CN105004522B - 基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统，本发明重点考虑轴系的安全稳定运行，使用基于光信号的传感器采集风机轴系的位置信息，选择合理的光信号发射器与光信号采集板对风电机组轴系运行状态进行检测，将信号第一时间传递到控制系统，使风电机组避免受到轴系故障的影响。本发明使用基于光信号的传感器采集风机轴系的位置信息，通过具体位置信息的显示准确分析其故障原因、故障程度以及故障点，准确把握风机轴系的运行状态，确保与轴系相连的风电机组其他重要部件的安全稳定运行。

Description

基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统

技术领域

本发明涉及风机传动系统主要部件的故障诊断和状态监测，特别是涉及一种基于光信号的风机轴系状态监测系统。

背景技术

现有技术主要针对风电机组齿轮箱、风机风轮(叶片)以及发电机的故障诊断与状态监测。近年来，国内外对于偏航系统、变桨系统、电气系统、液压系统以及控制系统的故障诊断与状态监测也有不少研究。在风电机组传动系统的故障诊断和状态监测中，现有技术大多针对齿轮箱，而对轴系(主轴或联轴)方面研究成果较少。轴系是风电机组中至关重要的部件，于整个风机具有牵一发而动全身的影响。如果主轴发生磨损或故障，不仅会影响到与之相连的齿轮箱、风轮以及发电机的正常运行，而且会使整个风电机组处于十分危险的状态。

风机主传动轴和联轴即低速轴和高速轴，低速轴把轮毂的机械能传递给齿轮箱，齿轮箱带动高速轴转动，拖动发电机转子运动，发出电能。在风电机组传动系统的故障诊断和状态监测中，现有技术大多针对齿轮箱，而少有涉及到风电机组轴系的故障诊断与状态监测，而主轴和联轴作为风电机中极其关键的一部分缺少与之对应的监控设施与诊断方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统，能够使风电机组避免受到轴系故障的影响。

为解决上述问题，本发明提供一种基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统，包括：

分别安装在风机的主传动轴和联轴上的光信号发射器；

安装在风机的主传动轴和联轴上的机舱侧翼的信号采集板，所述信号采集板与所在的主传动轴或联轴的平行，用于当风电机运行时信号发射器随主传动轴或联轴一同转动并转动至信号采集板一侧的投影面时信号采集板采集信号发射器发射的信号，并将采集的信号传输至控制系统；

控制系统，用于将采集的信号清晰的显示在控制屏上。

进一步的，在上述系统中，每个主传动轴或联轴上沿径向截面按相同间隔分别安装有3个光信号发射器。

进一步的，在上述系统中，所述控制系统还用于根据采集的信号分析主传动轴和联轴是否故障，若判断为故障则发出风机故障或停机信号。

进一步的，在上述系统中，所述控制系统，用于当光信号发射器发射的信号在信号采集板上留下的痕迹不是一条铅垂线，则判断为该光信号发射器所在的主传动轴或联轴发生不规则晃动或向任意方向倾斜。

进一步的，在上述系统中，所述控制系统，用于当光信号发射器发射的信号在信号采集板上留下的痕迹是一条铅垂线，但该铅垂线与风机组正常运行时标准铅垂线的位置有位移，则判断为该光信号发射器所在的主传动轴或联轴在沿其延长线方向发生偏移。

进一步的，在上述系统中，所述控制系统，用于当光信号发射器发射的信号在信号采集板上留下的痕迹是一条铅垂线，但该铅垂线的信号最强点与风机组正常运行时标准铅垂线的信号最强点的位置有上下位移，则判断为该光信号发射器所在的主传动轴或联轴在与其垂直的第一垂直方向上发生偏移。

进一步的，在上述方法中，所述控制系统，用于当光信号发射器发射的信号在信号采集板上留下的痕迹是一条铅垂线，但该铅垂线的每个点信号的强度与风机组正常运行时标准铅垂线的对应点信号的强度不同，则判断为该光信号发射器所在的主传动轴或联轴在与其垂直的第二垂直方向上发生偏移，所述第二垂直与所述第一垂直方向垂直。

与现有技术相比，本发明重点考虑轴系的安全稳定运行，使用基于光信号的传感器采集风机轴系的位置信息，选择合理的光信号发射器与光信号采集板对风电机组轴系运行状态进行检测，将信号第一时间传递到控制系统，使风电机组避免受到轴系故障的影响。本发明使用基于光信号的传感器采集风机轴系的位置信息，通过具体位置信息的显示准确分析其故障原因、故障程度以及故障点，准确把握风机轴系的运行状态，确保与轴系相连的风电机组其他重要部件的安全稳定运行。本发明的所需器件较少，方法简便，易于操作，使用较低的成本即可完成轴系运行状态的监测；且能够快速且有效的监测风电机组轴系的运行状态，避免轴系故障对整个风电机组造成的影响。控制系统第一时间得到状态信号，便可使快速发出动作信号，使风机能够安全稳定运行。

附图说明

图1是本发明一实施例的基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统的结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统，包括：

分别安装在风机的主传动轴和联轴上的光信号发射器1；

安装在风机的主传动轴和联轴上的机舱侧翼的信号采集板2，所述信号采集板与所在的主传动轴或联轴的平行，用于当风电机运行时信号发射器随主传动轴或联轴一同转动并转动至信号采集板一侧的投影面时信号采集板采集信号发射器发射的信号，并将采集的信号传输至控制系统；

控制系统3，用于将采集的信号清晰的显示在控制屏上。具体的，将光信号发射器分别安装在风机的主传动轴和联轴上，将信号采集板安装在风机的主传动轴和联轴上的机舱侧翼，信号采集板与风机轴系平行，当风电机运行时信号发射器随主传动轴或联轴一同转动并转动至信号采集板一侧的投影面时信号采集板采集信号发射器发射的信号，并将采集的信号传输至控制系统，控制系统，用于将采集的信号清晰的显示在控制屏上，便于检测员能够实时的监控风电机组轴系的实时状态。造成风电机组轴系故障主要有力矩过大和不对中两个原因。其来源主要有三个方面：工艺加工问题、过大的瞬间冲击载荷、长期工作在较大的偏载工况下。当轴系的不平衡、不对中时，低速轴或高速轴会产生很大的扭力，使联轴器和低速轴、高速轴都发生弯曲或形变，形变过大进而会引起轴承的受力疲劳甚至断裂，也会影响到与其相连的齿轮箱其他部件、叶轮以及发电机的转子等。本发明使用基于光信号的传感器采集风机轴系的位置信息，通过具体位置信息的显示准确分析其故障原因、故障程度以及故障点，准确把握风机轴系的运行状态，确保与轴系相连的风电机组其他重要部件的安全稳定运行。

本发明基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统一优选的实施例中，每个主传动轴或联轴上沿径向截面按相同间隔分别安装有3个光信号发射器。具体的，将3个光信号发射器均匀分布安装在主传动轴或联轴的同一平面上，使之在与轴系垂直的切面上均等分布，且3个点在同一切面上，将光信号采集板安装固定在风机轴系侧翼的机舱壁上。当风机正常运行时，光信号采集板采集的信号点应该为与主传动轴或联轴垂直的一条铅垂线，且所述直线，采集板采集信号最强点应为同一点，即采集板与轴系距离最近点。

本发明基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统一优选的实施例中，所述控制系统还用于根据采集的信号分析主传动轴和联轴是否故障，若判断为故障则发出风机故障或停机信号。在此，根据控制屏上显示的无数组采集信号群所构成的图像，判断轴系的故障原因、故障程度以及具体故障点，第一时间给出补救动作信号，避免风电机组其他部件受到损伤，保证风电机组安全稳定的运行。

本发明基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统一优选的实施例中，所述控制系统，用于当光信号发射器发射的信号在信号采集板上留下的痕迹不是一条铅垂线，则判断为该光信号发射器所在的主传动轴或联轴发生不规则晃动或向任意方向倾斜。具体的，当轴系发生故障导致轴系不规则晃动或向任意方向倾斜时，光信号发射器发射的信号在信号采集板上留下的痕迹不是一条铅垂线，可以清晰的在信号采集板上显示出来。

本发明基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统一优选的实施例中，所述控制系统，用于当光信号发射器发射的信号在信号采集板上留下的痕迹是一条铅垂线，但该铅垂线与风机组正常运行时标准铅垂线的位置有位移，则判断为该光信号发射器所在的主传动轴或联轴在沿其延长线方向发生偏移。具体的，当轴系发生故障导致轴系在沿其延长线方向发生偏移时，信号采集板采集的信号也呈现出一条铅垂线，但是与风机组正常运行时标准铅垂线的位置有位移，这一点也能够清晰的反应出来。

本发明基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统一优选的实施例中，所述控制系统，用于当光信号发射器发射的信号在信号采集板上留下的痕迹是一条铅垂线，但该铅垂线的信号最强点与风机组正常运行时标准铅垂线的信号最强点的位置有上下位移，则判断为该光信号发射器所在的主传动轴或联轴在与其垂直的第一垂直方向上发生偏移。具体的，当轴系发生故障导致轴系在竖直方向发生偏移时，信号采集板采集的信号也呈现出一条铅垂线，但是与机组正常运行时采集到的信号相比，信号最强点会发生上下偏移，也能够很清晰的反映出来。

本发明基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统一优选的实施例中，所述控制系统，用于当光信号发射器发射的信号在信号采集板上留下的痕迹是一条铅垂线，但该铅垂线的每个点信号的强度与风机组正常运行时标准铅垂线的对应点信号的强度不同，则判断为该光信号发射器所在的主传动轴或联轴在与其垂直的第二垂直方向上发生偏移，所述第二垂直与所述第一垂直方向垂直。具体的，当轴系发生故障导致轴系在前后方向发生偏移时，信号采集板采集的信号也呈现出一条铅垂线，但是与机组正常运行时采集到的信号相比，所有点信号的强度会发生变化(变弱或变强)，也能够很清晰的反映出来。

综上所述，本发明重点考虑轴系的安全稳定运行，使用基于光信号的传感器采集风机轴系的位置信息，选择合理的光信号发射器与光信号采集板对风电机组轴系运行状态进行检测，将信号第一时间传递到控制系统，使风电机组避免受到轴系故障的影响。本发明使用基于光信号的传感器采集风机轴系的位置信息，通过具体位置信息的显示准确分析其故障原因、故障程度以及故障点，准确把握风机轴系的运行状态，确保与轴系相连的风电机组其他重要部件的安全稳定运行。本发明的所需器件较少，方法简便，易于操作，使用较低的成本即可完成轴系运行状态的监测；且能够快速且有效的监测风电机组轴系的运行状态，避免轴系故障对整个风电机组造成的影响。控制系统第一时间得到状态信号，便可使快速发出动作信号，使风机能够安全稳定运行。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统，其特征在于，

分别安装在风机的主传动轴和联轴上的光信号发射器；

安装在风机的主传动轴和联轴上的机舱侧翼的信号采集板，所述信号采集板与所在的主传动轴或联轴平行，用于当风电机运行时信号发射器随主传动轴或联轴一同转动并转动至信号采集板一侧的投影面时信号采集板采集信号发射器发射的信号，并将采集的信号传输至控制系统；

控制系统，用于将采集的信号清晰的显示在控制屏上。

2.如权利要求1所述的基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统，其特征在于，每个主传动轴或联轴上沿径向截面按相同间隔分别安装有3个光信号发射器。

3.如权利要求2所述的基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统，其特征在于，所述控制系统还用于根据采集的信号分析主传动轴和联轴是否故障，若判断为故障则发出风机故障或停机信号。

4.如权利要求3所述的基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统，其特征在于，所述控制系统，用于当光信号发射器发射的信号在信号采集板上留下的痕迹不是一条铅垂线，则判断为该光信号发射器所在的主传动轴或联轴发生不规则晃动或向任意方向倾斜。

5.如权利要求4所述的基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统，其特征在于，所述控制系统，用于当光信号发射器发射的信号在信号采集板上留下的痕迹是一条铅垂线，但该铅垂线与风机组正常运行时标准铅垂线的位置有位移，则判断为该光信号发射器所在的主传动轴或联轴在沿其延长线方向发生偏移。

6.如权利要求5所述的基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统，其特征在于，所述控制系统，用于当光信号发射器发射的信号在信号采集板上留下的痕迹是一条铅垂线，但该铅垂线的信号最强点与风机组正常运行时标准 铅垂线的信号最强点的位置有上下位移，则判断为该光信号发射器所在的主传动轴或联轴在与其垂直的第一垂直方向上发生偏移。

7.如权利要求6所述的基于光信号的风机轴系故障诊断和状态监测系统，其特征在于，所述控制系统，用于当光信号发射器发射的信号在信号采集板上留下的痕迹是一条铅垂线，但该铅垂线的每个点信号的强度与风机组正常运行时标准铅垂线的对应点信号的强度不同，则判断为该光信号发射器所在的主传动轴或联轴在与其垂直的第二垂直方向上发生偏移，所述第二垂直与所述第一垂直方向垂直。