CN108757305B - 一种风力发电机高速轴动态对中监控方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种风力发电机组高速轴动态对中方法,包括以下步骤:a)在齿轮箱高速轴设置脉冲触发装置和对中检测装置;b)利用脉冲触发装置产生的周期脉冲信号触发风电机组高速轴对中检测装置测量对中数据;c)风电机组高速轴每旋转一周测量设定次数对中数据,通过无线传输方式将对中数据传输给信号处理模块;d)对测量数据进行分析,得出实测偏差值Δx,Δy,Δθ,通过对比实测偏差与预设允许偏差和预设极限偏差的值,分析机组的实时对中状态,并将机组对中状态发送给主控系统,按相应的对中状态进行机组控制策略调整,并发出预警或报警信号,保证机组安全。以及提供一种风力发电机组高速轴动态对中系统。本发明有效监控高速轴的动态对中状态及提高机组运行可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电领域,尤其涉及一种风力发电机组高速轴动态对中监控方法及系统。
背景技术
风力发电机齿轮箱输出轴和发电机轴之间通过联轴器进行连接,在运行期间,需要定期对联轴器进行对中,如果偏差较大就要及时进行纠正,否则长时间在不对中状态运行容易引起机组振动过大,造成联轴器损坏或高速轴两端轴承损坏。风力发电机齿轮箱和发电机与支座是弹性连接,在运行时齿轮箱轴和发电机轴相对位置不断变化。现有对中方式是在风力发电机静止状态下调整两个轴完全对中,没有考虑实际运行中对中状态会发生变化。并且由于不了解运行时对中偏差范围的大小,没有及时进行预警,使得风力发电机在对中偏差较大的情况下仍然持续运行,容易造成联轴器或轴承损坏。
发明内容
为了克服现有的风力发电机高速轴无法监控动态对中状态、机组运行可靠性较差的不足,为了有效监控高速轴的动态对中状态及提高机组运行可靠性,本发明提出了一种风力发电机高速轴动态对中监控方法及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种风力发电机组高速轴动态对中方法,所述方法包括以下步骤:
a)在齿轮箱高速轴设置脉冲触发装置和对中检测装置;
b)利用脉冲触发装置产生的周期脉冲信号触发风电机组高速轴对中检测装置测量对中数据;
c)风电机组高速轴每旋转一周测量设定次数对中数据,通过无线传输方式将对中数据传输给信号处理模块;
d)信号处理模块对测量数据进行分析,得出实测偏差值Δx,Δy,Δθ,通过对比实测偏差与预设允许偏差和预设极限偏差的值,分析机组的实时对中状态,并将机组对中状态发送给主控系统,主控系统按相应的对中状态进行机组控制策略调整,并发出预警或报警信号,保证机组安全。
进一步,所述步骤d)中,Δx,Δy为平行偏差,Δθ为角度偏差,Δxl,Δyl,Δθl为预设极限偏差值,Δxp,Δyp,Δθp为预设允许偏差值;当(Δx)2+(Δy)2<(Δxp)2+(Δyp)2且Δθ<Δθp,判定机组对中状态为良好,可满功率运行;当(Δx)2+(Δy)2>(Δxl)2+(Δyl)2或Δθ>Δθl时,判定机组对中状态为差,机组停机,重新对中;其他情况下,判断机组对中状态为中等,机组进行限功率运行。
再进一步,所述步骤d)中,对实测偏差(Δx)2+(Δy)2和Δθ的值进行趋势分析,通过趋势分析,判定实测偏差达到预设允许偏差值和预设极限偏差值的时间,从而制定维护计划。
一种风力发电机高速轴动态对中监控系统,所述系统包括:
脉冲触发装置,用于产出周期触发信号,启动激光对中检测装置;
激光对中检测装置,用于测定风电机组高速轴的动态对中信号,并实时输出对中数据;
信号处理模块,用于对发电机组高速轴动态对中数据进行处理,并输出发电机组对中状态;
监控系统,用于根据信号处理模块传输的机组对中状态,实现相应的控制策略调整,实现预警预报,保证机组安全。
进一步,所述脉冲触发模块包括电感式接近开关和法兰盘,脉冲触发模块能够产生脉冲信号,触发激光对中检测装置进行对中情况检测;
所述电感式接近开关安装于齿轮箱高速轴转速计安装支架上,法兰盘安装于齿轮箱输出轴上。
再进一步,所述激光对中检测装置包括激光发射装置和激光接收装置,激光接收装置通过无线传输输出当前的对中实时数据到信号处理模块;
所述激光发射装置安装于齿轮箱输出高速轴上;激光接收装置安装于发电机输入端。
更进一步,所述信号处理模块,能够根据对中实时数据,判断机组的对中状态,其分析过程:Δx,Δy为平行偏差,Δθ为角度偏差,Δxl,Δyl,Δθl为预设极限偏差值,Δxp,Δyp,Δθp为预设允许偏差值。当(Δx)2+(Δy)2<(Δxp)2+(Δyp)2且Δθ<Δθp,判定机组对中状态为良好;当(Δx)2+(Δy)2>(Δxl)2+(Δyl)2或Δθ>Δθl时,判定机组对中状态为差;其他情况下,判断机组对中状态为中等。同时信号处理模块能够根据对中实时数据进行趋势判定;
所述信号处理装置安装于发电机输入端下方机架上。
更进一步,所述监控系统集成于主控系统中,根据信号处理模块输出的机组状态,制定控制策略:当对中状态判定为良好时,满功率运行;当对中状态判定为中等时,限功率运行;当对中状态判定为差时,机组停机,重新对中;
所述监控系统,安装于机舱控制柜中。
本发明的有益效果主要表现在:1、实时在线监测高速轴的对中偏差情况;2、可通过设定偏差预警值,当偏差过大时对机组发电功率进行控制,避免高速轴在不对中偏差过大情况下长时间运行,提高机组运行安全性;2、通过统计历史运行期间高速轴对中偏差值的分布,获得一个合理的对中预留值,用于下次维护时进行设置,使机组运行状态下平均对中偏差值进一步缩小,极大地提高机组运行可靠性。
附图说明
图1是一种风力发电机组高速轴动态对中监控方法示意图。
图2是激光对中检测装置安装示意图,其中,(a)为A-A截面图,(b)为B-B截面图。
图3是触发装置法兰盘外形图。
图4是角度偏差示意图。
图5是高速轴动态对中状态判断监控流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1~图5,一种风力发电机组高速轴动态对中方法,所述方法包括以下步骤:
a)在齿轮箱高速轴设置脉冲触发装置和对中检测装置;
b)利用脉冲触发装置产生的周期脉冲信号触发风电机组高速轴对中检测装置测量对中数据;
c)风电机组高速轴每旋转一周测量设定次数对中数据,通过无线传输方式将对中数据传输给信号处理模块;
d)信号处理模块对测量数据进行分析,得出实测偏差值Δx,Δy,Δθ,通过对比实测偏差与预设允许偏差和预设极限偏差的值,分析机组的实时对中状态,并将机组对中状态发送给主控系统,主控系统按相应的对中状态进行机组控制策略调整,并发出预警或报警信号,保证机组安全。
进一步,所述步骤d)中,Δx,Δy为平行偏差,Δθ为角度偏差,Δxl,Δyl,Δθl为预设极限偏差值,Δxp,Δyp,Δθp为预设允许偏差值;当(Δx)2+(Δy)2<(Δxp)2+(Δyp)2且Δθ<Δθp,判定机组对中状态为良好,可满功率运行;当(Δx)2+(Δy)2>(Δxl)2+(Δyl)2或Δθ>Δθl时,判定机组对中状态为差,机组停机,重新对中;其他情况下,判断机组对中状态为中等,机组进行限功率运行。
再进一步,所述步骤d)中,对实测偏差(Δx)2+(Δy)2和Δθ的值进行趋势分析,通过趋势分析,判定实测偏差达到预设允许偏差值和预设极限偏差值的时间,从而制定维护计划。
一种风力发电机高速轴动态对中监控系统,所述系统包括:
脉冲触发装置,用于产出周期触发信号,启动激光对中检测装置;
激光对中检测装置,用于测定风电机组高速轴的动态对中信号,并实时输出对中数据;
信号处理模块,用于对发电机组高速轴动态对中数据进行处理,并输出发电机组对中状态;
监控系统,用于根据信号处理模块传输的机组对中状态,实现相应的控制策略调整,实现预警预报,保证机组安全。
进一步,所述脉冲触发模块包括电感式接近开关和法兰盘,脉冲触发模块能够产生脉冲信号,触发激光对中检测装置进行对中情况检测;
所述电感式接近开关安装于齿轮箱高速轴转速计安装支架上,法兰盘安装于齿轮箱输出轴上。
再进一步,所述激光对中检测装置包括激光发射装置和激光接收装置,激光接收装置通过无线传输输出当前的对中实时数据到信号处理模块;
所述激光发射装置安装于齿轮箱输出高速轴上;激光接收装置安装于发电机输入端。
更进一步,所述信号处理模块,能够根据对中实时数据,判断机组的对中状态,其分析过程:Δx,Δy为平行偏差,Δθ为角度偏差,Δxl,Δyl,Δθl为预设极限偏差值,Δxp,Δyp,Δθp为预设允许偏差值。当(Δx)2+(Δy)2<(Δxp)2+(Δyp)2且Δθ<Δθp,判定机组对中状态为良好;当(Δx)2+(Δy)2>(Δxl)2+(Δyl)2或Δθ>Δθl时,判定机组对中状态为差;其他情况下,判断机组对中状态为中等。同时信号处理模块能够根据对中实时数据进行趋势判定;
所述信号处理装置安装于发电机输入端下方机架上。
更进一步,所述监控系统集成于主控系统中,根据信号处理模块输出的机组状态,制定控制策略:当对中状态判定为良好时,满功率运行;当对中状态判定为中等时,限功率运行;当对中状态判定为差时,机组停机,重新对中;
所述监控系统,安装于机舱控制柜中。
本实施例的一种风力发电机组高速轴动态对中监控方法如图1所示。主要包括,电感式接近开关11、接近法兰盘12、激光发射器13、激光接收器14、信号处理模块15、主控模块16。电感式接近开关产生脉冲触发信号,触发对中检测装置进行风力发电机组高速轴动态对中检测,并将对中动态数据输出到信号处理模块,信号处理模块分析出偏差值Δx,Δy,Δθ,并输出高速轴对中状态。其中Δx,Δy,Δθ的计算方法如下:
动态对中检测装置每转测量三次,输出三个点的左边,(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3),三点确定一个圆,可以计算出动态圆心的坐标即平行度偏差(Δx,Δy),动态圆心坐标满足的方程:
由等式(1.1)、(1.2)可以推出动态圆心坐标:
角度偏差Δθ的计算方法为:
如图4所示,(x0,y0)是初始状态下,具有良好对中时的激光接收器的测量值,(xi,yi)是实时运行中,激光接收器的测量值,角度偏差可以由以下等式得出:
所述激光对中检测装置如图2所示,主要包括激光发射器21、激光发射器安装盘22、激光接收器23、激光接收器安装盘24。激光发射器和激光接收器随高速轴一起转动,并每转进行三次数据采集。
所述触发装置法兰盘如图3所示。法兰盘圆周上均布凹槽,本实施例中,设置凹槽数为3个。当电感式接近开关接近凹槽时,产生脉冲信号,采用上升沿触发的逻辑,触发激光对中监测装置。
所述高速轴动态对中状态判读监控流程图如图4所示。本实施例的判定逻辑为:预设极限偏差Δxl,Δyl,Δθl,预设允许偏差Δxp,Δyp,Δθp。当(Δx)2+(Δy)2<(Δxp)2+(Δyp)2且Δθ<Δθp,判定机组对中状态为良好,可满功率运行,同时分析偏差的趋势,判定其到达极限值的时间,指导技术人员进行预防性对中;当(Δx)2+(Δy)2>(Δxl)2+(Δyl)2或Δθ>Δθl时,判定机组对中状态为差,机组停机,重新对中;其他情况下,判断机组对中状态为中等,机组进行限功率运行,择期进行对中(一般选择在小风或无风时进行对中)。某2MW机组的参数设置为:
允许偏差值 | 极限偏差值 |
Δx<sub>p</sub>=2mm | Δx<sub>l</sub>=8mm |
Δy<sub>p</sub>=2mm | Δy<sub>l</sub>=10mm |
Δθ<sub>p</sub>=0.35度 | Δθ<sub>l</sub>=0.75度 |
当(Δx)2+(Δy)2<22+22且Δθ<0.35°,判定机组对中状态为良好,可满功率运行,同时分析偏差的趋势,判定其到达极限值的时间,指导技术人员进行预防性对中;当(Δx)2+(Δy)2>82+102或Δθ>0.75°时,判定机组对中状态为差,机组停机,重新对中;其他情况下,判断机组对中状态为中等,机组进行限功率运行,择期进行对中(一般选择在小风或无风时进行对中)。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修订,或者对其中部分技术特性进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修订、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种风力发电机组高速轴动态对中方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
a)在齿轮箱高速轴设置脉冲触发装置和对中检测装置;
b)利用脉冲触发装置产生的周期脉冲信号触发风电机组高速轴对中检测装置测量对中数据;
c)风电机组高速轴每旋转一周测量设定次数对中数据,通过无线传输方式将对中数据传输给信号处理模块;
d)信号处理模块对测量数据进行分析,得出实测偏差值Δx,Δy,Δθ,Δx,Δy为平行偏差,Δθ为角度偏差,通过对比实测偏差与预设允许偏差和预设极限偏差的值,分析机组的实时对中状态,并将机组对中状态发送给主控系统,主控系统按相应的对中状态进行机组控制策略调整,并发出预警或报警信号,保证机组安全。
2.如权利要求1所述的一种风力发电机组高速轴动态对中方法,其特征在于,所述步骤d)中,Δxl,Δyl,Δθl为预设极限偏差值,Δxp,Δyp,Δθp为预设允许偏差值;当(Δx)2+(Δy)2<(Δxp)2+(Δyp)2且Δθ<Δθp,判定机组对中状态为良好,可满功率运行;当(Δx)2+(Δy)2>(Δxl)2+(Δyl)2或Δθ>Δθl时,判定机组对中状态为差,机组停机,重新对中;其他情况下,判断机组对中状态为中等,机组进行限功率运行。
3.如权利要求2所述的一种风力发电机组高速轴动态对中方法,其特征在于,所述步骤d)中,对实测偏差(Δx)2+(Δy)2和Δθ的值进行趋势分析,通过趋势分析,判定实测偏差达到预设允许偏差值和预设极限偏差值的时间,从而制定维护计划。
4.一种如权利要求1所述的风力发电机高速轴动态对中监控方法实现的系统,其特征在于,所述系统包括:
脉冲触发装置,用于产出周期触发信号,启动激光对中检测装置;
激光对中检测装置,用于测定风电机组高速轴的动态对中信号,并实时输出对中数据;
信号处理模块,用于对发电机组高速轴动态对中数据进行处理,并输出发电机组对中状态;
监控系统,用于根据信号处理模块传输的机组对中状态,实现相应的控制策略调整,实现预警预报,保证机组安全。
5.如权利要求4所述的系统,其特征在于:所述脉冲触发模块包括电感式接近开关和法兰盘,脉冲触发模块能够产生脉冲信号,触发激光对中检测装置进行对中情况检测;
所述电感式接近开关安装于齿轮箱高速轴转速计安装支架上,法兰盘安装于齿轮箱输出轴上。
6.如权利要求4或5所述的系统,其特征在于:所述激光对中检测装置包括激光发射装置和激光接收装置,激光接收装置通过无线传输输出当前的对中实时数据到信号处理模块;
所述激光发射装置安装于齿轮箱输出高速轴上;激光接收装置安装于发电机输入端。
7.如权利要求4或5所述的系统,其特征在于:所述信号处理模块,能够根据对中实时数据,判断机组的对中状态,其分析过程:Δx,Δy为平行偏差,Δθ为角度偏差,Δxl,Δyl,Δθl为预设极限偏差值,Δxp,Δyp,Δθp为预设允许偏差值; 当(Δx)2+(Δy)2<(Δxp)2+(Δyp)2且Δθ<Δθp,判定机组对中状态为良好;当(Δx)2+(Δy)2>(Δxl)2+(Δyl)2或Δθ>Δθl时,判定机组对中状态为差;其他情况下,判断机组对中状态为中等; 同时信号处理模块能够根据对中实时数据进行趋势判定;
所述信号处理模块 安装于发电机输入端下方机架上。
8.如权利要求4或5所述的系统,其特征在于:所述监控系统集成于主控系统中,根据信号处理模块输出的机组状态,制定控制策略:当对中状态判定为良好时,满功率运行;当对中状态判定为中等时,限功率运行;当对中状态判定为差时,机组停机,重新对中;
所述监控系统,安装于机舱控制柜中。
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