摘要：近年來，我國對電能的需求不斷增加，風(fēng)力發(fā)電廠建設(shè)越來越多。目前，風(fēng)力發(fā)電機組已日趨成熟，經(jīng)歷幾年的歷練，部分風(fēng)機制造廠正在自己研發(fā)設(shè)計、自主創(chuàng)新研制風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)，使結(jié)構(gòu)系統(tǒng)更優(yōu)化、完善。大型整機廠已不局限于1.5MW機型機組，為符合風(fēng)場環(huán)境已研發(fā)出2MW、3MW、5MW、7MW級風(fēng)力發(fā)電機組，關(guān)鍵部件性能也日益提高，主控控制系統(tǒng)的智能控制也加速提高了風(fēng)電機組的可靠性和壽命。無論在機械結(jié)構(gòu)和電氣控制方面都有所完善，為今后的快速發(fā)展奠定了穩(wěn)固的基礎(chǔ)。不僅能滿足國內(nèi)市場的需求，而且已經(jīng)向國際市場供貨。在風(fēng)力發(fā)電機組的改進(jìn)完善過程中，眾多難題需要攻克，以使風(fēng)機運行更穩(wěn)固，更有優(yōu)勢。文章針對在風(fēng)力發(fā)電機發(fā)展過程中產(chǎn)生的噪聲影響進(jìn)行分析，同時列舉偏航部位產(chǎn)生的噪音并進(jìn)行研究、改進(jìn)，使風(fēng)力發(fā)電機組更加完善，對風(fēng)機改進(jìn)有一定的影響作用。

隨著人類社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步,人們越來越關(guān)注噪聲給生活帶來的影響。在人們周圍有多種多樣的噪聲源:汽車、火車開過的聲音,建筑工地的轟鳴聲等等。切切實實地解決噪聲問題,降低噪聲,是提高環(huán)境質(zhì)量的重要方面。風(fēng)力發(fā)電機的噪聲問題，到目前為止世界上還未徹底解決,人們正著手研究,但取得的進(jìn)展有限。由于風(fēng)力機運行于開放的大氣環(huán)境中,其工作環(huán)境極其惡劣,因此設(shè)計中應(yīng)盡量保證其使用壽命長、結(jié)構(gòu)安全可靠,不但要提高性能,還要盡量減少噪聲,從而使其使用更環(huán)保、更舒適。為此,本文對風(fēng)力發(fā)電機組整機的噪聲進(jìn)行測試分析與研究,為解決風(fēng)力機的降噪問題提供依據(jù)。

1 風(fēng)力發(fā)電機組噪聲來源

風(fēng)力發(fā)電機組運行過程中，受氣流影響，在加上轉(zhuǎn)動部件的摩擦，葉片及機組部件會產(chǎn)生較大的噪聲，噪聲源主要來源于機械及結(jié)構(gòu)噪聲，如齒輪嚙合的噪聲，由于互相摩擦引起振動，產(chǎn)生噪聲，葉片旋轉(zhuǎn)時葉尖的氣動噪聲。機械噪聲還包括軸承噪聲、電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電磁振動噪聲等。葉片的氣動噪聲是風(fēng)力發(fā)電機組的主要噪聲源，降低氣動噪聲主要方式有降低轉(zhuǎn)速即降低葉尖線速度，鋸齒后緣及柔軟后緣等，但降低葉尖線速度會影響風(fēng)機功率曲線即降低發(fā)電能力所以一般不予考慮。其他噪聲來源如空氣動力噪聲，由于此噪聲在空氣中，隨風(fēng)速增大而增強，因此此噪聲不易分離。其余則是一些輔助設(shè)備引起的噪聲，如散熱器、排風(fēng)扇等。

2 小波分析法故障診斷

當(dāng)部件預(yù)故障或發(fā)生故障時，其輻射的噪聲品質(zhì)會發(fā)生改變。通過監(jiān)測和分析對應(yīng)的噪聲特性，就可以檢測判斷設(shè)備的噪聲檢測尤其是旋轉(zhuǎn)部件的高頻噪聲檢測。該方法對于風(fēng)力發(fā)電機組早期故障的監(jiān)測效果顯著。近年來，小波分析方法發(fā)展迅猛，已被應(yīng)用于故障診斷領(lǐng)域。在工程實踐中，設(shè)備運行狀態(tài)復(fù)雜多變，致使系統(tǒng)中存在大量的非平穩(wěn)信號。如風(fēng)力發(fā)電機組在啟動和停機時，其轉(zhuǎn)速、功率等都是非平穩(wěn)的，即使在穩(wěn)態(tài)運行時，若發(fā)生摩擦或沖擊，發(fā)電機轉(zhuǎn)子的阻尼、剛度、彈性力等發(fā)生變化，產(chǎn)生的噪聲信號也變得非平穩(wěn)。對于平穩(wěn)信號進(jìn)行處理的理想方法是傅里葉分析;而對于非平穩(wěn)信號，則采用小波分析。風(fēng)電機組采用小波分析進(jìn)行故障診斷的過程可分為故障信息采集、故障特征提取和狀態(tài)識別及故障診斷3個步驟。故障分析診斷的關(guān)鍵是從動態(tài)信號中提取故障特征。對于基于噪聲檢測的故障診斷技術(shù)，提取故障特征尤為突出。由于風(fēng)電機組工作環(huán)境的特殊性，風(fēng)電現(xiàn)場的噪聲不僅來源于周圍環(huán)境噪聲，還包含機組正常運行時產(chǎn)生的機械噪聲。當(dāng)機組存在故障隱患或發(fā)生故障時，還會混入故障噪聲。因此，如何從復(fù)雜的強噪聲環(huán)境中提取有效的故障信息，是進(jìn)行故障分析診斷的關(guān)鍵。小波分析兼具時域和頻域分析能力，并且具有可變的時頻分辨率，能夠有效地進(jìn)行故障信號的提取和分析。風(fēng)機在運轉(zhuǎn)的同時除卻葉尖告訴運轉(zhuǎn)帶來的氣動噪聲還會帶來由于傳動運轉(zhuǎn)速度過高而產(chǎn)生的機艙機械類噪聲。機艙機械類噪聲屬于持續(xù)性的低頻類型噪音，長期生活在這種低頻噪音下的居民，會產(chǎn)生失眠、健忘、耳鳴等不利于身心健康的問題，當(dāng)與強風(fēng)相遇時，其所發(fā)出的噪音讓人無法忍受。

3 偏航噪聲分析與解決方法

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在風(fēng)力發(fā)電機組機艙偏航時，機艙和塔筒連接部位法蘭處安裝有剎車閥組。當(dāng)機艙對風(fēng)調(diào)節(jié)時，即偏航狀態(tài)下，剎車閥組夾住剎車盤會發(fā)出聲響，由于塔筒形狀上端部位相對下端部位細(xì)一些，及呈現(xiàn)喇叭形狀，使聲響加大。因此由剎車盤處產(chǎn)生的聲響從塔筒上部傳到塔底，相當(dāng)聲響擴大，到塔底則會發(fā)出比較大的聲音。當(dāng)牧民放牧?xí)r，牛羊遇到此噪音易發(fā)生身體方面不適癥狀，影響生態(tài)平衡。偏航產(chǎn)生的噪聲來源于偏航裝置部位的剎車盤，當(dāng)剎車閥組剎住剎車盤時產(chǎn)生聲響，因此減弱此處聲音尤為關(guān)鍵。由于風(fēng)機偏航現(xiàn)在有4組電機控制偏航或3組電機控制偏航，經(jīng)過計算3組電機控制偏航可以穩(wěn)定運行。其中一組電機通過給予反向轉(zhuǎn)動力矩控制偏航剎車。原來偏航通過液壓站控制壓力給剎車盤剎車偏航?，F(xiàn)試驗為一液壓阻尼，即采用一組電機控制反向力矩進(jìn)行剎車偏航，使偏航穩(wěn)定運行。試驗所需工具：鉗型萬用表，二極管（用于測試電流流向），液壓油，鉗子等。試驗注意事項：因為試驗主要目的是測得在增加阻尼器及一反向電機前提下加上壓力的情況下測試，如果電機耐受程度允許即保持一個相對穩(wěn)態(tài)的值即可使偏航穩(wěn)定運行，降低噪聲。此實驗首先需要在組裝廠試驗完畢，經(jīng)過加壓試驗，觀察電機電流使不超過額定值情況下在實際去風(fēng)場測量，更好的保持穩(wěn)定性，避免后期工作帶來其他不利影響?，F(xiàn)場測試時需要注意電壓、電流是否和組裝廠測試時一致，不一致需要根據(jù)現(xiàn)場電機參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。試驗過程：檢查各部件安裝、接線是否正常，二極管尤其注意不要接錯。一切準(zhǔn)備就緒后開始調(diào)試。因偏航分手動和自動偏航，所以需要在這兩種情況下分別測試。用鉗形萬用表掐電機其中一項，分別觀察手動和自動偏航時鉗型萬用表的電流值并記錄下調(diào)試結(jié)果，不要超過偏航電機最大電流。通過檢測電流值觀察液壓偏航阻尼效果。此方法需要根據(jù)各風(fēng)機機型進(jìn)行，逐漸增加壓力并檢測電流值，使電流值不過載，達(dá)到一個相對穩(wěn)態(tài)的值。另外，葉片的壓力主要集中在正對來流風(fēng)速的葉片前緣。在葉片葉尖前緣處壓力大且振動位移較大，因此振動曲線監(jiān)控采集點選取葉片前緣頂部。當(dāng)來流風(fēng)速越大時，由來流風(fēng)所產(chǎn)生的氣動力對葉片的作用力越大，葉片的振幅呈現(xiàn)增大的趨勢。

4 葉尖噪聲的分析及解決方法

風(fēng)力發(fā)電場的菜單機組在運行中，由于其風(fēng)輪的高速轉(zhuǎn)動，以及葉尖等在高速運轉(zhuǎn)中會形成聲音較大的氣動型噪聲。風(fēng)機在運轉(zhuǎn)的同時，除卻葉尖高速運轉(zhuǎn)帶來的氣動噪聲，還會帶來由于傳動運轉(zhuǎn)速度過高而產(chǎn)生的機艙機械類噪聲。風(fēng)機的許多功能是靠葉尖的變換來完成的。葉尖是整體葉片的易損部位，風(fēng)機運轉(zhuǎn)時，葉尖的抽磨力大于其它部位，整體葉片中，它又是最薄弱的部位。葉尖是由雙片合壓組成，葉尖的最邊緣是由膠衣樹脂粘合為一體，葉尖的最邊緣近4厘米的材質(zhì)是實心。目的是增加葉尖的耐磨度和兩片之間的親和力。由于葉尖內(nèi)空腔面積較小，風(fēng)沙吹打時沒有彈性，所以也是葉片中磨損最快的部位。通過施工標(biāo)記試驗證明，葉尖每年都有0.5厘米左右的縮短磨損。葉片的易開裂周期是風(fēng)機運轉(zhuǎn)四至五年后，原因就是葉片邊緣的固體材料磨損嚴(yán)重，雙片組合的葉尖保護(hù)能力、固合能力下降，使雙片粘合處縫隙暴露于風(fēng)沙中。解決風(fēng)機葉片開裂的問題，就是風(fēng)機運轉(zhuǎn)幾年后做一次葉尖的加長、加厚保護(hù)。與原有葉片所磨損的重量基本吻合，不會對葉片的配重比產(chǎn)生任何影響，修復(fù)后的葉尖至少三年后磨回原有葉面，對阻止葉尖開裂現(xiàn)象的發(fā)生起到?jīng)Q定性作用。

5 結(jié)束語

綜上所述，依照IEC噪聲標(biāo)準(zhǔn)，采用多測點布置測量的方法對噪聲進(jìn)行檢測，利用小波分析法提取故障信息，可對風(fēng)電機組的機械故障進(jìn)行診斷和分析。該方法提高了機組的使用壽命、運行效率和可靠性，降低了運行維護(hù)成本，具有較高的實用價值，針對葉尖噪聲要控制好來流速度，本文采用小波分析的不足之處在于在風(fēng)電現(xiàn)場采集噪聲信號時，未能有幸捕捉到機組帶故障運行的數(shù)據(jù)，因此在軟件仿真分析時采用正弦信號模擬代替真實故障噪聲信號。