风力发电齿轮箱故障诊断模拟实验台的制作方法

本实用新型涉及风力发电齿轮箱故障诊断，尤其是涉及一种风力发电齿轮箱故障诊断模拟实验台。

背景技术：

风电的高速发展的同时，也产生了诸多的问题，其中齿轮箱由于各方面的因素产生的故障尤为明显。风机齿轮箱也叫增速箱是风电机组中的核心组件，主要作用对低转速的风轮进行增速并传递机械能，使发电机正常运作。对于大型风力发电机机组而言，齿轮箱是发电机组故障高发点，所以保证齿轮箱运行正常极其重要。有研究机构作出统计分析，风电机组的维保成本极高，内陆型发电机组的维保费用占据单位电价的10%-15%，离岸型的比例更是达到了20%-25% 。大型风电机组有别于其他旋转机械，恶劣的工作环境及持续的高强度运作，使它故障频率高，齿轮箱作为内传统系统结构复杂的核心组件，一旦发生故障，造成的后果极其严重。

风机齿轮箱故障试验台的研制为风机齿轮箱故障检测系统的开发提供了及其接近真实风机运行状态的实验平台，方便了风机常态运行状态以及故障状态下的振动信号的提取和状态监测，可模拟多种结构类型的风机齿轮箱振动情况，并且可灵活的对齿轮以及轴承故障进行多种组合模拟，为监测系统早期故障预警及准确判断故障原因及位置提供了准确的原始数据和极为关键的技术支持。

现有的故障诊断模拟装置如图1所示，包括变频电机1、平行轴减速机2、行星齿轮增速机3和磁粉制动器4，变频电机1通过联轴器5与平行轴减速机2连接，平行轴减速机2通过联轴器与行星齿轮增速机3连接，行星齿轮增速机3通过联轴器与磁粉制动器4连接，在行星齿轮增速机3设计有转速传感器6及振动传感器8，将采集到的转速传感器6及振动传感器8信号与计算机相联，实现风力发电机组运行，采集正常及故障状态下的数据比对建立适当模型从而实现对风力发电机故障的判断。

上述风力发电机试验台功能单一，结构过于简单，在设计过程中只考虑到模拟风机的输出转矩，采用了变频电机+减速机，但与实际结构并不存在减速机，而忽略了叶轮的惯性及转动惯量，无法获得理想的启动特性；采用磁粉制动器来模拟负载不能获得理想的负载特性，与实际风机运行状态有很大的差距。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有风力发电机试验台的不足，提供了一种与风力发电机工作原理相似可以更加准确模拟风力发电机工作状态，以便准确判定风力发电机故障情况，以节省时间，提高效率。

本实用新型所采用的技术方案是一种风力发电齿轮箱故障诊断模拟实验台，其要点在于它由底座、电动机、变量泵、安全阀、单向阀、定量马达、飞轮、增速齿轮箱、振动传感器、发电机、蓄电池、数据采集单元、计算机系统、转速转矩传感器构成，电动机与变量泵通过联轴器相连，变量泵的出口通过油管分别连接安全阀、单向阀以及定量马达的进口，安全阀、单向阀以及定量马达的出口连接变量泵的进口；定量马达通过联轴器与飞轮相连，飞轮通过通过联轴器与增速齿轮箱输入轴相连，增速齿轮箱的输出轴通过联轴器与发电机相连，并在联轴器上安装转速转矩传感器，在增速齿轮箱上安装振动传感器，振动传感器、转速转矩传感器、变量泵和计算机系统相连，发电机与蓄电池相连，数据采集单元分别与振动传感器、转速转速传感器，控制变量泵、计算机系统相连。

2个转速转矩传感器分别安装于定量马达与飞轮之间的联轴器，及飞轮与增速齿轮箱输入轴之间的联轴器，5个振动传感器分别安装于增速齿轮箱的输入轴、输出轴轴承径向水平及垂直方向，齿轮箱一级行星轮内齿圈的径向垂直方向，数据采集单元与上述转速转矩传感器、振动传感器和变量泵的控制信号输出相接。

本实用新型工作原理如下：

动力输入系统，模拟风力发电机的输入：电机驱动变量泵，变量泵输出压力油驱动大扭矩定量马达模拟叶轮旋转，定量马达带动飞轮旋转。该部分可模拟风机的输入转矩和输入转速，而且通过飞轮来模拟叶轮的转动惯量。计算机系统的学习过程为：读取正常状态下数据采集单元中的各种数据进行存储，模拟各种故障存储数据建立故障诊断系统。

负载模拟系统：飞轮带动增速齿轮箱，齿轮箱输出驱动发电机发电，并将电供给蓄电池。通过振动传感器和转速转矩传感器和数据采集单元采集数据，交给计算机系统中的故障诊断系统进行数据处理，并可控制变量泵的输出流量以控制马达的输出转速。

与现有的风电故障模拟系统相比，本系统可模拟叶轮的转动惯量，获得实际动力输入类似的加速特性。

与现有的风电故障模拟系统相比，液压泵和马达相比电机体积小,功率大。液压可以实现低成本高扭矩超低转速等特殊应用（电机需要减速机或者变频器，且启动初始扭矩没有液压马达大）。传动系统结构与实际风机系统相同，可获得更理想的输入转速转矩。

本实用新型与风力发电机组的工作状态相近似，可以更加准确模拟风力发电机工作状态，以便准确判定风力发电机故障情况，以节省时间，提高效率。

附图说明

图1为现有风力发电机组传动系统故障诊断装置

图2为本实用新型的原理示意图

其中：1变频电机2平行轴减速机3行星齿轮增速机4磁粉制动器5联轴器6转速传感器8振动传感器11电动机12变量泵13安全阀14单向阀15定量马达16飞轮17增速齿轮箱18振动传感器19发电机20蓄电池21数据采集单元22计算机系统23转速转矩传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明

如图2所示，一种风力发电齿轮箱故障诊断模拟实验台，它由底座、电动机11、变量泵12、安全阀13、单向阀14、定量马达15、飞轮16、增速齿轮箱17、振动传感器18、发电机19、蓄电池20、数据采集单元21、计算机系统22、转速转矩传感器23构成，电动机11与变量泵12通过联轴器相连，变量泵12的出口通过油管分别连接安全阀13、单向阀14以及定量马达15的进口，安全阀13、单向阀14以及定量马达的出口连接变量泵12的进口；定量马达15通过联轴器与飞轮16相连，飞轮16通过联轴器与增速齿轮箱17输入轴相连，增速齿轮箱17的输出轴通过联轴器与发电机19相连，并在联轴器上安装转速转矩传感器23，在增速齿轮箱17上安装振动传感器18，振动传感器18、转速转矩传感器23、变量泵12和控制与故障诊断系统相连，发电机19与蓄电池20相连，数据采集单元21分别与振动传感器18、转速转速传感器23，控制变量泵12、计算机系统22相连。2个转速转矩传感器23分别安装于定量马达15与飞轮16之间的联轴器，及飞轮16与增速齿轮箱17输入轴之间的联轴器，5个振动传感器分别安装于增速齿轮箱的输入轴、输出轴轴承径向水平及垂直方向，齿轮箱一级行星轮内齿圈的径向垂直方向，数据采集单元与上述转速转矩传感器、振动传感器和变量泵的控制信号输出相接。

本实用新型工作原理如下：

动力输入系统，模拟风力发电机的输入：电机驱动变量泵，变量泵输出压力油驱动大扭矩定量马达模拟叶轮旋转，定量马达带动飞轮旋转。该部分可模拟风机的输入转矩和输入转速，而且通过飞轮来模拟叶轮的转动惯量。

负载模拟系统：飞轮带动增速齿轮箱，齿轮箱输出驱动发电机发电，并将电供给蓄电池。通过振动传感器和转速转矩传感器和数据采集单元采集数据，交给计算机系统中的故障诊断系统进行数据处理，并可控制变量泵的输出流量以控制马达的输出转速。

与现有的风电故障模拟系统相比，本系统可模拟叶轮的转动惯量，获得实际动力输入类似的加速特性。

与现有的风电故障模拟系统相比，液压泵和马达相比电机体积小,功率大。液压可以实现低成本高扭矩超低转速等特殊应用（电机需要减速机或者变频器，且启动初始扭矩没有液压马达大）。传动系统结构与实际风机系统相同，可获得更理想的输入转速转矩。

计算机系统的学习过程为：读取正常状态下数据采集单元中的各种数据进行存储，模拟各种故障存储数据建立故障诊断系统。由于本系统中的各部件的工作状态与风力发电机组的工作状态相近似，可以更加准确模拟风力发电机工作状态，因此所建立的故障诊断系统应用于现场时能够更加精准地判断出故障所在，实用性强。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改造，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。