风力涡轮机振动分析:哪种方法?

信息处理 频谱 Python 小波 希尔伯特变换
2022-02-27 01:18:55

我正在分析来自4 个风力涡轮机(WT) 的振动数据。每天一次以25.6 kHz的频率对8 个不同的传感器进行 10 秒的采样。我有大约400 天(间隔)的数据。下面的图是时域中四个 WT 之一。

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四个涡轮机(Gearbox HSS)的 FFT 频域在 0-12kHz 范围内:

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目前的计划和问题:

我想查找变速箱中的故障,并且我怀疑 WT 4(上图右下图)的性能下降最多。我想应用某种高频技术来寻找较高频率范围内的早期轴承损坏,因为 FFT 无法捕获这些损坏。

  • 我应该在这里考虑哪些方法?(我看过一点Hilbert transform,但我不确定这对我有什么帮助。)我也在考虑执行某种包络/小波变换。
  • 我也应该关注较低的频率吗?

这不是我的主要研究领域,我想尝试使用从信号处理中获得的变量构建机器学习分类器。

所有 4 台涡轮机在 400 个间隔内的低频 (0-2000Hz) 发展图:

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谢谢!

2个回答

我见过用于确定轴承故障的一种技术是使用振动信号的峰度。

您可以跟踪Wikipedia 所称的样本超峰度随时间变化的情况。这是与信号为高斯分布时看到的峰度不同的峰度。

样本超峰度定义为:

m4m223=1Nn=0N=1(xnx¯)4(1Nn=0N=1(xnx¯)2)23

在哪里x¯是样本均值,m2是样本二阶矩,并且m4是样本四阶矩。

Brüel & Kjær 有一篇关于使用峰度的很好的文章,尽管他们使用实际峰度而不是过度峰度。

为什么?

当砂砾或污垢或破损的轴承件进入旋转元件时,往往会出现轴承故障。当这种情况发生时,振动信号往往会变得更加“尖锐”,因为引起故障的材料在滚动元件和轴承座圈上被磨碎。

其他方法

您还可以查看删除您对信号谐波含量的了解,然后查看剩余部分。 这里有一些关于它的东西。 但是,请先尝试一些简单的方法,例如峰度。

(我对这个研究领域也比较陌生,但这是我的意见,希望对您有所帮助)。

应选择反映您使用的系统特性的频率分析技术。以这种方式进行的傅立叶分析假定数据对于收集数据的每个样本间隔都是静止的。由于您仅以 10 秒的时间间隔获取数据,这可能是一个很好的假设(系统输出不太可能在此时间间隔内随时间发生显着变化)。

我想应用某种高频技术来寻找较高频率范围内的早期轴承损坏,因为 FFT 无法捕获这些损坏。

为什么 FFT 不能捕捉数据的高频特征?从理论上讲,您应该只受数据的 25.6 kHz 采样频率的限制(除非我错过了某些情况,在这种情况下道歉)。

看看 Hilbert-Huang 变换,它适用于非线性和非平稳数据。如果您使用/曾经使用过 MATLAB,那么 MATLAB hht 文档提供了如何诊断轴承故障的分步示例,这可能是一个很好的起点。

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