CN115789233A - 一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统 - Google Patents

一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统 Download PDF

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CN115789233A CN202310077008.7A CN202310077008A CN115789233A CN 115789233 A CN115789233 A CN 115789233A CN 202310077008 A CN202310077008 A CN 202310077008A CN 115789233 A CN115789233 A CN 115789233A
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Abstract

本发明公开了一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统，根据风速信息，齿轮箱启动后处于此风速下的最佳转速，润滑系统则根据设定的电机转速启动运行，运行后油温不断上升，油温上升导致冷却风扇电机启动，并以某一合适的转速运行，油温开始下降，如果转速信息不变，则系统油温逐渐趋于稳定，齿轮箱及润滑系统以一种平衡状态运行，如果齿轮箱转速低于额定值，对油泵电机和冷却风扇电机转速进行准确计算，则油泵电机和冷却风扇电机转速都将以低于额定转速运行，从而延长电机的使用寿命和降低能量消耗，不需要根据风速频繁启停，延长润滑系统的使用寿命。

Description

一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统
技术领域
本发明涉及传动装置的一般零件领域，特别涉及一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统。
背景技术
随着化石能源的进一步枯竭与人们环保意识的不断增强，以风、光为代表的可再生能源逐渐受到人们的重视。风力发电中风力通过齿轮箱带动发电机工作，从而将风动能转化为电能，然而在工作过程中齿轮箱由于机械摩擦会产生较大的热能和机械磨损，因此实际应用中需要增加润滑系统以保证齿轮箱的正常运行，风电齿轮箱是风力发电机组中极为重要的机械部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速，为了减小风电齿轮箱内部齿轮传动结构在工作状态下的传动摩擦损耗，风电齿轮箱多配备有润滑系统，来延长风电齿轮箱的工作使用寿命并提升其内部的传动流畅性；
现有技术中有很多风力发电齿轮箱润滑系统，例如专利号为CN105156646 B的中国专利公开了一种适用于风电齿轮箱的润滑系统，包括储油腔、润滑油管路，所述第一储油腔由一级行星架和齿轮前箱盖通过机械密封组成，第二储油腔由一级太阳轮支撑轴和一级行星架组成，第三储油腔由一级太阳轮支撑轴与二级行星架组成。储油腔之间通过润滑油管相连通，润滑油管设置分路，实现对齿轮箱如轴承、齿轮啮合处需要润滑部分的润滑。本发明使齿轮箱内部的布管设置在行星架、箱体、太阳轮等零部件上，将传动系统和润滑系统有效的结合在一起，达到节约大量的布管、减轻设备重量的结果；齿轮需要润滑的位置如轴承和齿轮啮合处都有润滑油管或喷嘴直接将润滑油送达，润滑效果好；轴承和各啮合点得到充分润滑，风电齿轮箱工作时更安全可靠；
又例如专利号为CN104864081B的中国专利公开了一种集合高速轴应急保护和旁路过滤的风电齿轮箱润滑系统，包括第一润滑单元和第二润滑单元，两者之间设置油路走向控制阀，第一润滑单元包括第一过滤器和第一泵组，第一泵组的吸油口与齿轮箱相连，将润滑油从齿轮箱中泵入过滤器后分配至润滑点；第二润滑单元包括过滤器和第二泵组，第二泵组的吸油口与齿轮箱相连，将润滑油从齿轮箱中泵入并经过滤器进行过滤。本发明提供的风电齿轮箱润滑系统，解决了当前发电机组整机调试和现有润滑系统泵组常发生故障时，齿轮箱高速轴不易得到润滑、容易受损的问题；同时集成了旁路精滤的功能；
然而，风力发电对自然条件依赖较大，频繁启停也会导致润滑系统寿命缩短。目前市场上润滑系统多以固定功率工作，不仅切换频繁，且对齿轮箱的温度控制能力较差。本发明针对当前润滑系统存在问题提出一种伺服控制系统，旨在实现齿轮箱润滑系统的可靠运行。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有的风电齿轮箱润滑系统设计中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明其中的一个目的是提供一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统，其通过采集风速信息，齿轮箱启动后处于此风速下的最佳转速，润滑系统则根据设定的电机转速启动运行，运行后油温不断上升，油温上升导致冷却风扇电机启动，并以某一合适的转速运行，油温开始下降，如果转速信息不变，则系统油温逐渐趋于稳定，齿轮箱及润滑系统以一种平衡状态运行，如果齿轮箱转速低于额定值，对油泵电机和冷却风扇电机转速进行准确计算，则油泵电机和冷却风扇电机转速都将以低于额定转速运行，从而延长电机的使用寿命和降低能量消耗，不需要根据风速频繁启停，延长润滑系统的使用寿命，解决了背景技术中“目前市场上润滑系统多以固定功率工作，不仅切换频繁，且对齿轮箱的温度控制能力较差”的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统，包括风机启动信号感知子系统、风机齿轮箱、信息采集反馈子系统、润滑子系统、控制子系统和驱动子系统；
其中，所述风机启动信号感知子系统用于感知风机启动信号和外界风速信号；
所述风机齿轮箱用于风机叶片与发电机之间的传动；
所述信息采集反馈子系统位于风机启动信号感知子系统和风机齿轮箱下位机，用于采集风机运行数据和风机齿轮箱运行数据；
所述控制子系统用于根据所述信息采集反馈子系统所采集数据的信息反馈，对所述驱动子系统和所述润滑子系统进行控制，以实现对所述驱动子系统和所述润滑子系统的调节处理效果；
所述润滑子系统用于根据所述控制子系统的控制信息，对润滑油输出和输入流量进行调节；
所述驱动子系统用于根据所述控制子系统的控制信息使驱动组件运行，以对风机齿轮箱的运行数据进行调节。
本发明进一步的改进在于，所述信息采集反馈子系统包括温度传感器、压力传感器、转速传感器和传输系统；
其中，所述温度传感器，用于对发电齿轮箱中润滑油温进行数据采集作业；
所述压力传感器，用于采集所述润滑系统中的系统润滑油压力数据；
所述转速传感器，用于采集发电齿轮箱的转速数据信息；
所述传输系统包括：信号接收组件，用于接收所述温度传感器、所述转速传感器和所述压力传感器所采集数据的模拟信号；
AD转换器，用于将所述信号接收组件所接收的模拟信号转化为数字信号；
信号发送组件，用于向所述控制子系统发送所述AD转换器转换后的所采集数据信号。
本发明进一步的改进在于，所述驱动子系统包括调速电机、润滑油泵和风扇电机驱动组件；
其中，所述调速电机用于根据控制子系统的控制信息调节齿轮箱的转动速度；
所述润滑油泵用于根据控制子系统的控制信息调节润滑油的流量进而降低风机齿轮箱齿轮组的传动损耗；
所述风扇电机驱动组件用于对风扇转速进行调节，以对润滑油进行散热。
本发明进一步的改进在于，所述控制子系统包括中央处理器和储存器；
其中，所述中央处理器用于根据所述信息采集反馈子系统所采集数据的信息反馈对所述驱动子系统和所述润滑子系统进行控制以实现对所述驱动子系统和所述润滑子系统的调节处理效果；
所述储存器用于实时记录风速、功率、传动效率信息，为执行模块的设备选取提供依据。
本发明进一步的改进在于，所述控制子系统中包括调速电机的控制策略，所述调速电机的控制策略包括以下具体步骤：
S101：所述风机启动信号感知子系统感知外界风速信号进行感知，当外界风速
Figure SMS_1
大于设定风速阈值
Figure SMS_2
时，触发风机启动信号，外部风机带动风机齿轮箱中的齿轮组转动，在储存库的安全数据中查找在此风速下保证风机齿轮箱安全运行的齿轮组最佳转速
Figure SMS_3
；
S102：所述信息采集反馈子系统采集风机齿轮箱的转速数据信息
Figure SMS_4
，并将风机齿轮箱的转速数据信息
Figure SMS_5
和齿轮组最佳转速
Figure SMS_6
导入控制子系统中计算转速的差值
Figure SMS_7
；
S103：由此计算调速电机的输出功率
Figure SMS_8
，
Figure SMS_9
，由此计算得出
Figure SMS_10
，其中
Figure SMS_11
为传动时齿轮之间的摩擦阻力，这样对调速电机的输出功率进行实时计算，以保证齿轮箱启动后处于此风速下的最佳转速。
本发明进一步的改进在于，所述控制子系统中包括润滑油泵的控制策略，所述润滑油泵的控制策略包括以下具体步骤：
S201：计算调速风机在工作时的发热功率和传动过程中的齿轮传动热功率之和
Figure SMS_12
，由于
Figure SMS_13
，由此得出
Figure SMS_14
，其中I为输入电流，U为输入电压，
Figure SMS_15
为功率系数取0.75，这样得出调速风机在工作时的发热功率调速风机在工作时的发热功率和传动过程中的齿轮传动热功率之和
Figure SMS_16
；
S202：根据热力学公式可得：
Figure SMS_17
，其中t为润滑油在管道中传输的时间，c为润滑油的比热，m为传输的润滑油质量，
Figure SMS_18
为润滑油安全范围温度最大值，
Figure SMS_19
为润滑油原温度；
S203：由于,其中
Figure SMS_20
为油料的传播速度，
Figure SMS_21
为管道长度，将公式
Figure SMS_22
和公式
Figure SMS_23
代入
Figure SMS_24
，由此计算油料传输安全速度
Figure SMS_25
；
S204：由此得到油料传输安全速度,由油料传输安全速度
Figure SMS_26
代入油泵输出公式得出润滑油泵的最小输出功率
Figure SMS_27
，这样设置对润滑油泵的最小输出功率进行计算，在保证对传动产生的热量进行吸收的同时，保证了对油料施加的准确控制，节约了油料的使用量。
本发明进一步的改进在于，所述控制子系统中还包括风扇电机驱动组件的控制策略，所述风扇电机驱动组件的控制策略包括以下具体步骤：
S301：温度传感器采集油料的实时温度
Figure SMS_28
，查找油料的安全温度
Figure SMS_29
，由此得到需要气流回收的油料热量
Figure SMS_30
，而传递的发热功率为
Figure SMS_31
，这样需要气流回收的整体热功率为
Figure SMS_32
，其中t为散热时间；
S302：设定排出的气流温度
Figure SMS_33
，而测得的空气温度为
Figure SMS_34
，而风扇的散热量公式为
Figure SMS_35
，其中
Figure SMS_36
为空气的比热，
Figure SMS_37
为风扇的风量，
Figure SMS_38
为气体的密度，t为散热时间，
Figure SMS_39
；
S303：由此计算得到风扇的风量
Figure SMS_40
；
S304：将测得的风量代入风扇功率公式中计算风扇的输出功率，控制子系统控制风扇电机驱动组件的功率，使风扇电机驱动组件的功率与风扇的输出功率匹配，这样设置根据风速信息，齿轮箱启动后处于此风速下的最佳转速，润滑系统则根据设定的电机转速启动运行，运行后油温不断上升，油温上升导致冷却风扇电机启动，并以某一合适的转速运行，油温开始下降，如果转速信息不变，则系统油温逐渐趋于稳定，齿轮箱及润滑系统以一种平衡状态运行，如果齿轮箱转速低于额定值，对油泵电机和冷却风扇电机转速进行准确计算，则油泵电机和冷却风扇电机转速都将以低于额定转速运行，从而延长电机的使用寿命和降低能量消耗，不需要根据风速频繁启停，延长润滑系统的使用寿命。
本发明进一步的改进在于，所述控制子系统中还包括设备保护策略，所述设备保护策略的具体方式为：油温持续上升至最高允许工作温度
Figure SMS_41
，整个过程中风扇电机以最大功率工作仍无法有效降低油温，则此时控制子系统向齿轮箱发出停止工作指令，以保护设备不被烧毁。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：根据风速信息，齿轮箱启动后处于此风速下的最佳转速，润滑系统则根据设定的电机转速启动运行，运行后油温不断上升，油温上升导致冷却风扇电机启动，并以某一合适的转速运行，油温开始下降，如果转速信息不变，则系统油温逐渐趋于稳定，齿轮箱及润滑系统以一种平衡状态运行，如果齿轮箱转速低于额定值，对油泵电机和冷却风扇电机转速进行准确计算，则油泵电机和冷却风扇电机转速都将以低于额定转速运行，从而延长电机的使用寿命和降低能量消耗，不需要根据风速频繁启停，延长润滑系统的使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统的原理构架示意图。
图2为本发明一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统的信息采集反馈子系统的原理框图。
图3为本发明一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统的控制子系统的原理框图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
本实施例根据风速信息，对调速电机的输出功率进行实时计算，以保证齿轮箱启动后处于此风速下的最佳转速，具体方案为，如图1-图3所示，一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统，包括风机启动信号感知子系统、风机齿轮箱、信息采集反馈子系统、润滑子系统、控制子系统和驱动子系统；
其中，风机启动信号感知子系统用于感知风机启动信号和外界风速信号；
风机齿轮箱用于风机叶片与发电机之间的传动；
信息采集反馈子系统位于风机启动信号感知子系统和风机齿轮箱下位机，用于采集风机运行数据和风机齿轮箱运行数据；
控制子系统用于根据信息采集反馈子系统所采集数据的信息反馈，对驱动子系统和润滑子系统进行控制，以实现对驱动子系统和润滑子系统的调节处理效果；
润滑子系统用于根据控制子系统的控制信息，对润滑油输出和输入流量进行调节；
驱动子系统用于根据控制子系统的控制信息使驱动组件运行，以对风机齿轮箱的运行数据进行调节。
在本实施例中，信息采集反馈子系统包括温度传感器、压力传感器、转速传感器和传输系统；
其中，温度传感器，用于对发电齿轮箱中润滑油温进行数据采集作业；
压力传感器，用于采集润滑系统中的系统润滑油压力数据；
转速传感器，用于采集发电齿轮箱的转速数据信息；
传输系统包括：信号接收组件，用于接收温度传感器、转速传感器和压力传感器所采集数据的模拟信号；
AD转换器，用于将信号接收组件所接收的模拟信号转化为数字信号；
信号发送组件，用于向控制子系统发送AD转换器转换后的所采集数据信号。
在本实施例中，驱动子系统包括调速电机、润滑油泵和风扇电机驱动组件；
其中，调速电机用于根据控制子系统的控制信息调节齿轮箱的转动速度；
润滑油泵用于根据控制子系统的控制信息调节润滑油的流量进而降低风机齿轮箱齿轮组的传动损耗；
风扇电机驱动组件用于对风扇转速进行调节，以对润滑油进行散热。
本发明进一步的改进在于，控制子系统包括中央处理器和储存器；
其中，中央处理器用于根据信息采集反馈子系统所采集数据的信息反馈对驱动子系统和润滑子系统进行控制以实现对驱动子系统和润滑子系统的调节处理效果；
储存器用于实时记录风速、功率、传动效率信息，为执行模块的设备选取提供依据。
在本实施例中，控制子系统中包括调速电机的控制策略，调速电机的控制策略包括以下具体步骤：
S101：风机启动信号感知子系统感知外界风速信号进行感知，当外界风速
Figure SMS_42
大于设定风速阈值
Figure SMS_43
时，触发风机启动信号，外部风机带动风机齿轮箱中的齿轮组转动，在储存库的安全数据中查找在此风速下保证风机齿轮箱安全运行的齿轮组最佳转速
Figure SMS_44
；
S102：信息采集反馈子系统采集风机齿轮箱的转速数据信息
Figure SMS_45
，并将风机齿轮箱的转速数据信息
Figure SMS_46
和齿轮组最佳转速
Figure SMS_47
导入控制子系统中计算转速的差值
Figure SMS_48
；
S103：由此计算调速电机的输出功率
Figure SMS_49
，
Figure SMS_50
，由此计算得出
Figure SMS_51
，其中
Figure SMS_52
为传动时齿轮之间的摩擦阻力。
综上：对调速电机的输出功率进行实时计算，以保证齿轮箱启动后处于此风速下的最佳转速。
实施例2
实施例2主要用于对润滑油泵的最小输出功率进行计算，在保证对传动产生的热量进行吸收的同时，保证了对油料施加的准确控制，节约了油料的使用量，具体方案为，如图1-图3所示，一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统，包括风机启动信号感知子系统、风机齿轮箱、信息采集反馈子系统、润滑子系统、控制子系统和驱动子系统；
其中，风机启动信号感知子系统用于感知风机启动信号和外界风速信号；
风机齿轮箱用于风机叶片与发电机之间的传动；
信息采集反馈子系统位于风机启动信号感知子系统和风机齿轮箱下位机，用于采集风机运行数据和风机齿轮箱运行数据；
控制子系统用于根据信息采集反馈子系统所采集数据的信息反馈，对驱动子系统和润滑子系统进行控制，以实现对驱动子系统和润滑子系统的调节处理效果；
润滑子系统用于根据控制子系统的控制信息，对润滑油输出和输入流量进行调节；
驱动子系统用于根据控制子系统的控制信息使驱动组件运行，以对风机齿轮箱的运行数据进行调节。
在本实施例中，信息采集反馈子系统包括温度传感器、压力传感器、转速传感器和传输系统；
其中，温度传感器，用于对发电齿轮箱中润滑油温进行数据采集作业；
压力传感器，用于采集润滑系统中的系统润滑油压力数据；
转速传感器，用于采集发电齿轮箱的转速数据信息；
传输系统包括：信号接收组件，用于接收温度传感器、转速传感器和压力传感器所采集数据的模拟信号；
AD转换器，用于将信号接收组件所接收的模拟信号转化为数字信号；
信号发送组件，用于向控制子系统发送AD转换器转换后的所采集数据信号。
在本实施例中，驱动子系统包括调速电机、润滑油泵和风扇电机驱动组件；
其中，调速电机用于根据控制子系统的控制信息调节齿轮箱的转动速度；
润滑油泵用于根据控制子系统的控制信息调节润滑油的流量进而降低风机齿轮箱齿轮组的传动损耗；
风扇电机驱动组件用于对风扇转速进行调节，以对润滑油进行散热。
本发明进一步的改进在于，控制子系统包括中央处理器和储存器；
其中，中央处理器用于根据信息采集反馈子系统所采集数据的信息反馈对驱动子系统和润滑子系统进行控制以实现对驱动子系统和润滑子系统的调节处理效果；
储存器用于实时记录风速、功率、传动效率信息，为执行模块的设备选取提供依据。
在本实施例中，控制子系统中包括调速电机的控制策略，调速电机的控制策略包括以下具体步骤：
S101：风机启动信号感知子系统感知外界风速信号进行感知，当外界风速
Figure SMS_53
大于设定风速阈值
Figure SMS_54
时，触发风机启动信号，外部风机带动风机齿轮箱中的齿轮组转动，在储存库的安全数据中查找在此风速下保证风机齿轮箱安全运行的齿轮组最佳转速
Figure SMS_55
；
S102：信息采集反馈子系统采集风机齿轮箱的转速数据信息
Figure SMS_56
，并将风机齿轮箱的转速数据信息
Figure SMS_57
和齿轮组最佳转速
Figure SMS_58
导入控制子系统中计算转速的差值
Figure SMS_59
；
S103：由此计算调速电机的输出功率
Figure SMS_60
，
Figure SMS_61
，由此计算得出
Figure SMS_62
，其中
Figure SMS_63
为传动时齿轮之间的摩擦阻力。
在本实施例中，控制子系统中包括润滑油泵的控制策略，润滑油泵的控制策略包括以下具体步骤：
S201：计算调速风机在工作时的发热功率和传动过程中的齿轮传动热功率之和
Figure SMS_64
，由于
Figure SMS_65
，由此得出
Figure SMS_66
，其中I为输入电流，U为输入电压，
Figure SMS_67
为功率系数取0.75，这样得出调速风机在工作时的发热功率调速风机在工作时的发热功率和传动过程中的齿轮传动热功率之和
Figure SMS_68
；
S202：根据热力学公式可得：
Figure SMS_69
，其中t为润滑油在管道中传输的时间，c为润滑油的比热，m为传输的润滑油质量，
Figure SMS_70
为润滑油安全范围温度最大值，
Figure SMS_71
为润滑油原温度；
S203：由于,其中
Figure SMS_72
为油料的传播速度，
Figure SMS_73
为管道长度，将公式
Figure SMS_74
和公式
Figure SMS_75
代入
Figure SMS_76
，由此计算油料传输安全速度
Figure SMS_77
；
S204：由此得到油料传输安全速度,由油料传输安全速度
Figure SMS_78
代入油泵输出公式得出润滑油泵的最小输出功率
Figure SMS_79
。
综上：对润滑油泵的最小输出功率进行计算，在保证对传动产生的热量进行吸收的同时，保证了对油料施加的准确控制，节约了油料的使用量。
实施例3
实施例3主要用于根据风速信息，齿轮箱启动后处于此风速下的最佳转速，润滑系统则根据设定的电机转速启动运行，运行后油温不断上升，油温上升导致冷却风扇电机启动，并以某一合适的转速运行，油温开始下降，如果转速信息不变，则系统油温逐渐趋于稳定，齿轮箱及润滑系统以一种平衡状态运行，如果齿轮箱转速低于额定值，对油泵电机和冷却风扇电机转速进行准确计算，则油泵电机和冷却风扇电机转速都将以低于额定转速运行，从而延长电机的使用寿命和降低能量消耗，不需要根据风速频繁启停，延长润滑系统的使用寿命，具体方案为，如图1－图3所示，一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统，包括风机启动信号感知子系统、风机齿轮箱、信息采集反馈子系统、润滑子系统、控制子系统和驱动子系统；
其中，风机启动信号感知子系统用于感知风机启动信号和外界风速信号；
风机齿轮箱用于风机叶片与发电机之间的传动；
信息采集反馈子系统位于风机启动信号感知子系统和风机齿轮箱下位机，用于采集风机运行数据和风机齿轮箱运行数据；
控制子系统用于根据信息采集反馈子系统所采集数据的信息反馈，对驱动子系统和润滑子系统进行控制，以实现对驱动子系统和润滑子系统的调节处理效果；
润滑子系统用于根据控制子系统的控制信息，对润滑油输出和输入流量进行调节；
驱动子系统用于根据控制子系统的控制信息使驱动组件运行，以对风机齿轮箱的运行数据进行调节。
在本实施例中，信息采集反馈子系统包括温度传感器、压力传感器、转速传感器和传输系统；
其中，温度传感器，用于对发电齿轮箱中润滑油温进行数据采集作业；
压力传感器，用于采集润滑系统中的系统润滑油压力数据；
转速传感器，用于采集发电齿轮箱的转速数据信息；
传输系统包括：信号接收组件，用于接收温度传感器、转速传感器和压力传感器所采集数据的模拟信号；
AD转换器，用于将信号接收组件所接收的模拟信号转化为数字信号；
信号发送组件，用于向控制子系统发送AD转换器转换后的所采集数据信号。
在本实施例中，驱动子系统包括调速电机、润滑油泵和风扇电机驱动组件；
其中，调速电机用于根据控制子系统的控制信息调节齿轮箱的转动速度；
润滑油泵用于根据控制子系统的控制信息调节润滑油的流量进而降低风机齿轮箱齿轮组的传动损耗；
风扇电机驱动组件用于对风扇转速进行调节，以对润滑油进行散热。
本发明进一步的改进在于，控制子系统包括中央处理器和储存器；
其中，中央处理器用于根据信息采集反馈子系统所采集数据的信息反馈对驱动子系统和润滑子系统进行控制以实现对驱动子系统和润滑子系统的调节处理效果；
储存器用于实时记录风速、功率、传动效率信息，为执行模块的设备选取提供依据。
在本实施例中，控制子系统中包括调速电机的控制策略，调速电机的控制策略包括以下具体步骤：
S101：风机启动信号感知子系统感知外界风速信号进行感知，当外界风速
Figure SMS_80
大于设定风速阈值
Figure SMS_81
时，触发风机启动信号，外部风机带动风机齿轮箱中的齿轮组转动，在储存库的安全数据中查找在此风速下保证风机齿轮箱安全运行的齿轮组最佳转速
Figure SMS_82
；
S102：信息采集反馈子系统采集风机齿轮箱的转速数据信息
Figure SMS_83
，并将风机齿轮箱的转速数据信息
Figure SMS_84
和齿轮组最佳转速
Figure SMS_85
导入控制子系统中计算转速的差值
Figure SMS_86
；
S103：由此计算调速电机的输出功率
Figure SMS_87
，
Figure SMS_88
，由此计算得出
Figure SMS_89
，其中
Figure SMS_90
为传动时齿轮之间的摩擦阻力。
在本实施例中，控制子系统中包括润滑油泵的控制策略，润滑油泵的控制策略包括以下具体步骤：
S201：计算调速风机在工作时的发热功率和传动过程中的齿轮传动热功率之和
Figure SMS_91
，由于
Figure SMS_92
，由此得出
Figure SMS_93
，其中I为输入电流，U为输入电压，
Figure SMS_94
为功率系数取0.75，这样得出调速风机在工作时的发热功率调速风机在工作时的发热功率和传动过程中的齿轮传动热功率之和
Figure SMS_95
；
S202：根据热力学公式可得：
Figure SMS_96
，其中t为润滑油在管道中传输的时间，c为润滑油的比热，m为传输的润滑油质量，
Figure SMS_97
为润滑油安全范围温度最大值，
Figure SMS_98
为润滑油原温度；
S203：由于,其中
Figure SMS_99
为油料的传播速度，
Figure SMS_100
为管道长度，将公式
Figure SMS_101
和公式
Figure SMS_102
代入
Figure SMS_103
，由此计算油料传输安全速度
Figure SMS_104
；
S204：由此得到油料传输安全速度,由油料传输安全速度
Figure SMS_105
代入油泵输出公式得出润滑油泵的最小输出功率
Figure SMS_106
。
在本实施例中，控制子系统中还包括风扇电机驱动组件的控制策略，风扇电机驱动组件的控制策略包括以下具体步骤：
S301：温度传感器采集油料的实时温度
Figure SMS_107
，查找油料的安全温度
Figure SMS_108
，由此得到需要气流回收的油料热量
Figure SMS_109
，而传递的发热功率为
Figure SMS_110
，这样需要气流回收的整体热功率为
Figure SMS_111
，其中t为散热时间；
S302：设定排出的气流温度
Figure SMS_112
，而测得的空气温度为
Figure SMS_113
，而风扇的散热量公式为
Figure SMS_114
，其中
Figure SMS_115
为空气的比热，
Figure SMS_116
为风扇的风量，
Figure SMS_117
为气体的密度，t为散热时间，
Figure SMS_118
；
S303：由此计算得到风扇的风量
Figure SMS_119
；
S304：将测得的风量代入风扇功率公式中计算风扇的输出功率，控制子系统控制风扇电机驱动组件的功率，使风扇电机驱动组件的功率与风扇的输出功率匹配。
在本实施例中，控制子系统中还包括设备保护策略，设备保护策略的具体方式为：油温持续上升至最高允许工作温度
Figure SMS_120
，整个过程中风扇电机以最大功率工作仍无法有效降低油温，则此时控制子系统向齿轮箱发出停止工作指令，以保护设备不被烧毁。
综上：这样设置根据风速信息，齿轮箱启动后处于此风速下的最佳转速，润滑系统则根据设定的电机转速启动运行，运行后油温不断上升，油温上升导致冷却风扇电机启动，并以某一合适的转速运行，油温开始下降，如果转速信息不变，则系统油温逐渐趋于稳定，齿轮箱及润滑系统以一种平衡状态运行，如果齿轮箱转速低于额定值，对油泵电机和冷却风扇电机转速进行准确计算，则油泵电机和冷却风扇电机转速都将以低于额定转速运行，从而延长电机的使用寿命和降低能量消耗，不需要根据风速频繁启停，延长润滑系统的使用寿命。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统，其特征在于：包括风机启动信号感知子系统、风机齿轮箱、信息采集反馈子系统、润滑子系统、控制子系统和驱动子系统；
其中，所述风机启动信号感知子系统用于感知风机启动信号和外界风速信号；
所述风机齿轮箱用于风机叶片与发电机之间的传动；
所述信息采集反馈子系统位于风机启动信号感知子系统和风机齿轮箱下位机，用于采集风机运行数据和风机齿轮箱运行数据；
所述控制子系统用于根据所述信息采集反馈子系统所采集数据的信息反馈，对所述驱动子系统和所述润滑子系统进行控制，以实现对所述驱动子系统和所述润滑子系统的调节处理效果；
所述润滑子系统用于根据所述控制子系统的控制信息，对润滑油输出和输入流量进行调节；
所述驱动子系统用于根据所述控制子系统的控制信息，使驱动组件运行以对风机齿轮箱的运行数据进行调节。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统，其特征在于：所述信息采集反馈子系统包括温度传感器、压力传感器、转速传感器和传输系统；
其中，所述温度传感器，用于对发电齿轮箱中润滑油温进行数据采集作业；
所述压力传感器，用于采集所述润滑系统中的系统润滑油压力数据；
所述转速传感器，用于采集发电齿轮箱的转速数据信息；
所述传输系统包括：信号接收组件，用于接收所述温度传感器、所述转速传感器和所述压力传感器所采集数据的模拟信号；
AD转换器，用于将所述信号接收组件所接收的模拟信号转化为数字信号；
信号发送组件，用于向所述控制子系统发送所述AD转换器转换后的所采集数据信号。
3.根据权利要求1所述的一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统，其特征在于：所述驱动子系统包括调速电机、润滑油泵和风扇电机驱动组件；
其中，所述调速电机用于根据控制子系统的控制信息调节齿轮箱的转动速度；
所述润滑油泵用于根据控制子系统的控制信息调节润滑油的流量进而降低风机齿轮箱齿轮组的传动损耗；
所述风扇电机驱动组件用于对风扇转速进行调节，以对润滑油进行散热。
4.根据权利要求1所述的一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统，其特征在于：所述控制子系统包括中央处理器和储存器；
其中，所述中央处理器用于根据所述信息采集反馈子系统所采集数据的信息反馈，对所述驱动子系统和所述润滑子系统进行控制，以实现对所述驱动子系统和所述润滑子系统的调节处理效果；
所述储存器用于实时记录风速、功率、传动效率信息，为执行模块的设备选取提供依据。
5.根据权利要求4所述的一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统，其特征在于：所述控制子系统中包括调速电机的控制策略，所述调速电机的控制策略包括以下具体步骤：
S101：所述风机启动信号感知子系统感知外界风速信号进行感知，当外界风速
Figure QLYQS_1
大于设定风速阈值
Figure QLYQS_2
时，触发风机启动信号，外部风机带动风机齿轮箱中的齿轮组转动，在储存库的安全数据中查找在此风速下保证风机齿轮箱安全运行的齿轮组最佳转速
Figure QLYQS_3
；
S102：所述信息采集反馈子系统采集风机齿轮箱的转速数据信息
Figure QLYQS_4
，并将风机齿轮箱的转速数据信息
Figure QLYQS_5
和齿轮组最佳转速
Figure QLYQS_6
导入控制子系统中计算转速的差值
Figure QLYQS_7
；
S103：由此计算调速电机的输出功率
Figure QLYQS_8
，
Figure QLYQS_9
，由此计算得出
Figure QLYQS_10
，其中
Figure QLYQS_11
为传动时齿轮之间的摩擦阻力。
6.根据权利要求4所述的一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统，其特征在于：所述控制子系统中包括润滑油泵的控制策略，所述润滑油泵的控制策略包括以下具体步骤：
S201：计算调速风机在工作时的发热功率和传动过程中的齿轮传动热功率之和
Figure QLYQS_12
，由于
Figure QLYQS_13
，由此得出
Figure QLYQS_14
，其中I为输入电流，U为输入电压，
Figure QLYQS_15
为功率系数取0.75，这样得出调速风机在工作时的发热功率调速风机在工作时的发热功率和传动过程中的齿轮传动热功率之和
Figure QLYQS_16
；
S202：根据热力学公式可得：
Figure QLYQS_17
，其中t为润滑油在管道中传输的时间，c为润滑油的比热，m为传输的润滑油质量，
Figure QLYQS_18
为润滑油安全范围温度最大值，
Figure QLYQS_19
为润滑油原温度；
S203：由于,其中
Figure QLYQS_20
为油料的传播速度，
Figure QLYQS_21
为管道长度，将公式
Figure QLYQS_22
和公式
Figure QLYQS_23
代入
Figure QLYQS_24
，由此计算油料传输安全速度
Figure QLYQS_25
；
S204：由此得到油料传输安全速度,由油料传输安全速度
Figure QLYQS_26
代入油泵输出公式得出润滑油泵的最小输出功率
Figure QLYQS_27
。
7.根据权利要求4所述的一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统，其特征在于：所述控制子系统中还包括风扇电机驱动组件的控制策略，所述风扇电机驱动组件的控制策略包括以下具体步骤：
S301：温度传感器采集油料的实时温度
Figure QLYQS_28
，查找油料的安全温度
Figure QLYQS_29
，由此得到需要气流回收的油料热量
Figure QLYQS_30
，而传递的发热功率为
Figure QLYQS_31
，这样需要气流回收的整体热功率为
Figure QLYQS_32
，其中t为散热时间；
S302：设定排出的气流温度
Figure QLYQS_33
，而测得的空气温度为
Figure QLYQS_34
，而风扇的散热量公式为
Figure QLYQS_35
，其中
Figure QLYQS_36
为空气的比热，
Figure QLYQS_37
为风扇的风量，
Figure QLYQS_38
为气体的密度，t为散热时间，
Figure QLYQS_39
；
S303：由此计算得到风扇的风量
Figure QLYQS_40
；
S304：将测得的风量代入风扇功率公式中计算风扇的输出功率，控制子系统控制风扇电机驱动组件的功率，使风扇电机驱动组件的功率与风扇的输出功率匹配。
8.根据权利要求4所述的一种风力发电齿轮箱润滑伺服控制系统，其特征在于：所述控制子系统中还包括设备保护策略，所述设备保护策略的具体方式为：油温持续上升至最高允许工作温度
Figure QLYQS_41
，整个过程中风扇电机以最大功率工作仍无法有效降低油温，则此时控制子系统向齿轮箱发出停止工作指令，以保护设备不被烧毁。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116183218A (zh) * 2023-04-23 2023-05-30 南京讯联液压技术股份有限公司 一种风力发电齿轮箱润滑配管模拟系统
CN116241642A (zh) * 2023-05-09 2023-06-09 南京讯联液压技术股份有限公司 一种带外置油箱的风电齿轮箱润滑冷却控制系统
CN116523349A (zh) * 2023-05-19 2023-08-01 北京协合运维风电技术有限公司 一种风力电站可靠性分析方法及系统
CN116838781A (zh) * 2023-08-30 2023-10-03 南京讯联液压技术股份有限公司 一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201381952Y (zh) * 2009-04-30 2010-01-13 哈尔滨哈飞工业有限责任公司 一种风电机组齿轮箱润滑系统
US20110217173A1 (en) * 2008-11-10 2011-09-08 Alstom Wind ,S.L.U. Wind Turbine Lubrication System
CN102410150A (zh) * 2011-12-12 2012-04-11 山东大学 机械耦合式压缩空气储能微型混合风力发电系统
US20130074628A1 (en) * 2011-09-22 2013-03-28 Moventas Gears Oy Method and arrangement for controlling the lubrication of a gear system
US20130075198A1 (en) * 2011-09-22 2013-03-28 Moventas Gears Oy Gear unit and a method for controlling a lubrication pump of a gear unit
CN104534072A (zh) * 2014-12-24 2015-04-22 大连尚能科技发展有限公司 一种齿轮箱润滑冷却系统的冷却及除尘方法
CN104565327A (zh) * 2014-12-24 2015-04-29 大连尚能科技发展有限公司 一种齿轮箱润滑冷却系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110217173A1 (en) * 2008-11-10 2011-09-08 Alstom Wind ,S.L.U. Wind Turbine Lubrication System
CN201381952Y (zh) * 2009-04-30 2010-01-13 哈尔滨哈飞工业有限责任公司 一种风电机组齿轮箱润滑系统
US20130074628A1 (en) * 2011-09-22 2013-03-28 Moventas Gears Oy Method and arrangement for controlling the lubrication of a gear system
US20130075198A1 (en) * 2011-09-22 2013-03-28 Moventas Gears Oy Gear unit and a method for controlling a lubrication pump of a gear unit
CN102410150A (zh) * 2011-12-12 2012-04-11 山东大学 机械耦合式压缩空气储能微型混合风力发电系统
CN104534072A (zh) * 2014-12-24 2015-04-22 大连尚能科技发展有限公司 一种齿轮箱润滑冷却系统的冷却及除尘方法
CN104565327A (zh) * 2014-12-24 2015-04-29 大连尚能科技发展有限公司 一种齿轮箱润滑冷却系统

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116183218A (zh) * 2023-04-23 2023-05-30 南京讯联液压技术股份有限公司 一种风力发电齿轮箱润滑配管模拟系统
CN116183218B (zh) * 2023-04-23 2023-07-18 南京讯联液压技术股份有限公司 一种风力发电齿轮箱润滑配管模拟系统
CN116241642A (zh) * 2023-05-09 2023-06-09 南京讯联液压技术股份有限公司 一种带外置油箱的风电齿轮箱润滑冷却控制系统
CN116523349A (zh) * 2023-05-19 2023-08-01 北京协合运维风电技术有限公司 一种风力电站可靠性分析方法及系统
CN116523349B (zh) * 2023-05-19 2024-01-23 北京协合运维风电技术有限公司 一种风力电站可靠性分析方法及系统
CN116838781A (zh) * 2023-08-30 2023-10-03 南京讯联液压技术股份有限公司 一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统及方法
CN116838781B (zh) * 2023-08-30 2023-11-21 南京讯联液压技术股份有限公司 一种长寿命风力发电齿轮箱润滑系统及方法

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