风力涡轮机动力传动系统故障诊断与寿命预测试验装置

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1.本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及风力涡轮机动力传动系统故障诊断与寿命预测试验装置。


背景技术：

2.如今，风能正成为缓解能源短缺和促进节能减排的有效手段之一，风力涡轮机是将风能转换成机械能、电能和热能的关键设备，因此风力涡轮机得到广泛应用。然而，由于恶劣的工作环境和多变的工作条件，使得风力涡轮机易发生故障，导致意外停机和额外的维护成本。根据凯斯风电场信息论坛的调查，风电场停机频率从每年(2009～2014年期间)的156次增加到每年(2015～2019年)的176次，这无疑会造成巨大的经济损失。为了减少意外停机的次数以及降低维护成本，迫切需要探索并了解风力涡轮机的故障模式和寿命状态。
3.为了实现上述需求，诸多科员人员设计有关风力涡轮机动力传动系统试验装置用以探索风力涡轮机的故障和寿命状态。然而现有的试验装置存在一些不足，例如一些试验装置采用风力涡轮机模拟器，进而建立半实物风力涡轮机传动系统，其虽可以直观展现风力发电过程，但由于风速等实验环境差距，使得试验装备无法充分展现风力涡轮机动力传统系统的运行状态；又如有一些试验装置利用电机模拟叶片旋转，虽然可模拟某些极端条件下的传动状态，但无法模拟风力涡轮机动力传动系统的全寿命状态。因此，有必要对现有试验装置进行改进完善，以期更好的完成对风力涡轮机动力传动系统进行故障诊断与寿命预测。
4.需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于解决现有技术所存在的问题，提供风力涡轮机动力传动系统故障诊断与寿命预测试验装置，具有结构设计合理、可以选择半实物模拟状态或者极端条件运行状态、实现故障诊断与寿命预测等优点。
6.本实用新型通过采取以下技术方案实现上述目的：
7.风力涡轮机动力传动系统故障诊断与寿命预测试验装置，包括：
8.试验台，用于安装动力传动系统及模式切换机构；
9.动力传动模拟系统，包括依次相连的减速机、平行轴齿轮箱、单级行星齿轮箱、扭矩传感器和变速负载；
10.故障模拟配件，用于模拟不同故障模式，包括成套的轴承故障配件和成套的齿轮故障配件，所述轴承故障配件用于替换平行轴齿轮箱和单级行星齿轮箱内的轴承，所述齿轮故障配件用于替换平行轴齿轮箱和单级行星齿轮箱内的齿轮；
11.模式切换机构，包括滑动设置在试验台上的滑板，所述滑板上沿其滑动方向间隔设有风力涡轮机模拟器和电动机，所述减速机通过联轴器与风力涡轮机模拟器或电动机连
接，所述滑板与试验台之间设有将模式切换机构锁紧的锁紧机构。
12.所述试验台上间隔设有两滑槽，对应的所述滑板底面间隔设有两滑轨，所述滑轨设置在滑槽内，所述滑槽长度大于所述滑轨长度。
13.所述锁紧机构包括间隔设置在试验台上的螺纹孔组a和螺纹孔组b，所述螺纹孔组a包括间隔设置的四个螺纹孔a，所述螺纹孔组b包括间隔设置的四个螺纹孔b，所述滑板上设有与螺纹孔a和螺纹孔b匹配的安装孔，所述安装孔上设有螺栓，所述风力涡轮机模拟器与减速机相连时通过螺栓与螺纹孔a连接将滑板锁紧，所述电动机与减速机相连时通过螺栓与螺纹孔b连接将滑板锁紧。
14.所述轴承故障配件包括内圈有缺陷的轴承、外圈有缺陷的轴承和滚珠有缺陷的轴承；所述齿轮故障配件包括缺齿的齿轮、齿根有裂纹的齿轮和表面有磨损的齿轮。
15.所述电动机为变速驱动电机，所述平行轴齿轮箱和单级行星齿轮箱的上端盖采用透明材料制成。
16.所述变速负载为发电机。
17.本实用新型采用上述结构，能够带来如下有益效果：
18.(1)可以实现风力涡轮机模拟器和电动机与动力传动模拟系统的切换选择，即能够实现半实物模拟状态和极端条件两种运行状态的模拟，从而实现风力涡轮机动力传动系统的全状态模拟与监测；(2)可以通过打开上端透明盖，更换平行轴齿轮箱中的轴承、齿轮以及单级行星齿轮箱中的轴承、齿轮来模拟不同的故障模式，从而实现风力涡轮机动力传动系统的全状态模拟，实现故障诊断与寿命预测。
附图说明：
19.图1为本实用新型试验装置的结构示意图；
20.图2为本实用新型试验台的局部结构示意图；
21.图3为本实用新型试验装置信号采集模块图；
22.图中，1、试验台，2、动力传动模拟系统，201、减速机，202、平行轴齿轮箱，203、单级行星齿轮箱，204、扭矩传感器，205、变速负载，3、模式切换机构，301、滑板，302、风力涡轮机模拟器，303、电动机，304、滑槽，305、滑轨，4、联轴器，5、锁紧机构，501、螺纹孔组a，502、螺纹孔组b，503、螺纹孔a，504、螺纹孔b，505、安装孔，506、螺栓。
具体实施方式：
23.为了更清楚的阐释本实用新型的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
24.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
25.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
26.此外，术语“a”、“b”、“上端”、“下端”等术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的位置。
27.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.如图1-3所示，风力涡轮机动力传动系统故障诊断与寿命预测试验装置，包括：
29.试验台1，用于安装动力传动系统2及模式切换机构3；
30.动力传动模拟系统2，包括依次相连的减速机201、平行轴齿轮箱202、单级行星齿轮箱203、扭矩传感器204和变速负载205；
31.故障模拟配件，用于模拟不同故障模式，包括成套的轴承故障配件和成套的齿轮故障配件，所述轴承故障配件用于替换平行轴齿轮箱和单级行星齿轮箱内的轴承，所述齿轮故障配件用于替换平行轴齿轮箱和单级行星齿轮箱内的齿轮；本技术的故障模拟配件属于现有技术，直接采购即可。
32.模式切换机构3，包括滑动设置在试验台1上的滑板301，所述滑板301上沿其滑动方向间隔设有风力涡轮机模拟器302和电动机303，这里的风力涡轮机模拟器直接采购即可，所述减速机301通过联轴器4与风力涡轮机模拟器301或电动机303连接，所述滑板301与试验台1之间设有将模式切换机构3锁紧的锁紧机构5。可以实现风力涡轮机模拟器和电动机与动力传动模拟系统的切换选择，即能够实现半实物模拟状态和极端条件两种运行状态的模拟，从而实现风力涡轮机动力传动系统的全状态模拟与监测；可以通过打开上端透明盖，用故障模拟配件替换平行轴齿轮箱中的轴承、齿轮以及单级行星齿轮箱中的轴承、齿轮来模拟不同的故障模式，从而实现风力涡轮机动力传动系统的全状态模拟，实现故障诊断与寿命预测。
33.所述试验台1上间隔设有两滑槽304，对应的所述滑板301底面间隔设有两滑轨305，所述滑轨305设置在滑槽304内，所述滑槽304长度大于所述滑轨305长度。采用滑槽304和滑轨305的方式实现滑板301的滑动，进而实现风力涡轮机模拟器302和电动机303的切换。
34.所述锁紧机构5包括间隔设置在试验台1上的螺纹孔组a501和螺纹孔组b502，所述螺纹孔组a501包括间隔设置的四个螺纹孔a503，所述螺纹孔组b502包括间隔设置的四个螺纹孔b504，所述滑板301上设有与螺纹孔a503和螺纹孔b504匹配的安装孔505，所述安装孔505上设有螺栓506，所述风力涡轮机模拟器302与减速机201相连时通过螺栓506与螺纹孔a503连接将滑板301锁紧，所述电动机303与减速机201相连时通过螺栓506与螺纹孔b504连接将滑板301锁紧。采用螺纹连接实现两个模式的锁紧，拆装方便，锁紧牢固。
35.所述轴承故障配件包括内圈有缺陷的轴承、外圈有缺陷的轴承和滚珠有缺陷的轴承；所述齿轮故障配件包括缺齿的齿轮、齿根有裂纹的齿轮和表面有磨损的齿轮。通过更换配件，组合模拟全状态故障模式。
36.所述电动机303为变速驱动电机，所述平行轴齿轮箱202和单级行星齿轮箱203的上端盖采用透明材料制成。便于观察内部运行情况。
37.所述变速负载205为发电机或。
38.本实用新型试验装置使用说明：
39.本技术的试验装置可以通过外置或添加的方式实现信号采集，实际使用时可以根
据采集需求将采集传感器磁吸或粘贴在被监测部件上，从而达到灵活式多源采集。
40.与试验装置配套的信号采集系统包括多个传感器、采集卡和上位机。传感器包括多个振动传感器和多个应变片式压力传感器，振动传感器采用磁吸的方式安装，可以根据模拟的故障位置和故障状况进行安装。例如，当欲监测单级行星齿轮箱单一故障单一信号时，可将一振动传感器磁吸附于齿轮箱外壳x方向进行信号采集；当欲监测单级行星齿轮箱单一故障的多轴向信号时，可将多个振动传感器磁吸附于齿轮箱外壳x、y、z方向进行信号采集；当欲监测多个齿轮箱的复合故障时，可将振动传感器分别磁吸附于多个齿轮箱采集信号，传感器个数没有严格限制，可根据需求扩展。其中，应变片式压力传感器采用粘贴的方式安装，应变片式压力传感器与振动传感器的应用同理。
41.传感器与采集卡采用有线连接，传感器的总个数最大不超过采集卡的最大采集通路，且采集卡通路左起三分二为振动传感器通路，其余为应变片式压力传感器通路。采集卡中有相应的通路的信号处理模块，以及边缘计算模块。
42.采集卡与上位机有线连接，将边缘计算处理好的各通路信号传输到上位机。其中上位机中有显示各个通路信号的显示模块(实现信号显示)，已经训练好的深度学习故障诊断模块(实现故障诊断或寿命预测)，以及将不同模拟状态进行分档保存的保存模块。
43.使用时，可以通过调节滑板301的位置实现风力涡轮机模拟器302和电动机303的切换，当风力涡轮机模拟器302与减速机201连接时实现半实物模拟状态，当电动机303与减速机201连接时可以实现极端条件模拟状态。
44.上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。
45.本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。