CN110307125B - 一种风电机组主轴承内部温度间接测量方法 - Google Patents

一种风电机组主轴承内部温度间接测量方法 Download PDF

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Abstract

一种风电机组主轴承内部温度间接测量方法，属于风电技术领域。沿主轴承圆周安装多个温度传感器，进行多点测量主轴承外层温度，计算出多点测量的温度平均值为主轴承外层温度T外；结合机舱环境温度T环与风速n对机舱主轴承温度的影响，构建主轴承温度测量的数学模型，通过函数拟合得到主轴承内部温度T内分别与机舱内部环境温度T环、主轴承外层温度T外、风机转速n三者的函数关系；通过拟合后的函数表达式计算得到主轴承内部温度T内。通过本发明的实施，能够实现主轴承内部温度的检测，得到比较精确的主轴承温度值，这对于风机的运行、维护都有着重要的参考意义，也解决了第三方无法直接测量主轴承内部温度或获取主轴承直接测量温度的数据和接口的问题。

Description

一种风电机组主轴承内部温度间接测量方法
技术领域
本发明属于风电技术领域，特别是涉及一种风电机组主轴承内部温度间接测量方法。
背景技术
风机机舱由于受到风电场所处环境恶劣，大风扬沙、雾霾严重，春天杨絮、柳絮漫天，夏季高温等多种因素的影响，而导致风机限功率运行甚至停机。过高的温度会使得机舱内的主轴、主轴承及底座等各种零件的膨胀，小则影响风机的正常运行，大则会损害风机，所以风机机舱的温度监测研究成为了一个研究的重点课题，主轴承内部温度检测是其一个重要组成部分。
目前，国内外普遍使用的方法就是在主轴承外层使用温度传感器，即使对内部温度进行测量，出于一些特定原因，测量数据和接口也不对第三方开放。
发明内容
针对上述存在的技术问题，解决无法直接获取主轴承内部温度的问题。本发明提供一种风电机组主轴承内部温度间接测量方法，解决了第三方无法直接测量主轴承内部温度或获取主轴承直接测量温度的数据和接口的问题，也提升了风机机舱环境温度检测的准确性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明一种风电机组主轴承内部温度间接测量方法，沿主轴承圆周安装多个温度传感器，进行多点测量主轴承外层温度，计算出多点测量的温度平均值为主轴承外层温度T外；结合机舱环境温度与风速对机舱主轴承温度的影响，构建主轴承温度测量的数学模型，通过函数拟合得到主轴承内部温度T内分别与机舱内部环境温度T环、主轴承外层温度T外、风机转速n三者的函数关系；通过拟合后的函数表达式计算得到主轴承内部温度T内。
优选地，所述沿主轴承圆周安装多个温度传感器，进行多点测量主轴承外层温度，计算出多点测量的温度平均值为主轴承外层温度T外；设定安装j个温度传感器，测得的温度分别为T1、T2、T3、T4、T5、Tj，求平均值T外： T外＝(T1+T2+…Tj)/j，1≤j≤6。
优选地，所述构建主轴承温度测量的数学模型：
T内＝f(T环，T外，n)
主轴承转动摩擦产生的热量Q摩擦，
Figure GDA0002135692150000023
其中M为主轴承的摩擦力矩，n为主轴承的转速：n(rpm/min)，
主轴承的对外热传导能量Q热传导，
Figure GDA0002135692150000021
其中：r1为主轴承的内半径，r2为主轴承的外半径，L为主轴承的长度，λ为导热系数，T内为主轴承内部温度，，T外为主轴承外层温度，
主轴承的对外热辐射能量Q热辐射，
Figure GDA0002135692150000022
其中：T外为主轴承外层温度，T环为机舱内部环境温度，K1为修正辐射系数，取值5，S为主轴承的辐射表面积，ε为黑度，
主轴承的自身能量变化值Q自变，
Q自变＝K2Cm(T内-T外)
其中：K2为修正系数，取值0.75，C为比热容，m为主轴承质量；
根据能量守恒，主轴承的自身能量变化由主轴承转动摩擦产生的热量 Q摩擦，主轴承的热传导能量Q热传导，主轴承的热辐射能量Q热辐射共同决定，即
Q自变＝Q摩擦-Q热传导-Q热辐射
通过函数拟合得到主轴承内部温度T内分别与机舱内部环境温度T环、主轴承外层温度T外、风机转速n三者的函数关系，其拟合后的函数表达式为：
T内＝T外+A1*n+A2*[(T环+273.15)4-(T外+273.15)4]
其中：
Figure GDA0002135692150000031
Figure GDA0002135692150000032
A1、A2均为系数；
通过计算得到主轴承内部温度T内。
本发明的有益效果为：
本发明首先通过多点测量求主轴承外层的平均温度，再结合机舱环境温度与风速对机舱主轴承温度的影响，最终确定出主轴承的内部温度。通过本发明的实施，能够实现主轴承内部温度的检测，得到比较精确的主轴承温度值，这对于风机的运行、维护都有着重要的参考意义。
附图说明
图1是本发明的温度传感器安装位置示意图。
图2是本发明主轴承的能量守恒示意图。
图中：1.温度传感器，2.主轴承外层，3.滚子，4.主轴承内部，5.主轴承底座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
实施例：如图1所示，本发明一种风电机组主轴承内部温度间接测量方法，具体为：沿主轴承2的圆周安装多个温度传感器1，进行多点测量主轴承2 的外层温度，计算出多点测量的温度平均值为主轴承外层温度T外；结合机舱环境温度与风速对机舱主轴承温度的影响，构建主轴承温度测量的数学模型，通过函数拟合得到主轴承2内部温度T内分别与机舱内部环境温度T环、主轴承外层温度T外、风机转速n三者的函数关系；通过拟合后的函数表达式计算得到主轴承内部温度T内。
本发明所述沿主轴承2圆周安装多个温度传感器，进行多点测量主轴承外层温度，温度传感器1的数量越多测得的温度平均值越接近主轴承的真实值，得到的准确度越高，计算出多点测量的温度平均值为主轴承外层温度T外；设定安装n个温度传感器，
本例沿主轴承长度的中心截面圆周安装6个温度传感器，测得的温度分别为T1、T2、T3、T4、T5、Tj，求平均值T外：
T外＝(T1+T2+…Tj)/j，1≤j≤6，T外的值比较接近主轴承的真实值；
所述构建主轴承温度测量的数学模型：
T内＝f(T环，T外，n)
主轴承转动摩擦产生的热量Q摩擦，
Figure GDA0002135692150000041
其中M为主轴承的摩擦力矩，n为主轴承的转速：n(rpm/min)，
主轴承的对外热传导能量Q热传导，
Figure GDA0002135692150000042
其中：r1为主轴承的内半径，r2为主轴承的外半径，L为主轴承的长度，λ为导热系数，T内为主轴承内部温度，，T外为主轴承外层温度，
主轴承的对外热辐射能量Q热辐射，
Figure GDA0002135692150000043
其中：T外为主轴承外层温度，T环为机舱内部环境温度，K1为修正辐射系数，取值5，S为主轴承的辐射表面积，ε为黑度，
主轴承的自身能量变化值Q自变，
Q自变＝K2Cm(T内-T外)
其中：K2为修正系数，取值0.75，C为比热容，m为主轴承质量；
根据能量守恒，主轴承的自身能量变化由主轴承转动摩擦产生的热量 Q摩擦，主轴承的热传导能量Q热传导，主轴承的热辐射能量Q热辐射共同决定，即
Q自变＝Q摩擦-Q热传导-Q热辐射
通过函数拟合得到主轴承内部温度T内分别与机舱内部环境温度T环、主轴承外层温度T外、风机转速n三者的函数关系，其拟合后的函数表达式为：
T内＝T外+A1*n+A2*[(T环+273.15)4-(T外+273.15)4]
其中：
Figure GDA0002135692150000051
Figure GDA0002135692150000052
A1、A2均为系数；
通过计算得到主轴承内部温度T内。
以上所述，仅是本申请较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (2)

1.一种风电机组主轴承内部温度间接测量方法，其特征在于：沿主轴承圆周安装多个温度传感器，进行多点测量主轴承外层温度，计算出多点测量的温度平均值为主轴承外层温度T外；结合机舱环境温度与风速对机舱主轴承温度的影响，构建主轴承温度测量的数学模型，通过函数拟合得到主轴承内部温度T内分别与机舱内部环境温度T环、主轴承外层温度T外、风机转速n三者的函数关系；通过拟合后的函数表达式计算得到主轴承内部温度T内；
所述构建主轴承温度测量的数学模型：
T内＝f(T环，T外，n)
主轴承转动摩擦产生的热量Q摩擦，
Figure FDA0002493314920000011
其中M为主轴承的摩擦力矩，n为主轴承的转速：n(rpm/min)，
主轴承的对外热传导能量Q热传导，
Figure FDA0002493314920000012
其中：r1为主轴承的内半径，r2为主轴承的外半径，L为主轴承的长度，λ为导热系数，T内为主轴承内部温度，T外为主轴承外层温度，
主轴承的对外热辐射能量Q热辐射，
Figure FDA0002493314920000013
其中：T外为主轴承外层温度，T环为机舱内部环境温度，K1为修正辐射系数，取值5，S为主轴承的辐射表面积，ε为黑度，
主轴承的自身能量变化值Q自变，
Q自变＝K2cm(T内-T外)
其中：K2为修正系数，取值0.75，C为比热容，m为主轴承质量；
根据能量守恒，主轴承的自身能量变化由主轴承转动摩擦产生的热量Q摩擦，主轴承的热传导能量Q热传导，主轴承的热辐射能量Q热辐射共同决定，即
Q自变＝Q摩擦-Q热传导-Q热辐射
通过函数拟合得到主轴承内部温度T内分别与机舱内部环境温度T环、主轴承外层温度T外、风机转速n三者的函数关系，其拟合后的函数表达式为：
T内＝T外+A1*n+A2*[(T环+273.15)4-(T外+273.15)4]
其中：
Figure FDA0002493314920000021
Figure FDA0002493314920000022
A1、A2均为系数；
通过计算得到主轴承内部温度T内。
2.根据权利要求1所述风电机组主轴承内部温度间接测量方法，其特征在于：所述沿主轴承圆周安装多个温度传感器，进行多点测量主轴承外层温度，计算出多点测量的温度平均值为主轴承外层温度T外；设定安装j个温度传感器，测得的温度分别为T1、T2、T3、T4、T5、Tj，求平均值T外：
T外＝(T1+T2+…Tj)/j，1≤j≤6。
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