用于检测轴承中的初期损坏的方法与流程

本发明涉及一种用于检测轴承中的初期损坏的方法。特别地，但非排他地，本发明可涉及一种用于检测风力涡轮机中的轴承中的初期损坏的方法。

背景技术：

在以上限定的技术领域中，轴承失效可能是由轴承润滑剂中的颗粒污染引起的。

来自轴承内的颗粒或异物会在轴承滚道中形成若干压痕，该压痕会最终导致轴承失效。另外，轴承中颗粒的存在可以指示不利的操作条件，该不利的操作条件又生成额外的颗粒。

检测颗粒存在的一种方法可以是对润滑脂样品进行分析；然而，这些样品只能提供脂条件的简况，并且另外，这不能远程完成，因此其成本很高。

在某些应用中，例如在风力涡轮机中，出于实用和成本的原因，远程监视是必不可少的。

另一种解决方案是通过测量声发射来持续监视轴承；然而，持续监视也涉及高成本。此外，通常在轴承监视中使用的已知算法不能够区分至少尚不危险的颗粒污染和可能由过量颗粒污染引起的初期轴承失效。

因此，期望提供通过检测和区分由润滑剂中的颗粒污染引起的初期损坏和压痕来检测轴承中的初期损坏的新的可靠方法。还期望的是，可以在不使用持续监视的情况下远程执行这样的方法。

技术实现要素：

为了实现上述目的，根据独立权利要求提供了一种用于检测轴承中的初期损坏的方法。从属权利要求描述了本发明的有利发展和修改。

根据本发明的一方面，一种用于检测轴承中的初期损坏的计算机实施的方法包括以下步骤：

-从轴承上的多个传感器接收对应于多个脉冲的多个信号，在轴承的旋转期间每当在轴承的滚子和轴承座圈之间的接触点处遇到压痕时发射每个脉冲，

-分析所述多个信号，以用于在轴承上定位对应于所述多个脉冲的多个压痕，

-在轴承的数字模型上生成对应于轴承上的所述多个压痕的点的映射，贯穿轴承寿命的至少一时间间隔记录和更新该映射，

-每当所述点在所述映射中的分布不随机时，识别轴承中的初期损坏，

-生成初期损坏警告消息。

其中“轴承寿命的时间间隔”，其意指轴承总寿命的很大一部分，其便于识别并且其可以与轴承总寿命一致。

本发明的方法实现了以下优点：

-它可以周期性地执行，即不需要持续监视，

-它可以远程执行，

-它可用于执行失效预测，即在损坏存在之前预先识别可能导致损坏的参数和/或条件。

根据本发明，可以在轴承寿命内的不同时间处检测所定位的压痕的群集。每当初期损坏发展时，其将会在同一位置处被检测到更多次，从而在映射中生成点的非随机分布。

在识别这样的参数和/或条件之后，可以更好地估计轴承的剩余使用寿命（rul），并且允许例如更好地计划对轴承的维护，例如可以在低风力季节中而不是在高风力季节中更换轴承。

有利地，本发明的方法可用于提高轴承的寿命，从而导致显著的成本节约。

任选地，该方法还可包括以下步骤：当点在所述映射中的分布随机时（即当压痕存在，但由于没有检测到失效条件而没有生成初期损坏警告消息时），生成润滑污染消息。

根据本发明的示例性实施例，每当所述映射中的所述多个点的至少一部分被分组为群集时，就识别轴承中的初期损坏。群集的存在识别与随机分布的偏差。

根据本发明的另一示例性实施例，点的映射被细分成多个区域，以便于识别点的任何群集。每当至少点的群集存在于所述多个区域中的至少一个区域中时，就识别轴承中的初期损坏。

根据本发明的又一示例性实施例，定位所述多个压痕的步骤包括测量所述多个脉冲的周期性，以用于确定每个压痕是否存在于轴承的滚子上、或内座圈上或外座圈上。这基于如下事实：在一些应用中，轴承的内座圈在滚子和外座圈旋转、但处于不同的相应速度时是固定的，而在其他应用中，轴承的外座圈在滚子和内座圈旋转时是固定的。

在滚子上或座圈上精确定位所述多个压痕可包括测量所述多个信号中的至少两个信号之间的时间延迟。由相应传感器提供的每个信号可包括对应于由所述多个压痕引起的所述多个脉冲的多个峰值。对两个不同信号上的两个峰值之间的延迟的分析（这两个峰值两者都与同一脉冲和同一压痕相关联），可用于识别相应压痕的位置。

根据本发明的又一示例性实施例，在滚子上或外座圈上（即轴承的旋转元件上）定位所述多个压痕的步骤包括卡尔曼滤波。卡尔曼滤波可提高定位所述多个压痕的准确度。

附图说明

通过参考以下结合附图对本发明的实施例的描述，本发明的上述属性和其他特征和优点以及实现它们的方式将变得更加明显，并且本发明自身将得到更好的理解，其中：

图1示出了包括多个轴承的风力涡轮机的局部纵向截面图，根据本发明的方法可检测所述多个轴承的失效，

图2示出了应用本发明方法的轴承，

图3示出了在本发明的方法中使用的轴承的数字模型，

图4示出了说明本发明的方法的框图。

具体实施方式

图1示出了风力涡轮机1。风力涡轮机1包括塔架2，塔架2安装在未描绘的基座上。机舱3布置在塔架2的顶部上。

风力涡轮机1还包括具有两个、三个或更多个叶片4的风力转子5（在图1的视角中，仅两个叶片4可见）。风力转子5可围绕旋转纵向轴线y旋转。叶片4相对于旋转轴线y径向延伸。

风力涡轮机1包括永磁发电机11，永磁发电机11包括定子和转子。

根据本发明的其他可能实施例（附图中未表示），本发明可应用于具有内部或外部转子的任何其他类型的永磁机器。

风力转子5直接地（例如直接驱动）或借助于可旋转主轴9并通过齿轮箱（图1中未示出）与永磁发电机11旋转联接。提供了两个示意性描绘的轴承10，以便将主轴9和转子5保持就位。可旋转主轴9沿着旋转轴线y延伸。

用于检测轴承中的初期损坏的方法可应用于风力涡轮机1的主轴9的轴承10或任何其他需要监视的轴承。

图2示出了应用本发明方法的轴承10的示意图。

轴承10包括内座圈15和外座圈16之间的多个滚子20。滚子20围绕相应的中心轴线并且还围绕旋转纵向轴线y旋转，以允许固定的内座圈15和围绕旋转纵向轴线y旋转的外座圈16之间的相对旋转。

根据本发明的另一个可能的实施例，内座圈15围绕旋转纵向轴线y旋转，并且外座圈16被固定。

当颗粒在轴承10中被压碎或滚制时，在轴承10中在滚子20上和/或内座圈15上和/或外座圈16上产生小的压痕30。当轴承旋转时，每当滚子经过压痕时都会发射强烈的所谓后效应声发射（ae）脉冲。随着时间的推移，脉冲强度将会降低并最终消失。ae脉冲允许识别压痕30。为了检测ae脉冲，多个传感器（在附图中未表示）安装在轴承10上。在图2中，示出了外座圈16上的多个压痕30。

参考图3和4，描述了用于检测轴承10中的初期损坏的计算机实施的方法200的步骤。方法200包括从轴承10的多个传感器接收对应于多个ae脉冲的多个信号的第一步骤210。当轴承10旋转时，在轴承10的旋转期间每当在滚子20和内座圈15之间的接触点处或滚子20和外座圈16之间的接触点处遇到压痕30时，发射每个脉冲。

在第一步骤210之后，方法200包括对来自传感器的所述多个信号进行分析以用于在轴承10上定位对应于所述多个脉冲的多个压痕30的第二步骤220。

压痕可存在于一个或多个滚子20上和/或内座圈15上和/或外座圈16上。可以通过测量由传感器提供的每个信号中的所述多个脉冲的周期性来确定每个压痕是否存在于滚子20上或内座圈15上或外座圈16上。对应于存在于内座圈15（其是固定的）上或滚子20上或外座圈16（其旋转，但具有相应的不同旋转速度）上的同一压痕110的脉冲的周期性由轴承几何形状预先确定，并且与旋转速度成比例。

定位所述多个压痕30包括测量通过传感器测量的所述多个信号中的至少两个信号之间的时间延迟。由相应传感器提供的每个信号可包括对应于由所述多个压痕30引起的多个脉冲的多个峰值。对两个不同信号上的两个峰值之间的延迟的分析（这两个峰值两者都与同一脉冲和同一压痕30相关联）可用于识别压痕30与传感器的距离，即压痕在轴承10上的位置。

考虑到滚子20和外座圈16旋转，在这样的元件上定位所述多个压痕30可以通过使用卡尔曼滤波有效地执行。

在第二步骤220之后，方法200包括在轴承10的数字模型100上生成点110的映射的第三步骤230，每个点110对应于轴承10上的压痕30。贯穿轴承寿命的至少一时间间隔记录和更新点110的映射，使得该映射包括在这样的时间间隔期间识别的所有历史点110，每个点110对应于轴承10上检测到的或先前已经检测到的压痕30。

图3示出了数字模型100的局部表示，其仅包括图2的外座圈16的数字表示，其中存在多个历史检测到的压痕30。

点110的映射被细分成多个区域（图3中示出了四个区域150a-d）。

在第三步骤230之后，方法200包括检查点110在映射中的分布是否随机的第四步骤240。

特别地，该方法的第四步骤可包括检查点110的分布是否随机散布在包括点110的映射的区域150a-d上。

如果点110在映射中的分布不是随机的，则该方法继续至识别轴承10中的初期损坏并生成初期损坏警告的第五步骤250。

通过存在于图3上所示的点110的映射的同一区域150a中的点110的群集120来识别随机性的缺乏。

替代地，对于第五步骤250，如果点110在映射中的分布是随机的，则该方法继续至生成润滑污染消息的第六步骤260。

如果没有检测到压痕或在所检测的压痕之间的速率/时间延迟较长，则该方法可以进一步提供消息以表明没有达到临界条件。