專利名稱：風(fēng)電機組振動檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，尤其涉及風(fēng)電機組振動檢測裝置及方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)能是一種干凈的、可再生的能源，利用風(fēng)能發(fā)電是極為重要、且極具發(fā)展?jié)摿Φ?發(fā)電方式。風(fēng)力發(fā)電是通過能將風(fēng)力機械能轉(zhuǎn)化為電能的風(fēng)電機組來實現(xiàn)的。風(fēng)電機組主 要包括葉片、機艙和塔筒三部分，風(fēng)電機組的齒輪箱和發(fā)電機等均設(shè)置在機艙內(nèi)，葉片與機 艙內(nèi)的發(fā)電機通過主軸連接以使得葉片在風(fēng)力作用下轉(zhuǎn)動時可驅(qū)動發(fā)電機進行發(fā)電，從而 實現(xiàn)風(fēng)力機械能至電能的轉(zhuǎn)換。在風(fēng)電機組將風(fēng)力機械能轉(zhuǎn)化為電能這一過程中，風(fēng)電機 組的許多部件均會產(chǎn)生振動，這種振動達到一定程度時，將導(dǎo)致振動故障的出現(xiàn)，從而損壞 整個風(fēng)電機組。因此，對風(fēng)電機組的振動狀況進行檢測，以在故障預(yù)兆期內(nèi)，迅速作出正確 的診斷，并對風(fēng)電機組采取相應(yīng)的保護措施，具有重要的意義。現(xiàn)有技術(shù)中，對風(fēng)電機組的振動狀態(tài)進行檢測的方法中，分別在風(fēng)電機組的機艙 內(nèi)的齒輪箱和發(fā)電機上設(shè)置振動傳感器，以獲取齒輪箱和發(fā)電機的振動值，并將該獲取的 振動值與相應(yīng)的振動傳感器預(yù)置的一振動值相比較，當(dāng)齒輪箱和發(fā)電機的振動超過該預(yù)定 的振動值時，相應(yīng)的振動傳感器發(fā)出報警信號；通常還采用一個振動開關(guān)來測量風(fēng)電機組 的機艙的振動是否達到該振動開關(guān)的閾值，若未達到該閾值，則該風(fēng)電機組正常工作，若達 到該閾值，則該風(fēng)電機組自動停止工作。在上述的風(fēng)電機組檢測方法中，一方面，由于用于警示各部件將發(fā)生故障的報警 信號，以及用于指示風(fēng)電機組運轉(zhuǎn)或停止的指令均由一個傳感器或開關(guān)作出，所以當(dāng)某一 傳感器或開關(guān)發(fā)生故障時，則將導(dǎo)致該傳感器或開關(guān)所發(fā)出的信號或指令不準確，從而提 供錯誤的與該傳感器對應(yīng)的部件的振動情況，或?qū)е嘛L(fēng)電機組的錯誤運轉(zhuǎn)或停止。另一方 面，僅根據(jù)風(fēng)機機艙的振動狀況來決定該風(fēng)電機組的運轉(zhuǎn)或自動停止，而風(fēng)電機組的其他 部分的振動也有可能導(dǎo)致對風(fēng)電機組的損壞，所以不能夠給予風(fēng)電機組充分的保護。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述缺陷，本發(fā)明提供一種風(fēng)電機組振動檢測裝置，包括數(shù)個振動傳感器，分別設(shè)置在風(fēng)電機組的數(shù)個部件上以采集各所述部件的振動信 號；至少一個振動開關(guān)，設(shè)置在所述風(fēng)電機組的機艙上以檢測所述機艙的振動信號， 若檢測獲知所述機艙的振動大于所述振動開關(guān)的開啟閾值，則向控制模塊發(fā)送故障信號；振動評估模塊，與所述數(shù)個振動傳感器連接，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的加權(quán)值和加權(quán)公式 對所述振動信號進行處理，以獲取風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將所述風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù) 據(jù)與預(yù)設(shè)的故障值進行比較，若比較獲知所述振動狀態(tài)數(shù)據(jù)不小于所述故障值，則向控制 模塊發(fā)送所述故障信號；所述控制模塊，與所述振動開關(guān)和所述振動評估模塊連接，用于根據(jù)所述故障信號關(guān)閉所述風(fēng)電機組。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種風(fēng)電機組振動檢測方法，包括
采集各所述部件的振動信號；
檢測風(fēng)電機組的機艙的振動信號，若檢測獲知所述機艙的振動信號大于所述振動 開關(guān)的開啟閾值，則向控制模塊發(fā)送故障信號；
根據(jù)預(yù)設(shè)的加權(quán)值和加權(quán)公式對所述振動信號進行處理，以獲取風(fēng)電機組振動狀 態(tài)數(shù)據(jù)，并將所述風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的故障值進行比較，若比較獲知所述振動 狀態(tài)數(shù)據(jù)不小于所述故障值，則向控制模塊發(fā)送所述故障信號；
根據(jù)所述故障信號關(guān)閉所述風(fēng)電機組。
根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)電機組振動檢測裝置及方法，由于根據(jù)預(yù)設(shè)的加權(quán)值和加權(quán)公式 對風(fēng)電機組各部件的振動信號進行處理，獲取風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù)據(jù)，并當(dāng)該風(fēng)電機組振 動狀態(tài)數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)的故障值時可實現(xiàn)對風(fēng)電機組的關(guān)閉，同時還可在當(dāng)機艙的振動達到 一定值時實現(xiàn)對風(fēng)電機組的關(guān)閉，從而能夠結(jié)合風(fēng)電機組各部件的振動狀態(tài)來提供對該風(fēng) 電機組的保護，為風(fēng)電機組提供充分、可靠的安全保障。


圖1為本發(fā)明風(fēng)電機組振動檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明風(fēng)電機組振動檢測方法的流程圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù) 方案進行清楚、完整地描述。
圖1為本發(fā)明風(fēng)電機組振動檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，風(fēng)電機組振動 檢測裝置包括數(shù)個振動傳感器100、至少一個振動開關(guān)200、振動評估模塊300以及控制模 塊400。詳細說明如下。
數(shù)個振動傳感器100，分別設(shè)置在風(fēng)電機組的數(shù)個部件上以采集各部件的振動信 號。該數(shù)個部件例如為風(fēng)電機組的葉片、塔筒、主軸及設(shè)置在機艙內(nèi)的齒輪箱和發(fā)電機。振 動傳感器100的數(shù)量例如為m個。該m個振動傳感器100分別獲取葉片振動信號、塔筒振 動信號、主軸振動信號、齒輪箱振動信號和發(fā)電機振動信號。
至少一個振動開關(guān)200，設(shè)置在風(fēng)電機組的機艙上以檢測機艙的振動信號，若檢測 獲知機艙的振動大于所述振動開關(guān)的開啟閾值，則向控制模塊發(fā)送故障信號。該振動開關(guān) 200例如為擺錘振動開關(guān)，其得到的是開關(guān)量，即根據(jù)機艙的振動信號是否達到擺錘振動開 關(guān)的閾值而產(chǎn)生0/1信號。該擺錘振動開關(guān)輸出信號0時，表示振動正常，此時不向控制模 塊400發(fā)送故障信號。該擺錘振動開關(guān)輸出信號1時，表示振動過大，則控制模塊400接收 該輸出信號后，關(guān)閉風(fēng)電機組。
振動評估模塊300，與數(shù)個振動傳感器100連接，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的加權(quán)值和加權(quán)公 式對振動信號進行處理，以獲取風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù)據(jù)與預(yù) 設(shè)的故障值進行比較，若比較獲知振動狀態(tài)數(shù)據(jù)不小于該故障值，則向控制模塊400發(fā)送 故障信號。其中，加權(quán)值可根據(jù)風(fēng)電機組的機型、工況等進行設(shè)置。加權(quán)公式例如為5Z = (B1Z^a2Z2+. . . +anzn)
其中，ai; ，...，知為上述加權(quán)值，均為大于0小于1的數(shù)，Zl，Z2,... , \分別表 示各部件的振動信號，例如包括上述葉片振動信號、塔筒振動信號、主軸振動信號、齒輪箱 振動信號和發(fā)電機振動信號。
控制模塊400，與振動開關(guān)200和振動評估模塊300連接，用于根據(jù)故障信號關(guān)閉 風(fēng)電機組?？刂颇K400可在兩種情況下接收到故障信號一種情況是風(fēng)電機組的機艙的 振動大于振動開關(guān)的開啟閾值時，由振動開關(guān)200向控制模塊400發(fā)送故障信號；另一種情 況是根據(jù)風(fēng)電機組各部件的振動信號獲取的風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù)據(jù)大于預(yù)設(shè)的故障值時， 由振動評估模塊300向控制模塊400發(fā)送故障信號。該控制模塊400接收到任一故障信號， 則關(guān)閉風(fēng)電機組。
根據(jù)上述實施例的風(fēng)電機組振動檢測裝置，由于根據(jù)預(yù)設(shè)的加權(quán)值和加權(quán)公式對 風(fēng)電機組各部件的振動信號進行處理，獲取風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù)據(jù)，并當(dāng)該風(fēng)電機組振動 狀態(tài)數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)的故障值時可實現(xiàn)對風(fēng)電機組的關(guān)閉，同時還可在當(dāng)機艙的振動達到一 定值時實現(xiàn)對風(fēng)電機組的關(guān)閉，從而能夠結(jié)合風(fēng)電機組各部件的振動狀態(tài)來提供對該風(fēng)電 機組的保護，為風(fēng)電機組提供充分、可靠的安全保障。
進一步地，在上述實施例的風(fēng)電機組振動檢測裝置中，還包括信號處理模塊500。 信號處理模塊500設(shè)置在振動傳感器100與振動評估模塊300之間，用于當(dāng)風(fēng)電機組的部 件上設(shè)置有至少兩個振動傳感器100時，根據(jù)預(yù)設(shè)的信號處理方法對部件的至少兩組振動 信號進行處理，以獲取部件的一振動狀態(tài)數(shù)據(jù)。
例如，分別在主軸、齒輪箱和發(fā)電機上各設(shè)置兩個振動傳感器100，具體為設(shè)置 在主軸上的兩個振動傳感器100分別用于獲取第一主軸振動信號和第二主軸振動信號，其 中第一主軸振動信號可以是表征主軸的軸向振動的振動信號，第二主軸振動信號可以是表 征主軸的徑向振動的振動信號；設(shè)置在齒輪箱上的兩個振動傳感器100分別用于獲取第一 齒輪箱振動信號和第二齒輪箱振動信號，其中第一齒輪箱振動信號可以是表征齒輪箱的中 間軸振動的振動信號，第二主軸振動信號可以是表征齒輪箱的輸出軸振動的振動信號；設(shè) 置在發(fā)電機上的兩個振動傳感器100分別用于獲取第一發(fā)電機振動信號和第二發(fā)電機振 動信號，其中第一發(fā)電機振動信號可以是表征發(fā)電機的輸入端振動的振動信號，第二發(fā)電 機振動信號可以是表征發(fā)電機的輸出端振動的振動信號。
該信號處理模塊500例如包括分別用于對各部件的振動信號進行處理的單元，例 如包括主軸振動信號處理單元、齒輪箱振動信號處理單元和發(fā)電機振動信號處理單元。各 部件的兩組振動信號輸入對應(yīng)的振動信號處理單元，利用預(yù)設(shè)的信號處理方法對該兩組振 動信號進行處理，可獲取對應(yīng)的振動狀態(tài)數(shù)據(jù)。
預(yù)設(shè)的信號處理方法例如為模糊化方法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)方法或Q學(xué)習(xí)方法。下 面以預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)處理方法為模糊化方法為例，說明上述振動信號處理過程。以主軸振動信 號處理單元為例，第一主軸振動信號和第二主軸振動信號輸入主軸振動信號處理單元，模 糊化方法提取第一主軸振動信號的軸向振動特征信號參數(shù)和第二主軸振動信號的徑向振 動特征信號參數(shù)，上述特征信號參數(shù)用論域X表示，如下式所示
X = {通頻振幅值xn，一階振幅值X12，二階振幅值x13，... ,η階振幅值Xln
通頻振幅值，一階振幅值&2，二階振幅值&3，. . .，η階振幅值X2J6
其中，Xli表示主軸軸向振動特征信號參數(shù)，X2i表示主軸徑向振動特征信號參數(shù)
主軸的振動狀態(tài)用論域Y表示，如下式所示
Y = Iy1, y2, y3,......，ym}，其中，y」表示主軸的振動狀態(tài)。
集合A表示特征信號參數(shù)的一個模糊集合，如下式所示
A= {//^i , μΧα , ..., , , μΧη ,...,
集合B表示論域Y的一個模糊集合，如下式所示
, μ , ..., μ }。 定義特征信號參數(shù)Xu對應(yīng)于振動狀態(tài)&的隸屬度為 = ⑷，則兩論域間的模 糊關(guān)系用矩陣表示為
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)電機組振動檢測裝置，其特征在于，包括數(shù)個振動傳感器，分別設(shè)置在風(fēng)電機組的數(shù)個部件上以采集各所述部件的振動信號；至少一個振動開關(guān)，設(shè)置在所述風(fēng)電機組的機艙上以檢測所述機艙的振動信號，若檢 測獲知所述機艙的振動大于所述振動開關(guān)的開啟閾值，則向控制模塊發(fā)送故障信號；振動評估模塊，與所述數(shù)個振動傳感器連接，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的加權(quán)值和加權(quán)公式對所 述振動信號進行處理，以獲取風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將所述風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù)據(jù)與 預(yù)設(shè)的故障值進行比較，若比較獲知所述振動狀態(tài)數(shù)據(jù)不小于所述故障值，則向控制模塊 發(fā)送所述故障信號；所述控制模塊，與所述振動開關(guān)和所述振動評估模塊連接，用于根據(jù)所述故障信號關(guān) 閉所述風(fēng)電機組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機組振動檢測裝置，其特征在于，還包括信號處理模塊，設(shè)置在所述振動傳感器與所述振動評估模塊之間，用于當(dāng)所述風(fēng)電機 組的部件上設(shè)置有至少兩個所述振動傳感器時，根據(jù)預(yù)設(shè)的信號處理方法對所述部件的至 少兩組所述振動信號進行處理，以獲取所述部件的一振動狀態(tài)數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)電機組振動檢測裝置，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的信號處理 方法為模糊化方法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)方法或Q學(xué)習(xí)方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機組振動檢測裝置，其特征在于，還包括預(yù)處理模塊，設(shè)置在所述振動傳感器與所述振動評估模塊之間，所述預(yù)處理模塊用于 對所述振動信號進行放大和濾波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)電機組振動檢測裝置，其特征在于，所述數(shù)個振動傳感 器包括數(shù)個低頻振動傳感器和數(shù)個高頻振動傳感器；其中，所述數(shù)個低頻振動傳感器分別 設(shè)置在風(fēng)電機組的葉片、主軸和塔筒上以采集葉片振動信號、主軸振動信息和塔筒振動信 號；所述數(shù)個高頻振動傳感器設(shè)置在風(fēng)電機組的齒輪箱和發(fā)電機上以采集齒輪箱振動信號 和發(fā)電機振動信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)電機組振動檢測裝置，其特征在于，所述振動開關(guān)為擺 錘振動開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)電機組振動檢測裝置，其特征在于，所述振動評估模塊 還用于將所述風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的報警值進行比較，若比較獲知所述振動狀態(tài) 數(shù)據(jù)不小于所述報警值且小于所述故障值，則向控制模塊發(fā)送報警信號；相應(yīng)地，所述控制 模塊還用于根據(jù)所述報警信號進行報警。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)電機組振動檢測裝置，其特征在于，所述振動評估模塊包 括處理模塊、比較單元和發(fā)送單元，其中所述處理模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的加權(quán)值和加權(quán)公式對所述振動信號進行處理，以獲取 風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù)據(jù)；所述比較單元，用于將所述風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù)據(jù)與所述報警值和所述故障值進行比 較，以獲得所述風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù)據(jù)是否超過所述報警值和/或故障值的比較結(jié)果；所述發(fā)送單元，用于若所以比較結(jié)果中存在所述風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù)據(jù)超過所述報警 值和/或所述故障值的比較結(jié)果，則向所述控制模塊發(fā)送所述報警信號或所述故障信號。
9.一種風(fēng)電機組振動檢測方法，其特征在于，包括采集各所述部件的振動信號；檢測風(fēng)電機組的機艙的振動信號，若檢測獲知所述機艙的振動信號大于所述振動開關(guān) 的開啟閾值，則向控制模塊發(fā)送故障信號；根據(jù)預(yù)設(shè)的加權(quán)值和加權(quán)公式對所述振動信號進行處理，以獲取風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù) 據(jù)，并將所述風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的故障值進行比較，若比較獲知所述振動狀態(tài) 數(shù)據(jù)不小于所述故障值，則向控制模塊發(fā)送所述故障信號； 根據(jù)所述故障信號關(guān)閉所述風(fēng)電機組。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)電機組振動檢測方法，其特征在于，在所述根據(jù)預(yù)設(shè)的加 權(quán)值和加權(quán)公式對所述振動信號進行處理之前，還包括當(dāng)所述風(fēng)電機組的部件上設(shè)置有 至少兩個所述振動傳感器時，根據(jù)預(yù)設(shè)的信號處理方法對所述部件的至少兩組所述振動信 號進行處理，以獲取所述部件的一振動狀態(tài)數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種風(fēng)電機組振動檢測裝置及方法。該裝置包括數(shù)個振動傳感器，分別設(shè)置在風(fēng)電機組的數(shù)個部件上以采集各部件的振動信號；至少一個振動開關(guān)，設(shè)置在風(fēng)電機組的機艙上以檢測機艙的振動信號，若檢測獲知機艙的振動大于振動開關(guān)的開啟閾值，則向控制模塊發(fā)送故障信號；振動評估模塊，與數(shù)個振動傳感器連接，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的加權(quán)值和加權(quán)公式對所振動信號進行處理，以獲取風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將風(fēng)電機組振動狀態(tài)數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的故障值進行比較，若比較獲知振動狀態(tài)數(shù)據(jù)不小于故障值，則向控制模塊發(fā)送故障信號；控制模塊，與振動開關(guān)和振動評估模塊連接，用于根據(jù)故障信號關(guān)閉風(fēng)電機組。
文檔編號F03D7/00GK102042166SQ20101056545
公開日2011年5月4日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者張雯, 肖圳杰, 蘇麗營 申請人:華銳風(fēng)電科技(集團)股份有限公司