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振动基础及风电机组振动的产生

实时振动数据监测，能够发现风力发电机组早期故障，避免劣化为更严重的故障，降低维护成本，提高风电机组可利用率。

机械设备和结构系统在运行过程中的振动及其特征信息，是反映系统状态及其变化规律的主要信号。

让我们追本溯源，从振动基础开始，了解更多关于监测诊断技术的秘密。

Q1、振动定义

■ 振动指设备或设备的部件从静止位置开始做循环往复运动。我们用一个弹簧－质量系统的简化模型来描述这种运动，振动就是一个弹簧质量系统从它的静止位置开始的往复运动。

▲ 轴承座与振动简化模型

Q2、振动的三要素及物理量

■ 振动幅值A、频率F（周期T）、相位称为振动的三要素。

■ 振幅A：在波形上轨迹的高度，通常体现振动的大小。

■ 频率F：频率等于周期的倒数；

■ 周期T：在波形上两个相邻波峰之间的时间长度；

■ 相位：反应振动事件发生的时间关系，常用键相信号作为参考。

▲ 简谐振动波形

■ 描述振动的物理量：位移、速度、加速度。

■ 振动位移具体地反映了振动幅度的大小，振动速度反映了能量的大小，振动加速度反映了冲击力的大小。

■ 也可以认为，在低频范围内，振动强度与位移成正比；在中频范围内，振动强度与速度成正比；在高频范围内，振动强度与加速度成正比。

■ 位移通常监测安装了滑动轴承的设备，采用电涡流位移传感器，常用单位 (um或mm)。

■ 加速度反映了机械系统力的作用，尤其对冲击力敏感，通常监测高频信号，常用单位 (m/s^2或g)。

■ 通常用速度信号的有效值来表示振动能量（振动烈度），它能够比较准确反映振动的强弱，常用单位mm/s。

Q3、风电机组振动的产生

■ 风电机组传动链主要包含了主轴承、主轴、增速齿轮箱（包含齿轮和轴承）、联轴器、发电机（包含轴承），机组运行时这些部件都可能产生振动。

▲ 风电机组传动链示意图

▲ 常见的振动及产生原因

01

■ 不平衡的偏心质量产生离心力，通常引起较高的转子旋转频率振动。

02

■ 不对中的轴产生相应振动。

▲ 正常对中

▲ 平行不对中

▲ 角度不对中

03

■ 轴承部件出现损伤，每当滚子通过故障点时，便产生冲击引起振动。

▲ 周期性的故障冲击信号

04

■ 齿轮引起的啮合振动（与转子和轴承不同），齿轮啮合会产生周期性的啮合振动。