VDI-3834 风机振动标准.pdf

1 VDI-38341 前言.1 引言.1 1.应用范围.2 2.前提.3 2.1 测量参数和特征参数.3 2.2 风力发电机的取均值规程和评估参数.3 2.3 评估时长.4 3.测量和鉴定的指示.4 3.1 机舱和塔架.4 3.2 滚珠轴承的主轴承.5 3.3 变速箱.5 3.4 发电机.6 3.5 测量设备的要求.6 3.6 振动传感器的安装个耦合.7 3.7 测量时的运行条件.8 4.评估规范.8 4.1 机组.8 4.2 特征参数的值.9 5.振动评估的标准值.9 6.运动中振动限值.10 6.1 警告限值的确定.11 6.2 报警限值的确定.11 7.对振动监测的建议.11 7.1 总振动监测.11 7.2 状态监测.11 8.参考书目.12 8.1 技术规则.12 8.2 文献.15 1 前言 这份准则的内容简历在对 VDI 1000 准则的方针和建议的遵守上。保留所有的权力，包括对着部分段落的或全文的重印拍摄电子化和翻译。这份 VDI 准则在原创人的警告之下和 VDI 须知所示的授权条件得到遵守是可用。感谢所有在制定这份准则中的光荣的协助者。引言 由于特殊的建造和运行条件，现有的对建筑物和机械的振动评估标准对于风力发电机(WEA)已不适用。风力发电机塔架和机舱受海风影响（海上风机受海浪影响）的振动、塔架前流体扰动产生的振动，以及转子叶片和建筑物（塔架和塔架基础）的自身振动，在时间推移和建筑物类型上各有区别。在 DIN4150-3 和 ISO4866 中解释的测量方法和建筑物振动评估规范可作为引导。对于风力发电机的组件（转子、齿轮箱和发电机），可考虑基本标准 DIN ISO10816-1和 DIN ISO7919-1，用于机械振动的测量和估值。在此基础上，还有其他标准，包括 DIN ISO 10816-3 和 DIN ISO7919-3，用于各类工业机械。然而在 DIN ISO10816-3 的适用范围中明确排除了风力发电机，而在 DIN ISO 7919-3 中并未提及风力发电机。在这些标准中的规范普遍适用于风力发电机组件，但他们只适用于本机中产生的并直接影响组件的振动。它们还适用于振动扩散的评估，即机组附近的辐射。该标准不适用与外源传入机组的振动，及振动侵入。即塔架或机舱的振动对风机产生的影响、由风和海浪对海上风机激励的影响。由于风力发电机的振动级别对所有零件和组件以及对运行可靠性和使用寿命产生的巨大影响，从不同的风机欧洲制造商和运营商的角度来看，还有顾问、保险公司和服务供应商，他们对公认的规则，包括对风力发电机及其组件机械振动的测量和估值的规范和建议有极大的需求。这是 VDI3834 准则的主要任务。它的目标是统一测量方法，帮助估值和对测得的风机及其组件的振动比较评估。测量的结果须在给定值超额时给出风机相应组件或整体可能存在危险的指示，单不证实单项原因。若给定值为超额，虽然仍在标准运行状态，单并不能排除单项的损坏。风力发电机的工作原理主要在于水平轴上旋转的转子。转子包括叶片，叶片固定安装或者在纵轴可旋转。轮毂与风力发电机的传动链连接。机械能转化为电能由发电机完成，在它的输入端有变速箱，这些用于能量转化的组件通常安装在机电室，在此称为机舱。机舱安置2 在塔架上，可旋转，塔尖建在基座上。叶片与转子暴露在非对称的流入气流和随机的起伏风速中。非对称的流入气流由紊流、湍流、转子的斜向气流以及转子表面不同的风速分布产生。除了空气动力学的载荷，惯性力和不同运行情况的载荷也对风力发电机产生影响。在运行条件上迭加的外部条件，例如功率、转速，同时还有风力发电机的结构或单个组件的设计，导致包括转子、传动链、塔架和基座的整个风机上产生变化负载，因此激励了耽搁零件的振动。传动链由若干个组件构成，组件激励了收结构型式所限的，以及传动链特有的与转速有关或无关的振动。取决于制造和设计，发电机、变速箱和离合器不仅作为单个组件，也互相配合地与风力发电机类型相关地展现于有区别的振动特性。根据激励源和激励范围，例如，由于较准问题会产生振动，并导致齿轮间啮合冲击。进一步在传动链印发共振。由于这些原因，必须考虑到整个风力发电机组，即包括传动链、叶片、机舱和塔架。由于安装位置和机械传动链的种类可能会对所有组件的振动级别产生重大影响，有必要在 VDI3834 中归为四组：第一组：转子与发电机间连接变速箱的陆上机组 第二组：转子与发电机间无级变速的陆上机组（直驱）第三组：转子与发电机间连接变速箱的海上机组 第四组：转子与发电机间无级变速的海上机组（直驱）在准则 VDI3834 系列中，会给每一组相应的篇幅，其中包括参数值的特别规定、测量位置和测量条件们还有所测振动的评估标准值的列表。1.应用范围 在准则 VDI3834 系列中给出了测量和评估发电机及其组件的机械振动的指示。它适用于发电机额定功率大于 100kW，并有下述结构和运行特征的风力发电机组：l 安装在陆地上或滨海区域 l 安装在钢和混凝土的支撑体（塔架和基座）上 l 转子的轴为水平，并有若干叶片 l 主轴承（转子轴承）脱离货集成在变速箱中 l 发电机通过变速箱传动或直接驱动 l 同步或异步发电机 l 单极发电机或自换极调速发电机 3 l 通过调节转子叶片货失速控制输出 l 发电机通过变频器耦合到电网或直接耦合 当前的准则适用于第一组风力发电机。在第五章中包含了稳定发电时的振动评估标准值，目前只震动额定功率3MW。适用于第二组风力发电机的 VDI3834 第二册正在准备中，为之已由少量的测量数据。还没有收集适用于海上风力发电机（第三组和第四组）的测量数据。准则 VDI3834 系列不适用与在制造商试验站里对变速箱和发电机的验收测量。这要根据有效的标准评定，即 ISO8579-2 和 DIN EN 60034-14.在第五章给出的标准值不适用于故障的早起检测。准则 VDI3834 系列不适用与传动链的扭转振动以及轴承和齿轮的状态的评估。测量和评估固体传声的指示可在准则 VDI3834中找到。关于状态检测系统的类型和执行的信息，在 7.2 章节给出。2.前提 2.1 测量参数和特征参数 特征参数是由测得的原始信号（测量参数）按规定的规程生成的。在规定的测量位置、制定的测量方向和定义的运行条件下进行测量。规程中包括必不可少的信号处理、过滤盒取平均值，以及特征值和特征函数的生成，最好是显示。这个过程也被称为特征值生成（Kennwertbildung）。关于在下文中提到的测量参数和特征参数，以及传统的测量和分析机械振动的规程和仪器，在准则 VDI3839 第一册给出概况资讯。评估振动对风力发电机及其组件的影响，必须用其他机械振动评估标准或准则中所述的规程为特征参数的生成加以补充。2.2 风力发电机的取均值规程和评估参数 风力发电机特定的运行条件、风力强度和流动方向的变化，以及可能发生的海浪排挤海上风机引起额外的激励，导致持续变化的振动激励，其结果是测量值的短暂变动，并有频繁的振幅跳跃。如 DIN ISO 10816 中各部分和用于评估振动状态的 DIN ISO 7919 所要求的条件，很少较长时间地存在。因此，将测量值在待定时间段内取平均值生成特征参数，以平衡波动，对于风力发电机是绝对必要的。与第六章中标准值进行比较的前提是，即使是其中列出的数值，也要以平均值后的数据（方可比较）为依据。4 风力发电机的去平均值规程应选用“能量等价平均”法。例如，在加速度随时间推移过程中定义一个评估价速度 aw0。它描述了在待定的评估时长 T0 内的总载荷（间隔有效值），由测得的频率受限的加速度 aw（t）能量等价后的平均值根据如下关系得到：a=a(t)dt (1)其中，a(t)是测得的频率受限的加速度对时间的函数。评估速率v按类似方式求得。工作频率范围的频率限定值参看第三章。注：此处描述的对测得的加速度平均值的方法符合 ISO 2631-1 和 VDI2057 第三册所规定的方法，如必须评估振动产生的长时间影响。取平均值规程与 DIN EN ISO 8041 和 DIN 45662中描述的生成有效值过程在形式上一致，彼处定义的时间间隔T 在此为评估时长 T0。2.3 评估时长 评估时长 T0 取决于缝合海浪对风机及其组件所产生影响的特征和历时，以及评估参数。它必须足够长，已完全覆盖 3.7 章节中列出的运行状态。对于空气动力学引起机舱、塔架和机组的振动，其频率范围在 0.1Hz 到 10Hz，并有比较大的加速度和频率，评估时长应总计10 分钟。如此，频率在 1Hz 左右或低于 1Hz 的振动分量，亦即转子的转动频率，也能够可靠地测得和分析。在变速箱和发电机额外也会发生典型的与结构有关的振动，其频率在 10Hz 到 100Hz 或者更高。在此，当仅需评估频谱中的高频部分时，较短的评估时长，如 1 分钟就足够了。有必要将 10 分钟的评估时长分割成更短的、受测量设备和运行条件支配的时间段 Te，至少一分钟时长。当时间段中的振动发生明显变化，即得出各个不同的能量等价的平均值awe。那么，对于选定的评估时长的评估价速度由之得出：a=a T (2)其中，T=T 所选的评估时长以及应用的工作频率范围要在所有的测量记录或报告中，连同各个评估参数列出。3.测量和鉴定的指示 对风力发电机及其组件必须确定各个不同的特征参数、测量位置和测量方向。在所有情况下，按照下述测量振动加速度和振动频率：3.1 机舱和塔架 5 特征参数 l 评估加速度的单位为 m/s2 l 评估速度的单位为 mm/s l 皆生成于 2.3 章节所列述的评估时长，工作频率范围由0.1Hz 到 10Hz l 截止频率下限要低于转子转动频率。测量位置 l 在机舱内,主轴承座的两边，在末端，发电机或机座两边 l 在塔架上，偏航轴承下方 测量方向 l 轴向（转子轴的方向）l 径向（转子轴横截面的方向）l 垂直 3.2 滚珠轴承的主轴承 特征参数 l 评估加速度生成与 2.3 章节所述的评估时长，工作频率范围由0.1Hz 到 10Hz。l 截止频率下限要低于转子转动频率。l 评估速率，生成于 10Hz 到 1000Hz 的工作频率范围 测量位置 l 对于两个独立的主轴承，测量位置在它们的轴承壳体上；对于三点职称的主轴承，测量位置在前轴承的壳体上。l 附录中的图 A1 和图 A2 作为例子显示了三点支撑的主轴承上的测量位置。测量方向 l 轴向（转子轴的方向）l 径向（转子轴横截面的方向）l 垂直 3.3 变速箱 特征参数 评估加速度，生成于 2.3 章节所属的评估时长、两个工作频率范围，由0.1Hz 到 10Hz以及 10Hz 到 1000Hz 的工作频率范围 测量位置 6 l 在变速箱分离安装以及主轴承集成在变速箱中的情况下，测量位置位于主轴承或主轴承区域的变速箱壳体上。l 附录中的图 A1 和图 A2 作为例子显示了变速箱上的测量位置。测量方向 l 轴向（转子轴的方向）l 径向（转子轴横截面的方向）l 垂直 3.4 发电机 测量参数 l 评估加速度，生成于 2.3 章节所列述的评估时长，工作频率范围由 10Hz 到 5000Hz l 评估速率，生成于 10Hz 到 1000Hz 的工作频率范围 l 使用滑动轴承的发电机：-对应的轴振动的振动幅度 Sp-p 在0.1Hz 到 100Hz 的工作频率范围测得-截止频率下限要低于转子转动频率。测量位置 l 对于集成的变速箱-发电机结构，由输入端轴承和发电机外轴承的平面上的壳体测得 l 对于弹性连接、刚性或弹性安装的发电机，测量位置位于两处轴承的壳体之上，参照 DIN ISO 10816-3 中的图 1.l 对于滑动轴承，在发电机靠近前轴承处测得。l 附录中的图 A1 和图 A2 作为例子显示了发电机轴承的测量位置。测量方向 l 轴向（转子轴的方向）l 径向（转子轴横截面的方向）l 垂直 3.5 测量设备的要求 上述的特征参数要求通常由下述功能单元组成的测量仪器：l 振动传感器 l 放大器 l 用于限制工作频率范围的过滤器 7