风电机组扭力臂位移检测装置及弹性支撑失效评估方法与流程

本发明涉及风电机组监测及维护技术领域，特别是涉及一种风电机组齿轮箱扭力臂位移检测装置及弹性支撑失效评估方法。

背景技术

随着现在风电装机容量的持续增加以及风力机运行时间的延长，与振动相关的问题显得越来越突出。风电机组是一个极其庞大而复杂的系统，其振动来源较广，其中包括气动、机械、电磁以及各种耦合激励。

风电机组中的齿轮箱一般通过弹性支撑与机架相连，齿轮箱的转矩通过扭力臂传递给弹性支撑，弹性支撑具有一定的刚度来承受齿轮箱传递的转矩，同时通过弹性体的阻尼及摩擦将齿轮箱齿轮啮合产生的振动进行消减，降低传递到风电机架的振动，并且在弹性支撑连接下，齿轮箱受到一定的柔性约束。因此，弹性支撑的性能对整个传动链动力学特性以及振动能量的传递等均有较大影响。弹性支撑作为风电机组的重要部件，主要起到两方面的作用，一是支撑齿轮箱承载风力机的载荷，这要求其刚度满足弹性支撑在机组运行时不超过一定的变形量，从而保证机组运行的稳定性；二是减振和隔振，其中主要是隔离振动能量在齿轮箱与机架之间的传递。弹性支撑中橡胶部分是比较脆弱的部分，但同时也是非常关键的减震元件。

本发明就是提出一种风电机组齿轮箱扭力臂位移检测装置及弹性支撑失效评估方法，使其在风电机组运行过程中实现对弹性支撑的性能进行跟踪和失效评估，为更换或维护弹性支撑提供依据，为齿轮箱的减震提供有效保障。

本发明还提出一种风电机组齿轮箱的监测方法，使其能实现对齿轮箱运行状态的监测，及时发现问题，避免事故发生。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种风电机组齿轮箱扭力臂位移检测装置，使其能实时检测齿轮箱扭力臂的位移值，对后续弹性支撑性能跟踪和失效评估提供依据。

本发明还提供了一种风电机组弹性支撑失效评估方法，使其能及时评估出弹性支撑的刚度值，以便及时对其进行更换和维护，保障齿轮箱的良好运行。

本发明还提供了一种风电机组齿轮箱监测方法，使其能方便快捷的监测齿轮箱的运行状态。

为解决上述第一个技术问题，本发明提供一种风电机组齿轮箱扭力臂位移检测装置，包括位移传感器和与其连接的信息采集装置，所述位移传感器设置在所述风电机组齿轮箱扭力臂上，所述信息采集装置用于接收所述位移传感器采集的信息并将信息传送至风电机组的主控系统。

作为本发明的一种改进，所述风电机组齿轮箱两侧的扭力臂上均设置有所述位移传感器，所述两个位移传感器均与所述信息采集装置相连。

进一步改进，所述信息采集装置与风电机组主控系统通过光纤连接。

为解决上述第二个技术问题，本发明提供一种风电机组弹性支撑失效评估方法，包括如下步骤：

(1)计算所述风电机组齿轮箱的转矩t，并由所述转矩t计算所述风电机组弹性支撑承受的力f；

(2)应用上述的风电机组齿轮箱扭力臂位移检测装置检测所述扭力臂的位移值s，根据公式k＝f/(s-s0)，其中s0为静态平衡时扭力臂的位移值，计算得出所述弹性支撑的刚度值k；

(3)将步骤(2)得到的所述弹性支撑的刚度值k与预定失效刚度值相比，若所述弹性支撑的刚度值k低于预定失效刚度值，则判定所述弹性支撑失效。

作为本发明的一种改进，所述步骤(1)中计算所述风电机组齿轮箱转矩t的方法为：采集所述风电机组的发电功率p和转子转速n，通过公式t＝9550*p*1.1/n，计算所述风电机组齿轮箱的转矩t。

进一步改进，所述步骤(1)中计算所述风电机组弹性支撑承受力f的方法为：根据所述齿轮箱的跨距l和所述风电机组齿轮箱的转矩t，通过公式f＝t/l，计算得出所述风电机组的弹性支撑承受的力f。

进一步改进，所述预定失效刚度值为所述弹性支撑初始刚度值k’的70％。

进一步改进，所述预定失效刚度值为所述弹性支撑初始刚度值k’的80％。

进一步改进，所述风电机组齿轮箱两侧的扭力臂上均设置有位移传感器，所述位移值s为两个位移传感器采集数据的平均值。

为解决上述第三个技术问题，本发明提供一种风电机组齿轮箱监测方法，所述方法为：应用上述的风电机组齿轮箱扭力臂位移检测装置检测所述齿轮箱两侧扭力臂的位移值s1、s2，若位移值s1、s2方向相反且数值相同，判定所述齿轮箱运行正常；若位移值s1、s2方向相同或方向相反但数值不相同，判定所述齿轮箱运行存在异常。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

本发明通过安装在齿轮箱扭力臂上的位移传感器，和机组运行过程的监测数据，能够分析计算得出弹性支撑的时时刚度值，通过将该时时刚度值与预定失效刚度值进行对比，从而达到监控弹性支撑是否失效的目的，以便及时进行更换和维护，达到保障齿轮箱的良好运行。

本发明还通过对齿轮箱两侧扭力臂振动幅度的检测，起到监控齿轮箱运行状态的作用。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明风电机组齿轮箱扭力臂位移检测装置的结构示意图。

其中：1.齿轮箱；2.扭力臂；3.弹性支撑；4.位移传感器；5.信息采集装置；6.主控系统。

具体实施方式

基于齿轮箱的旋转和弹性支撑的约束，与其两者均连接的扭力臂就会出现一定幅度的摆动，本申请就是根据该原理提供了一种风电机组弹性支撑失效评估方法，以便及时发现弹性支撑的状态是否处于正常范围，是否需要及时更换的目的，具体评估方法如下。

本实施例中风电机组弹性支撑失效评估方法包括如下步骤：

(1)采集风电机组的发电功率p和转子转速n，通过下式①：

t＝9550*p*1.1/n，①

计算风电机组齿轮箱的转矩t。

(2)再根据齿轮箱的跨距l和风电机组齿轮箱的转矩t，通过下式②：

f＝t/l，②

计算得出风电机组的弹性支撑承受的力f。

(3)检测发电机组齿轮箱扭力臂的位移值s，根据下式③：

k＝f/(s-s0)，③

s0为静态平衡时扭力臂的位移值，计算得出该风电机组弹性支撑的刚度值k。

其中，检测发电机组齿轮箱扭力臂的位移值s是通过风电机组齿轮箱扭力臂位移检测装置实现的。

参照附图1所示，该风电机组齿轮箱扭力臂位移检测装置包括位移传感器4和与其连接的信息采集装置5。该位移传感器4设置在风电机组齿轮箱1的扭力臂2上，该扭力臂2下部设置有风电机组弹性支撑3，则该位移传感器4能实时采集该扭力臂的摆动幅度，即位移值s。该信息采集装置5用于接收该位移传感器4采集的位移值s并将位移值s通过光纤传送至风电机组的主控系统6。

较优实施例为，该风电机组齿轮箱1两侧的扭力臂2上均设置有位移传感器4，该两个位移传感器4均与信息采集装置5相连。这样该位移值s可采用两个位移传感器4采集数据的平均值，使结果更准确、可靠。

(4)将上述步骤(3)得到的弹性支撑的刚度值k与预定失效刚度值相比，若该弹性支撑的刚度值k低于预定失效刚度值，则判定该弹性支撑失效。

本实施例中该预定失效刚度值为弹性支撑初始刚度值k’的70％，较优为小于80％，则若k/k’值小于70％或80％，表面该弹性支撑经过长时间运行，可能出现异常破损，其刚度值变小，超出了其承载范围，所以可以判定该弹性支撑失效，需要及时更换，保障风电机组的可靠运行。

另外，由于该风电机组齿轮箱扭力臂位移检测装置能检测齿轮箱两侧扭力臂的位移值s1、s2，正常情况下，该两个位移值s1、s2应该方向相反且数值相同，若检测到该两个位移值s1、s2方向相同或方向相反但数值不相同时，说明该齿轮箱的运行存在异常情况，提醒维护人员进行齿轮箱检测，保证风电机组的振动可控。

实例：

采集1.5mw机组的监测数据作为示例进行详细说明：

采集数据为：风电机组的发电功率p为1516.2kw，齿轮箱转子转速n为17.39152rpm，齿轮箱跨距l为2.3m，扭力臂的位移变化值(s-s0)为3.35mm，通过上述公式①、②、③，计算可得弹性支撑的刚度值为k＝118.9kn/mm，由于该弹性支撑为初始刚度值k’为130kn/mm，比较k/k’值得91.5％，可知该比较值大于该风电机组定的刚度报警值70％，则判断该风电机组的弹性支撑运行正常，可继续使用。

本发明以风电机组齿轮箱弹性支撑为基础，在齿轮箱扭力臂上增加移传感器，通过实时收集传感器的位移数据，并把数据传递给主控系统，通过主控系统的计算、分析，能及时发现弹性支撑和齿轮箱的问题，起到及时监测的目的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。