CN216447400U - 齿轮箱，风力发电机组及风力发电机组控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种齿轮箱，风力发电机组及风力发电机组控制系统，齿轮箱包括齿轮箱本体、运行保障执行单元、状态监测单元和齿轮箱控制模块，状态监测单元的一端与齿轮箱本体通信连接，用于获取齿轮箱的工作状态，状态监测单元的另一端与齿轮箱控制模块通信连接，运行保障执行单元和齿轮箱控制模块通信连接。本实用新型中的齿轮箱中的齿轮箱本体、状态监测单元及齿轮箱控制模块完全由齿轮箱制造厂家进行制定和提供，从而确保齿轮箱的实际运行的逻辑与齿轮箱制造厂家的设计控制逻辑保持一致，有效确保齿轮箱的健康运行，并且能够使齿轮箱厂获得第一手故障数据，方便进行故障根因的彻底分析解决，提高了齿轮箱的维护效率。

Description

齿轮箱，风力发电机组及风力发电机组控制系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电领域，特别涉及一种齿轮箱，风力发电机组及风力发电机组控制系统。

背景技术

齿轮箱是风力发电机组的核心部件，其可靠运行是保证风力发电机组使用寿命的关键。要保证其可靠稳定运行，除了前期的设计、制造以及装配等因素外，还必须要注重齿轮箱的状态监测，运行保障及后期的精心维护。由于风电机组一般均安装在偏远地区，运行条件恶劣，维护不便，一般其内部都装有各种各样的传感器来实时监测齿轮箱的运行状态。一旦监测到异常，可以立即或有计划的对齿轮箱进行相应维护或维修，来确保风机的稳定运行。

如图1所示，目前风力发电机组的齿轮箱1’由齿轮箱本体11’、状态监测单元12’和运行保障执行单元13’，以及为齿轮箱润滑过滤及冷却的系统组成。由于齿轮箱内部主要采用油-水冷却加水-空冷却的范式对齿轮油进行冷却，其中，油-水冷系统由齿轮箱厂家提供，水-空冷系统由整机厂单独向冷却系统供应商采购。另外，风力发电机组控制系统中的油品监测系统3’和振动状态监测系统4’单独设置，由整机厂向相关供应商采购。

风力发电机组的主机控制系统2’一方面从状态监测单元12’获取齿轮箱运行状态并对数据进行分析后控制运行保障执行单元13’和水空冷系统的执行单元是否运行；另一方面，需要人为根据油品监测系统3’和振动监测系统4’所监测到的数据进行判断干预控制。主机控制系统2’的控制逻辑在齿轮箱供应商提供基本逻辑后，由整机厂控制人员编制最终齿轮箱的控制逻辑。这样致使整个齿轮箱系统控制逻辑混乱，不便于整体进行控制和调整。当齿轮箱1’出现故障后，数据无法整合，齿轮箱厂家无法得到一手的运行数据，主机方、齿轮箱制造方、状态监测系统方三方厂家互相扯皮，导致无法对故障根本原因进行彻底分析从而解决问题，不利于齿轮箱的技术改进、不利于齿轮箱的稳定可靠运行。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中的齿轮箱的控制数据获得方式较难，数据误差较大，不利于准确定位故障的缺陷，提供一种齿轮箱，风力发电机组及风力发电机组控制系统。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种齿轮箱，其包括齿轮箱本体、运行保障执行单元和状态监测单元，其特点在于，所述齿轮箱还包括齿轮箱控制模块，所述状态监测单元的一端与所述齿轮箱本体通信连接，用于获取所述齿轮箱的工作状态，所述状态监测单元的另一端与所述齿轮箱控制模块通信连接，所述运行保障执行单元和所述齿轮箱控制模块通信连接。

在本技术方案中的齿轮箱的齿轮箱控制模块由齿轮箱专业厂家进行制定提供，从而使齿轮箱的实际运行的逻辑与齿轮箱制造厂家的设计控制逻辑一致，则能更有效地确保齿轮箱的健康运行，并且设置齿轮箱控制模块可以使用于监测齿轮箱运行状态的状态监测单元均连接至齿轮箱控制模块上，从而能够使齿轮箱厂获得第一手故障数据，方便进行故障根因的彻底分析解决，不仅有利于数据的统一整理汇总，还便于维修人员分析故障原因，从根本上解决齿轮箱故障。

较佳地，所述状态监测单元包括温度传感器、压力传感器和压差传感器中的一种或多种。

较佳地，所述状态监测单元包括油品监测单元、振动监测单元和应变监测元件中的一种或多种。

各种传感器或监测单元的设置方便监测齿轮箱的运行状态数据，数据传输给齿轮箱控制模块，方便对监测数据进行记录、分析处理，一方面可根据实时数据即时控制运行保障执行单元改变运行状态，另一方面可对长周期数据进行分析处理，提供对齿轮箱计划性的维护策略。

较佳地，所述状态监测单元与所述齿轮箱控制模块之间通过数据传输线通信连接，所述运行保障执行单元与所述齿轮箱控制模块之间通过数据传输线通信连接。齿轮箱控制模块从状态监测单元获取齿轮箱的运行状态，经过分析处理后，决定是否给运行保障执行单元供电或供多大的电力。

较佳地，所述运行保障执行单元包括润滑油驱动系统，所述润滑油驱动系统与所述齿轮箱控制模块通信连接，所述润滑油驱动系统包括油泵电机、润滑油电加热器、冷却水泵电机和冷却风扇。

较佳地，所述齿轮箱还包括润滑油过滤及冷却系统，所述润滑油过滤及冷却系统包括输油管路和油泵，所述齿轮箱的内部设置有油池，所述输油管路的一端连通至所述油池内部，所述输油管路的另一端连通至所述齿轮箱的润滑点位置处。润滑油系统的设置，能保证齿轮箱内部齿面和轴承具有充分的润滑，确保轴承和齿轮的正常运行。

较佳地，所述润滑油过滤及冷却系统还包括送水管路、水泵和空水换热器，所述水泵和所述空水换热器设置在所述送水管路上，所述空水换热器用于对润滑油驱动系统中的润滑油电加热器进行冷却，所述空水换热器与所述齿轮箱控制模块之间通信连接。

一种风力发电机组，其特点在于，所述风力发电机组包括主机控制系统和如上所述的齿轮箱，并且所述齿轮箱中仅所述齿轮箱控制模块与所述主机控制系统通信连接。对于主机控制系统和齿轮箱的连接，主机控制系统仅与齿轮箱控制模块连接，无需与状态监测单元或运行保障执行单元连接，不仅不影响所有运行数据的获得，还大大减少了主机控制系统的连接线路，保证了信号的准确性，同时也不影响主机控制系统对齿轮箱的控制。

一种风力发电机组控制系统，其特点在于，所述风力发电机组控制系统包括主机控制系统和如上所述的齿轮箱控制模块，所述齿轮箱中仅所述齿轮箱控制模块与所述主机控制系统通信连接，并且所述齿轮箱控制模块的供电单元通过所述主机控制系统控制。

较佳地，所述齿轮箱控制模块上设有数据接口和电源接口，所述主机控制系统通过数据传输线连接至所述数据接口，所述主机控制系统通过电源线连接至所述电源接口。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。

本实用新型的积极进步效果在于：

本实用新型提供的齿轮箱，风力发电机组及风力发电机组控制系统将齿轮箱设置为不仅包括有上述状态监测单元，还包括有齿轮箱控制模块，即，齿轮箱本体、状态监测单元及齿轮箱控制模块完全由齿轮箱制造厂家进行制定和提供，从而确保齿轮箱的实际运行的逻辑与齿轮箱制造厂家的设计控制逻辑保持一致，有效确保齿轮箱的健康运行，并且能够使齿轮箱厂获得第一手故障数据，方便进行故障根因的彻底分析解决，提高了齿轮箱的维护效率。

附图说明

图1为现有技术的风力发电机组的结构示意图。

图2为本实用新型实施例1的风力发电机组的结构示意图。

图3为本实用新型实施例1的风力发电机组的具体结构示意图。

图4为本实用新型实施例2的风力发电机组控制系统的结构示意图。

附图标记说明：

现有技术部分：

齿轮箱1’

齿轮箱本体11’

状态监测单元12’

运行保障执行单元13’

主机控制系统2’

油品监测系统3’

振动状态监测系统4’

本实用新型部分：

齿轮箱1

齿轮箱本体11

齿轮111

轴承112

油池113

运行保障执行单元12

油泵电机121

润滑油电加热器122

冷却水泵电机123

冷却风扇124

状态监测单元13

油池润滑油温度传感器131

轴承温度传感器132

进油温度传感器133

进油压力传感器134

滤芯压差传感器135

油品监测单元136

振动监测单元137

齿轮箱控制模块14

输油管路151

油泵152

润滑油过滤器153

送水管路154

水泵155

空水换热器156

主机控制系统2

风力发电机组4

具体实施方式

下面通过两个较佳实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在的实施例范围之中。

实施例1

如图2和图3所示，本实施例提供一种齿轮箱1，风力发电机组及风力发电机组控制系统，其中，齿轮箱1包括齿轮箱本体11、运行保障执行单元12、状态监测单元13和齿轮箱控制模块14，状态监测单元13的一端与齿轮箱本体11通信连接，用于获取齿轮箱1的工作状态，状态监测单元13的另一端与齿轮箱控制模块14通信连接，向齿轮箱控制模块14反馈齿轮箱1的工作状态。运行保障执行单元12和齿轮箱控制模块14通信连接，运行保障执行单元12由齿轮箱控制模块14提供电力支持。

传统的整机厂由于不会与齿轮箱制造厂家进行沟通，而是根据相关行业既定标准进行逻辑设定，而由于风电齿轮箱的发展快速，很多相关标准已经不能指导齿轮箱制造厂家的设计、运行以及维护，导致逻辑控制能力也无法满足，并且由于通过风力发电机组进行统筹控制，齿轮箱厂家无法获取第一手的故障数据，更无法喧宾夺主地去为整机厂提供相应的控制逻辑，导致当齿轮箱出现故障，整机厂、检测系统厂家和齿轮箱制造厂家三方互相扯皮，不能对齿轮箱进行彻底的根因分析。

而在本技术方案中，齿轮箱1不仅包括有状态监测单元13，还包括有齿轮箱控制模块14，即，齿轮箱本体11、状态监测单元13及齿轮箱控制模块14完全由齿轮箱制造厂家进行制定和提供，从而使齿轮箱1的实际运行的逻辑与齿轮箱制造厂家的设计控制逻辑一致，能更有效地确保齿轮箱1的健康运行，并且设置齿轮箱控制模块14可以使用于监测齿轮箱1内部运行状态的监测单元均连接至齿轮箱控制模块14上，从而能够使齿轮箱制造厂家获得第一手故障数据，方便进行故障根因的彻底分析解决，不仅有利于数据的统一整理汇总，还便于维修人员分析故障原因，总体提高了齿轮箱1的维护效率。

优选地，状态监测单元13包括温度传感器、压力传感器和压差传感器中的一种或多种。温度传感器具体可以包括用于监测齿轮箱本体11内部油池113温度的油池润滑油温度传感器131、用于监测轴承112温度的轴承温度传感器132和用于监测齿轮箱1进油口润滑油温度的进油温度传感器133等。压力传感器可以包括用于监测齿轮箱1进油口润滑油压力的进油压力传感器134等，压差传感器可以包括用于监测润滑油过滤器153两侧压差的滤芯压差传感器135等。

各种传感器的设置方便监测齿轮箱1的运行状态数据，数据传输给齿轮箱控制模块14，方便对监测数据进行记录、分析处理，一方面可根据实时数据即时控制运行保障执行单元12改变运行状态，另一方面可对长周期数据进行分析处理，提供对齿轮箱1计划性的维护策略。

状态监测单元13还可以包括油品监测单元136、振动监测单元137和应变监测元件中的一种或多种。在本实施例中，上述传感器和监测单元均有设置。但是，在实际使用时，与齿轮箱1连接的状态监测单元13不局限于上述所提到的几种，还可有例如油位传感器、转速传感器、应变传感器、扭矩传感器等等，从而方便实时且全面地监测齿轮箱1的运行状态。

状态监测单元13与齿轮箱控制模块14之间通过数据传输线通信连接，运行保障执行单元12与齿轮箱控制模块14之间通过数据传输线通信连接。齿轮箱控制模块14从状态监测单元13获取齿轮箱1的运行状态，经过分析处理后，决定是否给运行保障执行单元12供电或供多大的电力，以保证齿轮箱1正常运行。

运行保障执行单元12包括润滑油驱动系统，润滑油驱动系统与齿轮箱控制模块14通信连接，润滑油驱动系统包括油泵电机121、润滑油电加热器122、冷却水泵电机123和冷却风扇124。

进一步地，油泵电机121与齿轮箱控制模块14通信连接。油泵电机121能够通过齿轮箱控制模块14收集运行数据并进行控制，方便对润滑油驱动系统进行独立操作，同时也确保运行以及操作数据和状态监测单元13的数据汇总，以便于相互配合进行调节和使用。

润滑油电加热器122置于油池113内部并且通信连接于齿轮箱控制模块14。润滑油电加热器122用于对润滑油进行加热，避免油温较低使润滑油粘度比较高，影响电机的正常运行，并且齿轮箱控制模块14连接的温度传感器，以及油品监测单元136均能够提供齿轮箱1内部状况的数据，从而能够通过齿轮箱1控制系统进行数据整合进而对润滑油电加热器122输入工作信号，实现控制自动化。

齿轮箱1还包括润滑油过滤及冷却系统，润滑油过滤及冷却系统包括输油管路151和油泵152，油泵152设置在输油管路151上，齿轮箱1的内部设置有油池113，输油管路151的一端连通至油池113内部，输油管路151的另一端连通至齿轮箱1的润滑点位置处，油池113内部的润滑油通过输油管路151输送至齿轮箱1的润滑点处，对齿轮111进行润滑，保证齿轮箱1内部齿面和轴承112具有充分的润滑，确保轴承112和齿轮111的正常运行。

润滑油过滤及冷却系统还包括送水管路154、水泵155和空水换热器156，水泵155和空水换热器156设置在送水管路154上，空水换热器156用于对润滑油电加热器122进行冷却，空水换热器156与齿轮箱控制模块14之间通信连接。

针对本实施例提供的风力发电机组，其包括主机控制系统和上述的齿轮箱1，并且在上述的齿轮箱1中仅齿轮箱控制模块14与主机控制系统通信连接。仅齿轮箱控制模块14与主机控制系统连接，主机控制系统无需与状态监测单元13或运行保障执行单元12连接，不仅不影响所有运行数据的获得，还大大减少了主机控制系统的连接线路，保证了信号的准确性，同时也不影响主机控制系统对齿轮箱1的控制。

实施例2

如图4所示，本实施例提供一种风力发电机组控制系统，其为风力发电机组4的运行过程提供控制逻辑。该风力发电机组控制系统包括主机控制系统和实施例1中的齿轮箱控制模块14，齿轮箱1中仅齿轮箱控制模块14与主机控制系统通信连接，并且齿轮箱控制模块14的供电单元通过主机控制系统控制。

齿轮箱控制模块14上设有数据接口和电源接口，主机控制系统通过数据传输线连接至数据接口，主机控制系统通过电源线连接至电源接口。

由于齿轮箱控制模块14整合了所有监测齿轮箱1运行状态的状态监测单元13，所以齿轮箱1的运行控制完全由齿轮箱控制模块14进行控制，从而使齿轮箱控制模块14与主机控制系统之间的通信更加简单。主机控制系统通过连接至齿轮箱控制模块14的数据接口，主机控制系统和齿轮箱控制模块14之间则实现了数据通讯，在风力发电机组4的运行过程中，当主机要运行时，只需要询问齿轮箱控制模块14，齿轮箱控制模块14反馈是否能够运行即可。不仅在一定程度上降低了齿轮箱1的故障率，提高了运行可靠性，还避免了产生故障时无法定位具体原因，各方厂家互相推诿，影响维修及运行效率。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种齿轮箱，其包括齿轮箱本体、运行保障执行单元和状态监测单元，其特征在于，所述齿轮箱还包括齿轮箱控制模块，所述状态监测单元的一端与所述齿轮箱本体通信连接，用于获取所述齿轮箱的工作状态，所述状态监测单元的另一端与所述齿轮箱控制模块通信连接，所述运行保障执行单元和所述齿轮箱控制模块通信连接。

2.如权利要求1所述的齿轮箱，其特征在于，所述状态监测单元包括温度传感器、压力传感器和压差传感器中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的齿轮箱，其特征在于，所述状态监测单元包括油品监测单元、振动监测单元和应变监测元件中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的齿轮箱，其特征在于，所述状态监测单元与所述齿轮箱控制模块之间通过数据传输线通信连接，所述运行保障执行单元与所述齿轮箱控制模块之间通过数据传输线通信连接。

5.如权利要求1所述的齿轮箱，其特征在于，所述运行保障执行单元包括润滑油驱动系统，所述润滑油驱动系统与所述齿轮箱控制模块通信连接，所述润滑油驱动系统包括油泵电机、润滑油电加热器、冷却水泵电机和冷却风扇。

6.如权利要求1所述的齿轮箱，其特征在于，所述齿轮箱还包括润滑油过滤及冷却系统，所述润滑油过滤及冷却系统包括输油管路和油泵，所述齿轮箱的内部设置有油池，所述输油管路的一端连通至所述油池内部，所述输油管路的另一端连通至所述齿轮箱的润滑点位置处。

7.如权利要求6所述的齿轮箱，其特征在于，所述润滑油过滤及冷却系统还包括送水管路、水泵和空水换热器，所述水泵和所述空水换热器设置在所述送水管路上，所述空水换热器用于对润滑油驱动系统中的润滑油电加热器进行冷却，所述空水换热器与所述齿轮箱控制模块之间通信连接。

8.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括主机控制系统和如权利要求1-7中任意一项所述的齿轮箱，并且所述齿轮箱中仅所述齿轮箱控制模块与所述主机控制系统通信连接。

9.一种风力发电机组控制系统，其特征在于，所述风力发电机组控制系统包括主机控制系统和如权利要求1-7中任意一项所述的齿轮箱控制模块，所述齿轮箱中仅所述齿轮箱控制模块与所述主机控制系统通信连接，并且所述齿轮箱控制模块的供电单元通过所述主机控制系统控制。

10.如权利要求9所述的风力发电机组控制系统，其特征在于，所述齿轮箱控制模块上设有数据接口和电源接口，所述主机控制系统通过数据传输线连接至所述数据接口，所述主机控制系统通过电源线连接至所述电源接口。

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