CN219736812U - 一种风电机组传动链故障诊断实验台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于风电机组传动链系统故障诊断设备领域,具体涉及一种风电机组传动链故障诊断实验台。包括试验台柜体,试验台柜体上设置有变频调速电机和主轴传动链;变频调速电机的输出轴与主轴传动链相连;主轴传动链包括主轴、主轴承座和齿轮箱;齿轮箱的高速轴侧通过联轴器与变频调速电机的输出轴连接,并在联轴器上设置扭矩传感器;齿轮箱的输入端连接有主轴,主轴远离齿轮箱一侧设有主轴承座;主轴远离齿轮箱一端安装有磁粉制动器,实验台搭载扭矩加载系统和轴承径向加载系统。将动力源安装在齿轮箱高速轴侧,避免使用高扭矩、低转速的特种电机或配套一组高传动比的减速器用于拖动传动链,大幅降低了成本。
Description
技术领域
本实用新型属于风电机组传动链系统故障诊断设备领域,具体涉及一种风电机组传动链故障诊断实验台。
背景技术
传动系统是风电机组最重要的组成部分,同时传动链的机械故障也是造成风电机组计划外停机时间最长的重要因素之一。例如主轴轴线失中、轴挠曲、轴承损伤,齿轮箱在低速交变重载的作用下,容易出现齿面划痕、齿根裂纹、齿轮疲劳断裂、轴承保持架碎裂、滚道表面剥落等缺陷。这些故障导致传动系统振动加剧、传动效率降低、计划外停机甚至整体结构毁坏等后果,为了保证风电机组的安全稳定运行,设计一种用于实时监测风电机组振动特征并对其故障进行诊断的设备的重要性不言而喻。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决目前没有专业化的风电机组传动系统故障诊断实验台,该实验台的监测诊断系统可应用于实际风电机组传动系统,通过对主轴系统振动的实时监测,不仅能及时发现故障,也可避免过剩维修。同时该实验台还可行教学培训实际操作,提高培训效果。
为了实现上述目的,本实用新型采用的技术方案为:
一种风电机组传动链故障诊断实验台,包括试验台柜体,所述试验台柜体上设置有变频调速电机和主轴传动链;所述变频调速电机的输出轴与主轴传动链相连;
所述主轴传动链包括主轴、主轴承座和齿轮箱;所述齿轮箱的高速轴侧通过联轴器与变频调速电机的输出轴连接,并在联轴器上设置扭矩传感器;所述齿轮箱的输入端连接有主轴,主轴远离齿轮箱一侧设有主轴承座;所述主轴远离齿轮箱一端安装有磁粉制动器;
所述齿轮箱与联轴器之间设有压力传感器;
所述齿轮箱顶部设有第一振动传感器,齿轮箱靠近主轴承座一侧的顶部设有第二振动传感器,所述齿轮箱其中一侧面上设有第三振动传感器;
所述齿轮箱靠近联轴器一端的底面设有第四振动传感器;
所述主轴承座顶部设有第五振动传感器,所述主轴承座其中一侧面设有第六振动传感器;
所述变频调速电机靠近联轴器一侧的顶部设有第七振动传感器,所述变频调速电机的其中一侧面设有第八振动传感器。
进一步地,所述第三振动传感器安装在齿轮箱径向的最宽处;
所述第六振动传感器安装在主轴承座径向的最宽处;
所述第八振动传感器安装在变频调速电机径向的最宽处。
进一步地,所述齿轮箱内设有太阳轮轴,太阳轮轴一段的上部设有行星轮心轴;行星轮心轴上安装有行星轮,行星轮上安装有外齿圈;
所述太阳轮轴另一端设有一级平行轴低速齿轮,一级平行轴低速齿轮上部设有一级平行轴高速齿轮轴;一级平行轴高速齿轮轴上端设有二级平行轴高速齿轮轴;一级平行轴高速齿轮轴上安装有二级平行轴低速齿轮。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果为:将动力源安装在齿轮箱高速轴侧,避免使用高扭矩、低转速的特种电机或配套一组高传动比的减速器用于拖动传动链,大幅降低了成本;
风电机组传动链故障诊断实验台与专用的电控柜配合使用,采集到的数据经过电控柜中的信号调理模块对振动信号的后处理,经数据采集卡后发送到屏幕上,能实时传送传动链振动状态、实时监测主轴轴承、齿轮箱行星齿轮、平行级齿轮(齿轮轴)以及各轴承的振动情况,并在电控柜上实现风电机组传动链故障监测诊断、为研究学习以及软件开发提供故障试验数据、培养技术人员诊断排障能力等功能。
替换不同的故障齿轮、轴承或通过磁粉制动器模拟不同的故障,可完成如下单一和耦合故障分析;为研究学习以及软件开发提供故障试验数据。
附图说明
图1为本实用新型风电机组传动链故障诊断实验台的结构示意图;
图2为齿轮箱的结构示意图;
图3为风电机组传动链故障诊断实验台的原理框图;
其中:变频调速电机1、主轴2、主轴承座3、齿轮箱4、联轴器5、扭矩传感器6、磁粉制动器7、压力传感器8、第一振动传感器9、第二振动传感器10、第三振动传感器11、第四振动传感器12、第五振动传感器13、第六振动传感器14、第七振动传感器15、第八振动传感器16、电控柜17、试验台柜体18、太阳轮轴19、行星轮心轴20、行星轮21、外齿圈22、一级平行轴低速齿轮23、一级平行轴高速齿轮轴24、二级平行轴高速齿轮25、二级平行轴高速齿轮轴26、螺栓27。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,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他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
参照图1-图3,本实施方式提供了一种风电机组传动链故障诊断实验台,包括试验台柜体18,试验台柜体18上设置有2.2KW的变频调速电机1和主轴传动链;变频调速电机1的输出轴与主轴传动链相连;
风电机组故障诊断实验台是基于MW级风力发电机组主轴传动链设计布置,其主轴传动链包括主轴2、主轴承座3和齿轮箱4;真实风力发电机组主轴传动链动力源来自风轮,具有高扭矩、低转速等特征,若将动力源布置在齿轮箱输入端(图1中齿轮箱的左侧)则需配有高扭矩、低转速特征的特种电机或配套一组高传动比的减速器用于拖动传动链,此时无论从结构成本、结构强度还是空间尺寸角度来看,都会使实验台受到一定的限制,因此,本实施方式将动力源(变频调速电机)布置于齿轮箱4高速轴侧(图1中齿轮箱的右侧),通过联轴器5与齿轮箱4高速轴相连,提供平稳的扭矩输入;
齿轮箱4的输入端连接有主轴2,主轴2远离齿轮箱4一侧设有主轴承座3;
在联轴器5上设置扭矩传感器6;主轴2远离齿轮箱一端安装有磁粉制动器7;
除此之外,为了更加真实的模拟风电机组传动链工作状态,实验台搭载扭矩加载系统和轴承径向加载系统,扭矩加载系统即在主轴2远离齿轮箱4的风轮端安装磁粉制动器7,用来给整个实验系统提供可变扭矩负载,在动力源与齿轮箱4高速轴之间的联轴器上布置扭矩传感器6,用来测量系统加载扭矩情况;
轴承径向加载系统由压力传感器8和螺栓27组成,安装在齿轮箱4高速轴侧,在齿轮箱4和联轴器5之间,底部安装在试验台柜体18的台面上,通过螺栓27进行调节,主要用于测量齿轮箱4输出端轴承的径向加载扭矩情况;
故障模拟包括两个部分,(1)由于磁粉制动器7只需调节激磁电流的大小,便能快速准确控制并传达所需转矩,具有高精度的转矩控制转矩的控制范围非常广等特点,而且控制精度高,传达转矩和激磁电流成正确的比例,可实现高精度的控制,因此磁粉制动器7能模拟典型的转子故障,包括转子动平衡故障、超过临界转速、轴线失中、轴弯曲、轴承油膜振荡、油膜涡动、转静碰摩等;
(2)实验台配套有用于模拟机械故障的齿轮箱4,其中包括主轴轴承,齿轮箱外齿圈22、行星轮21、行星轮心轴20、太阳轮轴19、一级平行轴低速齿轮23、一级平行轴高速齿轮轴24、二级平行轴低速齿轮25、二级平行轴高速齿轮轴26以及相对应的轴承,太阳轮轴19沿齿轮箱4的轴向布置,太阳轮轴19一端的上部设有行星轮心轴20;行星轮心轴20上安装有行星轮21,行星轮21上安装有外齿圈22;太阳轮轴19另一端设有一级平行轴低速齿轮23,一级平行轴低速齿轮23上部设有一级平行轴高速齿轮轴24;一级平行轴高速齿轮轴24上端设有二级平行轴高速齿轮轴26;一级平行轴高速齿轮轴24上安装有二级平行轴低速齿轮25;各齿轮和轮轴之间通过啮合传动,用于模拟机械故障的齿轮、轴承均存在不同程度的机械损伤(如轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合和塑性变形,轴承磨损、断裂、腐蚀等),进而模拟齿轮箱故障;
还包括采用环氧树脂粘合剂安装在主轴承座3、变频调速电机1以及齿轮箱4的6-8个测点振动传感器;齿轮箱4顶部的第一振动传感器9,齿轮箱4靠近主轴承3座一侧的顶部的第二振动传感器10,齿轮箱4其中一侧面上设有第三振动传感器11;齿轮箱4靠近联轴器5一端的底面的第四振动传感器12;主轴承座3顶部的第五振动传感器13,主轴承座3其中一侧面的第六振动传感器14;变频调速电机1靠近联轴器5一侧的顶部的第七振动传感器15,变频调速电机1的其中一侧面的第八振动传感器16;
风电机组传动链故障诊断实验台与专用的电控柜17配合使用,电控柜17可以放置在试验台柜体18上;采集到的数据经过电控柜17中的信号调理模块对振动信号的后处理,经数据采集卡后发送到屏幕上,能实时传送传动链振动状态、实时监测主轴轴承3、齿轮箱行星齿轮、平行级齿轮(齿轮轴)以及各轴承的振动情况,并在电控柜上实现风电机组传动链故障监测诊断、为研究学习以及软件开发提供故障试验数据、培养技术人员诊断排障能力等功能。
在本申请的另一个实施方式中,第三振动传感器11安装在齿轮箱4径向的最宽处;第六振动传感器14安装在主轴承座3径向的最宽处;第八振动传感器16安装在变频调速电机1径向的最宽处,这些位置振感明显,能采集到准确的振动数据。
具体的操作流程为:
1.实验台传动链故障监测诊断
为实验台供电,启动动力源电机(变频调速电机),确保轴承径向加载系统、扭矩加载系统和监测及故障诊断系统能够正常工作,传动链匀速平稳运行一段时间后关闭动力源电机,实验台断电,并选取一组存在机械损伤的齿轮或轴承替换掉实验台传动链能够正常工作的齿轮或轴承,用于模拟齿轮箱机械故障。再次为实验台供电,启动动力源电机,此时实验台传动链将无法平稳运行,出现明显振动以及较大噪声,安装于主轴承座和齿轮箱的振动传感器测量振动加速度并经过信号调理模块隔直、放大、调零、滤波等一系列必要的信号预处理后,通过数据采集卡存储并传递给工控机,信号经工控机傅里叶变换等数据后处理获得加速度幅值-频率曲线,并根据其峰值频率以及各齿轮或轴承转速与动力源输入转速的比例关系,判断故障原因并生成故障代码,实现实时传动链故障监测及诊断;
重复上述步骤,并替换不同的故障齿轮、轴承或通过磁粉制动器模拟不同的故障,可完成如下单一和耦合故障分析:
(1)主轴轴承故障实验、(2)行星齿轮啮合故障实验、(3)齿轮箱轴承故障实验、(4)平行轴齿轮啮合故障实验、(5)转子动平衡故障实验、(6)超过临界转速故障实验、(7)轴线失中故障实验、(8)轴弯曲故障实验、(9)轴承油膜振荡故障实验、(10)油膜涡动故障实验、(11)转静碰摩故障实验;
除此之外,本实用新型所述捕捉传动链故障诊断实验台可通过调节变频电机驱动器改变其运行速度,因此还可用于研究不同速度下故障齿轮和轴承的振动特性;通过程控电源调节磁粉制动器输出转矩,用于捕捉不同载荷下故障齿轮和轴承的振动。
2.为研究学习以及软件开发提供故障试验数据
电控柜内数据采集卡留有外接接口,可通过该接口将已预处理的齿轮箱振动数据导出,并存储为Excel文件,为研究学习以及软件开发提供故障试验数据。可提供的故障试验数据如下:
(1)主轴轴承故障试验数据、(2)行星齿轮啮合故障试验数据、(3)齿轮箱轴承故障试验数据、(4)平行轴齿轮啮合故障试验数据、(5)转子动平衡故障试验数据、(6)超过临界转速故障试验数据、(7)轴线失中故障试验数据、(8)轴弯曲故障试验数据、(9)轴承油膜振荡故障试验数据、(10)油膜涡动故障试验数据、(11)转静碰摩故障试验数据。
3.培养技术人员诊断排障能力
在培训开始前,参训教员可事先选取一组存在机械损伤的齿轮、轴承替换掉齿轮箱内能够正常工作的齿轮、轴承,或对程控电源发出指令信号,磁粉制动器输出对应的故障负载,用于模拟齿轮箱机械故障。开启电机电源,此时,参训人员需根据齿轮箱表现出的故障反映判断故障原因,也可通过振动传感器采集其运转时的振动信号(为减小安装振动传感器对齿轮箱结构的破坏,采用环氧树脂粘合剂安装方式),并根据振动信号的幅值-频率峰值判断故障原因,并通过拆解齿轮箱并更换失效零部件,解决齿轮箱故障,使参训技术人员在理论学习的同时,可以进行教学培训实际操作,提高培训效果。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种风电机组传动链故障诊断实验台,其特征在于:包括试验台柜体,所述试验台柜体上设置有变频调速电机和主轴传动链;所述变频调速电机的输出轴与主轴传动链相连;
所述主轴传动链包括主轴、主轴承座和齿轮箱;所述齿轮箱的高速轴侧通过联轴器与变频调速电机的输出轴连接,并在联轴器上设置扭矩传感器;所述齿轮箱的输入端连接有主轴,主轴远离齿轮箱一侧设有主轴承座;所述主轴远离齿轮箱一端安装有磁粉制动器;
所述齿轮箱与联轴器之间设有压力传感器;
所述齿轮箱顶部设有第一振动传感器,齿轮箱靠近主轴承座一侧的顶部设有第二振动传感器,所述齿轮箱其中一侧面上设有第三振动传感器;
所述齿轮箱靠近联轴器一端的底面设有第四振动传感器;
所述主轴承座顶部设有第五振动传感器,所述主轴承座其中一侧面设有第六振动传感器;
所述变频调速电机靠近联轴器一侧的顶部设有第七振动传感器,所述变频调速电机的其中一侧面设有第八振动传感器。
2.根据权利要求1所述的风电机组传动链故障诊断实验台,其特征在于:所述第三振动传感器安装在齿轮箱径向的最宽处;
所述第六振动传感器安装在主轴承座径向的最宽处;
所述第八振动传感器安装在变频调速电机径向的最宽处。
3.根据权利要求1所述的风电机组传动链故障诊断实验台,其特征在于:所述齿轮箱内设有太阳轮轴,太阳轮轴一段的上部设有行星轮心轴;行星轮心轴上安装有行星轮,行星轮上安装有外齿圈;
所述太阳轮轴另一端设有一级平行轴低速齿轮,一级平行轴低速齿轮上部设有一级平行轴高速齿轮轴;一级平行轴高速齿轮轴上端设有二级平行轴高速齿轮轴;一级平行轴高速齿轮轴上安装有二级平行轴低速齿轮。
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