风电设备的声波（声发射）监测检测

应用-解决方案

     1）风电叶片监测检测

     解决方案：RAEM1-6/RL2系列远程声波（声发射）监测系统

     原理：风电叶片材料发生裂纹等损伤，严重到一定程度，会在工作载荷大时持续产生显著大于以前背景噪声的声波，声波（声发射）监测系统接收分析叶片声波，判断叶片损伤情况，对叶片完整性做出健康评价。  
    
     安装：RL2:叶片长度中间部位对着的塔筒位置/RAEM1-6:叶片内部的靠近根部等位置

     步骤：
     ◆叶片内部接近根部位置安装多个RAEM1-6，连续监测叶片脱粘、纤维断裂、裂纹扩展等显著损伤。采集器通过无线wifi或网关等连接风电网络系统，并输出到云端。
     ◆塔身外对着叶片处安装1个RL2（安装空气传感器），定时采集空气中叶片转动时的声谱，监测叶片外表面肉眼可见的显著损伤，如变形、裂纹等。采集器通过NB-IOT通讯到云端。
     ◆开启采集，数据分析验证，得到判据标准。
     ◆验证效果良好。
     ◆设置判据，手机平台推送信息。
 

     2）风电螺栓监测检测

     风机上用的紧固件较多，主要集中在两部分：
     ①叶片连接坚固件；
     ②塔筒联接坚固件：塔筒一般分为3 节或4 节。塔筒最下端一节，直径一般4-5米左右，塔筒与地面，塔筒之间，均用坚固件联接，所需紧固件在300套左右。

 
     解决方案：RAEM1系列远程声波（声发射）监测系统 
 
     原理：风电螺栓发生裂纹、断裂等损伤过程中释放瞬态弹性波，系统接收分析这个声波，得到螺栓缺陷状态信息。

     安装：螺栓上（每个螺栓安装1个），或紧邻法兰上，包括塔筒螺栓和轴承等部件的螺栓。
     步骤：
     ◆关键部位安装RAEM1，连续监测螺栓开裂、松动等信号。
     ◆塔筒内螺栓采集器接入该塔的内部风电网络，塔筒外的螺栓NB-IoT到云服务器。
     ◆开启采集，参数、波形输出
     ◆分析验证，得到判据标准
     ◆验证效果良好
     ◆设置判据，手机平台推送信息
 

     3）风电塔筒监测检测

     在风电机组中，风电塔筒主要起支撑作用，同时吸收机组震动。但由于风电场所处环境较恶劣，易受到自身因素和外界环境的影响，发生材料的劣化和结构失效。

     解决方案：RAEM1系列远程声波（声发射）监测系统
 
     原理：风电塔筒变形、开裂和裂纹扩展等损伤过程中常伴有微弱声波产生，系统接收分析这个声波，得到塔筒的缺陷程度、缺陷位置等信息，评估塔筒的健康状态。
     安装：塔身内塔筒监测部位（纵缝、环缝丁字口位置）

     步骤：
     ◆需要监测的关键部位安装RAEM1，连续监测塔筒重要部位，监测塔筒显著损伤，如裂纹等。
     ◆采集器无线wifi或网关通讯到风场服务器、监控屏等，同时通过4G等输出到物联网平台。
     ◆开启采集，波形、参数输出。
     ◆现场数据建立数据分析参考判据。
     ◆验证效果良好。
     ◆设置判据，手机报警推送。
 

     4）风电转动设备监测检测

     风电转动系统是使叶片动能转换为电能的关键装置，通常包括轮毂、主轴、齿轮箱、减速器、发电机、轴承等零部件。
 
     解决方案：RAEM2系列远程声波（声发射）监测系统

     ①损伤监测检测
     原理：风电转动设备磨损、凹坑、裂纹等故障导致特征声波信号，声波（声发射）系统采集和分析声波信号获得故障信息，得到风电转动设备的损伤状况。

     ②润滑状态监测检测
     风电机组主要的润滑部位包括齿轮箱、发电机轴承、偏航系统轴承与齿轮、液压刹车系统和主轴承等。润滑可以减少摩擦和磨损，保障风电机组转动机械长期稳定运转。

     原理：润滑油中杂质、缺油导致干磨等都会产生不同于正常润滑的声波信号，采集和分析声波信号，通过声波（声发射）特征参数随润滑状态改变呈现的一定变化规律，判断风电机组润滑状态。
     安装：转动设备适当位置
 

     步骤：
     ◆转动设备（轴承，齿轮箱等）安装1-8个RAEM2（每个转动部件约2米距离间隔）。
     ◆采集器无线wifi或网关通讯到风场服务器、监控屏等，同时通过4G等输出到物联网平台。
     ◆定时启动和休眠系统,定时采集数据。
     ◆现场数据建立数据分析参考判据，同型号多台设备、同设备（无故障的，各种故障的）监测数据得到判据。
     ◆验证效果良好，关闭波形和参数输出
     ◆设置判据，输出得到手机平台推送信息

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方案案例

     案例：每隔1个月对某风电机组轴承进行一段时间的在线声发射监测，评估轴承损伤状况。
 
     综合等级(5个)：完好(1级)；剩余1/2寿命(2级)，剩余1/3寿命(3级)，剩余1/4寿命(4级)剩余1/5寿命(5级)

     ①云平台显示
     用户可通过云平台进行远程配置、远程监控，把数据上传到云平台进行显示分析。
     图1：该风电机组轴承监测中，1号、2号、3号监测通道在云平台的时间-撞击数统计图

     图2：该风电机组轴承监测中，1号通道每个月对应综合级别分别为：1，2，2，3，3

     2021年6月触碰3级报警线(手机同步收到报警推送)。

     ②手机推送
     报警方式：小程序、App、邮箱等。

 
     ③SWAE软件
     使用清诚的SWAE软件进行深度分析，详细了解轴承缺陷详细情况。
     图1：通过SWAE软件用线定位的方法对故障轴承进行定位。

线性定位图

     图2、图3：分别对“好”的轴承和“坏”的轴承进行风电轴承声波（声发射）监测，把采集到的数据通过SWAE软件进行时域分析和频域分析

“好”的轴承时域与频域图

“坏”的轴承时域与频域图

实际案例

     据统计，风电设备在维护的投资损耗巨大。所以对风电机组进行预警性安全性监测，及早发现设备早期疲劳损伤裂纹，对灾难提前预警或避免故障发生、提高生产效率有重要的意义。

 
 
 
 
     1）风电轴承监测（BT轴承）

     BT轴承是双列圆锥滚子轴承，具有一个双滚道的外圈和两个内圈，两内圈之间有一隔圈。可以通过改变隔圈厚度来调整轴承游隙。该类型的轴承可以在承受径向载荷的同时承受双方向的轴向载荷，可在轴承的轴向游隙方位内限制轴和外壳的轴向位移，主要用于承受以径向载荷为主的径向与轴向联合载荷，具有承载能力大，极限转速低的特点。

结构示意图

     BT轴承介于转动轴与定轴中间，位于主轴前端位置，声发射传感器后端有信号线与主机相连，只能布置在定轴内侧，靠近BT轴承位置。

传感器及采集器安装布置

     2）江苏射阳风电轴承在线监测

     风电轴承监测基本测试流程：
     ①传感器、放大器、检测仪主机等硬件安装；
     ②通过人工模拟源对各通道灵敏度标定，通道响应尽可能一致；
     ③通过施加人工模拟源在各结构件上，大致评估信号情况，如信号传导路径、衰减等；
     ④需要做定位分析时，需要用已知模拟源和定位源情况做误差分析；
     ⑤仪器传感器自标定测试（用于监测过程中判定仪器状态，尤其是传感器）；
     ⑥通过测试噪声确定门槛值；
     ⑦长时间大数据采集，记录运行情况，载荷情况、环境情况（天气、检修等）；
     ⑧仪器设备拆卸前，再次模拟源对各通道进行灵敏度标定，记录差异，分析数据时加以考虑。

场景实操图

     数据处理的基本方法（单台数据）：
     ①单台监测对象声发射数据结合载荷情况纵向对比（第一台选取的3月27日和4月5日凌晨数据）；
     ②参数历程图看趋势和分布规律，结合分析的轴承故障特征，判断故障点结构；
     ③参数的相关性，大致判定是信号类型和种类，如：幅度-ASL、持续时间-上升时间、振铃计数-上升计数、幅度-能量等可大致判断是裂纹还是摩擦信号；
     ④典型时域信号与其频谱对照分析归类；
     ⑤异常特征参数与波形信号关联分析，符合性鉴定，如高能量高幅度的信号不一定是裂纹信号，主要是对第3条做验证（参数分析叫波形分析效率高）；
     ⑥时差定位分析（均匀结构件效果好，准确度高，但对通道一致性要求高）。