島上建設(shè)了8個(gè)風(fēng)力發(fā)電示范基地，推動(dòng)了中國(guó)風(fēng)能發(fā)電的發(fā)展
，目前中國(guó)已經(jīng)成為世界上利用風(fēng)能發(fā)電最多的國(guó)家
，預(yù)計(jì)到2020年底中國(guó)風(fēng)力功率將達(dá)到12000萬(wàn)kw
，到2050年底中國(guó)風(fēng)力功率將達(dá)到50000萬(wàn)kw
。
3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的風(fēng)力機(jī)主要分為水平軸和垂直軸風(fēng)力機(jī)，現(xiàn)在主要討論水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)
，水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)又分為上風(fēng)風(fēng)機(jī)和下風(fēng)風(fēng)機(jī)
，目前風(fēng)力發(fā)電主要采用上風(fēng)風(fēng)機(jī)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要器件有五個(gè)部分
。①風(fēng)車部分：葉輪
、剎車機(jī)構(gòu)、變槳裝置和輪毅
；②支撐部分：轉(zhuǎn)子軸承
、主軸承、聯(lián)軸器
、變速箱（齒輪箱）
、聯(lián)軸器
；③風(fēng)向控制：偏航系統(tǒng)
；④塔架和基礎(chǔ)；⑤發(fā)電機(jī)
、電力輸出控制系統(tǒng)及并網(wǎng)系統(tǒng)?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，F(xiàn)在介紹主要器件的主要作用。圖1是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作原理示意圖
。
風(fēng)力發(fā)電的原理是利用風(fēng)流動(dòng)的動(dòng)能，通過風(fēng)力機(jī)的葉片
，將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能
，通過風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)軸經(jīng)由變速箱（齒輪箱），傳遞給發(fā)電機(jī)發(fā)電
。
但是
，風(fēng)力發(fā)電隨著風(fēng)速和風(fēng)向的變化
，發(fā)電極不穩(wěn)定，并且產(chǎn)生振動(dòng)
，造成故障而停機(jī)
，因此，檢測(cè)并監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及為重要
，這里主要研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)電機(jī)振動(dòng)的測(cè)試方法及控制技術(shù)
。
4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
1.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組各部分產(chǎn)生故障的概率
新的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般故障較少
，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)
，故障也就越來(lái)越多，因此
，分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)組各部分發(fā)生故障的概率
，對(duì)風(fēng)力發(fā)電很重要。下表1是某風(fēng)力發(fā)電機(jī)組各部分發(fā)生故障統(tǒng)計(jì)表
。
2.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)
針對(duì)上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障的統(tǒng)計(jì)
，實(shí)施風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)控顯得十分重要，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)控
，主要是對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)控
，發(fā)現(xiàn)異常，實(shí)時(shí)處理
。這里研究基于壓電式傳感器對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電機(jī)振動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)，然后根據(jù)是檢測(cè)信號(hào)
，反饋給消除或減少風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)的振動(dòng)
。
3.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成和原理
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的振動(dòng)由很多原因造成，主要有3個(gè)方面原因造成振動(dòng)
。①風(fēng)振：風(fēng)力機(jī)的葉片
、葉輪、齒輪箱
、主軸、電機(jī)
、塔架等在風(fēng)力的作用下
，都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)；②固有振動(dòng)：各部件的固有振動(dòng)
；③共振：外界振動(dòng)和部件固有振動(dòng)頻率相同或接近時(shí)
，所形成的共振。振動(dòng)監(jiān)測(cè)的目的
，就是將這些振動(dòng)檢測(cè)并記錄下來(lái)，并在超過限值時(shí)
，發(fā)出報(bào)警
，通過人工或者自身減振系統(tǒng)減小振動(dòng)。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)電機(jī)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由5個(gè)部分構(gòu)成
，分別是：①信號(hào)檢測(cè)傳感器
；②數(shù)據(jù)采集模塊；③工控主機(jī)模塊
；④記錄
、顯示
、打印模塊
；⑤電源模塊。圖2是風(fēng)力發(fā)電機(jī)電機(jī)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的示意圖
。其各部分的作用
，這里不作介紹
。
5 風(fēng)力發(fā)電機(jī)電機(jī)故障診斷方法
1.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)
在檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組振動(dòng)時(shí)，主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)要分布風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸附近
，盡量靠近主軸的承載區(qū)域，選擇的測(cè)量點(diǎn)必須有一定的強(qiáng)度
，并且振動(dòng)衰減少
，信號(hào)強(qiáng)、容易檢測(cè)到測(cè)量點(diǎn)
。
對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組
，檢測(cè)振動(dòng)時(shí)，采用壓電式傳感器
，在檢測(cè)時(shí)，一般采用水平
、垂直
、軸向三個(gè)方向進(jìn)行，以確保測(cè)量結(jié)果的有效性和可靠性
。圖3風(fēng)力發(fā)電機(jī)電機(jī)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)分布示意圖
。
隨著我國(guó)對(duì)海洋的開發(fā)和利用，海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備將進(jìn)行批量化生產(chǎn)
、安裝和使用
，海上風(fēng)電設(shè)備的防振減振更為重要
，因?yàn)檎罪L(fēng)電設(shè)備會(huì)隨著海浪一起振動(dòng)
。中國(guó)為了促進(jìn)南海及南海周邊的和平，建設(shè)南海風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)十分重要
。由于每天經(jīng)過南海的國(guó)際船只高達(dá)7000多艘
，中國(guó)也應(yīng)加快南海國(guó)際船舶服務(wù)站建設(shè)，為過往的國(guó)際船只提供加油
、加水
、為船員提供休息
、就餐、娛樂等服務(wù)
，國(guó)際船舶服務(wù)站也要建設(shè)自身的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備
。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)，直接影響了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電質(zhì)量和電量的輸出
，因此
，監(jiān)測(cè)風(fēng)電設(shè)備的振動(dòng)
，十分重要。
2.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)振動(dòng)診斷方法
隨著網(wǎng)絡(luò)科技和通信技術(shù)的發(fā)展
，利用網(wǎng)絡(luò)可以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)信息實(shí)時(shí)傳送到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的監(jiān)控中心，利用計(jì)算機(jī)將監(jiān)測(cè)到的信息進(jìn)行儲(chǔ)存
、分析
、處理。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)振動(dòng)診斷方法是：①時(shí)域分析法
；②頻譜分析法
；③時(shí)頻分析法。目前在這3種方法中
，首先時(shí)頻分析法
，這種分析方法
，兼顧頻域和時(shí)域全貌
，又能顧及局部特性，能準(zhǔn)確
、高效地分析風(fēng)力發(fā)電的振動(dòng)特性
。常用有小波分析、短時(shí)傅里葉變換
、時(shí)頻分析等方法
。
6 結(jié)論
風(fēng)力發(fā)電電機(jī)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以以電機(jī)振動(dòng)為主
，風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電機(jī)整機(jī)、葉片
、偏航系統(tǒng)
、齒輪箱、主軸承的振動(dòng)為輔進(jìn)行檢測(cè)
，監(jiān)控效果好
，能實(shí)時(shí)傳輸，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電質(zhì)量和總發(fā)電量
，可作為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)參考
。
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來(lái)源：《科技創(chuàng)業(yè)月刊》
（版權(quán)歸原作者或機(jī)構(gòu)所有）
