CN203337654U - 海上风电机组齿轮箱油液状态的在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种海上风电机组齿轮箱油液状态的在线监测装置，具有开出单元、中央处理器、通讯单元、信号处理单元和油液状态监测单元；开出单元与中央处理器的开关量信号端电性连接；通讯单元的输入端接中央处理器的控制信号输出端，输出端接计算机；信号处理单元的输出端接中央处理器的输入端；油液状态监测单元的监测信号端接到信号处理单元的输入端。本实用新型选用油液状态监测单元，用于监测风电机组齿轮箱中温度、金属颗粒、微水、介电常数及运动粘度参数等数据，并生成监测信号；中央处理器接收后，与储存的标准信号进行判断，并将判断结果打包生成控制信号，通过通讯单元发送给计算机。

Description

海上风电机组齿轮箱油液状态的在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及监测仪技术领域，特别涉及一种海上风电机组齿轮箱油液状态的在线监测装置。

背景技术

风电机组中的齿轮箱的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。对于大型风电机组的齿轮箱，目前都是用油来润滑和散热，其状态直接关系到齿轮箱的运行安全。油液受自身老化、残留物侵入和污染物侵入等多种因素影响，很难用一种或者几种单一监测（检测）方法充分表征其状态。一般，随着风电机组的长期运行，油液会出现老化，其粘度和介电常数会发生改变；由于齿轮箱的金属部件摩擦产生不同颗粒大小、形态的金属磨粒，可能对齿轮造成表面磨损等影响，同时会给带来油液介电常数和粘度的改变；外部水汽、盐雾、杂质等污染也会带来粘度和介电常数改变，影响油液性能；平时的施工、维修也会带来金属颗粒、杂质等污染。相对于陆上风电，海上风机受盐雾的影响较大，所以除了常规的金属磨粒检测外，对微水、粘度、介电常数监测十分必要。所以，通过金属颗粒、微水、介电常数、运动粘度数据的综合监测，才能较好的反映海上风机齿轮箱油液的劣化程度。可以指导按需换油，也能指导齿轮箱维修以及开展外部防护措施，预防事故发生。

而传统的监测方法是将油样从风电机组齿轮箱中取样，送至相关实验室，用仪器分别测试金属颗粒、微水、介电常数及运动粘度参数。依据得到的参数分析该齿轮箱的潜伏性故障情况。但这种方法具有操作复杂、监测周期长（时间周期1周-3月不等）、监测人为误差大的缺点，导致不适宜进行实时监测，对于海上风机监测来说更是几乎不可行。从而不能根据齿轮箱油中参数按需换油，即时掌握风电机组齿轮箱潜伏性故障情况。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种可实现即时自动对风电机组齿轮箱中温度、金属颗粒、微水、介电常数、运动粘度参数进行监测的海上风电机组齿轮箱油液状态的在线监测装置。

实现本实用新型目的的技术方案是：一种海上风电机组齿轮箱油液状态的在线监测装置，具有开出单元、中央处理器、通讯单元和信号处理单元；所述开出单元与中央处理器的开关量信号端电性连接；所述通讯单元的输入端接中央处理器的控制信号输出端，输出端接计算机；所述信号处理单元的输出端接中央处理器的输入端；还具有油液状态监测单元；所述油液状态监测单元包括温度检测模块、金属磨粒监测模块、微水监测模块、介电常数监测模块和运动粘度监测模块；所述温度检测模块的监测信号端、金属磨粒监测模块的监测信号端、微水监测模块的监测信号端、介电常数监测模块的监测信号端和运动粘度监测模块的监测信号端分别接到信号处理单元的输入端。

上述技术方案所述运动粘度监测模块包括粘度监测模块和密度监测模块；所述粘度监测模块的监测信号端和密度监测模块的监测信号端分别接到信号处理单元的输入端。

上述技术方案所述温度检测模块为温度传感器。

上述技术方案所述金属磨粒监测模块为电磁线圈传感器。

上述技术方案所述微水监测模块为微水检测传感器。

上述技术方案所述信号处理单元包括依次电性连接的前置放大电路、二次放大电路和RC滤波电路。

上述技术方案还具有显示单元，所述显示单元具有显示风电机组齿轮箱油液状态监测不同的工作状态的LED灯。

上述技术方案还具有报警器；所述报警器的输入端连接在中央处理器的输出端上。

上述技术方案所述通讯单元包括RS232接口电路、RS485接口电路和以太网接口；所述RS232接口电路具有ADM3251E芯片；所述RS485接口电路具有ADM2483芯片。

采用上述技术方案后，本实用新型具有以下积极的效果：

（1）本实用新型选用油液状态监测单元，用于监测风电机组齿轮箱中温度、金属颗粒、微水、介电常数及运动粘度参数等数据，并生成监测信号；中央处理器接收后，与储存的标准信号进行判断，并将判断结果打包生成控制信号，通过通讯单元发送给计算机；开出单元与中央处理器的开关量信号端电性连接，可实现当所监测风电机组齿轮箱油液不符合要求时，控制开关量信号的开启或关闭。

（2）本实用新型的通讯单元包括RS232接口电路、RS485接口电路和以太网接口；可实现多台风电机组齿轮箱油液监测装置与上位计算机组成局域网，便于用户监控。

（3）本实用新型的信号处理单元包括依次电性连接的前置放大电路、二次放大电路和RC滤波电路；可实现对油液状态监测单元所监测的温度、金属颗粒、微水、介电常数、运动粘度数据信息的放大及滤波。

（4）本实用新型还具有显示单元，显示单元具有显示风电机组齿轮箱油液状态监测不同的工作状态的LED灯；用于对中央处理器工作状态进行显示，通过LED 闪烁状态来表示风电机组齿轮箱油液状态监测装置不同的工作状态，实现风电机组齿轮箱油液状态监测装置的工作状态直观的显示。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1为本实用新型的监测原理图；

图2为本实用新型的流程图；

附图中标号为：开出单元1、中央处理器2、通讯单元3、RS232接口电路31、RS485接口电路32、以太网接口33、信号处理单元4、前置放大电路41、二次放大电路42、RC滤波电路43、油液状态监测单元5、温度检测模块51、金属磨粒监测模块52、微水监测模块53、介电常数监测模块54、运动粘度监测模块55、粘度监测模块551、密度监测模块552、显示单元6、报警器7。

具体实施方式

（实施例1）

见图1和图2，本实用新型具有开出单元1、中央处理器2、通讯单元3、信号处理单元4、油液状态监测单元5和显示单元6；开出单元1与中央处理器2的开关量信号端电性连接；开出单元1用于接收中央处理器2生成的开关量信号，输出或隔离上述信号，实现当所监测风电机组齿轮箱油液不符合要求时，控制开关量信号的开启或关闭；中央处理器2用于接收所述油液状态监测单元5 生成的监测信号，与储存的标准信号进行判断，并将判断结果打包生成控制信号；通讯单元3的输入端接中央处理器2的控制信号输出端，输出端接计算机，通讯单元3接收所述中央处理器2 生成控制信号，并传送至上位计算机，实现即时自动对风电机组齿轮箱中温度、金属颗粒、微水、介电常数、运动粘度数据进行监测；通讯单元3包括RS232接口电路31、RS485接口电路32和以太网接口33；RS232接口电路31具有ADM3251E芯片；RS485接口电路32具有ADM2483芯片；实现多台风电机组齿轮箱油液监测装置与上位计算机组成局域网，便于用户监控信号处理单元4的输出端接中央处理器2的输入端，信号处理单元4包括依次电性连接的前置放大电路41、二次放大电路42和RC滤波电路43；信号处理单元4用于将油液状态监测单元5所生成的温度、金属颗粒、微水、介电常数、运动粘度数据的监测信号进行滤波以及放大处理；油液状态监测单元5包括温度检测模块51、金属磨粒监测模块52、微水监测模块53、介电常数监测模块54和运动粘度监测模块55；温度检测模块51的监测信号端、金属磨粒监测模块52的监测信号端、微水监测模块53的监测信号端、介电常数监测模块54的监测信号端和运动粘度监测模块55的监测信号端分别接到信号处理单元4的输入端。温度检测模块51用于监测风电机组齿轮箱油中的温度，并生成监测信号；金属磨粒监测模块52用于监测风电机组齿轮箱油中金属磨粒，并生成监测信号；微水监测模块53用于监测风电机组齿轮箱油中的微水含量，并生成监测信号；介电常数监测模块54用于监测风电机组齿轮箱油中的介电常数，并生成监测信号；其中，运动粘度监测模块55包括粘度监测模块551和密度监测模块552；粘度监测模块551的监测信号端和密度监测模块552的监测信号端分别接到信号处理单元4的输入端，通过运动粘度计算公式计算相应的运动粘度值，用于监测风电机组齿轮箱油中油液的运动粘度。显示单元6具有显示风电机组齿轮箱油液状态监测不同的工作状态的LED灯，实现风电机组齿轮箱油液状态监测装置的工作状态直观的显示。报警器7的输入端连接在中央处理器2的输出端上

其中，温度检测模块51为温度传感器，金属磨粒监测模块52为电磁线圈传感器，微水监测模块53为微水检测传感器。

本实用新型的工作原理为：海上风机齿轮箱油液在线监测，很难用单一或者几种监测（检测）方法就能够充分表征其状态。油液状态变化主要有内部因素和外部因素引起，其中内部因素主要是由于长时间使用引起的油品老化，表现为油品粘度偏高、介电常数偏低。外部因素主要包括残留物和侵入物，前者主要指由于齿轮摩擦产生的金属磨粒，其能够带来齿轮表面的磨损，后者主要指盐雾等，一般会带来介电常数的偏高、粘度偏低，以及微水含量增加。而运动粘度、介电常数、微水含量是温度的函数：

运动粘度（cST）： $v_{40}=v_t\×e^{E_a/R\×(\frac{1}{273+40}-\frac{1}{273+t})}$

介电常数（无单位）：ε₂₀=ε_t+(t-20)×β×(ε_t+2)×(ε_t-1)/3

水含量（PPM）： $w=2463-518\×{[3627-\frac{U}{1+0.014\×(60-t)}]}^{0.2}$

而且需要根据不同区域和不同油液标号，进行基础值和报警值的设置。另外，各个参数之间不是相互独立的，并综合考虑多个参数进行分析，才能正确给出油液状态，并根据当前状态预测油液最佳更换时间和分析齿轮箱故障原因。

当需要采集风电机组齿轮箱油液状态监测信号时，例如可以是预先设置在中央处理器2程序中指定的定期监测，由信号处理单元4将油液状态监测单元5所采集油液中的温度、金属颗粒、微水、介电常数、运动粘度数据信号进行放大、滤波处理。然后由中央处理器对所监测的信号根据一定协议进行打包处理，之后再通过通讯单元3将信号传输出至上位计算机。多台风电机组齿轮箱油品油液状态监测装置通过RS485 接口与一台计算机连接组成局域网。由此，方便用户对多台风电机组齿轮箱油液状态监测获得的监测数据进行管理。当中央处理器2判断所采集的油液状态数据异常时，生成相关开关量信号，输出至开出单元1进行报警。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种海上风电机组齿轮箱油液状态的在线监测装置，具有开出单元（1）、中央处理器（2）、通讯单元（3）和信号处理单元（4）；所述开出单元（1）与中央处理器（2）的开关量信号端电性连接；所述通讯单元（3）的输入端接中央处理器（2）的控制信号输出端，输出端接计算机；所述信号处理单元（4）的输出端接中央处理器（2）的输入端；其特征在于：还具有油液状态监测单元（5）；所述油液状态监测单元（5）包括温度检测模块（51）、金属磨粒监测模块（52）、微水监测模块（53）、介电常数监测模块（54）和运动粘度监测模块（55）；所述温度检测模块（51）的监测信号端、金属磨粒监测模块（52）的监测信号端、微水监测模块（53）的监测信号端、介电常数监测模块（54）的监测信号端和运动粘度监测模块（55）的监测信号端分别接到信号处理单元（4）的输入端。

2.根据权利要求1所述的海上风电机组齿轮箱油液状态的在线监测装置，其特征在于：所述运动粘度监测模块（55）包括粘度监测模块（551）和密度监测模块（552）；所述粘度监测模块（551）的监测信号端和密度监测模块（552）的监测信号端分别接到信号处理单元（4）的输入端。

3.根据权利要求2所述的海上风电机组齿轮箱油液状态的在线监测装置，其特征在于：所述温度检测模块（51）为温度传感器。

4.根据权利要求3所述的海上风电机组齿轮箱油液状态的在线监测装置，其特征在于：所述金属磨粒监测模块（52）为电磁线圈传感器。

5.根据权利要求4所述的海上风电机组齿轮箱油液状态的在线监测装置，其特征在于：所述微水监测模块（53）为微水检测传感器。

6.根据权利要求5所述的海上风电机组齿轮箱油液状态的在线监测装置，其特征在于：所述信号处理单元（4）包括依次电性连接的前置放大电路（41）、二次放大电路（42）和RC滤波电路（43）。

7.根据权利要求6所述的海上风电机组齿轮箱油液状态的在线监测装置，其特征在于：还具有显示单元（6）；所述显示单元（6）具有显示风电机组齿轮箱油液状态监测不同的工作状态的LED灯。

8.根据权利要求1至7任一所述的海上风电机组齿轮箱油液状态的在线监测装置，其特征在于：还具有报警器（7）；所述报警器（7）的输入端连接在中央处理器（2）的输出端上。

9.根据权利要求1所述的海上风电机组齿轮箱油液状态的在线监测装置，其特征在于：所述通讯单元（3）包括RS232接口电路（31）、RS485接口电路（32）和以太网接口（33）；所述RS232接口电路（31）具有ADM3251E芯片；所述RS485接口电路（32）具有ADM2483芯片。

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