CN104344956A - 一种风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法 - Google Patents

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谢源
高志飞
徐永斌
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Abstract

本发明提出一种风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法，包括下列步骤：用故障轴承更换齿轮箱中正常的轴承，模拟产生齿轮箱轴承故障；测试获取齿轮箱轴承故障数据；将所述故障数据发送给齿轮箱故障诊断和分析系统进行处理。本发明提出的风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法，能够产生滚动体故障情况、轴承外滚道故障情况、轴承内滚道故障情况、保持架故障情况四种常见故障。本发明提出的风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法，通过产生若干种齿轮箱轴承的常见故障，可以为风力发电机组齿轮箱故障诊断和分析的提供真实的数据和依据。

Description

一种风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法
技术领域
本发明属于风力发电机组齿轮箱轴承故障分析技术领域，且特别涉及一种风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法，该方法能够真实产生若干常见齿轮箱轴承故障，齿轮箱能够在正常运行条件和几种故障运行条件之间切换。
背景技术
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度(微风的程度)，便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。
风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向桨叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定；所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。发电机的作用，是把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机构均匀运转，因而把机械能转变为电能。
截止到2013年底，全球超过80个国家已经开发风能，全球累计风电装机容量达到318.12GW。我国(不包括台湾地区)累计风电装机容量91413MW，连续四年总量居世界首位；累计并网容量77160MW，位居世界第一；全国风力发电量134.9TWh，位列火电、水电之后成为第三大电源，2013年风力发电量约占全国总发电量2.5％。
随着电力电子技术的发展，双馈型感应发电机(Double-Fed InductionGenerator)在风能发电中的应用越来越广。这种技术不过分依赖于蓄电池的容量，而是从励磁系统入手，对励磁电流加以适当的控制，从而达到输出一个恒频电能的目的。双馈感应发电机在结构上类似于异步发电机，但在励磁上双馈发电机采用交流励磁。我们知道一个脉振磁势可以分解为两个方向相反的旋转磁势，而三相绕组的适当安排可以使其中一个磁势的效果消去，这样一来就得到一个在空间旋转的磁势，这就相当于同步发电机中带有直流励磁的转子。双馈发电机的优势就在于，交流励磁的频率是可调的，这就是说旋转励磁磁动势的频率可调。这样当原动机的转速不定时，适当调节励磁电流的频率，就可以满足输出恒频电能的目的。由于电力电子元器件的容量越来越大，所以双馈发电机组的励磁系统调节能力也越来越强，这使得双馈机的单机容量得以提高。虽然，部分理论还在完善当中，但是双馈反应发电机的广泛应用这一趋势将越来越明显。
全世界商业运行的风电机组以双馈型风力发电机组为主，国内外多个研究机构对风力发电机组故障数据的分析指出，双馈机组故障主要集中在齿轮箱、叶片、发电机、电气系统、偏航系统、传动链、控制系统等关键部件。双馈机组中的齿轮箱不断受到变化的冲击载荷作用，容易出现故障，导致机组的停机，产生高额的维修费用，造成巨大的经济损失。
由于风力发电齿轮箱的故障属于制造商和运营商的商业秘密，一般很难得到真实的风力发电齿轮箱的故障数据，因此本发明针对此情况提供了一种真实模拟风力发电齿轮箱轴承故障的方法，为风力发电齿轮箱故障分析和诊断提供真实有效的原始数据。
发明内容
本发明专利的主要目的是提供一种风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法，该方法通过产生若干种齿轮箱轴承的常见故障，可以为风力发电机组齿轮箱故障诊断和分析的提供真实的数据和依据。
为了达到上述目的，本发明提出一种风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法，包括下列步骤：
用故障轴承更换齿轮箱中正常的轴承，模拟产生齿轮箱轴承故障；
监测并采集获取所述齿轮箱轴承的故障数据；
将所述故障数据发送给齿轮箱故障诊断和分析系统进行处理。
进一步的，所述故障模拟方法用滚动体缺损的轴承更换齿轮箱中正常的轴承，模拟产生齿轮箱轴承滚动体故障。
进一步的，所述故障模拟方法用内滚道有缺陷的轴承更换齿轮箱中正常的轴承，模拟产生齿轮箱轴承内滚道故障。
进一步的，所述故障模拟方法用外滚道有缺陷的轴承更换齿轮箱中正常的轴承，模拟产生齿轮箱轴承外滚道故障。
进一步的，所述故障模拟方法用保持架有缺陷的轴承更换齿轮箱中正常的轴承，模拟产生齿轮箱轴承保持架故障。
进一步的，所述故障数据包括振动信号和噪声信息。
进一步的，所述齿轮箱设置有传感器，并通过采集器采集获取所述齿轮箱轴承的故障数据。
进一步的，所述齿轮箱故障诊断和分析系统包括应变分析仪和轴承信号分析系统。
本发明提出的风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法，能够产生滚动体故障情况、轴承外滚道故障情况、轴承内滚道故障情况、保持架故障情况四种常见故障。
附图说明
图1所示为本发明较佳实施例的风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法流程图。
图2所示为本发明较佳实施例的风力发电齿轮箱轴承故障模拟功能原理图。
具体实施方式
以下结合附图给出本发明的具体实施方式，但本发明不限于以下的实施方式。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图1，图1所示为本发明较佳实施例的风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法流程图。发明提出一种风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法，包括下列步骤：
步骤S100：用故障轴承更换齿轮箱中正常的轴承，模拟产生齿轮箱轴承故障；
步骤S200：监测并采集获取所述齿轮箱轴承的故障数据；
步骤S300：将所述故障数据发送给齿轮箱故障诊断和分析系统进行处理。
根据本发明较佳实施例，所述故障模拟方法用滚动体缺损的轴承更换齿轮箱中正常的轴承，模拟产生齿轮箱轴承滚动体故障，所述故障模拟方法用内滚道有缺陷的轴承更换齿轮箱中正常的轴承，模拟产生齿轮箱轴承内滚道故障，所述故障模拟方法用外滚道有缺陷的轴承更换齿轮箱中正常的轴承，模拟产生齿轮箱轴承外滚道故障，所述故障模拟方法用保持架有缺陷的轴承更换齿轮箱中正常的轴承，模拟产生齿轮箱轴承保持架故障。
进一步的，所述故障数据包括振动信号和噪声信息，所述齿轮箱设置有传感器，并通过采集器采集获取所述齿轮箱轴承的故障数据，所述齿轮箱故障诊断和分析系统包括应变分析仪和轴承信号分析系统。请参考图2，图2所示为本发明较佳实施例的风力发电齿轮箱轴承故障模拟功能原理图。电动机100连接有齿轮箱200，所述齿轮箱200设置有传感器300，用于采集齿轮箱200的振动信号和噪声信息等故障数据，并通过采集器400将所述故障数据发送给信号分析系统500以及应变分析仪600处理。从而使得所述齿轮箱故障诊断和分析系统得到齿轮箱轴承各种故障的原始数据，为分析齿轮箱轴承故障原因以及解决方法打下了坚实的基础。
本发明提出的风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法，能够产生滚动体故障情况、轴承外滚道故障情况、轴承内滚道故障情况、保持架故障情况四种常见故障，并获取相应的故障数据信息。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法，其特征在于，包括下列步骤：
用故障轴承更换齿轮箱中正常的轴承，模拟产生齿轮箱轴承故障；
监测并采集获取所述齿轮箱轴承的故障数据；
将所述故障数据发送给齿轮箱故障诊断和分析系统进行处理。
2.根据权利要求1所述的风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法，其特征在于，所述故障模拟方法用滚动体缺损的轴承更换齿轮箱中正常的轴承，模拟产生齿轮箱轴承滚动体故障。
3.根据权利要求1所述的风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法，其特征在于，所述故障模拟方法用内滚道有缺陷的轴承更换齿轮箱中正常的轴承，模拟产生齿轮箱轴承内滚道故障。
4.根据权利要求1所述的风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法，其特征在于，所述故障模拟方法用外滚道有缺陷的轴承更换齿轮箱中正常的轴承，模拟产生齿轮箱轴承外滚道故障。
5.根据权利要求1所述的风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法，其特征在于，所述故障模拟方法用保持架有缺陷的轴承更换齿轮箱中正常的轴承，模拟产生齿轮箱轴承保持架故障。
6.根据权利要求1所述的风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法，其特征在于，所述故障数据包括振动信号和噪声信息。
7.根据权利要求1所述的风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法，其特征在于，所述齿轮箱设置有传感器，并通过采集器采集获取所述齿轮箱轴承的故障数据。
8.根据权利要求1所述的风力发电齿轮箱轴承故障模拟方法，其特征在于，所述齿轮箱故障诊断和分析系统包括应变分析仪和轴承信号分析系统。
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