CN110566540A - 一种风力发电机液压变桨系统的泄漏检测方法及检测系统 - Google Patents

一种风力发电机液压变桨系统的泄漏检测方法及检测系统 Download PDF

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Abstract

一种风力发电机液压变桨系统的泄漏检测方法及检测系统，控制器实时计算液压变桨系统中液压油缸、液压油箱和蓄能器的总油量，如果液压油缸、液压油箱和蓄能器的总油量减少，则排空蓄能器油液，进一步计算液压油缸和液压油箱的总油量，如果液压油缸和液压油箱的总油量无变化，则判断蓄能器漏气，液压变桨系统无管路泄露，如果液压油缸和液压油箱的总油量减少，则判断液压变桨系统管路泄露。本发明针对液压变桨系统的油液泄漏或蓄能器漏气进行高精度监测，实时便捷且智能，能够实现及早预警，消除了风力发电机的安全隐患，减轻了风力发电机的维护压力，并解决了低温情况下的液位检测，确保了风力发电机可以在温度差异极大的地区进行安全运行。

Description

一种风力发电机液压变桨系统的泄漏检测方法及检测系统
技术领域
本发明涉及一种风力发电机液压变桨系统的泄漏检测方法及检测系统。
背景技术
液压变桨系统在大功率风机上普遍应用，风机运行时间长，维护不方便，尤其是海上风机，液压油泄漏是一个很严重的问题，不仅会导致液压变桨系统停止工作，还会污染环境。油箱液位对泵的正常运行至关重要，当液位太高时，油液会进入泵的联轴器，影响泵的运行，当液位太低时，会导致泵吸油口有吸空的危险，严重时，会导致泵的损坏。
为了监测液压变桨系统的液压油是否泄露，目前通常的做法是在油箱上设置液位开关，不管什么原因引起的油箱液位下降到设定位置时，液压开关会发信号，液面位置已经低到危机及泵的安全运行，控制系统就会马上停泵；当工人进行加油，液面会上升至设定位置，表面油液已经加满，系统再次投入使用。
只在油箱上设置液位开关，只有当油箱液位下降到一定程度时(设置值)才会进行油箱液位低报警，油箱液位下降主要由三方面引起：蓄能器漏气导致储油量加大，温度极大下降，系统油液泄漏，在冬天寒冷地区，由于油液温度下降较多，蓄能器的气体温度也大幅下降，蓄能器在相同压力下的储油量也会增加，这意味着油箱中的油会更少，可能会导致油位低于最低值的情况的发生，但是系统无法判断究竟是泄露造成的，还是其他原因。而只有蓄能器漏气及油液泄漏是真正的隐患，现有的监测方法无法对泄漏进行早期高精度的监测预警，只能在油液损失到一定程度才会触发报警，往往为时已晚，损失大，也无法正确地辨别出究竟是哪个原因引起的液位低报警。
导致报警不准的原因在于：液位监测只是开关量或者控制程序中只对液位实际数值进行简单地定值判断，而不是连续地进行液位测量及连续地进行总油量的计算，控制程序中只能进行简单的逻辑判断，无法整合整体总油量计算，也无法考虑气体温度、气体漏气及油液温度的影响，缺少智能计算与判断。
发明内容
本发明提供一种风力发电机液压变桨系统的泄漏检测方法及检测系统，针对液压变桨系统的油液泄漏或蓄能器漏气进行高精度监测，检测方法实时便捷且智能，能够实现及早预警，消除了风力发电机的安全隐患，减轻了风力发电机的维护压力，并解决了低温情况下的液位检测，确保了风力发电机可以在温度差异极大的地区进行安全运行。
为了达到上述目的，本发明提供一种风力发电机液压变桨系统的泄漏检测系统，所述的泄漏检测系统包含：
位置传感器，其设置在风力发电机液压变桨系统的液压油缸上，用于监测液压油缸的活塞实时位置，从而供控制器计算液压油缸中油液的实时体积；
液位传感器，其设置在风力发电机液压变桨系统的液压油箱上，用于监测液压油箱的实时液位值，从而供控制器计算液压油箱中油液的实时体积；
温度传感器，其设置在风力发电机液压变桨系统的液压油箱上，用于监测液压油箱的油液实时温度，从而供控制器计算液压油箱中油液由于受到温度变化而产生的体积变化量；
气体温度传感器，其设置在风力发电机液压变桨系统的蓄能器上，用于监测蓄能器的气体实时温度，从而供控制器计算蓄能器的实时理论储油量；
压力传感器，其设置在风力发电机液压变桨系统的蓄能器回路上，用于监测蓄能器回路的实时压力，从而供控制器计算蓄能器的实时理论储油量；
控制器，其连接位置传感器、液位传感器、温度传感器、气体温度传感器和压力传感器，用于根据各个传感器的监测数据计算液压变桨系统的总油量，并根据总油量变化来判断是否发生油液泄露。
本发明还提供一种风力发电机液压变桨系统的泄漏检测方法，其基于所述的风力发电机液压变桨系统的泄漏检测系统实现，所述的泄漏检测方法包含：控制器实时计算液压变桨系统中液压油缸、液压油箱和蓄能器的总油量，如果液压油缸、液压油箱和蓄能器的总油量减少，则排空蓄能器油液，进一步计算液压油缸和液压油箱的总油量，如果液压油缸和液压油箱的总油量无变化，则判断蓄能器漏气，液压变桨系统无管路泄露，如果液压油缸和液压油箱的总油量减少，则判断液压变桨系统管路泄露。
所述的液压油缸、液压油箱和蓄能器的总油量Q的计算方法为：
Q＝Qc+Qa+Qt+QT；
所述的液压油缸和液压油箱的总油量Q’的计算方法为：
Q’＝Qc+Qt+QT；
其中，Qc是液压油缸的油量，Qa是蓄能器的理论储油量，Qt是液压油箱的油量，QT是液压油箱受温度变化而产生的油量变化量。
控制器根据位置传感器监测的液压油缸的活塞实时位置S，计算液压油缸中油液的实时体积Qc；
Qc＝实时位置S×油缸面积A。
控制器根据气体温度传感器监测的蓄能器的气体实时温度T2和压力传感器监测的蓄能器回路的实时压力P2，计算蓄能器的实时理论储油量Qa；
其中，V1是蓄能器的标定容量，P1是蓄能器的出厂预充压力，T1是蓄能器出厂预充时的温度。
控制器根据液位传感器监测的液压油箱的实时液位值L，计算液压油箱中油液的实时体积Qt；
Qt＝实时液位值L×油箱面积Z。
控制器根据温度传感器监测的液压油箱的油液实时温度T，计算液压油箱中油液由于受到温度变化而产生的体积变化量QT；
QT＝n×ΔT×(Qc+Qa+Qt)；
其中，n是油液的温度膨胀系数，ΔT是温度变化值，ΔT＝T-(273+T0)，T0是设定的油液标准温度，T是油箱油液的实时温度。
如果控制器计算得到的总油量与总油量的最初标定值的差值在正常误差范围内，则判断总油量无变化。
本发明针对液压变桨系统的油液泄漏或蓄能器漏气进行高精度监测，检测方法实时便捷且智能，能够实现及早预警，消除了风力发电机的安全隐患，减轻了风力发电机的维护压力，并解决了低温情况下的液位检测，确保了风力发电机可以在温度差异极大的地区进行安全运行。
附图说明
图1是本发明提供的一种风力发电机液压变桨系统的泄漏检测系统的示意图。
图2是本发明提供的一种风力发电机液压变桨系统的泄漏检测方法的流程图。
具体实施方式
以下根据图1～图2，具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供一种风力发电机液压变桨系统的泄漏检测系统，包含：
位置传感器1，其设置在风力发电机液压变桨系统的液压油缸上，用于监测液压油缸的活塞实时位置S，从而供控制器计算液压油缸中油液的实时体积Qc；
液位传感器2，其设置在风力发电机液压变桨系统的液压油箱上，用于监测液压油箱的实时液位值L，从而供控制器计算液压油箱中油液的实时体积Qt；
温度传感器3，其设置在风力发电机液压变桨系统的液压油箱上，用于监测液压油箱的油液实时温度T，从而供控制器计算液压油箱中油液由于受到温度变化而产生的体积变化量QT；
气体温度传感器4，其设置在风力发电机液压变桨系统的蓄能器上，用于监测蓄能器的气体实时温度T2，从而供控制器计算蓄能器的实时理论储油量Qa；
压力传感器5，其设置在风力发电机液压变桨系统的蓄能器回路上，用于监测蓄能器回路的实时压力P2，从而供控制器计算蓄能器的实时理论储油量Qa；
控制器(图中未示出)，其连接位置传感器1、液位传感器2、温度传感器3、气体温度传感器4和压力传感器5，其用于根据各个传感器的监测数据计算液压变桨系统的总油量Q，并根据总油量变化来判断是否发生油液泄露。
风力发电机液压变桨系统的液压油缸本身自带高精度的位置传感器，这样就可以随时随地清晰地计算出液压油缸中的油液实时体积Qc。蓄能器的状态取决于蓄能器的气体实际压力及气体实际温度。温度低，则气体体积小，在相同的原始充气压力下，温度低时，蓄能器的储油量就变大，蓄能器发生漏气，那么气体实际压力下降，蓄能器的储油量就变大。液压油箱中的油液的体积随温度的变化会有较小变化，在液压油箱中设置温度传感器，这样就可以大致地得到整个液压变桨系统的温度，可以高精度地计算出液压变桨系统中的油液受温度变化影响而产生的体积变化量QT。液压中间管路也有容量，在一两次注油调试后，液压管路将充满油液，不会变化，因此在调试好后，不必再考虑这部分油量。油液的弹性模量很高，在一定范围内，可以视油液是不可压缩的，上述5部分的油液体积的总和就应该是一个的相对恒定的数值，如果液压变桨系统产生油液泄漏，那么会导致油液体积总和发生变化(减少)，当液压变桨系统中油液体积总和变化量超过某个程度(这个精度可以较为灵活地设置，根据不同维护能力而适当调整)时，就可以断定液压变桨系统极有可能发生了泄漏现象，应该尽早地进行人工检查。对于较快速发生的泄漏现象，控制器可以第一时间推断感应到，从而通知主控尽快地启用安全控制策略，避免因系统大泄漏或爆管而导致的风机事故。
为了辨别油液的液位过低是否是蓄能器漏气所致，控制器可以在停机时释放蓄能器的液压压力，蓄能器中的油液将排尽，那么蓄能器中不再有液压油，液压油量的总体计算与蓄能器无关，也就是说，如果此时液压总体油量是正常的话，那么说明液压油没有损失，液压管路没有泄露，回到正常工作状态时，蓄能器中进行储油，此时的蓄能器储油量是按照出厂蓄能器气体压力值与实时气体温度进行计算的，如果漏气发生，也就等同于原始出厂蓄能器压力值下降了，蓄能器的实际储油量变大了，但系统还是按原始出厂气体压力值进行计算，计算出来的理论储油量却比实际储油量小了，那么直接导致系统总油量计算结果减少了，就会得出系统总油量减少的结论。所以为了判断是否是蓄能器漏气造成的总体油量减少，还是管路泄露造成的总体油量减少，就需要进行停机排空蓄能器油液的操作。
为了避免由于机舱振动而导致的液位有少许波动，可以采取在一定时间内进行平均值的计算，以降低振动带来的影响。
如图2所示，本发明还提供一种风力发电机液压变桨系统的泄漏检测方法，包含以下步骤：
步骤S1、控制器根据位置传感器监测的液压油缸的活塞实时位置S，计算液压油缸中油液的实时体积Qc；
Qc＝实时位置S×油缸面积A；
步骤S2、控制器根据液位传感器监测的液压油箱的实时液位值L，计算液压油箱中油液的实时体积Qt；
Qt＝实时液位值L×油箱面积Z；
油箱面积Z可以采用油箱的横截面积，如果油箱横截面Z出现不恒定的话，可以采取在车间中对油箱容量标定的方法，生产液位值对应油量的对应数值表，存储在控制器中，控制器根据现场设计液位数值信号进行插值取相应的油量值；
步骤S3、控制器根据气体温度传感器监测的蓄能器的气体实时绝对温度T2和压力传感器监测的蓄能器回路的实时压力P2，计算蓄能器的实时理论储油量Qa；
其中，V1是蓄能器的标定容量，P1是蓄能器的出厂预充压力，T1是蓄能器出厂预充时的绝对温度，三者均为出厂原始记录数据；
注意：此理论储油量Qa是在假定蓄能器不漏气的前提下，如果蓄能器发生了漏气现象，那么漏气将造成P1实际下降了，意味着蓄能器的实际储油量将大于理论计算值，直接导致系统总油量的计算值偏小；
步骤S4、控制器根据温度传感器监测的液压油箱的油液实时绝对温度T，计算液压油箱中油液由于受到温度变化而产生的体积变化量QT；
QT＝n×ΔT×(Qc+Qa+Qt)；
其中，n是油液的温度膨胀系数，ΔT是温度变化值，ΔT＝T-(273+T0)，T0是设定的油液标准温度，T是油箱油液的实时温度；
步骤S5、控制器计算液压变桨系统的总油量Q；
Q＝Qc+Qa+Qt+QT；
步骤S6、控制器判断总油量Q与总油量最初标定值QS的差值是否在正常误差范围内，如果是，则说明液压变桨系统无泄露，且蓄能器无漏气，如果否，则说明液压变桨系统发生了管路泄露或蓄能器漏气，进行步骤S7；
步骤S7、液压变桨系统停机，释放蓄能器回路压力，排空蓄能器油液，控制器重新计算液压变桨系统的总油量Q’；
Q’＝Qc+Qt+QT；
步骤S8、控制器判断总油量Q’与总油量最初标定值QS的差值是否在正常误差范围内，如果是，则说明液压变桨系统无泄露，蓄能器漏气，如果否，则说明液压变桨系统发生管路泄露。
本发明进行液压变桨系统油液泄漏或蓄能器漏气高精度监测，调整方便，实时计算及判断，比原采用的单纯的油箱液位开关触发或定值控制法要智能地多，判断的范围也小的多，能够尽早地判断到系统泄漏(尤其对于一些长时期的轻微的持久性的泄漏)，尽早地进行预警，尽早消除泄漏带来的风机安全隐患，这对于风机来说，尤其是海上风机，是非常实用的，减少液压油液的污染方便维护人员及时监控，每年检修，基本上就可以省去了用于油液泄漏检查及蓄能器气体压力检查的工作。
本发明可解决低温情况下判断系统液位是否正常的问题，当环境温度极低，同时油液液位很低的情况下(尤其在停机状态时)，油液体积变小，同时蓄能器储油能力变较大，极有可能导致油箱液位低于最低位，这个时候本发明就可以告诉维修人员究竟是油温低导致的现象还是泄露导致的现象，确保风机在广阔的温度差异极大的地区进行运行，并可智能判断液压油量问题。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种风力发电机液压变桨系统的泄漏检测系统，其特征在于，所述的泄漏检测系统包含：
位置传感器，其设置在风力发电机液压变桨系统的液压油缸上，用于监测液压油缸的活塞实时位置；
液位传感器，其设置在风力发电机液压变桨系统的液压油箱上，用于监测液压油箱的实时液位值；
温度传感器，其设置在风力发电机液压变桨系统的液压油箱上，用于监测液压油箱的油液实时温度；
气体温度传感器，其设置在风力发电机液压变桨系统的蓄能器上，用于监测蓄能器的气体实时温度；
压力传感器，其设置在风力发电机液压变桨系统的蓄能器回路上，用于监测蓄能器回路的实时压力。
2.一种如权利要求1所述的风力发电机液压变桨系统的泄漏检测系统，其特征在于，所述的泄漏检测系统还包含：控制器，其连接位置传感器、液位传感器、温度传感器、气体温度传感器和压力传感器，用于根据各个传感器的监测数据计算液压变桨系统的总油量，并根据总油量变化来判断是否发生油液泄露。
3.一种风力发电机液压变桨系统的泄漏检测方法，其基于如权利要求1或2所述的风力发电机液压变桨系统的泄漏检测系统实现，其特征在于，所述的泄漏检测方法包含：控制器实时计算液压变桨系统中液压油缸、液压油箱和蓄能器的总油量，如果液压油缸、液压油箱和蓄能器的总油量减少，则排空蓄能器油液，进一步计算液压油缸和液压油箱的总油量，如果液压油缸和液压油箱的总油量无变化，则判断蓄能器漏气，液压变桨系统无管路泄露，如果液压油缸和液压油箱的总油量减少，则判断液压变桨系统管路泄露。
4.如权利要求3所述的风力发电机液压变桨系统的泄漏检测方法，其特征在于，所述的液压油缸、液压油箱和蓄能器的总油量Q的计算方法为：
Q＝Qc+Qa+Qt+QT；
所述的液压油缸和液压油箱的总油量Q’的计算方法为：
Q’＝Qc+Qt+QT；
其中，Qc是液压油缸的油量，Qa是蓄能器的理论储油量，Qt是液压油箱的油量，QT是液压油箱受温度变化而产生的油量变化量。
5.如权利要求4所述的风力发电机液压变桨系统的泄漏检测方法，其特征在于，控制器根据位置传感器监测的液压油缸的活塞实时位置S，计算液压油缸中油液的实时体积Qc；
Qc＝实时位置S×油缸面积A。
6.如权利要求4所述的风力发电机液压变桨系统的泄漏检测方法，其特征在于，控制器根据气体温度传感器监测的蓄能器的气体实时温度T2和压力传感器监测的蓄能器回路的实时压力P2，计算蓄能器的实时理论储油量Qa；
其中，V1是蓄能器的标定容量，P1是蓄能器的出厂预充压力，T1是蓄能器出厂预充时的温度。
7.如权利要求4所述的风力发电机液压变桨系统的泄漏检测方法，其特征在于，控制器根据液位传感器监测的液压油箱的实时液位值L，计算液压油箱中油液的实时体积Qt；
Qt＝实时液位值L×油箱面积Z。
8.如权利要求5-7中任意一项所述的风力发电机液压变桨系统的泄漏检测方法，其特征在于，控制器根据温度传感器监测的液压油箱的油液实时温度T，计算液压油箱中油液由于受到温度变化而产生的体积变化量QT；
QT＝n×ΔT×(Qc+Qa+Qt)；
其中，n是油液的温度膨胀系数，ΔT是温度变化值，ΔT＝T-(273+T0)，T0是设定的油液标准温度，T是油箱油液的实时温度。
9.如权利要求3所述的风力发电机液压变桨系统的泄漏检测方法，其特征在于，如果控制器计算得到的总油量与总油量的最初标定值的差值在正常误差范围内，则判断总油量无变化。
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