CN111306009A - 一种风机偏航系统制动盘磨损量在线测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风机偏航系统制动盘磨损量在线测量装置及方法，该测量装置包括制动卡钳液压管路压力传感器、偏航转动角速度测量传感器、信号采集处理模块、光纤数据传输系统、工控机等。该测量方法可适合于各种主动式偏航制动系统。本发明结构简单、通用化程度高，对于不同材质的制动盘、制动盘或更换制动盘、片的情况，只需在工控机程序中选择相应材质的磨损系数A1、A2，设置合适的r值。本发明可满足不同机型的风力发电机组使用需求。通过在线实时测量，可以了解制动盘、制动片的使用状态，合理评估和安排运维工作，减少停机时间和发电量损失，具有很好的经济效益和社会效益。

Description

一种风机偏航系统制动盘磨损量在线测量装置及方法

技术领域

本发明属于风力发电机组技术领域，具体涉及一种风机偏航系统制动盘磨损量在线测量装置及方法。

背景技术

风力发电机在正常运行中，需要根据风向的变化及时调整风轮的朝向，以保证正面对向来风方向，实现此功能的是风力发电机的对风装置或者偏航系统。偏航系统在调整机舱朝向正对来风方向后，要及时制动，并在风机正常运行中保证偏航系统稳定，制动盘与制动片要保持足够的摩擦力。

但在长期运行中，制动盘、制动片由于磨损，会造成制动盘、制动片减薄，减薄达到一定程度后，可能发生制动过程中的压紧力不足，在风机运行中发生偏航系统滑动，风机偏航系统对风方向不准确等，从而影响风机正常运行并可能造成风机设备损坏等重大设备安全隐患。而进行风机停机检查会造成电量损失，且部分风机由于结构原因，对制动盘及制动片进行直接测量较为困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种风机偏航系统制动盘磨损量在线测量装置及方法，该测量装置及方法可适合于各种主动式偏航制动系统，并且具有系统结构简单、通用化程度高、安装方便等特点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种风机偏航系统制动盘磨损量在线测量装置，其特征在于，包括制动卡钳液压管路压力传感器、偏航转动角速度测量传感器、信号采集处理模块、光纤数据传输系统和工控机；其中，

制动卡钳液压管路压力传感器安装在制动卡钳液压管路或相应任意位置上，用于测量制动卡钳制动时的液压压力并将信号发送到信号采集处理模块；

偏航转动角速度测量传感器，用于测量风机偏航转动的角速度，并将信号发送到信号采集处理模块；

信号采集处理模块，用于将收集到的制动卡钳液压管路压力、偏航转动角度信号进行处理后，通过光纤数据传输系统远距离传输至工控机；

工控机将压力信号、转动角速度信号进行程序运算后，得到制动盘、制动片的磨损情况，并在风机长期运行中不断进行磨损量累积计算，在监控后台通过数值显示供工作人员查看，在磨损量接近阈值时发出提醒或报警。

一种风机偏航系统制动盘磨损量在线测量方法，该方法基于上述一种风机偏航系统制动盘磨损量在线测量装置，该方法包括以下步骤：

1)首先对于确定材质的制动片、制动盘组合，在实验室进行磨损曲线测试，获得制动盘磨损系数A₁、制动片磨损系数A₂；A₁＝f₁(P)，A₂＝f₂(P)，其中P为制动钳压力；磨损系数A₁、A₂即单位制动距离下，制动盘、制动片磨损量与制动钳压力的关系曲线，主流制动盘、制动片材料的A₁、A₂曲线已内置在工控机程序中；

2)由制动卡钳液压管路压力传感器测得制动钳压力P＝g(t)，其中t为时间，即压力信号随时间变化；

3)由偏航转动角速度测量传感器测得角速度ω＝h(t)＝dθ/dt，其中θ为制动盘转过的角度，单位为弧度，t为时间；

可得单位时间转过的角度dθ＝ω·dt；

制动盘单位时间的制动距离dl＝r·dθ，其中r为制动片中心位置在制动盘上相对运动轨迹圆的半径；

4)计算制动盘磨损量公式为：

M₁＝∫A₁·dl＝∫f₁(P)rωdt＝r∫f₁(g(t))h(t)·dt

计算制动片磨损量公式为：

M₂＝∫A₂dl＝∫f₂(P)rωdt＝r∫f₂(g(t))h(t)·dt

将制动钳压力P＝g(t)、角速度ω＝h(t)带入计算可得到制动盘、制动片的累积磨损量。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种风机偏航系统制动盘磨损量在线测量装置，可以实现对风力发电机主动式偏航系统制动盘、制动片的磨损情况进行在线监测，能够及时发现制动盘、片磨损过量的情况，避免了由于检修、维护不到位，可能造成风机设备损坏等重大设备安全隐患的风险；同时检测过程不需要停机、不需要登高作业，避免了风力发电机停机检查造成电量的损失，降低了人员劳动强度，减少了上塔作业可能的安全风险。

本发明提供的一种风机偏航系统制动盘磨损量在线测量方法，可以达到实时得到风力发电机偏航系统制动盘、制动片的磨损情况，节省了时间、人力和物力，有助于提高生产效率，该测量方法，避免了现有停机检测带来的停电损失。

综上所述，本发明结构简单、通用化程度高，对于不同材质的制动盘、制动盘或更换制动盘、片的情况，只需在工控机程序中选择相应材质的磨损系数A1、A2，设置合适的r值。可满足不同机型的风力发电机组使用需求。通过在线实时测量，可以了解制动盘、制动片的使用状态，合理评估和安排运维工作，减少停机时间和发电量损失，具有很好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明测量装置的结构示意图。

附图标记说明：

100、制动卡钳液压管路压力传感器，101、制动卡钳，102、制动片，103、制动盘，104、制动卡钳液压管路，200、偏航转动角速度测量传感器，300、信号采集处理模块，301、光纤数据传输系统，400、工控机。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的一种风机偏航系统制动盘磨损量在线测量装置，包括制动卡钳液压管路压力传感器100、偏航转动角速度测量传感器200、信号采集处理模块300、光纤数据传输系统301和工控机400。

主动式风机偏航制动系统通过制动卡钳101上下两侧的制动片102对制动盘103施加压力，从而形成摩擦制动力矩，进行风机的偏航制动。

制动卡钳液压管路压力传感器100安装在制动卡钳液压管路104上，用来测量制动卡钳液压压力并将信号发送到信号采集处理模块300。

偏航转动角速度测量传感器200用来测量风机偏航转动的角速度，并将信号发送到信号采集处理模块300。偏航转动角速度测量传感器的目的是测量制动盘运动角度与时间的关系曲线，也可使用角度测量传感器或行程距离传感器，测试数据附加时标的方法来替代。

信号采集处理模块300将收集到的制动卡钳液压管路压力、偏航转动角度信号进行处理后，通过光纤数据传输系统301传输至工控机400进行运算处理。

工控机400将压力信号、转动角速度信号进行程序运算后，得到制动盘103、制动片102的磨损情况，并在风机长期运行中不断进行磨损量累积计算，通过在监控后台数值显示供工作人员查看，在磨损量接近阈值时发出提醒或报警。

工控机400中的程序运算包括以下步骤：

1)对于确定材质的制动片、制动盘组合，在实验室进行磨损曲线测试，获得制动盘磨损系数A₁、制动片磨损系数A₂(即单位制动距离下，制动盘、片磨损量与制动钳压力的关系曲线)，A₁＝f₁(P)，A₂＝f₂(P)，其中P为制动钳压力。主流制动盘、制动片材料的A₁、A₂曲线已内置在工控机程序中。

2)压力信号P＝g(t)，其中t为时间，即压力信号随时间变化；

3)角速度ω＝h(t)＝dθ/dt，其中θ为制动盘转过的角度，单位为弧度，t为时间；

可得单位时间转过的角度dθ＝ω·dt，

制动盘单位时间的制动距离dl＝r·dθ，其中r为制动片中心位置在制动盘上相对运动轨迹圆的半径。

4)制动盘磨损量为：

M1＝∫A₁·dl＝∫f₁(P)rωdt＝r∫f₁(g(t))h(t)·dt

制动片磨损量为：

M₂＝∫A₂·dl＝∫f₂(P)rω·dt＝r∫f₂(g(t))h(t)·dt

计算出风机运行以来的制动盘103、制动片102的磨损量，并在监控后台图形化显示，以便于运行维护人员了解制动盘、制动片的状态，提前安排计划进行更换。工控机及信号采集处理模块，目的是信号采集及数据运算处理、存储，也可以使用PLC、单板机等不同形式的设备组合来实现。

本发明系统结构简单、通用化程度高，对于不同材质的制动盘、制动盘或更换制动盘、片的情况，只需在工控机程序中选择相应材质的磨损系数A1、A2，设置合适的r值。可满足不同机型的风力发电机组使用需求。通过在线测量，可以实时了解制动盘、制动片的使用状态，合理评估和安排运维工作，减少停机时间和发电量损失。

本发明应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的使用方法及其核心思想；同时，对于本领域的相关技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上做相应的变动，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种风机偏航系统制动盘磨损量在线测量装置，其特征在于，包括制动卡钳液压管路压力传感器、偏航转动角速度测量传感器、信号采集处理模块、光纤数据传输系统和工控机；

其中，

制动卡钳液压管路压力传感器安装在制动卡钳液压管路或相应任意位置上，用于测量制动卡钳制动时的液压压力并将信号发送到信号采集处理模块；

偏航转动角速度测量传感器，用于测量风机偏航转动的角速度，并将信号发送到信号采集处理模块；

信号采集处理模块，用于将收集到的制动卡钳液压管路压力、偏航转动角度信号进行处理后，通过光纤数据传输系统远距离传输至工控机；

工控机将压力信号、转动角速度信号进行程序运算后，得到制动盘、制动片的磨损情况，并在风机长期运行中不断进行磨损量累积计算，在监控后台通过数值显示供工作人员查看，在磨损量接近阈值时发出提醒或报警。

2.一种风机偏航系统制动盘磨损量在线测量方法，其特征在于，该方法基于权利要求1所述的一种风机偏航系统制动盘磨损量在线测量装置，该方法包括以下步骤：

1)首先对于确定材质的制动片、制动盘组合，在实验室进行磨损曲线测试，获得制动盘磨损系数A₁、制动片磨损系数A₂；A₁＝f₁(P)，A₂＝f₂(P)，其中P为制动钳压力；磨损系数A₁、A₂即单位制动距离下，制动盘、制动片磨损量与制动钳压力的关系曲线，主流制动盘、制动片材料的A₁、A₂曲线已内置在工控机程序中；

2)由制动卡钳液压管路压力传感器测得制动钳压力P＝g(t)，其中t为时间，即压力信号随时间变化；

3)由偏航转动角速度测量传感器测得角速度ω＝h(t)＝dθ/dt，其中θ为制动盘转过的角度，单位为弧度，t为时间；

可得单位时间转过的角度dθ＝ω·dt；

制动盘单位时间的制动距离dl＝r·dθ，其中r为制动片中心位置在制动盘上相对运动轨迹圆的半径；

4)计算制动盘磨损量公式为：

M₁＝∫A₁·dl＝∫f₁(P)rω·dt＝r∫f₁(g(t))h(t)·dt

计算制动片磨损量公式为：

M₂＝∫A₂·dl＝∫f₂(P)rω·dt＝r∫f₂(g(t))h(t)·dt

将制动钳压力P＝g(t)、角速度ω＝h(t)带入计算可得到制动盘、制动片的累积磨损量。

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