CN109425300A - 风电机组变桨轴承内外圈相对位移的测量装置及测量方法 - Google Patents

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李秀珍
李润旭
欧阳华
肖进
杨家春
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object

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Abstract

本发明公开了一种风电机组变桨轴承内外圈相对位移的测量装置，包括激光传感器，所述激光传感器安装于变桨轴承的外圈端面上，所述激光传感器的发射点正对于与所述变桨轴承内圈固定相连的法兰圆周面。本发明还相应公开了一种测量方法，在风电机组正常运行的状态下，所述激光传感器发射激光束，经法兰圆周面反射至激光传感器，所述激光传感器接收反射光并处理得到变桨轴承内外圈相对位移。本发明的风电机组变桨轴承内外圈相对位移的测量装置及测量方法均具有实时测量以及测量精度高等优点。

Description

风电机组变桨轴承内外圈相对位移的测量装置及测量方法
技术领域
本发明主要涉及风力机组技术领域，特指一种风电机组变桨轴承内外圈相对位移的测量装置及测量方法。
背景技术
变桨轴承作为提供变桨方位控制、支撑叶片正常工作的直接载体，首当其冲的承受了风力发电机组吸收风能转化为动能的载荷冲击和风轮旋转时叶片重力产生的交变载荷，完成由叶片→轴承→轮毂的力流传递，从而使叶片可以通过变桨调节其与风向的相对方位，实现整机的功率与发电量调节。因此，变桨轴承在风机运行过程中起着举足轻重的作用。
随着国内大叶片机组的不断开发和应用，变桨轴承的失效问题层出不穷，主要包括变桨轴承开裂、变桨轴承密封圈油脂泄露，叶片螺栓断裂等问题，而这些问题的发生与变桨轴承的变形存在直接的关系。现有对变桨轴承内外圈的相对位移主要体现在理论计算阶段，在实际风电机组上的测量还很少，部分厂家采用百分表的形式测量机组静态情况下轴承内外圈之间的相对位移。但这这种数据的测量只能在停机状态下进行，精度较低，且由于静态工况下轴承受力也很小，无法真实反应轴承实际运行状态下的相对位移量。因此，如何在线实时监测轴承内外圈的相对变形量，提前预判风机运行的可靠性成为了目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实时测量且测量精度高的风电机组变桨轴承内外圈相对位移的测量装置和测量方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种风电机组变桨轴承内外圈相对位移的测量装置，包括激光传感器，所述激光传感器安装于变桨轴承的外圈端面上，所述激光传感器的发射点正对于与所述变桨轴承内圈固定相连的法兰圆周面。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述激光传感器安装于与工作平面呈60～80度的位置。
所述激光传感器的发射光平行于所述变桨轴承的端面且其延长线与变桨轴承的轴线相交。
所述激光传感器通过螺栓固定在变桨轴承外圈上。
所述激光传感器为激光三角测距传感器。
本发明还相应公开了一种基于如上所述的风电机组变桨轴承内外圈相对位移的测量装置的测量方法，在风电机组正常运行的状态下，所述激光传感器发射激光束，经法兰圆周面反射至激光传感器，所述激光传感器接收反射光并处理得到变桨轴承内外圈相对位移。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述激光传感器采用三角测距法进行距离的测量。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的风电机组变桨轴承内外圈相对位移的测量装置以及测量方法，通过激光传感器对变桨轴承内外圈之间的距离进行测量，不仅测量精度高，而且能够在风电机组运行时进行实时测量，保证测量结果的真实性。
附图说明
图1为本发明在具体应用时的剖面图。
图2为本发明中金属法兰的剖面图。
图3为本发明在具体应用时的俯视图。
图4为本发明的激光传感器的测距原理图。
图中标号表示：1、叶片；2、轮毂；3、外圈；4、内圈；5、法兰；51、反射面；6、工作平面；7、激光传感器；71、激光发射器；72、镜片；73、CCD线性相机；74、信号处理器。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1至图4所示，本实施例的风电机组变桨轴承内外圈相对位移的测量装置，包括激光传感器7，激光传感器7安装于变桨轴承的外圈3端面上，激光传感器7的发射点正对于与变桨轴承内圈4固定相连的法兰5圆周面。如图1所示，变桨轴承安装于叶片1与轮毂2之间，载荷从叶片1经变桨轴承向轮毂2传递。通过激光传感器7对变桨轴承内外圈之间的距离进行测量，不仅测量精度高，而且能够在风电机组运行时进行实时测量，保证测量结果的真实性。
如图3所示，本实施例中，激光传感器7安装于与工作平面6（风电机组中受力最大的面且已是固定不变的）呈60～80度的位置，优选为70度，此位置为理论计算变形最大位置，因此能够捕捉到实际最大变形量。
本实施例中，激光传感器7通过螺栓固定在变桨轴承外圈3上，激光传感器7的发射光平行于变桨轴承的端面且其延长线与变桨轴承的轴线相交；如图2所示，反射面51即为与变桨轴承内圈4固定在一起的金属法兰5的圆周面，该法兰5外径与变桨轴承内圈4外径尺寸保持一致，侧面圆度为Φ0.3mm，粗糙度为Ra3.2，颜色为银色，能确保光线的有效反射；激光传感器7通过信号线缆及电源线缆与变桨控制系统相连，数据同步到PLC中，从而实现监控；将测量数据与载荷数据同步即可实现与理论数据的对比，同时，根据测量位移量还能指导变桨轴承密封圈和叶片1螺栓的设计选型。
本实施例中，激光传感器7为激光三角测距传感器，最高线性度可达1um，分辨率更是可以达到0.1um的水平；其中激光三角测距法为激光传感器7常规使用的测量方法，具体过程在此不再赘述。
如图4所示，激光传感器7的测量原理如下：激光传感器7的激光发射器71通过镜片72将可见红色激光射向被测物体表面，经物体反射的激光通过接收器镜片72，被内部的CCD线性相机73接收，根据不同的距离，CCD线性相机73可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器74就能计算出传感器和被测物体之间的距离。同时，光束在接收元件的位置通过模拟和数字电路处理，并通过微处理器分析，计算出相应的输出值，并在用户设定的模拟量窗口内，按比例输出标准数据信号。如果使用开关量输出，则在设定的窗口内导通，窗口之外截止。另外，模拟量与开关量输出可独立设置检测窗口。
本发明还公开了一种基于如上所述的风电机组变桨轴承内外圈相对位移的测量装置的测量方法，在风电机组正常运行的状态下，激光传感器7发射激光束，经法兰5圆周面反射至激光传感器7，激光传感器7接收反射光并处理得到变桨轴承内外圈相对位移。在激光传感器7或对应的控制单元内，在正常情况下变桨轴承内外圈之间的距离以及激光传感器7与反射面51之间的距离是预先存储的，由于变桨轴承内外圈之间的距离、激光传感器7与反射面51之间的距离的变化是一致的，因此，通过测量激光传感器7与反射面51之间的距离变化即得到变桨轴承内外圈之间的距离变化。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种风电机组变桨轴承内外圈相对位移的测量装置，其特征在于，包括激光传感器（7），所述激光传感器（7）安装于变桨轴承的外圈（3）端面上，所述激光传感器（7）的发射点正对于与所述变桨轴承内圈（4）固定相连的法兰（5）圆周面。
2.根据权利要求1所述的风电机组变桨轴承内外圈相对位移的测量装置，其特征在于，所述激光传感器（7）安装于与工作平面（6）呈60～80度的位置。
3.根据权利要求1所述的风电机组变桨轴承内外圈相对位移的测量装置，其特征在于，所述激光传感器（7）的发射光平行于所述变桨轴承的端面且其延长线与变桨轴承的轴线相交。
4.根据权利要求1或2或3所述的风电机组变桨轴承内外圈相对位移的测量装置，其特征在于，所述激光传感器（7）通过螺栓固定在变桨轴承外圈（3）上。
5.根据权利要求1或2或3所述的风电机组变桨轴承内外圈相对位移的测量装置，其特征在于，所述激光传感器（7）为激光三角测距传感器。
6.一种基于如权利要求1至5中任意一项所述的风电机组变桨轴承内外圈相对位移的测量装置的测量方法，其特征在于，在风电机组正常运行的状态下，所述激光传感器（7）发射激光束，经法兰（5）圆周面反射至激光传感器（7），所述激光传感器（7）接收反射光并处理得到变桨轴承内外圈相对位移。
7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述激光传感器（7）采用三角测距法进行距离的测量。
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