CN113669214B - 风电齿轮箱行星级运行状态检测的方法、系统和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了风电齿轮箱行星级运行状态检测的方法、系统和存储介质，本发明通过对齿轮箱的输入透盖上传感器安装的设计，实现对齿轮箱在运行过程中架位移和振动数据的收集从而能够及时发现故障并且排除，同时传感器能够收集叶片由于载荷造成的弯矩，可以直观分析叶轮弯扭矩对行星级啮合的影响，近似分析得齿轮箱在风场运行时的Kγ。
Description
技术领域
本发明涉及风电齿轮箱检测领域，特别涉及风电齿轮箱行星级运行状态检测的方法、系统和存储介质。
背景技术
风电齿轮箱是风力发电机组中一个重要的机械部件，由于风机机组安装在条件比较差的自然环境中，如高山、荒野、海滩或者海岛等风口处，受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，加之所处自然环境交通不便，齿轮箱安装在塔顶的狭小空间内，一旦出现故障，修复非常困难，故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求。
风电齿轮箱中的行星级中，行星轮通过轴承与转架连接，转架通过转架轴承与箱体连接，箱体上的测振点监测行星轮或行星轮轴承故障，因为两层的间接监测，底噪高，能量衰弱严重，一直是行业难题，经常轴承损坏了，行星轮断齿了，振动测点的频谱和包络谱都毫无明显的故障频率特征。
在现场的工况中，风电齿轮箱中高精度的振动传感器，在高冲击载荷的运行环境下容易损坏，且因为间接监测的原因，也无法有效识别低转速下载波能量不足的低频冲击。
并且风电齿轮箱在风场运行时，由于收到弯矩的影响，行星级齿轮啮合可能存在问题，也同样缺乏有效的直接监控。
针对这些问题，本申请提供了一种解决方案。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种风电齿轮箱行星级运行状态检测的方法、系统和存储介质，能够对风电齿轮箱行星级的运行状态进行直接监测，及时发现故障，并且通过数据分析为整机载荷控制逻辑优化提供直接的数据参考，提高齿轮箱及主轴承运行的可靠性。
技术方案：本发明所述的风电齿轮箱行星级运行状态检测的方法，具体包括以下步骤：
S1：对风电齿轮箱进行设计，确定传感器安装工装的安装位置；
S2：对传感器安装工装进行设计，根据传感器大小和齿轮箱行星级实际的箱体间隙，设计传感器安装工装；
S3：对风电齿轮箱生产组装，将传感器工装安装在齿轮箱输入透盖和箱体上后，将传感器预装在传感器安装工装上，并进行防松固定，同时通过引线将信号传出，并对任意一个行星轮的位置在转架口上进行标记；
S4：在风电齿轮箱装配完成后，进行齿轮箱出厂时纯扭矩下的位移标定，以该值作为转架的初始位移；
S5：对风电齿轮箱进行出厂测试；
S6：将测试完毕的风电齿轮箱安装到风机整机中，对风机整机进行组装，在设置完主轴后，将转架口上标记的行星轮位置在轮毂上进行标记，若存在角度差，则进行相位差记录；
S7：对风机整机运行状态关联，设计采集逻辑，在风机整机停机时测量少量标定性数据，并网运行时进行持续测量；
S8：对风机整机进行吊装调试；
S9：风机整机进入正常运行阶段后，进行持续的运行监控，根据传感器采集的数据以及风机整机中的叶位数据进行转架位移和振动分析。
作为优选，所述传感器为高精度振动传感器，测试精度在μm级并且生存温度在-40℃～80℃之间。
作为优选，所述S1中确定传感器安装工装的安装位置需要根据行星轮个数，在齿轮箱输入透盖均分位置上确定传感器安装工装的安装位置和传感器安装工装的安装孔位，并且在风电齿轮箱箱体和齿圈结合位置上确定传感器安装工装的安装位置和传感器安装工装的安装孔位，并设计走线路径和穿线开孔位置，从而测量运行过程中的Kγ，即行星轮系均载系数。
作为优选，所述S2中对传感器安装进行设计后，需要确定防松固定方式，防止因为箱体振动造成传感器脱落。
作为优选，所述S5中队风电齿轮箱进行出厂测试包括以下内容：
S5.1：对风电齿轮箱进行低频位移测试，标定纯扭矩下的转架及箱体的组合变形，对风场测试进行弯扭耦合下的弯矩解耦，分析弯矩对齿轮箱运行状态的影响；
S5.2：对风电齿轮箱进行高频位移测试，对转架传出的齿轮箱振动进行带通下的有效值标定，对风场运行时轴承及齿轮磨损和损坏进行有效值预警及识别；
S5.3：对位移积分计算的轴承各部件通过频率进行加速度幅值标定，排除正常状态的分析误判；
S5.4：对位移积分计算的齿轮啮合频率进行速度幅值标定，排除正常状态的分析误判。
作为优选，所述S5.2中对风电齿轮箱进行高频位移测试时，采样频率需要大于10000Hz。
作为优选，所述S8中对风机征集进行吊装调试包括有以下步骤：
S8.1：在叶轮安装时，将其中一个叶轮安装在轮毂上标记的角度上，标记为A号叶轮；
S8.2：进行信号调试和数据采集，通过风场环网进行通讯，将数据收集在风场服务器上。
有益效果：
(1)、本发明可以通过传感器进行直接监测，获得行星轮以及轴承运行时的直接状态数据，及时处理故障。
(2)、本发明通过关联叶位数据，可以直观分析叶轮弯扭矩对行星级啮合的影响，并可近似分析得齿轮箱在风场运行时的Kγ；
(3)、本发明通过关联叶位数据，通过对转架位移的分析，可为整机载荷控制逻辑优化提供直接的数据参考，为独立变桨控制逻辑提供有效数据支撑，提高齿轮箱及主轴承运行的可靠性。
附图说明
图1是本发明中齿轮箱端盖打孔方案示意图；
图2是本发明中齿轮箱端盖打孔方案中A1-A1方向示意图；
图3是本发明中齿轮箱设计示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明做进一步阐述。
本发明中风电齿轮箱行星级运行状态检测的方法，具体包括以下步骤：
S1：对风电齿轮箱进行设计，根据行星轮个数，如图1-2所示，为本发明中齿轮箱端盖打孔方案示意图，在齿轮箱输入透盖均分位置上确定传感器安装工装的安装位置和传感器安装工装的安装孔位(1)，并且在风电齿轮箱箱体和齿圈结合位置上确定传感器安装工装的安装位置和传感器安装工装的安装孔位，并设计走线路径和穿线开孔(2)位置，从而测量运行过程中的Kγ，即行星轮系均载系数，其中：
如图3所示，在本实施例中采用4行星轮转架，A1-A4为齿轮箱上输入透盖上均分的4个位置，R1-R4为在箱体与齿圈结合面上确定的传感器安装工装的安装位置，箭头方向为安装方向，在实施例中，所采用的传感器为高精度振动传感器，测试精度在μm级并且生存温度在-40℃～80℃之间。
S2：对传感器安装工装进行设计，根据传感器大小和齿轮箱行星级实际的箱体间隙，设计传感器安装工装,同时需要确定防松固定方式，防止因为箱体振动造成传感器脱落如图2所示为本实施例中传感器安装工装。
S3：对风电齿轮箱生产组装，将传感器工装安装在齿轮箱输入透盖和箱体上后，将传感器预装在传感器安装工装上，并进行防松固定，同时通过引线将信号传出，并对任意一个行星轮的位置在转架口上进行标记。
S4：在风电齿轮箱装配完成后，进行齿轮箱出厂时纯扭矩下的位移标定，以该值作为转架的初始位移；
S5：对风电齿轮箱进行出厂测试，具体包括以下步骤：
S5.1：对风电齿轮箱进行低频位移测试，标定纯扭矩下的转架及箱体的组合变形，对风场测试进行弯扭耦合下的弯矩解耦，分析弯矩对齿轮箱运行状态的影响；
S5.2：对风电齿轮箱进行高频位移测试，对转架传出的齿轮箱振动进行带通下的有效值标定，对风场运行时轴承及齿轮磨损和损坏进行有效值预警及识别，其中采样频率高于10000Hz；
S5.3：对位移积分计算的轴承各部件通过频率进行加速度幅值标定，排除正常状态的分析误判；
S5.4：对位移积分计算的齿轮啮合频率进行速度幅值标定，排除正常状态的分析误判。
S6：将测试完毕的风电齿轮箱安装到风机整机中，对风机整机进行组装，在设置完主轴后，将转架口上标记的行星轮位置在轮毂上进行标记，若存在角度差，则进行相位差记录。
S7：对风机整机运行状态关联，设计采集逻辑，在风机整机停机时测量少量标定性数据，并网运行时进行持续测量。
S8：对风机整机进行吊装调试，具体包括以下步骤：
S8.1：在叶轮安装时，将其中一个叶轮安装在轮毂上标记的角度上，标记为A号叶轮；
S8.2：进行信号调试和数据采集，通过风场环网进行通讯，将数据收集在风场服务器上。
S9：风机整机进入正常运行阶段后，进行持续的运行监控，根据传感器采集的数据以及风机整机中的叶位数据进行转架位移和振动分析，通过关联叶位数据，可以直观分析叶轮弯扭矩对行星级啮合的影响，并可近似分析得齿轮箱在风场运行时的Kγ，并且通过关联叶位数据，同时对转架位移的分析，可为整机载荷控制逻辑优化提供直接的数据参考，为IPC(独立变桨)控制逻辑提供有效数据支撑，提高齿轮箱及主轴承运行的可靠性。
本实施例还提供了风电齿轮箱行星级运行状态检测的系统，包括有网络接口、存储器和处理器，其中网络接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，实现信号的接收和发送；存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序指令；处理器，用于在运行所述计算机程序指令时，执行上述风电齿轮箱行星级运行状态检测的方法的步骤。
本实施例还提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有计算机程序，在处理器执行所述计算机程序时可实现以上所描述的方法。所述计算机可读介质可以被认为是有形的且非暂时性的。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性示例包括非易失性存储器电路(例如闪存电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩膜只读存储器电路)、易失性存储器电路(例如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储介质(例如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)和光存储介质(例如CD、DVD或蓝光光盘)等。计算机程序包括存储在至少一个非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可以包括与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定设备交互的设备驱动程序、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
Claims (8)
1.风电齿轮箱行星级运行状态检测的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1：对风电齿轮箱进行设计，确定传感器安装工装的安装位置，具体的：
根据行星轮个数，在齿轮箱输入透盖均分位置上确定传感器安装工装的安装位置和传感器安装工装的安装孔位，并且在风电齿轮箱箱体和齿圈结合位置上确定传感器安装工装的安装位置和传感器安装工装的安装孔位，并设计走线路径和穿线开孔位置，从而测量运行过程中的Kγ，即行星轮系均载系数；
S2：对传感器安装工装进行设计，根据传感器大小和齿轮箱行星级实际的箱体间隙，设计传感器安装工装；
S3：对风电齿轮箱生产组装，将传感器工装安装在齿轮箱输入透盖和箱体上后，将传感器预装在传感器安装工装上，并进行防松固定，同时通过引线将信号传出，并对任意一个行星轮的位置在转架口上进行标记；
S4：在风电齿轮箱装配完成后，进行齿轮箱出厂时纯扭矩下的位移标定，以该值作为转架的初始位移；
S5：对风电齿轮箱进行出厂测试；
S6：将测试完毕的风电齿轮箱安装到风机整机中，对风机整机进行组装，在设置完主轴后，将转架口上标记的行星轮位置在轮毂上进行标记，若存在角度差，则进行相位差记录；
S7：对风机整机运行状态关联，设计采集逻辑，在风机整机停机时测量少量标定性数据，并网运行时进行持续测量；
S8：对风机整机进行吊装调试；
S9：风机整机进入正常运行阶段后，进行持续的运行监控，根据传感器采集的数据以及风机整机中的叶位数据进行转架位移和振动分析。
2.根据权利要求1所述的风电齿轮箱行星级运行状态检测的方法，其特征在于：所述传感器为高精度振动传感器，测试精度在μm级并且生存温度在-40℃～80℃之间。
3.根据权利要求1所述的风电齿轮箱行星级运行状态检测的方法，其特征在于：所述S2中对传感器安装进行设计后，需要确定防松固定方式，防止因为箱体振动造成传感器脱落。
4.根据权利要求1所述的风电齿轮箱行星级运行状态检测的方法，其特征在于：所述S5中对风电齿轮箱进行出厂测试包括以下内容：
S5.1：对风电齿轮箱进行低频位移测试，标定纯扭矩下的转架及箱体的组合变形，对风场测试进行弯扭耦合下的弯矩解耦，分析弯矩对齿轮箱运行状态的影响；
S5.2：对风电齿轮箱进行高频位移测试，对转架传出的齿轮箱振动进行带通下的有效值标定，对风场运行时轴承及齿轮磨损和损坏进行有效值预警及识别；
S5.3：对位移积分计算的轴承各部件通过频率进行加速度幅值标定，排除正常状态的分析误判；
S5.4：对位移积分计算的齿轮啮合频率进行速度幅值标定，排除正常状态的分析误判。
5.根据权利要求4所述的风电齿轮箱行星级运行状态检测的方法，其特征在于：所述S5.2中对风电齿轮箱进行高频位移测试时，采样频率需要大于10000Hz。
6.根据权利要求1所述的风电齿轮箱行星级运行状态检测的方法，其特征在于：所述S8中对风机征集进行吊装调试包括有以下步骤：
S8.1：在叶轮安装时，将其中一个叶轮安装在轮毂上标记的角度上，标记为A号叶轮；
S8.2：进行信号调试和数据采集，通过风场环网进行通讯，将数据收集在风场服务器上。
7.风电齿轮箱行星级运行状态检测的系统，其特征在于：所述系统包括网络接口、存储器和处理器，其中：
所述网络接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，实现信号的接收和发送；
所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序指令；
所述处理器，用于在运行所述计算机程序指令时，执行权利要求1-6中任一项所述的风电齿轮箱行星级运行状态检测的方法。
8.一种计算机存储介质，其特征在于：所述计算机存储介质存储有风电齿轮箱行星级运行状态检测的方法，所述风电齿轮箱行星级运行状态检测的方法被至少一个处理器执行时实现权利要求1-6中任一项所述的风电齿轮箱行星级运行状态检测的方法。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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