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啤嶺機電設備（上海）有限公司
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新型在線智能系統為風電機組及時“預警”

2012-10-15

（鐵姆肯公司）
　　長期以來，傳統的加工制造業采取的都是主動維護的策略和技術，通過在預防措施和糾正措施之間達到平衡，努力延長設備正常運行時間，改進整體性能。而近年來，為了達到更大的效率和整體功率輸出，風能行業主要集中在改進部件設計和系統設計上，由于種種技術原因和商業原因，并沒有完全貫徹業內已經行之有效的維護策略。而能否對運行狀態進行及時有效的監測，對于是否能保證地處偏遠區域高空的風電機組的正常運行來說，越來越顯得至關重要。
　　本文旨在探討風電機組在線狀態監測的重要性和目前面臨的難題，介紹鐵姆肯公司為此推出的解決方案——在線智能系統(OIS)，如何在組件失效造成發電量損失之前，盡早地提供故障檢修的信息，為風機及時進行預警。　　
　　風電機組狀態監測的重要性和難題
　　著名軍事理論家克勞塞維茨(Carl von Clausewitz)在200年前率先使用“戰爭迷霧”一詞，指出戰爭中各作戰層級所受到的影響是不同的，以此比喻戰爭中普遍存在著的不確定性和不可知性。
　　在風電機組的維護和運行中的“戰爭迷霧”，可能就是造成不良績效的首要原因。一開始，可能只是由于某個組件的機械狀態數據的不完全或不及時，運行和維護之間的系統溝通不良就會造成這種情況。這些因素再加上整體維護計劃的缺失就會產生糟糕的經營決策，并導致投資回報期的延長。
　　因此，對于風電機組來說，基于可靠數據制定的完整維護計劃是非常重要的。如果能夠提前判斷軸承存在的問題，就可以根據自己的日程計劃來安排軸承的維修計劃，簡化風電機組維護過程中比較困難的物流安排，既節省花費又省時省力。
　　但是，風電機組通常地處偏遠區，并且在幾百英尺高的空中運轉，如何才能準確了解機器的目前狀態呢?遠程在線狀態監測系統是Z佳選擇。通過持續跟蹤風電機組性能，并對回傳的數據進行科學分析，在風電設備的軸承損壞之前，預先發現軸承的異常情況，并判斷出可能存在的問題。換言之，狀態監控可以作為“前線的士兵”，為“將軍”提供制定戰爭計劃時所必需的戰場情報，從而獲得更長的正常運行時間。
　　對于設備狀態監測而言，Z為關鍵的部分就是轉動設備的振動分析。盡管如此，在過去的40多年中，用于振動分析的技術并沒有太大的改進。傳統的振動檢測技術依然不適用于轉速低于60RPM的設備。由于風電機組的轉子轉速一般在IORPM到25RPM范圍內，因此采用傳統的技術對風電機組的主軸進行監測依然不太可行。
　　新型在線智能系統為機組及時預警
　　面對迫切的設備狀態監測需求，早在幾年以前，鐵姆肯公司便發揮其創新設計的優勢，按照行業成功開發了Status Check無線設備狀態監測系統。這套系統主要用于不能采用物理連接傳感器的領域。

Timken在線智能系統為風電機組部件提供先進的狀態監測
　　隨后，鐵姆肯公司又全新推出新型在線智能系統(OIS)，與前者不同的是，這一跨時代的創新主要用于低速設備的狀態監測。該革命性的高頻檢測技術可以精確地探測到故障，例如軸承或者齒輪損壞等。同時和傳統的振動探測技術相比，這種新型的在線智能系統具有四點明顯的優勢：
　　●信號。能夠提供頻率為32KHz的檢測信號，以便得到優化的檢測結果，同時能夠濾除不需要的低頻范圍內的機械噪聲。通過采用具有知識產權的共振調諧傳感器，你可以得到任何需要頻率的激勵和回應信號。和傳統的振動傳感器相比，這種新型的傳感器的信號敏感性提高了7倍。此種傳感器可以探測到能夠表征軸承或齒輪損壞的沖擊信號波或者應力信號波。
　　●高質量的檢測數據。在延長了的數據采集階段，可以一直對采樣頻率進行自動調節，以便捕捉機器運轉過程中的轉速變化。這種技術可以防止采樣失真，能夠提供高質量的數據供后處理使用。數據的采樣頻率可以通過旋轉速度而非時間來進行控制，這就增加了探測相關數據的能力。同時采用了一臺24位的A/D轉換器，以便采集后處理過程中需要的分辨率極高的數據。
　　●智能處理。采用了先進的算法，能夠降低隨機性的信號噪聲，同時增強了所選頻率范圍內的重復信號的強度，生成記事本格式的數據記錄文件，以便進行后續的數據精確分析以及故障識別。通過采用獲得專利權的方法，能夠將重復信號的信噪比提高到極高的程度，能夠提供之前技術無法達到的詳細的時間信號以及信號譜。
　　●水平。能夠提供容易進行分析的純量值，其中包括一個用于精確趨勢預測和報警的Z大值，一個對于軸承潤滑油膜情況評估非常關鍵的Z小值。計算所得的結果值以綠色、黃色、和紅色進行顯示，用戶能夠輕易地對風電機組部件的情況進行評估。
　　結合上述優點，該新型的在線智能系統能夠提供極度清晰和精確的圖譜信號和時間信號，上述信號非常容易解讀，易于進行故障識別和探測。即使在傳統探測技術無法使用的低速領域，該系統依然具有較佳的性能。根據鐵姆肯公司開發的在線智能系統提供的相關數據，被監測到的軸承在徹底損壞之前就被更換，因此，不會對其它部件產生任何附帶損壞。
　　總之，在風力發電領域，在實時的轉速和功率范圍下，獲得精確的設備狀態監測數據是非常重要的。鐵姆肯公司新型在線智能系統可以確保獲得的數據具有可重復性，并且非常可靠。通過為風電機組提供世界領先的在線狀態監控技術，以及對數據的專業解讀，鐵姆肯公司將對風電設備商提供事半功倍的幫助。