CN114776530A - 一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测装置及方法，所述一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测装置包括安装支架、测量结构件、触头连杆、传感器、传感器支架，所述安装支架与测量结构件设置于风电机组主轴旋转结构件上，所述传感器通过传感器支架设置于风电机组主轴固定轴承座端，所述传感器上设置有触头连杆，所述方法通过检测实时特征位移变化曲线，提高检测效率和准确性，同时避免的测量的误差对于检测结果的干扰。

Description

一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测装置及方法

技术领域

本发明涉及风电机组数据测量领域，具体涉及一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测装置及方法。

背景技术

随着风电技术的不断发展，早年建立的风电场所用的设备老化问题逐渐凸显，其中风电机组主轴轴承后窜问题不断暴露出来。主轴整体轴系后移，风机重心偏移导致风机运行过程中出现晃动，机组振动增加，设备故障频次高发。风机主轴后移导致风机主轴轴承磨损，轴承温度升高，影响发电效率，叶片塔筒净空的监测也是针对每一支叶片的精确测量，在独立变桨控制中，风力发电机叶轮叶片方位角的测量对确定叶片在空间的位置、载荷水平和净空值安全监测有着重大的影响，传统技术中采用激光或气压传感器，检测过程中容易受到机组正常运行产生的油污等影响从而导致测量结果的误差，且功能较为单一，对检测环境的要求较高无法实现对叶轮方位角的测量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明一方面提供了一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测装置，通过在风电机组主轴上设置测量与传感组件对风电机组主轴实时运行状态进行检测。

另一方面提供了一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测方法，基于高斯定理对所采集的数据进行实施分析获取风电机组实施运行状态结果。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方法一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测装置，包括测量组件、传感组件，所述测量组件包括安装支架、测量结构件，所述传感组件包括触头连杆、传感器、传感器支架，所述测量结构件通过安装支架设置于风电机组主轴旋转结构件上，所述测量结构件与传感组件相对的面作为高斯面，所述传感器通过传感器支架设置于风电机组主轴固定轴承座端，所述测量组件的测量结构件的高斯面与传感组件通过触头连杆连接。

优选的，所述测量结构件同心设置于风电机组主轴旋转结构件上，所述测量结构件与风电机组主轴旋转结构件曲率相同。

优选的，所述传感器通过螺栓固定设置于传感器支架上。

进一步的，所述传感器包括电磁感应位移传感器、传输电缆、采集模块，所述电磁感应位移传感器与采集模块通过传输电缆连接。

优选的，所述触头连杆包括高强度球形滚动触头、Z型连杆，所述Z型连杆与测量结构件通过高强度球形滚动触头连接。

进一步的，所述Z型连杆与传感器的电磁感应位移传感器连接。

基于同一发明构思本发明还提供了一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测方法，包括：

采集传感器数据获取风电机组叶轮方位角；

利用所述风电机组叶轮方位角基于高斯函数计算风电机组测量结构件轴向位移；

利用所述风电机组测量结构件轴向位移计算风电机组主轴轴向位移。

优选的，所述利用风电机组叶轮方位角基于高斯函数计算风电机组测量结构件轴向位移的计算式如下：

其中，ΔY为风电机组测量结构件轴向位移，x为风电机组叶轮方位角，a₁为计算参数。

进一步的，所述利用风电机组测量结构件轴向位移计算风电机组主轴轴向位移的计算式如下：

Y_all＝Y₁+ΔY

其中，Y_all为传感器与测量结构件的安装面位移，Y₁为风电机组主轴轴向位移，ΔY为风电机组测量结构件轴向位移。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

解决传统风电机组低速主轴窜动位移监测测量信号缺乏的问题，本发明通过在线实时监测位移的方法，在主轴全生命周期内提取特征位移变化曲线，提高检测效率和准确性，降低人工传递方法难度，同时通过设计分布对应三支叶片结构件的方法，实现对叶轮方位角的测量，由于仅使用一种装置实现两个维度重要监测量的感知，减少了测量传感器、采集单元通道的投入，从而降低机组整体测量成本。

附图说明

图1是本发明提供的一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测装置的主体视图；

图2是本发明提供的一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测方法的叶片位移与方位角计算原理图；

附图标记：

1、安装支架；2、测量结构件；3、触头连杆；4、传感器；5、传感器支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明提供了一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测装置，如图1所示，包括测量组件、传感组件，所述测量组件包括安装支架1、测量结构件2，所述测量结构件2同心设置于风电机组主轴旋转结构件上，所述测量结构件2与风电机组主轴旋转结构件曲率相同，所述传感组件包括触头连杆3、传感器4、传感器支架5，所述测量结构件2通过安装支架1设置于风电机组主轴旋转结构件上，所述传感器4通过传感器支架5设置于风电机组主轴固定轴承座端，所述测量组件的测量结构件2的高斯面与传感组件通过触头连杆3连接，所述传感器4通过螺栓固定设置于传感器支架5上，所述传感器4上设置有触头连杆3，所述触头连杆3包括高强度球形滚动触头、Z型连杆，所述Z型连杆与测量结构件2通过高强度球形滚动触头连接，所述传感器4内部包括电磁感应位移传感器、传输电缆、采集模块，所述电磁感应位移传感器与采集模块通过传输电缆电连接，所述Z型连杆与传感器4的电磁感应位移传感器连接。

本实施例中，一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测装置，包括三组测量装置，所述每组装置均包括测量组件与传感组件，所述测量组件的测量结构件2的径向轨迹与主轴表面任意点为同心圆随主轴旋转，所述顶点安装位置的测量结构件2的垂直面投影为高斯曲线，且每个测量结构件表面的高斯曲面最高点位置法线要求与三支叶片轴向法线重合。

实施例2：

本发明提供了一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测方法，包括：

采集传感器4数据获取风电机组叶轮方位角；

利用所述风电机组叶轮方位角基于高斯函数计算风电机组测量结构件轴向位移；

利用所述风电机组测量结构件轴向位移计算风电机组主轴轴向位移。

所述利用风电机组叶轮方位角基于高斯函数计算风电机组测量结构件轴向位移的计算式如下：

其中，ΔY为风电机组测量结构件轴向位移，x为风电机组叶轮方位角，a₁为计算参数。

本实施例中，一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测方法，如图2所示，随主轴旋转的测量结构件2分别对每支叶片设计有不同参数的高斯曲面函数，参数a₁根据不同主轴的运行参数进行调整。

进一步的，所述利用风电机组测量结构件轴向位移计算风电机组主轴轴向位移的计算式如下：

Y_all＝Y₁+ΔY

其中，Y_all为传感器与测量结构件的安装面位移，Y₁为风电机组主轴轴向位移，ΔY为风电机组测量结构件轴向位移。

本实施例中，一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测方法，所述数据采集过程为触头连杆3与测量结构件2的连接端设置有高强度球形滚动触头装置，高强度球形滚动触头在每个叶轮旋转周期与固定在主轴的测量结构件2形成轴向位移ΔY，并沿高斯曲面从划过，此处发生的轴向位移ΔY为高斯曲面的竖直向高度和主轴旋转角度位置符合高斯函数关系。

本实施例中，一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测方法，传统的风力机主控系统并没有区分三支叶片的序号的方法，规定1号叶片的叶尖顶点处于顶点为原点位置，剩余2、3号叶片在叶轮旋转平面内呈圆周均匀分布，可以利用前后偏移120°得以计算，高斯曲面最高点位置处既是轴向位移ΔYmax最大点，此处测量点可以得到1号叶片的叶尖处于顶点位置，随1号叶片对应的主轴旋转的测量结构件2长度占安装位置面的主轴周长的三分之一，其他与2号叶片和3号叶片对应的主轴旋转的测量结构件2长度占安装位置面的主轴周长的其余的各三分之一，其他位置的角度可以通过高斯函数测量的位移计算得到。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。

本发明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。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置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。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供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步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测装置，其特征在于，包括测量组件、传感组件，所述测量组件包括安装支架(1)、测量结构件(2)，所述传感组件包括触头连杆(3)、传感器(4)、传感器支架(5)，所述测量结构件(2)通过安装支架(1)设置于风电机组主轴旋转结构件上，所述测量结构件(2)与传感组件相对的面作为高斯面，所述传感器(4)通过传感器支架(5)设置于风电机组主轴固定轴承座端，所述测量组件的测量结构件(2)的高斯面与传感组件的传感器(4)通过触头连杆(3)连接。

2.根据权利要求1所述的一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测装置，其特征在于，所述测量结构件(2)同心设置于风电机组主轴旋转结构件上，所述测量结构件(2)与风电机组主轴旋转结构件曲率相同。

3.根据权利要求1所述的一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测装置，其特征在于，所述传感器(4)通过螺栓固定设置于传感器支架(5)上。

4.根据权利要求3所述的一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测装置，其特征在于，所述传感器(4)包括电磁感应位移传感器、传输电缆、采集模块，所述电磁感应位移传感器与采集模块通过传输电缆连接。

5.根据权利要求1所述的一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测装置，其特征在于，所述触头连杆(3)包括高强度球形滚动触头、Z型连杆，所述Z型连杆与测量结构件(2)通过高强度球形滚动触头连接。

6.根据权利要求5所述的一种风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测装置，其特征在于，所述Z型连杆与传感器(4)的电磁感应位移传感器连接。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述的风电机组主轴窜动及叶轮方位角在线检测装置的检测方法，其特征在于，包括：

采集传感器(4)数据获取风电机组叶轮方位角；

利用所述风电机组叶轮方位角基于高斯函数计算风电机组测量结构件轴向位移；

利用所述风电机组测量结构件轴向位移计算风电机组主轴轴向位移。

8.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述利用风电机组叶轮方位角基于高斯函数计算风电机组测量结构件轴向位移的计算式如下：

其中，ΔY为风电机组测量结构件轴向位移，x为风电机组叶轮方位角，a₁为计算参数。

9.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述利用风电机组测量结构件轴向位移计算风电机组主轴轴向位移的计算式如下：

Y_all＝Y₁+ΔY

其中，Y_all为传感器与测量结构件的安装面位移，Y₁为风电机组主轴轴向位移，ΔY为风电机组测量结构件轴向位移。

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