CN110300857B - 检测在液压缸的区段之间的油泄漏的方法和布置结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及检测在液压缸（HC）的第一区段（S1）和液压缸（HC）的第二区段（S2）之间的油泄漏（LKG）的布置结构和方法。可移动活塞（MP）以使得活塞（MP）改变其在区段（S1、S2）之间的位置的方式被布置在第一区段（S1）和第二区段（S2）之间。位置的改变依赖于第一力（F1）和第二力（F2）之间的差来完成，其中，该第一力在第一区段（S1）处在可移动活塞（MP）的第一横截面面积（A1）上作用，该第二力在第二区段（S2）处在可移动活塞（MP）的第二横截面面积（A2）上作用。第一区段（S1）包括具有预定第一压力（P1）的液压油（HO），而第一力（F1）基于该压力（P1）并基于第一面积（A1）被计算。第二区段（S2）包括具有预定第二压力（P2）的液压油（HO），而第二力（F2）基于该压力（P2）并基于第二面积（A2）被计算。第一区段（S1）与远程控制的第一阀（V1）连接，该远程控制的第一阀（V1）被闭合以用于泄漏检测。传感器（SEN）以使得其位置（POS）中的任何改变被检测到的方式与可移动活塞（MP）联接，而位置的改变产生自力（F1、F2）的差，该力（F1、F2）的差产生自闭合的阀（V1）以及产生自由于泄漏（LKG）而导致的第一压力（P1）与第二压力（P2）的对准。传感器（SEN）与控制器（CONT）联接，该控制器（CONT）被准备并布置成基于位置（POS）的改变来检测油的泄漏。

Description

检测在液压缸的区段之间的油泄漏的方法和布置结构

技术领域

本发明涉及检测在液压缸的第一区段和液压缸的第二区段之间的油泄漏的布置结构和方法。液压缸优选地被用于风力涡轮机的液压桨距驱动系统中。

背景技术

现代风力涡轮机优选地示出了多个三转子叶片，其围绕水平旋转轴线旋转。转子叶片与发电机连接以将风能转换成电能。

每个转子叶片能够通过是液压桨距驱动系统的一部分的通常两个液压缸对准到来风中。

液压油通过压力应用到每个液压缸。液压缸包括第一区段和第二区段，而可移动活塞被布置在第一区段和第二区段之间。

液压油被应用到这些区段，从而产生作用在活塞的相应面积上的力。在示例中：在第一区段处根据如下公式产生第一力F1：F1=P1*A1，其中，P1是第一区段处的压力，并且其中A1是暴露于压力P1的可移动活塞的相应横截面面积。

在第二区段处根据如下公式产生第二力F2：F2=P2*A2，其中，P2是第二区段处的压力，并且其中A2是暴露于压力P2的可移动活塞的相应横截面面积。

基于力F1和F2的差，可移动活塞改变其相对位置——例如如果情况如下，则其可以朝向第二区段移动：

F1 > F2

P1 * A1 > P2 * A2

在A2 = A1 – Arod并且在Arod作为可移动活塞的一部分的杆的横截面面积且减小相应面积A2时，以上公式得出：

P1 * A1 > P2 * A1 - P2 * Arod。

因此，如果P1≥P2，则可移动活塞将被朝向第二区段推动。

基于相应公式

F1 < F2

P1 * A1 < P2 * A1 - P2 * Arod

考虑到已知的横截面面积A1和Arod，通过为P1和P2选择相应值，可移动活塞可以被朝向第一区段推动。

液压缸总是包括高压区段和低压区段和相应高压侧和低压侧。

可移动活塞经由其位置改变并经由根端轴承与叶片相互作用。根端轴承是叶片的功能部分并且被用于设定叶片的特定桨距角。

具体地，可移动活塞的杆与根端轴承联接或者作用在根端轴承上。

维修报告显示，根据威布尔（Weibull）分布，大多数液压缸将在运行7年和运行11年之间发生故障。故障产生自液压油的泄漏。

液压油可以向外泄漏，从而离开液压缸和液压系统本身。

液压油甚至可以在液压缸内部泄漏，这被公知为内部泄漏：即如果在可移动活塞处存在泄漏，则液压油可以以不受控制的方式在第一区段和第二区段之间转移。

内部泄漏经常随着时间而演变并且导致液压系统中的油的增加的泵送和循环，该液压系统可以包括缸、油储存器、油供应连接件、泵、阀等等。

不能够容易地检测到内部泄漏，这是因为液压油驻留在液压系统内部并且不能够通过检查例如油储存器中的液压油的水平而被检测到。

液压系统试图通过使用存储在油储存器中的油来补偿外部油损失。因此，能够通过维修人员检查其内的油水平来容易地检测到液压油的损失。

油泄漏的影响将随着时间而增加，并且最终将导致运行错误，这被报告给风力涡轮机的控制器。根据报告信号的等级，要求维修的警报可以被用信号发送到控制中心。

在给定时间段中检查并维修每个风力涡轮机，即可以存在年度检验。因此维修人员可以如上所述视觉地检测外部油泄漏，或者维修人员可以通过给定报告信号来注意到（内部）油泄漏。

特别是对于显示25年或更长的保证寿命的离岸风力涡轮机，用于液压部件的维护工作是巨大且昂贵的问题。

已经发现，在最坏的情况设想下，这样的风力涡轮机在风力涡轮机的使用寿命期间可以要求更换两个液压缸。由于恶劣的离岸环境，维修时间受到约束和限制，而需要用于维修工作的设备也可以是昂贵的。

发明内容

因此本发明的目标是提供一种检测液压缸的泄漏的改进方法和布置结构，从而减少或避免上面给出的问题。

该目标通过本发明来解决。

根据本发明，在液压缸的第一区段和液压缸的第二区段之间的油泄漏被检测。可移动活塞以使得活塞改变其在区段之间的位置的方式被布置在第一区段和第二区段之间。位置的改变依赖于第一力和第二力之间的差来完成，该第一力在第一区段处在可移动活塞的第一横截面面积上作用，该第二力在第二区段处在可移动活塞的第二横截面面积上作用。第一区段包括具有预定第一压力的液压油，而第一力基于该压力并基于第一面积被计算。第二区段包括具有预定第二压力的液压油，而第二力基于该压力并基于第二面积被计算。第一区段与远程控制的第一阀连接。第一阀被闭合以用于泄漏检测。传感器以使得可移动活塞的位置中的任何改变被检测到的方式与可移动活塞联接。位置的改变产生自力的差，该力的差作为回应产生自闭合的阀且产生自由于在第一区段和第二区段之间的泄漏而导致的第一压力与第二压力的对准。传感器与控制器联接，该控制器被准备并布置成基于位置改变来检测油的泄漏。

在优选配置中，活塞经由其位置与风力涡轮机的叶片相互作用，因此叶片经由活塞和其它部件转动到特定桨距角。

在优选配置中，桨距角在0°和15°之间选择以用于检测油的泄漏，因为这些叶片角与叶片的磨损和损耗最相关。

0°桨距角代表叶片的一位置，其中，当从弦向方向看时，面向风的叶片表面基本上在转子平面中转动。相应地，90°桨距角指的是转子叶片的“顺桨位置”，其中，叶片表面被转出风。

在优选配置中，控制器-软件将一年多次地针对内部泄漏测试缸。对准的转子叶片桨距驱动器将在给定测试时间处停留在如下位置中的一个中：0°- 10°- 15°，如上所述。

在优选配置中，液压缸是风力涡轮机的液压桨距驱动系统的一部分。

在优选配置中，控制器是风力涡轮机的控制器（中央控制单元），从而提供控制信号并且自动地且以远程控制的方式启动并执行油泄漏检测。

因此，整个风力涡轮机的所有相关监视信号在风力涡轮机控制器处组合。

通过执行该基于控制器的泄漏检测，任何内部缸缺陷被非常早地检测到。因此，只要相应保修期没有到期，故障缸就能够被返回到供应商进行赔偿。

风力涡轮机经常根据如下顺序开始报告错误：

- 报告：泵送时间变得延长，

- 报告：液压油的温度开始升高，以及最终

- 报告：在风力涡轮机运行期间发生不期望的桨距跟踪。

在优选配置中，附加地考虑该顺序以启动泄漏控制或泄漏检测。因此，非常早地且在缸的严重损坏发生之前检测到缸中的泄漏。

在优选配置中，控制器-软件将一年几次地针对内部泄漏测试缸。对准的转子叶片桨距驱动器将在给定测试时间处停留在如下位置中的一个中：0°- 10°- 15°，如上所述。

本发明允许液压系统（液压缸）的自诊断程序，该自诊断程序通过远程控制来完成。

本发明能够使用便宜的软件包来实施，从而考虑到活塞移动的限制在风力涡轮机控制器上编程缸自测试。

因此，所有其它的相关部件通过软件被容易被控制，并且不需要附加硬件并且也不需要用于硬件的实施工作。

由于本发明的原因，能够避免在现有技术风力涡轮机中为了安全原因而实施的运行停止和不必要的维护访问。这导致了可观的成本节约，特别是对于离岸风力涡轮机。

因此风力涡轮机能够根据需要被触发以执行油泄漏测试，以及时避免严重损坏。

如果已知生产系列的缸存在问题，则能够比平时更经常地检查相应缸，从而导致增加的系统安全性。

通过优化和调接维护维修间隔，能够避免未计划的缸更换。

附加地，通过本发明能够实现更恒定的功能性和润滑，因此缸的总寿命也被延长。

缸磨损取决于风力涡轮机的场地，因此湍流可以负面地影响寿命。也考虑到该问题，本发明允许缸的更换的一定预测。

附图说明

借助于附图更具体地示出了本发明。附图示出了优选配置并且不限制本发明的范围。

图1示出了发明的布置结构，以及

图2示出了风力涡轮机的细节，该风力涡轮机装备有根据本发明的油泄漏检测。

具体实施方式

图1示出了发明的布置结构。

液压缸HC包括第一区段S1，而液压油HO通过预定第一压力P1而被提供在第一区段S1中以及从第一区段S1出来。

液压缸HC甚至包括第二区段S2，而液压油HO通过预定第二压力P2而被提供在第二区段S2中以及从第二区段S2出来。

液压缸HC包括可移动活塞MP，该可移动活塞MP以使得可移动活塞MP在区段S1和S2之间改变其位置POS的方式被布置在第一区段S1和第二区段S2之间。

液压油HO被应用到这些区段S1和S2，因此产生相应力F1和F2。

在第一区段S1处根据如下公式产生第一力F1：

F1 = P1 * A1。

P1是在第一区段S1处的第一压力，其作用在可移动活塞MP的第一横截面面积A1上。

在第二区段S2处根据如下公式产生第二力F2：

F2 = P2 * A2。

P2是在第二区段S2处的第二压力，其作用在可移动活塞MP的第二横截面面积A2上。

对于该示例，有效横截面面积A1和A2显示如下依赖性：

A2 = A1 - AROD

其中，AROD是作为可移动活塞MP的一部分的杆ROD的横截面面积。

第一区段S1与第一阀V1连接，该第一阀V1通过第一控制信号CS1被远程控制地打开或闭合。

第二区段S2与第二阀V2连接，该第二阀V2通过第二控制信号CS2被远程控制地打开或闭合。

传感器SEN以使得可移动活塞MP的位置POS中的任何改变被检测到的方式与可移动活塞MP联接。传感器SEN与控制单元CONT联接，该控制单元CONT被准备并布置成基于位置POS的改变来检测液压油HO的泄漏。

让我们假定在第一区段S1和第二区段S2之间存在泄漏LKG，即由于可移动活塞MP的故障密封而导致的泄露。

对于缸泄漏测试，第一阀V1通过控制器CONT远程控制地闭合。

因此在液压缸HC没有故障的情况下，压力P1应该以某种方式“冻结”在其值中。

由于泄漏LKG，第一压力和第二压力将适于彼此，因此最终第一压力P1将显示与第二压力P2相同的值：

P1 = P2

对于相应力，这种情况导致：

F1 = P1 * A1

F1 = P2 * A1

并且对于

F2 = P2 * A2

F2 = P2 * (A1 - AROD)。

通过比较力F1和F2，显示出对于液压缸HC中的泄漏LKG：

F1 > F2

因为第二（有效）面积A2的值小于第一（有效）面积A1。

因此可移动活塞MP改变其位置到第二区段S2的方向中。

总之——如果缸HC中存在泄漏LKG，则压力P1和P2将相等并且由于已知的有效面积A1和A2，可移动活塞MP将改变其位置POS。

位置POS的改变将被传感器SEN检测到，从而导致知晓液压缸HC显示内部泄漏LKG。

图2示出了风力涡轮机WT的细节，该风力涡轮机WT装备有根据本发明的油泄漏检测。

即两个液压缸HC1、HC2的可移动活塞MP（如图1中所述）与叶片BL相互作用，因此叶片BL转动到特定桨距角PA中。

对于泄漏检测，桨距角PA在0°和15°之间选择，因此转子叶片BL的表面以最佳方式对准且转动到来风W中。

这些叶片桨距角与叶片的磨损和损耗最相关。

液压缸HC1、HC2是风力涡轮机WT的液压桨距驱动系统HPS的一部分。

风力涡轮机控制器CONT被用于提供控制信号CS1、CS2和自动地执行油泄漏检测。

Claims (8)

1.一种油泄漏检测布置结构，其检测在液压缸（HC）的第一区段（S1）和所述液压缸（HC）的第二区段（S2）之间的油泄漏（LKG），

- 其中，可移动活塞（MP）被布置在所述第一区段（S1）和所述第二区段（S2）之间，使得所述活塞（MP）依赖于第一力（F1）和第二力（F2）之间的差而改变其在所述区段（S1、S2）之间的位置（POS），所述第一力（F1）在所述第一区段（S1）处在所述可移动活塞（MP）的第一横截面面积（A1）上作用，所述第二力（F2）在所述第二区段（S2）处在所述可移动活塞（MP）的第二横截面面积（A2）上作用，

- 其中，所述第一区段（S1）包括具有预定第一压力（P1）的液压油（HO），而所述第一力（F1）基于该预定第一压力（P1）并基于第一横截面面积（A1）被计算，

- 其中，所述第二区段（S2）包括具有预定第二压力（P2）的液压油（HO），而所述第二力（F2）基于该预定第二压力（P2）并基于第二横截面面积（A2）被计算，

- 其中，所述第一区段（S1）与远程控制的第一阀（V1）连接，该远程控制的第一阀（V1）被闭合以用于泄漏检测，

- 其中，传感器（SEN）与所述可移动活塞（MP）联接，使得所述可移动活塞（MP）的位置（POS）中的任何改变被检测到，而所述位置的所述改变产生自力（F1、F2）的差，所述力（F1、F2）的差产生自闭合的第一阀（V1）以及产生自由于所述泄漏（LKG）而导致的所述预定第一压力（P1）与所述预定第二压力（P2）的对准，并且

- 其中，所述传感器（SEN）与控制器（CONT）联接，所述控制器（CONT）被准备并布置成基于所述位置（POS）的所述改变来检测油的所述泄漏，

其中，所述可移动活塞（MP）经由其位置（POS）与风力涡轮机的叶片相互作用，从而将所述叶片转动到特定桨距角，

其中，所述桨距角在与所述叶片的磨损和损耗最相关的值之间选择以用于检测油的泄漏。

2.根据权利要求1所述的油泄漏检测布置结构，其中，所述第一阀（V1）经由第一控制信号（CS1）而与所述控制器（CONT）连接，因此液压油（HO）以远程控制的方式被提供在所述第一区段（S1）中以及从所述第一区段（S1）出来。

3.根据权利要求1所述的油泄漏检测布置结构，其中，第二阀（V2）经由第二控制信号（CS2）与所述控制器（CONT）连接，因此液压油（HO）以远程控制的方式被提供在所述第二区段（S2）中以及从所述第二区段（S2）出来。

4.根据权利要求1所述的油泄漏检测布置结构，其中，所述液压缸是风力涡轮机的液压桨距驱动系统的一部分。

5.根据权利要求4所述的油泄漏检测布置结构，其中，控制单元是所述风力涡轮机的控制单元，从而提供控制信号并且自动地执行油泄漏检测。

6.根据权利要求1所述的油泄漏检测布置结构，其中，所述桨距角在0°和15°之间进行选择以用于检测油的泄漏。

7.一种油泄漏检测方法，其检测在液压缸（HC）的第一区段（S1）和所述液压缸（HC）的第二区段（S2）之间的油泄漏（LKG），

- 其中，被布置在所述第一区段（S1）和所述第二区段（S2）之间的可移动活塞（MP）依赖于第一力（F1）和第二力（F2）之间的差而改变其在所述区段（S1、S2）之间的位置（POS），所述第一力（F1）在所述第一区段（S1）处在所述可移动活塞（MP）的第一横截面面积（A1）上作用，所述第二力（F2）在所述第二区段（S2）处在所述可移动活塞（MP）的第二横截面面积（A2）上作用，

- 其中，所述第一力（F1）基于预定第一压力（P1）并且基于第一横截面面积（A1）被计算，所述预定第一压力（P1）由在所述第一区段（S1）处的液压油（HO）限定，

- 其中，所述第二力（F2）基于预定第二压力（P2）并且基于第二横截面面积（A2）被计算，所述预定第二压力（P2）由在所述第二区段（S2）处的液压油（HO）限定，

- 其中，与所述第一区段（S1）连接的第一阀（V1）被远程控制地闭合以用于泄漏检测，

- 其中，所述可移动活塞（MP）由于力（F1、F2）的差在所述第一区段（S1）和所述第二区段（S2）之间改变其位置（POS），所述力（F1、F2）的差产生自闭合的第一阀（V1）以及产生自由于所述泄漏（LKG）而导致的所述预定第一压力（P1）与所述预定第二压力（P2）的对准，

- 其中，所述位置（POS）的所述改变由与所述可移动活塞（MP）联接的传感器检测，

- 其中，与所述传感器（SEN）联接的控制器（CONT）基于所述位置（POS）的所述改变来检测油的所述泄漏，

其中，所述可移动活塞（MP）经由其位置（POS）与风力涡轮机的叶片相互作用，从而将所述叶片转动到特定桨距角，

其中，所述桨距角在与所述叶片的磨损和损耗最相关的值之间选择以用于检测油的泄漏。

8.根据权利要求7所述的油泄漏检测方法，其中，所述桨距角在0°和15°之间进行选择以用于检测油的泄漏。

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