CN104093976B - 用于确定驱动链的至少一个旋转部件的总受损程度的方法和计算单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定设备(100)、特别是风力发电设备或波能发电设备的驱动链(2‑5)的至少一个旋转部件(4)的总受损程度的方法，其中在设备(100)运行过程中，在时间(t)上求得表征部件转速的参量和表征由部件所传递的转矩的参量，其中在计算单元(9)中由参量随时间的变化求得负载集合，并且通过将所求得的负载集合与参考负载集合进行比较来确定总受损程度。

Description

用于确定驱动链的至少一个旋转部件的总受损程度的方法和 计算单元
技术领域
本发明涉及一种用于确定驱动链的至少一个旋转部件的理论总受损程度的方法以及一种用于实现该方法的计算单元。
背景技术
尽管本发明尤其涉及一种风力发电装置(WEA)，但是它不局限于此，而是原则上可以被使用在所有形式的发电厂和设备上，其中驱动链的配置考虑到期望的载荷集合。但是本发明阐述了对于更换部件非常昂贵的设备，例如离岸设备(Offshore-Anlagen)的特殊优点。
具有驱动链的部件，例如变速器、离合器和连接元件(轴)是不同的发电设备，例如风力发电设备、水力发电设备等等的重要组成部件。驱动链满足以下任务，即在输入装置(例如风力发电设备的转子)和输出装置(例如相应的发电机)之间产生机械连接，通过所述机械连接由旋转运动传递能量。驱动链部件、例如变速器用于使输入装置上的转速(例如旋转速度)和转矩转换为对应于发电机的工作范围的值。轴在牵连部件之间产生机械连接。其他部件、例如机械制动器或者类似部件也可以集成在驱动链中。离合器可以在需要的时候布置在两个部件之间，例如用于补偿偏差。
驱动链及其部件具有一定的使用寿命，它实际上取决于负载(转矩、扭矩、振动等等)。驱动链因此可以关于期望的(预先计算的)负载集合进行配置。
风力发电设备尽可能不中断的工作对于其经济性是一个主要的挑战。特别是未预料到的运转中断产生巨大的维修费用并通常导致保险索赔
为了避免这种缺点在WEA上通常配置所谓的面向状态的维护，其例如以在相应的状态监测装置或者说系统(Condition Monitoring Systems，CMS)对转子叶片进行基于振动的状态监测(Condition Monitoring，CM)实现。通过这种措施可以例如提前识别转子叶片中的最初损伤。CMS通常配置用于远程诊断，这里状态信息在被认证的诊断中心中通常由受过特殊训练的人员进行评估。
但是在WEA中也已知对其不进行监测的部件，其中本发明的目的在于驱动链及其部件。例如已经提及的，这能够借助预测的载荷情况进行设配置。但是实际的使用寿命在工作中不能得知，从而维护不可以面向状态的实现。因此存在一个需求，即在运行时间中(“在线”)确定能源设备中的驱动链的部件的使用寿命。
发明内容
根据发明提供了一种用于确定特别是在风力发电设备或者波能发电设备中的驱动链的至少一个旋转部件的总受损程度的方法，该方法具有权利要求1所述的特征，以及一种相应配置的、用于实现该方法的计算单元。有利的设计方案是从属权利要求以及接下来的说明的主题。
本发明提供一种可能性，即在运行时间中确定特别是风力或者波能发电设备的驱动链的至少一个旋转部件的总受损程度，并使得面向于状态的维护成为可能。本发明为此尤其对有待监测的部件传递的转矩和转速进行探测，从而进行沿负载集合的方向的分级。通过实际情况下探测的应力的实际集合进而与配置集合的比较可以确定部件的到目前为止出现的总受损程度(相当于磨损程度)。
优选的、用于确定实际集合的方法使用尤其由使用强度领域已知的方法。计数方法、峰值方法-瞬时值方法和停留时间方法或者雨流分级(Rainflow-Klassierung)是特别合适的。
优选仅仅探测一个表征转矩的关于时间的参量。表征转速的参量可以从转矩信号的变化中求得。例如在风力发电设备上由塔影求得信号中的周期性的不均匀度。周期性的元件必要时也可以从其他设备的转速信号中识别出来。
本发明特别适合用于使用在风力发电设备和波能发电设备(河流和海洋能量利用领域中的流动或者潮汐发电)中，因为这里如已提到的那样，维修成本非常昂贵。由于瞬间加载到设备上的负载(取决于强烈变化的风速以及流动)也是大小不同的，因此识别总受损程度是非常有利的。
一种根据发明的计算单元，尤其在编程技术上例如构造为监测装置(CMS)的组成部分，配置所述计算单元以用于实现根据发明的方法。
以软件的形式实现本发明也是有利的，因为可以实现特别低的成本，特别的当所配置的计算单元也被用于其它任务并因此本来就存在的时候。合适的用于提供计算机程序的数据载体特别是磁盘、硬盘、闪存、EEPROMs、CD-ROMs、DVDs以及其他等等。也可以通过计算机网络(因特网、内网等等)下载程序。
本发明的其他优点和设计方案由说明书和所附的附图得出。
可以理解的是，上面提及的和下文中还将阐述的特征不仅仅以各个给出的组合，还能够以其他的组合或者单独使用，而不离开本发明的范围。
附图说明
根据附图中的实施例示意性地示出本发明，并且接下来参考附图详细阐述。
图1是根据本发明的一种特别优选的实施方式的能量产生设备；
图2是有待监测的部件、例如图1所示的变速器中的示例性的转矩曲线。
具体实施方式
图1示出了能量产生设备100的基本结构的示意图，构造所述能量产生设备以实现本发明。所述能量产生设备100构造为具有转子1和电气的发电机6的风力发电设备，其通过具有转子输出轴2、变速器3、离合器4和发电机输入轴5的驱动链相互机械连接。转子1作为输入装置布置在驱动链2-5的输入侧的端部1′上，发电机6作为输出装置布置在输出侧的端部6′上。两个旋转角传感器7、8在变速器3的转子侧1′和发电机侧6′上各求得一个角度或者说作为表征转矩的参量。角度差对应于变速器3上的扭转角度，其与扭矩进而与转矩成比例。
一种优选的转矩探测方法也可以使用一个或者多个应变传感器(Dehnungsmessstreifen)，所述应变传感器安装在轴上并且其信号与轴旋转(扭转)成比例。可以借助在轴中延伸的磁场或者说从这种扭转变形本身中实现扭转测量。
可以将测量值传递到计算单元9上，所述计算单元以编程技术设计用于实现根据发明的方法。在计算单元9中基于传感器信号计算变速器的总受损程度。
配置所述计算单元以探测关于时间的测量信号。特别是在风力发电设备中从塔影(Turmschatten)中求得信号的不均匀度，由此确定转子或者说轴2的相对转速。有利地可以如此通过测量仅仅一个表征转矩的信号来同时求得转矩和转速。旋转角度和的差值给出变速器4上的扭转角度，其与扭矩进而与转矩成比例。
所求得的转矩的时间变化曲线在图2中绘出。从该曲线中能够确定由于塔影导致的有规律的转矩波动。持续时间对应于两个转子叶片之间的角度，所述角度在传统的设备上是120°。从持续时间中能够确定转速。
持续时间、转速和与转矩成比例的测量参量在计算单元中分级地并且连续地累积成负载集合(Belastungskollektiv)。由此求得在风力发电设备的驱动链的使用寿命上有效的应力集合(Beanspruchungskollektiv)，其可以与原本基于设备的核心部件的载荷集合(Lastkollektiv)相比较。
考虑到不同的韦勒疲劳曲线指数()(例如用于滚动轴承、齿部等等)，可以确定所谓的总受损程度并与允许的额定损坏程度相比较。从比较中可以求得用于WEA的核心部件的预估剩余使用寿命()，此外这可以被用于预防性的维护并且必要时用于替代特定的部件。

Claims (11)

1.用于确定设备（100）的驱动链（2-5）的至少一个旋转部件（4）的总受损程度的方法，其中在设备（100）运行过程中，在时间（t）上求得表征部件转速的参量和表征由部件所传递的转矩的参量，其中在计算单元（9）中由参量随时间的变化求得负载集合，并且通过将所求得的负载集合与参考负载集合进行比较来确定总受损程度，其中为了求得表征由部件传递的转矩的参量在部件之前使用旋转角度传感器（7）并且同时在部件之后使用旋转角度传感器（8），并且由部件传递的转矩由两个传感器值的差值求得。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定变速器（3）的至少一个部件的总受损程度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述参考负载集合是载荷集合，配置部件用于所述载荷集合。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在考虑到所属的、表征作为依据的受损机制的韦勒疲劳曲线指数的情况下进行配置。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中探测表征由部件传递的转矩的参量，并且在所述计算单元（9）中由此求得表征部件转速的参量。
6.根据权利要求5所述的方法，其中借助表征由部件传递的转矩的参量在时间变化曲线中的显著点求得表征部件转速的参量。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法用于确定风力发电设备或波能发电设备的驱动链（2-5）的至少一个旋转部件（4）的总受损程度。
8.计算单元（9），配置所述计算单元以实现根据上述权利要求中任一项所述的方法。
9.一种设备，其具有驱动链（2-5）、安装在所述驱动链（2-5）的输入侧的端部（1′）上的输入装置（1）、由驱动链（2-5）驱动的安装在所述驱动链（2-5）的输出侧的端部（6′）上的输出装置（6）和根据权利要求8所述的计算单元（9）。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述设备是能量产生设备。
11.根据权利要求9所述的设备，其具有至少一个转矩传感器或者至少两个旋转角度传感器（7、8）。
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