风力发电机中弹性支撑的隔振性能分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风力发电技术领域，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。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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Μ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：
[0004] (2)
[0005] 其中
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⑶分析可知只有当频率比2=5 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ωη小于最小激励频 率的〇. 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。
[0006] 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1?。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一 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。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
[0009] -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：
[0010] 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；
[0011] 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；
[0012] 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。
[0013] 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：
[0014] 2. 11)计算输入、输出信号的相干系数；
[0015] 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；
[0016] 2. 13)由选取出的传递函数值生成第一传递函数曲线。
[0017] 优选地，所述步骤2. 12)中相干系数的预设范围为0. 7~1。
[0018] 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；
[0019] r2xy ( ω ) = | Pxy ( ω ) |2/ (Pyy ( ω ) Ρχχ ( ω )) (1)
[0020] 式⑴中r2xy为输入、输出信号的相干系数的频域表示，PXX(?)、P yy(GJ)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。
[0021] 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：
[0022] 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；
[0023] 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；
[0024] 2. 23)由选取出的传递函数值生成第二传递函数曲线。
[0025] 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。
[0026] 优选地，所述步骤1)中振动数据为Χ、Υ方向和Ζ方向中一种或多种方向上的振动 数据。
[0027] 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。
[0028] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0029] 1)本发明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。
[0030] 2)本发明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】
[0031] 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。
[0032] 图2是单自由度隔振系统模型的结构原理示意图。
[0033] 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。
[0034] 图4是隔振系统中传递函数的分析原理示意图。
[0035] 图5是本发明具体实施例中传递函数的结果示意图。
[0036] 图6是本发明具体实施例中相干系数的结果示意图。
[0037] 图7是本发明具体实施例中三个方向的第一传递函数曲线结果示意图。
[0038] 图8是本发明具体实施例中输入信号和输出信号的频谱曲线示意图。
[0039] 图9是本发明具体实施例中三个方向的第二传递函数曲线结果示意图。
【具体实施方式】
[00