摘要：伴随着科学技术的发展，各种各样的新能源开发层出不穷，作为新能源的风能，其具有很多的优点，不仅仅属于清洁能源，还具有安全、可再生等等的优点。风能的主要应用范围目前是在发电的方面，风能发电技术目前得到了很大的发展。在风能发电之中，风力发电机是风电进行转换的重要设备，但是在实际的风机运转的过程之中，因为会受到惯性力、空气动力等等的因素的影响，那么风机就会出现各种的故障。所以对于风机的故障预测十分的重要，通过风机的叶片故障来进行风机运转状况的预测是很好的方式。
关键词：风机叶片；故障预测；振动方法研究
现在的社会生活之中，对于能源的要求越来越高，因为能源在社会之中具有很重要的作用，一些能源经过多年的使用已经在逐步的减少，这些是不可再生的能源。当前的能源发展方向就是可再生能源的开发，比如风力能源、太阳能等等，而且已经有了不少成果，在风能的利用方面已经有了风力发电，风力发电的技术还在进一步的完善之中。在风力发电中，风力发电机是重要的设备，其是风能转化为电能的关键设备，但是在风机的工作之中，由于外部的原因或者是内部的原因极易的造成发电机组的故障，一旦发生故障，风力发电机组的工作效率就会降低，严重的甚至会停止工作。对于引起风机的故障的原因来说，振动因素是占比最大的一个方面，对于风机叶片故障预测的振动方法的研究，是解决风机叶片的故障监测的重要发展方向，通过振动因素检测风机叶片的故障，也是目前较为先进的一个方法。
一、关于风机叶片故障预测的振动方法的原理概述
对于风力发电来说，风机是具有非常重要的作用的，在风机的运作过程之中，会有振动，振动的方式不但能够反映设施的情况，还能够表达出一些设施的故障的信息。风机的叶片都有一定的固定的振动工作频率，通常的情况之下，这个振动频率的值是0.2Hz以上。依据这个振动的数值，能够对于它的加速度以及位移等等重要的数值进行判断，在这些可以预测的数值之中，加速度是信号的幅值最为明显的，是最大的，这就说明了能够利用加速度的信号当作测量与处理的对象，对于风机叶片的状况进行判断[1]。
运用加速度传感器对于风机叶片的加速度的数值进行测量，能够很方便的掌握风机叶片的振动的程度。这种方式的主要运用原理是，速度可以通过对于加速度进行积分来求得，知道速度之后就可以计算获得风机叶片的振动频率，这是第一步，然后还需要对于求得的速度进行再次的积分，这样就可以获得风机的叶片在发生振动的时候，它的位移的情况，这样就对于振动的幅度有了更好的了解。最后的需要依据前面测量出的加速度，依据加速度求得的速度、频率、位移等等情况，对于加速度进行矢量的计算，再利用已知的信息和数值计算出风机叶片的振动大小与方向，进一步的进行处理，判断风机叶片是否存在故障。
二、对于风机叶片故障预测系统的硬件设计
1、对于传感器模块的设计
在硬件设计的传感器的模块设计之中，其三轴的加速度传感器的选择是非常重要的，要选择可以精准的测量出x、y、z三轴方向的振动加速度的值的传感器。在当前的传感器之中，MMA7260Q三轴加速度传感器可以很好的满足设计需求，选用此传感器，风机塔架的振动信号选择低频信号，要使用外部的电容能够对于传感器的输出宽带进行限定，这样就能够提升分辨率，同时的可以降低噪音。
2、对于CPU模块的设计
风机叶片故障预测系统对于CPU模块的要求较高，因为在测量的分析之中，要可以完成15路加速度传感器模拟了的高精度A/D转换，所以的应该选择内置有12位A/D的TMS320F2812的处理器芯片，该CPU模块具有非常优秀的对于数据的处理功能，而且运行的速度也完全的能够满足设计要求[2]。需要注意的一点就是实际的采样信号之中会有很多的杂波，如果要保障数据的处理精准度，应该对于振动的信号进行IIR数据处理。
3、对于信号调理模块的设计
对于信号的调理模块来说，低通滤波单元是模拟信号的处理通道的主要部分，对于提取的特征频段信号的质量有很大的影响，在实际的设计工作之中，滤波器的阶数应该设计的要高一些，来保障阻带衰减率能够高一些。在这次的设计之中，应该选择8阶的低通巴特沃兹滤波器，这个滤波器的通带响应能够完成对于信号进行抗混叠滤波的处理。
4、对于存储器模块的设计
对于存储器模块的设计要求是，应该要有及时的把故障发生之时产生的信息进行保存的能力，为故障的处理打下基础。在本次的设计之中选用FM24C16存储芯片，利用I2C的方式把芯片和TMS320F2812进行连接。
5、对于电源模块的设计
适用于本次设计的电源是24V的直流电源，控制的芯片应该使用独立的3.3V直流电源供电，这个3.3V的直流电源可以利用开关的稳压器件来获得，信号的调理电路的运算放大器要运用5V的电源来供电，这个可以利用两个线性的稳压器来分别的获得[3]。
6、对于通信模块的设计
通信模块主要的工作是使得监控中心和检测网络之间可以有正常的通信，可以选择接口芯片75LBC184来设计，可以完全的满足设计的需要。
7、对于继电器驱动电路的设计
继电器是保障风机安全的重要措施，如果风机出现故障之后，需要继电器能够及时的将风机和供电网络断开连接，将供电的回路切断，防止高频谐波渗入到电网之中。在此次的设计之中可以选择G6B型的继电器，风机正常工作则继电器闭合，如出现故障继电器则断开。
三、对于风机叶片故障预测系统的软件设计
对于系统的软件设计来说，应该对于滤波器的类型与高通的截止频率等等的参数进行处理和设置，而且需要对于低通的截止频率进行设计，对于一些采集点与数据等等需要精准的计算，这样就可以使得风机叶片的故障预测的振动方法系统能够通过振动的频率检测出故障的发生位置，并且可以进行记录和信息反馈。对于软件的设计要严格的按照流程进行，使得采集、数据、模拟等等信号的滤波算法可以有效的处理与设置，各个相连的位置能够合理的衔接与运转，整体的系统能够正常的运行。注意程序存储器的参数初始值的设置，因为滤波器类型的选择、带通滤波器的高低通截止频率等等，都需要利用软件部分来完成工作。
四、结语
总的来说，风机叶片故障预测的振动方法的研究，对于风力发电来说至关重要，能够很好的对于风机设备进行维护，保障风力发电工作的顺利进行。
参考文献：
[1]赵立明.风机叶片故障预测的振动方法研究[J].内蒙古科技与经济，2018（02）：99.
[2]段成宪.风机叶片故障预测的振动方法探究[J].海峡科技与产业，2017（09）：124-125.
[3]王有荣，王媛，那森.浅析风机叶片故障预测的振动方法[J].自动化应用，2016（08）：151-152.
论文作者:朱江栋,邵金波
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：风机论文; 叶片论文; 故障论文; 加速度论文; 信号论文; 传感器论文; 模块论文; 《基层建设》2019年第15期论文;