应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护方法、装置和系统与流程

技术领域本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护方法、装置和系统。

背景技术：
风力发电机中关键零部件的润滑、密封及保护系统是影响风机正常运行的关键技术之一，尤其在大功率直驱发电机组中，风机转动轴与轴承作为风力发电机的关键零部件，通常采用油脂润滑，动密封，并利用迷宫密封对润滑系统进行保护。油脂润滑的作用是为转动轴与轴承、轴承滚动体与轴承内外圈提供足够的润滑油脂，减小摩擦及温升。动密封的作用是避免轴承内部的润滑油脂在运行时产生泄漏而造成的润滑油不足。但是动密封会与转动轴及轴承之间产生接触摩擦或碰撞，致使转动轴或轴承被破坏。迷宫密封的作用是利用弯曲复杂的润滑通道降低动密封处的润滑压力，并起到一定的密封效果，从而对风机润滑及密封系统起到一定的保护作用。但风力发电机工作环境恶劣，经常在高低温、大扭矩，交变载荷等恶劣环境下工作，而迷宫密封作为一种非接触式密封，为使迷宫密封正常工作，需保证迷宫密封润滑通道的间隙处于合理范围之内。当转动轴或轴承受到外部载荷的作用时迷宫密封润滑通道的间隙会增大或减小，间隙过大时起不到降压及密封作用，间隙过小时易产生接触从而增大摩擦或产生碰撞，转动轴及轴承易被破坏。

技术实现要素：
本发明提供一种应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护方法、装置和系统，以实现对运行中的风力发电机上的迷宫润滑通道进行维护，保证迷宫润滑通道的气隙处于合理范围。为达到上述目的，本发明的实施例提供了一种应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护方法，包括：在风力发电机运行时，通过距离检测传感器检测表征位于风力发电机上的迷宫润滑通道间隙的间隙信息；将所述间隙信息转化为间隙电信号；将所述间隙电信号与预设的间隙阈值区间进行比较，如果所述间隙电信号值未落入间隙阈值区间内，则触发风电机组调整当前运行状态，以使后续所述间隙电信号值落入间隙阈值区间内。本发明的实施例还提供了一种应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护装置，所述装置包括：距离检测传感器、信号转换器和控制器，所述距离检测传感器设置在风力发电机上，用于在风力发电机运行时，通过距离检测传感器检测表征位于风力发电机上的迷宫润滑通道间隙的间隙信息；所述信号转换器与所述距离检测传感器连接，用于将所述间隙信息转化为间隙电信号；所述控制器与所述信号转换器和风电机组连接，用于将所述间隙电信号与预设的间隙阈值区间进行比较，如果所述间隙电信号值未落入间隙阈值区间内，则触发风电机组调整当前运行状态，以使后续所述间隙电信号值落入间隙阈值区间内。本发明的实施例还提供了一种应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护系统，包括：风电机组和如上所述的应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护装置。本发明实施例提供的应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护方法、装置和系统，通过检测风力发电机上的迷宫润滑通道间隙的间隙信息；并将间隙信息转化为间隙电信号与预设的间隙阈值区间进行比较，如果间隙电信号值未落入间隙阈值区间内，则触发风电机组调整当前运行状态，以使后续间隙电信号值落入间隙阈值区间内，从而保证迷宫润滑通道间隙的间隙在合理范围内，提高风力发电机的运行性能。附图说明图1为现有技术中风力发电机迷宫润滑通道及其周边结构示意图；图2为本发明提供的应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护方法一个实施例的方法流程图；图3为本发明提供的应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护装置一个实施例的结构框图；图4a为本发明提供的距离检测传感器安装至定轴上后的轴向安装位置示意图；图4b为本发明提供的距离检测传感器安装至定轴上后的周向布局示意图；图5为本发明提供的应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护装置安装至定轴上时的场景示意图；图6为本发明提供的信号转换器的结构示意图。附图标号说明1-转动轴、2-定轴、3-轴承；4-轴承内侧动密封、5-均脂块、6-迷宫密封、7-动密封、8-密封压板、31-距离检测传感器、32-信号转换器、33-控制器；311-探头、312-延伸电缆、32’-前置器、321-振荡器、322-检测电路、323-放大器。具体实施方式图1为常见的现有风力发电机迷宫润滑通道及其周边结构示意图，包括：转动轴1、定轴2、轴承3、轴承内侧动密封4、均脂块5、迷宫密封6、动密封7和密封压板8。具体地，图1中所示结构具有关于水平轴线在360°范围整周布置的结构，转动轴1与风电机组叶轮固定连接，随着风电机组叶轮同步转动。定轴2为固定部件，在正常运行过程中不产生任何运动。轴承3外圈与定轴2过盈配合；轴承3内圈与转动轴1过盈配合，随转动轴1同步转动，轴承3内外圈通过滚动体连接。轴承内侧动密封4安装在转动轴1与定轴2之间，位于轴承内圈右侧，主要用于防止轴承3内润滑脂泄漏，造成润滑油不足。均脂块5通过固定连接安装在转动轴1右侧，主要作用是减少油脂用量，填充多余空间。迷宫密封6位于均脂块5上侧，固定连接在定轴2左侧，迷宫密封6与转动轴1形成迷宫密封润滑通道，起到一定程度的润滑油减压及密封效果。动密封7为接触式密封，具有密封唇口，与迷宫密封6共同起到润滑密封的作用，动密封7由密封压板8固定，密封压板8固定连接在转动轴1上。当风电机组受到来自叶轮侧的载荷时，上述轴系的整个结构会产生变形，使得迷宫密封润滑通道间隙增大或减小。当所受载荷较大时会引起迷宫密封润滑通道间隙出现过大或过小的现象，如果风力发电机继续转动，当润滑通道间隙过大时起不到减压及密封作用，当间隙过小时，将会产生摩擦或碰撞。迷宫密封润滑通道间隙受上述轴系变形影响，而上述轴系变形量可通过调节上述轴系中任一发生形变位置的形变位移来得到缓解甚至消除。例如，如图1中所示，通过调节转动轴1与定轴2之间的距离R1可使轴系变形得到控制，从而间接调整迷宫密封润滑通道间隙，使其处于合理范围。本发明的发明构思，是基于距离控制技术，采用控制保护方式，在迷宫密封润滑通道间隙因结构变形而增大或减小时，通过改变风电机组的运行状态来实施自动控制并调节，改善风电机组的结构变形状态，并减振降噪，进而保证迷宫密封润滑通道间隙始终处于合理范围之内，防止发生干摩擦或金属碰撞，提高风机运行性能。实施例一图2为本发明提供的应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护方法一个实施例的方法流程图，该方法的执行主体可以为集成有距离检测功能的传感器或监控装置。如图2所示，该应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护方法具体包括：S210，在风力发电机运行时，通过距离检测传感器检测表征位于风力发电机上的迷宫润滑通道间隙的间隙信息。在风力发电机运行过程中，风电机组收到外界环境影响，产生载荷，使迷宫润滑通道间隙的间隙产生变化。如图1所示，由于迷宫润滑通道空间狭小，很难直接测量通道的间隙，因此本实施例是将距离检测传感器(如光栅传感器、激光传感器、电涡流传感器、电容传感器、超声波传感器等)设置在风力发电机上，通过检测得到能够表征迷宫润滑通道间隙的间隙信息来间接测量迷宫润滑通道间隙的大小。例如图1中，风力发电机在转动过程中，转动轴1与迷宫密封6在沿水平轴线方向不易发生相对位移，而在垂直水平轴线方向的平面内，由于转动轴1相对于定轴2的旋转，以及在叶片受到阵风时出现载荷产生的不圆旋转，都会影响到迷宫润滑通道间隙的变化。因此，通过检测转动轴1与定轴2在垂直中轴线的一个平面上的轴之间的间隙大小R1及变化情况，可以间接计算出迷宫润滑通道间隙在垂直水平轴线方向的平面内的间隙大小。由于风力发电机组工作环境复杂多变，作用载荷具有不规则、交变、突变等特点，致使上述距离R1沿周向的分布并不相同，因此距离检测传感器的布置可根据工作需求整周布置。比如在转动轴1，定轴2，或转动轴1与定轴2上都进行整周布置，也可根据工作需求只在特定位置布置，布置数量也可根据工作需求具体设置，从而检测出间隙R1变化的完整范围。可以理解的，本领域技术人员也可通过选取风力发电机中的其他位置来间接测量迷宫润滑通道间隙在其他方向的间隙变化，或者增加辅助测量设备进行测量，本实施例对测量上述间隙信息的方法和间隙信息的具体内容及形式(间隙信息的内容为实际测量的间隙位置，间隙信息的形式为实际测量时得到的数据类型，这与采用的传感器的种类有关)不作限定。S220，将间隙信息转化为间隙电信号。在实际测量过程中，由于采用的传感器的种类及获取间隙大小的原理不同，对应得到的间隙信息的形式也是不尽相同。例如，采用电涡流传感器测量得到的间隙信息为阻抗、采用电容传感器测量得到的间隙信息为电容等。为了便于将这些间隙信息进行统一化，与预设的标准间隙阈值区间进行比较，本实施例将传感器测量的间隙信息转为常用且可操作的间隙电信号，如电压信号或电流信号。例如，当采用电涡流传感器检测上述间隙R1作为表征迷宫润滑通道间隙的间隙信息时，可将电涡流传感器固定安装在定轴2外表面的安装面上，电涡流传感器包含探头线圈及延伸电缆，转动轴1自身的圆柱形内表面作为被测金属面，当被测金属面与探头之间的距离R1发生变化时，探头中线圈的线圈阻抗也发生变化，线圈阻抗的变化可被振荡器感知，引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压可经检波、滤波、线性补偿、放大归一处理后转化成电压(电流)的变化，最终完成机械位移(距离R1)转换成电压或电流信号。S230，将间隙电信号与预设的间隙阈值区间进行比较，如果间隙电信号值未落入间隙阈值区间内，则触发风电机组调整当前运行状态，以使后续间隙电信号值重新落入间隙阈值区间内。为了将迷宫润滑通道间隙控制在合理范围内，避免迷宫润滑通道出现摩擦及碰撞，本实施例预设一个间隙阈值区间，该间隙阈值区间为迷宫润滑通道间隙处于合理范围时，上述间隙电信号值所对应的合理值范围。当经过距离检测传感器检测以及信号转换后得到的间隙电信号落入该间隙阈值区间内，则表征当前迷宫润滑通道间隙处于合理范围，不必进行处理；当经过距离检测传感器检测以及信号转换后得到的间隙电信号未落入该间隙阈值区间内，则表征当前迷宫润滑通道间隙处于合理范围以外，此时相应处理设备会触发风电机组调整当前运行状态，以使后续得到的间隙电信号值重新落入间隙阈值区间内，使迷宫润滑通道间隙处于合理范围。在实际应用场景中，上述检测间隙信息、转换生成间隙电信号以及间隙阈值区间比较，调整风电机组运行状态的过程可循环进行，直至间隙电信号值重新落入间隙阈值区间内或风电机组的系统要求停机为止。其中，针对上述方案中迷宫润滑通道间隙所处的合理范围经理论计算及有限元仿真分析后可确定润滑通道变化范围为3mm至5mm，对应的距离R1变化的合理范围为5mm(下限阀值)至10mm(上限阀值)。在具体应用场景中，可将此合理范围通过前置器转换为电压(或电流)信号，并与上述如由电涡流传感器测量并转换后输出的电压(或电流)信号的上限值与下限值一同传入控制中心，在控制中心进行信号判断，当测量值变化量于10mm至5mm之间时，调节量为0；当测量值变化量大于10mm或小于5mm时，控制中心计算所需调节量，并传输给风电机组的变桨控制器进行变桨调节。若变桨调节无法满足要求时，还可同时进行转速调节、功率调节。本实施例对风电机组调整当前运行状态的具体操作对象和行为不作限定，任一种通过改变当前风电机组运行状态，而使得后续得到的间隙电信号值重新落入间隙阈值区间内的运行状态调整均可列为被调整的对象，而不限于变桨调节、变转速调节或变功率调节。具体地，在步骤S220中，通过距离检测传感器检测风力发电机上转动轴与定轴在垂直中轴线的一个平面上的轴间隙信息作为监测对象时，相应的间隙阈值区间为表征迷宫润滑通道间隙在合理范围时，对应的发电机上转动轴与定轴在垂直中轴线的一个平面上的轴间隙信息的间隙电信号对应的轴间隙阈值区间。本发明实施例提供的应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护方法，基于距离控制技术，在迷宫密封润滑通道间隙因结构变形而增大或减小时，通过改变风电机组的运行状态来实施自动控制并调节，改善风电机组的结构变形状态，并减振降噪，进而保证迷宫密封润滑通道间隙始终处于合理范围之内，防止发生干摩擦或金属碰撞，提高风机运行性能。进一步地，本方案还可在一定程度上减少转动轴或定轴的设计刚度，减少结构重量，降低成本。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。实施例二图3为本发明提供的应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护装置一个实施例的结构框图，可执行如图1所示方法步骤。如图3所示，该应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护装置包括：距离检测传感器31、信号转换器32和控制器33，其中：距离检测传感器31设置在风力发电机上，用于在风力发电机运行时，通过距离检测传感器检测表征位于风力发电机上的迷宫润滑通道间隙的间隙信息；信号转换器32与距离检测传感器31连接，用于将间隙信息转化为间隙电信号；控制器33与信号转换器32和风电机组连接，用于将间隙电信号与预设的间隙阈值区间进行比较，如果间隙电信号值未落入间隙阈值区间内，则触发风电机组调整当前运行状态，以使后续间隙电信号值落入间隙阈值区间内。进一步地，如图4a和图4b所示，上述距离检测传感器设置在风力发电机的定轴2外表面，用于检测风力发电机上转动轴1与定轴2在垂直中轴线的一个平面上的轴间隙信息。具体地，如图4a和图4b所示，由于定轴2的外表面及转动轴1的内表面(被测金属面)均为圆柱形表面，故垂直于水平轴线且包含电涡流传感器的平面与定轴2的外表面及转动轴1的内表面的交线均为一空间圆形，而已知空间圆形上3点，便可以通过数学算法得出空间圆形方程，即只需测量任意三处不共线点对应的距离R1，便可根据数学算法计算出周向360°范围内任意位置的距离R1，进而获得距离R1在360°范围内变化的上限值及下限值，因此，如图4b中所示，可采用三个距离检测传感器31如电涡流传感器，任意不共线的布置在定轴2的外表面安装面上，优选的布置方式为图4b中3个电涡流传感器均匀布置在定轴2的外表面，即距离检测传感器31至少为三个，且等距离地设置在风力发电机的定轴2外表面，且在垂直中轴线的一个平面上，或者，等距离地设置在风力发电机的转动轴1内表面，且在垂直中轴线的一个平面上。如图5所示，为本发明提供的应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护装置与定轴的连接示意图。可选地，上述距离检测传感器31包括：光栅传感器、激光传感器、电涡流传感器、电容传感器、超声波传感器中一种或至少两种组合的传感器。当距离检测传感器31为电涡流传感器时，对应的信号转换器32可为如图6中的前置器32’，包括：依次连接的振荡器321、检测电路322和放大器323，其中，电涡流传感器31与振荡器321连接，放大器323与控制器33连接。如图6所示，每个电涡流传感器31包括探头311(探头内设置有探头线圈)、延伸电缆312。在检测过程中，以转动轴1自身的圆柱形内表面作为被测体面，当被测金属面与探头311之间的距离R1发生变化时，探头中线圈的线圈阻抗也发生变化，线圈阻抗的变化引起振荡器321的振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经检测电路322检波、滤波、线性补偿处理后输送至放大电路323进行放大归一处理后转化成电压(电流)的变化，最终将机械位移(距离R1)转换成电压或电流信号输送至控制器33进行后续处理。进一步地，上述间隙阈值区间为表征迷宫润滑通道间隙在合理范围时，对应的发电机上转动轴与定轴在垂直中轴线的一个平面上的轴间隙信息的间隙电信号对应的轴间隙阈值区间。进一步地，上述控制器33具体用于触发风电机组进行变桨、变转速、变功率中的至少一种操作，以使后续间隙电信号值落入对应的间隙阈值区间内。本发明提供的应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护装置，基于距离控制技术，在迷宫密封润滑通道间隙因结构变形而增大或减小时，通过改变风电机组的运行状态来实施自动控制并调节，改善风电机组的结构变形状态，并减振降噪，进而保证迷宫密封润滑通道间隙始终处于合理范围之内，防止发生干摩擦或金属碰撞，提高风机运行性能。进一步地，本方案还可在一定程度上减少转动轴或定轴的设计刚度，减少结构重量，降低成本。进一步地，本发明还提供了一种应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护系统，包括：风电机组和如上所述的应用于风力发电机迷宫润滑通道的维护装置。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。