风力发电机中弹性支撑的隔振性能分析方法技术

本发明专利技术公开一种风力发电机中弹性支撑的隔振性能分析方法，步骤为：1)风力发电机运行时，实时采集正常工作状态下弹性支撑的振动输入端、输出端的多组振动数据，得到弹性支撑的输入、输出信号；2)由输入、输出信号得到传递函数；通过输入、输出信号的相干系数选取传递函数中部分传递函数值生成第一传递函数曲线；选取弹性支撑振动输入端激励源的特征频率在传递函数中对应的传递函数值并生成第二传递函数曲线；3)比较第一传递函数曲线与第二传递函数曲线的变化趋势是否一致，若一致，以第一传递函数曲线或第二传递函数曲线作为隔振性能的分析结果。本发明专利技术具有实现方法简单、能够适用于复杂的振动环境且分析结果可信度高的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风力发电
，尤其涉及一种风力发电机中弹性支撑的隔振性能分析方法。
技术介绍
风力发电机是一个极其庞大而复杂的系统，其振动来源较广，包括气动、机械、电磁以及各种耦合等各方面的激励，因此一般都需要通过弹性支撑来隔离和减少振动能量的传递，从而改善结构的振动环境。常见机型的风力发电机主要部件以及振动能量传递结构如图1所示，齿轮箱和发电机都是通过弹性支撑与机架相连，整个风力发电机构成一个振动能量相互流动的系统。弹性支撑作为风力发电机的重要部件，其对整个系统振动能量的传递、隔离和吸收等都起到了重要的作用，主要包括：一是用于支撑齿轮箱、发电机重量和承载风机的载荷，这同时也要求在机组运行时弹性支撑的刚度不超过一定的变形量，从而保证机组运行的稳定性；二是用于减振和隔振，其主要是隔离振动能量在齿轮箱、发电机与机架之间的传递。因此在风机设计中，弹性支撑参数的选择也是风力发电机设计中的一个重要考虑。目前风力发电机的弹性支撑设计时主要是以单自由度隔振理论为考量基础，单自由度隔振系统模型如图2所示，隔振系统连接在质量为M的被支撑物以及基座之间，其中隔振系统的刚度为k，被支撑物的输入激振力为F(t)，激振力F(t)通过隔振系统后传递给基座的阻力为Ff(t)，则由振动理论得出力的传递函数为：μF=|Ff||F|=1+(2ζωωn)2(1-ω2ωn2)2+(2ζωωn)2---(2)]]>其中为隔振系统的固有频率，ω为激励频率，为相对阻尼比，为临界阻尼系数。位移X(t)或加速度的传递函数与力的传递函数类似。由式(3)分析可知只有当频率比时，隔振系统才有隔振效果，因此风力发电机弹性支撑的隔振设计通常就是依据上述理论要求弹性支撑的固有频率ωn小于最小激励频率的0.707倍，而弹性支撑在风力发电机系统中的实际隔振性能则还需要通过具体试验进行分析，由分析结果再进行进一步优化。现有技术中，对弹性支撑隔振性能的分析通常是通过施加人为激励进行试验的方法，即在无外界干扰的情况下，通过人为的激励(如安装激振器、力锤等)激发弹性支撑一端结构的振动，再用传感器采集被激发结构的响应作为输入、弹性支撑另一端结构的响应作为输出，由输出与输入信号进行传递函数来分析弹性支撑的隔振性能。此类方法中，为了使输入、输出信号具有强相关性，试验通常需要在车间或试验台等外界干扰小的环境下进行，同时需要试验系统都处于理想运行状态。而在实际的风场运行环境中，弹性支撑在工作状态时所处的振动环境复杂且干扰信号多，因此上述通过施加人为激励的试验方法与弹性支撑的实际工况差距较大，不利于准确分析弹性支撑在实际工况下的隔振性能，实用性不高，而采用直接获取实际工况下隔振性能指标(例如传递函数)的方法则难度大且可信度也不高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种实现方法简单、能够适用于复杂的振动环境且分析结果可信度高的风力发电机中弹性支撑的隔振性能分析方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种风力发电机中弹性支撑的隔振性能分析方法，具体实施步骤为：1)风力发电机运行时，实时采集弹性支撑在正常工作状态下的振动输入端、输出端的多组振动数据，分别得到弹性支撑的输入、输出信号；2)由所述输入、输出信号得到传递函数；通过输入、输出信号的相干系数选取传递函数中部分传递函数值生成第一传递函数曲线；选取弹性支撑振动输入端激励源的特征频率在所述传递函数中对应的传递函数值并生成第二传递函数曲线；3)比较第一传递函数曲线与第二传递函数曲线的变化趋势是否一致，若一致，以第一传递函数曲线或第二传递函数曲线作为隔振性能的分析结果。优选地，所述步骤2)中生成第一传递函数曲线的具体步骤为：2.11)计算输入、输出信号的相干系数；2.12)取相干系数在预设范围内的目标频率点，在传递函数中选取出目标频率点对应的传递函数值；2.13)由选取出的传递函数值生成第一传递函数曲线。优选地，所述步骤2.12)中相干系数的预设范围为0.7～1。优选地，所述步骤2.11)中按式(1)计算输入、输出信号的相干系数；r2xy(ω)＝|Pxy(ω)|2/(Pyy(ω)Pxx(ω))(1)式(1)中r2xy为输入、输出信号的相干系数的频域表示，Pxx(ω)、Pyy(ω)分别为输入信号的自功率谱、输出信号的自功率谱，Pxy(ω)是输入信号与输出信号的互功率谱。优选地，所述步骤2)中生成第二传递函数曲线的具体步骤为：2.21)查找出风力发电机运行时弹性支撑振动输入端激励源的各个特征频率；2.22)在传递函数中选取出所述各个特征频率对应频率点的传递函数值；2.23)由选取出的传递函数值生成第二传递函数曲线。优选地，所述步骤2)中弹性支撑振动输入端激励源的特征频率包括啮合频率、转动频率以及发电机轴承的特征频率。优选地，所述步骤1)中振动数据为X、Y方向和Z方向中一种或多种方向上的振动数据。优选地，所述步骤1)中振动数据为位移、速度或加速度中一种。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1)本专利技术直接采集风力发电机运行时弹性支撑的振动数据，通过传递函数分析风力发电机中弹性支撑的隔振性能，能够直接适用于风场实际的复杂振动环境，从而更为准确的分析弹性支撑的隔振性能，同时通过相干系数、激励源特征频率两种方式生成传递函数曲线来对传递函数进行修正，实现方法简单且能够有效滤除各种干扰信号，从而提高分析结果的可信度。2)本专利技术通过两种方式来提高传递函数的可信度：一是利用相干系数选取传递函数值生成第一传递函数曲线，以利用采集信号数据本身的特征选出可信度高的传递函数值；二是通过计算激励源特征频率的传递函数值生成第二传递函数曲线，以利用风机振动特点来尽可能的排除干扰信号，再通过两条曲线的比较来进行相互验证，进一步确保传递函数的可信度。附图说明图1是常见机型的风力发电机主要部件以及振动能量传递的结构示意图。图2是单自由度隔振系统模型的结构原理示意图。图3是本实施例风力发电机中弹性支撑的隔振性能分析方法的流程示意图。图4是隔振系统中传递函数的分析原理示意图。图5是本专利技术具体实施例中传递函数的结果示意图。图6是本专利技术具体实施例中相干系数的结果示意图。图7是本专利技术具体实施例中三个方向的第一传递函数曲线结果示意图。图8是本专利技术具体实施例中输入信号和输出信号的频谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电机中弹性支撑的隔振性能分析方法，其特征在于具体实施步骤为：1)风力发电机运行时，实时采集弹性支撑在正常工作状态下的振动输入端、输出端的多组振动数据，分别得到弹性支撑的输入、输出信号；2)由所述输入、输出信号得到传递函数；通过输入、输出信号的相干系数选取传递函数中部分传递函数值生成第一传递函数曲线；选取弹性支撑振动输入端激励源的特征频率在所述传递函数中对应的传递函数值并生成第二传递函数曲线；3)比较第一传递函数曲线与第二传递函数曲线的变化趋势是否一致，若一致，以第一传递函数曲线或第二传递函数曲线作为隔振性能的分析结果。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机中弹性支撑的隔振性能分析方法，其特征在于具体实施步骤为：
1)风力发电机运行时，实时采集弹性支撑在正常工作状态下的振动输入端、输出端的多
组振动数据，分别得到弹性支撑的输入、输出信号；
2)由所述输入、输出信号得到传递函数；通过输入、输出信号的相干系数选取传递函数
中部分传递函数值生成第一传递函数曲线；选取弹性支撑振动输入端激励源的特征频率在所
述传递函数中对应的传递函数值并生成第二传递函数曲线；
3)比较第一传递函数曲线与第二传递函数曲线的变化趋势是否一致，若一致，以第一传
递函数曲线或第二传递函数曲线作为隔振性能的分析结果。
2.根据权利要求1所述的风力发电机中弹性支撑的隔振性能分析方法，其特征在于，所
述步骤2)中生成第一传递函数曲线的具体步骤为：
2.11)计算输入、输出信号的相干系数；
2.12)取相干系数在预设范围内的目标频率点，在传递函数中选取出目标频率点对应的
传递函数值；
2.13)由选取出的传递函数值生成第一传递函数曲线。
3.根据权利要求2所述的风力发电机中弹性支撑的隔振性能分析方法，其特征在于，所
述步骤2.12)中相干系数的预设范围为0.7～1。
4.根据权利要求3所述的风力发电机中弹性支撑的隔振性能分析方法，其特征在于，所
述步骤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永胜，赵萍，杨柳，王靛，熊维军，欧惠宇，宋力兵，阳凌霄，李慧新，
申请(专利权)人：南车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43