包括傳動(dòng)系統(tǒng)、齒輪箱和發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的損害和剩余使用壽命的確定的制作方法
【專利摘要】一種用于預(yù)測(cè)風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件的剩余使用壽命的方法在步驟（116）確定針對(duì)渦輪機(jī)或組件的損害并且在步驟（118）將其與在步驟（114）所獲得的預(yù)設(shè)損害極限值進(jìn)行比較。該方法提供了一個(gè)簡(jiǎn)單方式以估計(jì)剩余使用壽命，為渦輪機(jī)操作者給出對(duì)管理下的渦輪機(jī)或發(fā)電廠的狀態(tài)的指示。
【專利說明】包括傳動(dòng)系統(tǒng)、齒輪箱和發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的損害和剩余使用壽命的確定
[0001]本發(fā)明涉及一種用于確定包括傳動(dòng)系統(tǒng)、齒輪箱以及發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的損害和剩余使用壽命的方法。特別地，涉及用于確定風(fēng)力和水力渦輪機(jī)及其組件的剩余使用壽命并使用這些數(shù)據(jù)來操作和管理渦輪機(jī)裝置的方法。該方法涉及針對(duì)該機(jī)械的累積損害并將其與預(yù)設(shè)損害極限值比較。這里損害是該傳動(dòng)系統(tǒng)、齒輪箱或發(fā)電機(jī)的機(jī)械或電子組件的惡化狀態(tài)的測(cè)量。一旦組件達(dá)到了 100%損害，該組件已經(jīng)故障并且不再適合于使用。例如軸承滾道上的大范圍剝落、齒輪齒開裂或者短路的繞組將需要更換損害了的組件。一旦累積的損害被計(jì)算出來，可以將其與預(yù)設(shè)損害極限值相比較并且能夠估計(jì)出剩余使用壽命。
[0002]雖然風(fēng)力渦輪機(jī)齒輪箱的設(shè)計(jì)壽命通常超過20年，然而風(fēng)力渦輪機(jī)齒輪箱在四到五年內(nèi)發(fā)生故障并不鮮見。這是因?yàn)閾p害演進(jìn)計(jì)算程序是基于假定的運(yùn)行配置，而在運(yùn)行中，實(shí)際的配置可能非常不同。
[0003]監(jiān)測(cè)與風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)，并確定何時(shí)這些參數(shù)移到操作窗口外，可能表明需要某種維護(hù)或調(diào)查。被監(jiān)測(cè)的運(yùn)行參數(shù)可以包括潤(rùn)滑溫度、潤(rùn)滑磨屑、振動(dòng)以及功率輸出。
[0004]振動(dòng)通常由狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所測(cè)量。一般來說，相比基準(zhǔn)的大的振動(dòng)表示損害。
[0005]振動(dòng)分析通常依賴于由傳感器所提供的測(cè)量超過預(yù)定的閾值，如果閾值被設(shè)置得太低其容易出現(xiàn)假警報(bào)。閾值水平不一定是恒定的并可能會(huì)隨頻率(及因此的速度)發(fā)生變化。沖擊和外來振動(dòng)的存在意味著該閾值水平必須被設(shè)置得足夠高以最小化假警報(bào)的風(fēng)險(xiǎn)。此外，該閾值必須足夠高以避免傳感器性能由在其生命周期內(nèi)可能發(fā)生的“蠕變(creep)”所造成的任何負(fù)面影響。此外，與故障或損害相關(guān)的振動(dòng)和那些不表明故障或損害的振動(dòng)之間沒有區(qū)別。
[0006]在運(yùn)行期間發(fā)展的諸如轉(zhuǎn)子的不平衡之類的故障可以在軸承上產(chǎn)生負(fù)荷，超過預(yù)期的負(fù)荷導(dǎo)致其設(shè)計(jì)壽命的減少。早期故障，諸如不平衡，可以從振動(dòng)特征的分析中被檢測(cè)到。這給出了不平衡的幅值，并且由不平衡導(dǎo)致的激振力是不平衡的幅值和速度的平方的函數(shù)。由故障導(dǎo)致的激振力因而可以從現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)被計(jì)算并被用來計(jì)算單個(gè)組件的負(fù)載。與假定的運(yùn)行配置的偏差可以通過使用通用風(fēng)力模擬模型來確定渦輪機(jī)軸的負(fù)載而解決，其允許單獨(dú)的組件基于現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)的負(fù)載被計(jì)算。結(jié)合這些給出在每個(gè)組件中的總負(fù)載，其可以被用來評(píng)估單獨(dú)的組件的損害和齒輪箱的損害。
[0007]然而，風(fēng)力模擬模型中的缺點(diǎn)意味著在渦輪機(jī)軸的負(fù)載可能并不可靠或準(zhǔn)確地被確定。
[0008]根據(jù)第一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用于確定一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械或其組件的損害的方法，該方法包括步驟:提供與一個(gè)或多個(gè)工作狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)；提供與該一個(gè)或多個(gè)工作狀態(tài)相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)損害系數(shù)；以及根據(jù)該一個(gè)或多個(gè)工作狀態(tài)和該一個(gè)或多個(gè)損害系數(shù)計(jì)算該損害。
[0009]優(yōu)選地，該旋轉(zhuǎn)機(jī)械包括傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、風(fēng)力渦輪機(jī)或水力渦輪機(jī)。
[0010]優(yōu)選地，該損害是損害，包括附加步驟:計(jì)算在所有工作狀態(tài)期間針對(duì)每個(gè)工作狀態(tài)的該損害的和。
[0011]優(yōu)選地，該提供一個(gè)或多個(gè)損害系數(shù)的步驟包括步驟:確定在額定工作狀態(tài)下和在相同期間的該一個(gè)或多個(gè)工作狀態(tài)下的損害；以及根據(jù)該在額定狀態(tài)下的該損害和在該一個(gè)或多個(gè)工作狀態(tài)下的該損害計(jì)算該一個(gè)或多個(gè)損害系數(shù)。
[0012]優(yōu)選地，該提供數(shù)據(jù)的步驟包括提供與一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，該提供數(shù)據(jù)的步驟包括提供與一個(gè)或多個(gè)瞬態(tài)工作狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，提供數(shù)據(jù)的步驟包括提供歷史數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，該提供數(shù)據(jù)的步驟包括收集來自一個(gè)或多個(gè)監(jiān)測(cè)該一個(gè)或多個(gè)工作狀態(tài)的傳感器的數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，該提供數(shù)據(jù)的步驟包括提供來自狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
[0013]優(yōu)選地，該提供一個(gè)或多個(gè)損害系數(shù)的步驟包括提供與一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)損害系數(shù)。優(yōu)選地，該提供一個(gè)或多個(gè)損害系數(shù)的步驟包括提供與一個(gè)或多個(gè)瞬態(tài)工作狀態(tài)相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)損害系數(shù)。
[0014]也公開了一種用于預(yù)測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械或其組件的剩余使用壽命的方法，該方法包括步驟:獲得針對(duì)該旋轉(zhuǎn)機(jī)械或其組件的損害極限值以及相應(yīng)的壽命；根據(jù)以上公開的方法確定針對(duì)該旋轉(zhuǎn)機(jī)械或其組件的損害；以及從該損害極限值、該相應(yīng)的壽命和該損害確定該剩余使用壽命。
[0015]優(yōu)選地，該調(diào)查實(shí)際損害的步驟選自包括下列組分的組:使用內(nèi)窺鏡、執(zhí)行振動(dòng)分析以及執(zhí)行潤(rùn)滑分析。
[0016]也公開了一種用于識(shí)別風(fēng)力渦輪機(jī)或其組件以維護(hù)的方法，該方法包括步驟:根據(jù)以上所述的方法確定所述旋轉(zhuǎn)機(jī)械或其組件的損害；分析針對(duì)該風(fēng)力渦輪機(jī)或其組件的工作數(shù)據(jù)；以及將該工作數(shù)據(jù)和與該損害值相關(guān)的閾值進(jìn)行比較。
[0017]優(yōu)選地，該工作數(shù)據(jù)是振動(dòng)數(shù)據(jù)。
[0018]優(yōu)選地，識(shí)別風(fēng)力渦輪機(jī)或其組件以維護(hù)包括識(shí)別其中該工作數(shù)據(jù)大于該閥值的風(fēng)力渦輪機(jī)或其組件。
[0019]也公開了一種用于針對(duì)風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件計(jì)算損害權(quán)重因子的方法，該方法包括步驟:評(píng)估在額定工作狀況下和多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)工作狀況下的該風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件的損害；從在額定狀態(tài)下的該預(yù)期壽命和在該多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)下引起的該預(yù)期壽命中計(jì)算該權(quán)重因子；其中該評(píng)估損害的步驟包括該提供所述風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件的
息的步驟。
[0020]優(yōu)選地，該提供信息的步驟包括提供一個(gè)或多個(gè)選自下列組的模型，該組包括:該齒輪箱、傳動(dòng)系統(tǒng)和/或發(fā)電機(jī)的標(biāo)稱模型；針對(duì)該特定的齒輪箱、傳動(dòng)系統(tǒng)和/或發(fā)電機(jī)所獨(dú)有的模型，包括該齒輪箱、傳動(dòng)系統(tǒng)和/或發(fā)電機(jī)的一個(gè)或多個(gè)組件的一個(gè)或多個(gè)制造變化的信息；全耦合有限元模型，包括針對(duì)該齒輪箱、傳動(dòng)系統(tǒng)和/或發(fā)電機(jī)所獨(dú)有的具有六個(gè)自由度的節(jié)點(diǎn)；以及一個(gè)或多個(gè)元模型，其中該一個(gè)或多個(gè)元模型針對(duì)該一個(gè)或多個(gè)組件的每一個(gè)是特定的。
[0021]優(yōu)選地，該損害系數(shù)或權(quán)重因子是在額定工作狀態(tài)下的該預(yù)期壽命和在現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)下的預(yù)期壽命的函數(shù)。優(yōu)選地，該損害系數(shù)或權(quán)重因子是在額定工作狀態(tài)下的預(yù)期壽命與在現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)下的預(yù)期壽命的比率的函數(shù)。優(yōu)選地，該損害系數(shù)或權(quán)重因子是在額定工作狀態(tài)下的預(yù)期壽命與在現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)下的損害的比率。[0022]也公開了一種計(jì)算機(jī)可讀產(chǎn)品，包括被設(shè)計(jì)用于實(shí)施根據(jù)以上所公開的任何一種方法的步驟的代碼裝置。
[0023]還公開了一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括被設(shè)計(jì)用于實(shí)施根據(jù)以上所公開的任何一種方法的步驟的裝置。
[0024]本發(fā)明現(xiàn)將僅通過示例的方式，參考所附附圖進(jìn)行描述，其中:
[0025]圖1示出了用于預(yù)測(cè)風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件的累積損害和剩余使用壽命的流程圖；
[0026]圖2示出了用于確定風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件的損害系數(shù)的流程圖；
[0027]圖3示出了用于使用基于模型的方法計(jì)算風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件損害的方法的步驟；
[0028]圖4、圖5和圖6示出了元模型構(gòu)建中的級(jí)；
[0029]圖7示出了用于基于累積損害對(duì)風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件安排維護(hù)的流程圖；
[0030]圖8示出了基于累積損害對(duì)齒輪箱進(jìn)行翻新的流程圖；
[0031]圖9示出了結(jié)合累積損害模型與針對(duì)在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)工作的多個(gè)渦輪機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)的圖表；以及
[0032]圖10圖示了根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例中的裝置的示意圖。
[0033]計(jì)算諸如齒輪箱、傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、風(fēng)力渦輪機(jī)或水力渦輪機(jī)、或這些旋轉(zhuǎn)機(jī)械的單獨(dú)組件之類的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的損害的方法如圖1中所示，其也示出了設(shè)置損害極限值和用于確定剩余使用壽命的方法。
[0034]在第一步驟100中渦輪機(jī)負(fù)載數(shù)據(jù)(其可以被模擬或被測(cè)量)被收集，以及諸如各種軸承的溫度、油的狀況之類的工作狀態(tài)被感測(cè)以及被記錄?？梢赃x擇工作狀態(tài)數(shù)據(jù)以表現(xiàn)狀態(tài)的典型范圍，或者可以從歷史記錄的數(shù)據(jù)諸如SCADA或狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中獲得該工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。
[0035]可以在步驟102在損害確定模型或元模型中使用該數(shù)據(jù)以確定與穩(wěn)態(tài)工作條件相關(guān)的EOH系數(shù)108。
[0036]針對(duì)非穩(wěn)態(tài)(瞬態(tài))狀態(tài)下相應(yīng)的損害系數(shù)106可在步驟104使用風(fēng)力渦輪機(jī)及組件的動(dòng)態(tài)模型、和/或軸承打滑模型、潤(rùn)滑系統(tǒng)模型或類似的模型被確定。
[0037]在步驟110，提供當(dāng)前或歷史數(shù)據(jù)，并且由該數(shù)據(jù)和在步驟106和108確定的損害系數(shù)導(dǎo)出損害，其中損害是工作狀態(tài)和相應(yīng)的損害系數(shù)的函數(shù)。
[0038]簡(jiǎn)而言之，累積損害(AD)限定了在各種所經(jīng)歷的工作狀態(tài)期間由風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或組件所累積的損害。AD等于與工作狀態(tài)相關(guān)的系數(shù)/權(quán)重因子乘以從相同持續(xù)時(shí)間內(nèi)額定狀態(tài)計(jì)算出的損害。針對(duì)其中導(dǎo)致的損害與在額定狀態(tài)下預(yù)期導(dǎo)致的損害相同的任何工作，在一定的持續(xù)時(shí)間后組件的AD將與相同持續(xù)時(shí)間內(nèi)在額定狀態(tài)下所計(jì)算出的損害相同，并且與這些損害相關(guān)的系數(shù)將會(huì)為1.0。如果工作事件導(dǎo)致?lián)p害比額定狀態(tài)大，那么在該工作事件期間的累積損害將會(huì)相應(yīng)地被增加。
[0039]AD=f (工作狀態(tài)，損害系數(shù))
[0040]在步驟112和114，損害極限值從損害模型和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)(故障記錄等)所確定，該損害極限值是旋轉(zhuǎn)機(jī)械或其組件不再適于使用的損害水平(100%或取決于應(yīng)用的任何其他預(yù)設(shè)值)。損害極限值通常具有關(guān)聯(lián)的壽命:因此損害極限值是當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械或其組件達(dá)到其壽命的終點(diǎn)時(shí)的預(yù)期損害水平。
[0041]在步驟116，計(jì)算在真實(shí)工作狀態(tài)下的累積損害。
[0042]最終，在步驟118使用累積損害、損害極限值和導(dǎo)致預(yù)設(shè)損害的工作持續(xù)時(shí)間來計(jì)算剩余使用壽命
[0043]在本發(fā)明中，從評(píng)估在相同持續(xù)時(shí)間的風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件在現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)下的損害和風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件在額定工作狀態(tài)下的損害中獲得損害系數(shù)。
[0044]風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件包括風(fēng)力或水力渦輪機(jī)的任一組件以及包括，例如渦輪機(jī)、渦輪機(jī)軸、齒輪箱的傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)，以及諸如齒輪、驅(qū)動(dòng)軸之類的任何子組件。
[0045]損害系數(shù)是相同持續(xù)時(shí)間內(nèi)在額定工作狀態(tài)下的損害和在現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)下的損害的函數(shù)。它可以是相同持續(xù)時(shí)間內(nèi)在額定工作狀態(tài)下的損害與在現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)下的損害的比率的函數(shù)。
[0046]圖2示出了用于確定風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件的損害系數(shù)的流程圖。
[0047]提供了作用于風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件上的例如力和/或力矩的負(fù)載數(shù)據(jù)204,206ο
[0048]負(fù)載數(shù)據(jù)204涉及到在額定工作狀態(tài)(Ck)下的工作，其可以是風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件被設(shè)計(jì)的狀態(tài)。負(fù)載數(shù)據(jù)204可以從設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)208中所獲得或?qū)С觥?br> [0049]負(fù)載數(shù)據(jù)206涉及根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)(C。)的負(fù)載。
[0050]現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)可以是傳感器歷史數(shù)據(jù)210或由CMS獲得或?qū)С龅腟CADA數(shù)據(jù)。[0051 ] 現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)可以是風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件在實(shí)際工作狀態(tài)下工作的實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)212。這意味著，損害系數(shù)可實(shí)時(shí)計(jì)算。這些系數(shù)可被存儲(chǔ)并當(dāng)經(jīng)歷類似的現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)時(shí)再次被使用，從而減少了隨著時(shí)間的推移所需的計(jì)算能力。
[0052]現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)可以是風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件可能預(yù)期工作在工作狀態(tài)的范圍的一個(gè)預(yù)期狀態(tài)庫(kù)214?？蛇x的或附加地，預(yù)期狀態(tài)庫(kù)214可以被傳感器歷史數(shù)據(jù)210或?qū)崟r(shí)傳感器數(shù)據(jù)212填充。這意味著損害系數(shù)可以在工作之前被計(jì)算，以減少在工作期間所需的計(jì)算能力。
[0053]設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)208、歷史數(shù)據(jù)210、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)212和庫(kù)數(shù)據(jù)214可以包括連續(xù)的數(shù)據(jù)范圍，或該數(shù)據(jù)可以被分為二進(jìn)制以簡(jiǎn)化計(jì)算。
[0054]該工作狀態(tài)可以是穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)或瞬態(tài)工作狀態(tài)。
[0055]在額定工作狀態(tài)下和在現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)下的損害202由與風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件相關(guān)的信息中被確定。該信息可以由檢查216或通過使用風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件的模型218提供。
[0056]損害系數(shù)220是相同持續(xù)時(shí)間內(nèi)在額定工作狀態(tài)下的損害和在現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)下的損害的函數(shù)。它可以是相同持續(xù)時(shí)間內(nèi)在額定工作狀態(tài)下的損害和在現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)下的損害的比率的函數(shù)。它可以是相同持續(xù)時(shí)間內(nèi)在額定工作狀態(tài)下的損害和在現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)下的損害的比率。
[0057]設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)208、歷史數(shù)據(jù)210、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)212或庫(kù)數(shù)據(jù)214不包含測(cè)量的或指定的負(fù)載信息，數(shù)據(jù)204、206可以從存在于數(shù)據(jù)中的其它測(cè)量的或指定的參數(shù)導(dǎo)出。該推導(dǎo)可以是可用數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單修改，或它可以通過使用風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件的模型218(未示出)獲得。[0058]可使用各種模型。例如，可以針對(duì)離開生產(chǎn)線的風(fēng)力或水力渦輪機(jī)的每個(gè)組件的一個(gè)或多個(gè)生成獨(dú)有模型。每一個(gè)獨(dú)有模型使用從生產(chǎn)線末端試驗(yàn)所推測(cè)出的尺寸和間隙被生成并可以相對(duì)于相應(yīng)的組件在其整個(gè)工作壽命期間保持。獨(dú)有的模型可以用來計(jì)算例如力和/或力矩的負(fù)載，該負(fù)載可以在組件上或組件中的任何地點(diǎn)或特定位置根據(jù)工作狀態(tài)作用于該組件。這反過來允許計(jì)算每個(gè)組件持續(xù)在額定或現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)下所承受的損害。
[0059]圖3示出了使用基于模型的方式計(jì)算風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件的損害的方法中的步驟。如所指示的，組件可以是例如齒輪箱。
[0060]在第一步驟36，提供齒輪箱的信息。這可以包括具有六個(gè)自由度的全耦合模型。該模型也可以是對(duì)于齒輪箱獨(dú)有的。該信息可以包括與齒輪箱組件的尺寸和間隙的一個(gè)或多個(gè)變化相關(guān)的信息。
[0061]在第二步驟38，在現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)期間作用于齒輪箱的例如力和/或力矩的負(fù)載可以在工作期間被監(jiān)測(cè)或從歷史數(shù)據(jù)(如SCADA)中被提供?？商娲?，負(fù)載可以從預(yù)期的現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)中被計(jì)算出。類似地，負(fù)載可以從額定工作狀態(tài)中被計(jì)算出。其中作用在齒輪箱上的負(fù)載在工作期間被連續(xù)監(jiān)測(cè)，這些測(cè)量可采用例如50Hz的常規(guī)采樣頻率。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，步驟38可以包括隨著時(shí)間的推移監(jiān)測(cè)一個(gè)或多個(gè)負(fù)載。監(jiān)測(cè)一個(gè)或多個(gè)負(fù)載可以包括監(jiān)測(cè)置于在預(yù)定位置的齒輪箱之中或之上的一個(gè)或多個(gè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器的輸出。
[0062]在第三步驟40，計(jì)算由一個(gè)或多個(gè)負(fù)載在數(shù)據(jù)的每個(gè)采樣導(dǎo)致的對(duì)每一個(gè)組件的損害，無論損害是如何被確定的。要做到這一點(diǎn)，上述全耦合系統(tǒng)模型被用于計(jì)算出系統(tǒng)的撓度(deflections)和組件負(fù)載。齒輪齒之間的接觸通過使用考慮到輪齒彎曲剛度和齒輪嚙合的接觸剛度的有限元法被建模。這些剛度可被計(jì)算或基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)并考慮到全模型的靜載撓度分析?？梢葬槍?duì)每個(gè)齒輪嚙合計(jì)算出齒面負(fù)載分布、齒面接觸應(yīng)力或彎曲應(yīng)力。然后這些值可以與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或用于計(jì)算工作的接觸應(yīng)力的經(jīng)驗(yàn)方法相比較，例如根據(jù)IS06336-2中給出的方法。該齒彎曲應(yīng)力可以通過使用有限元模型被計(jì)算或使用經(jīng)驗(yàn)方法被計(jì)算，例如IS06336-3中的方法。齒輪接觸故障和齒輪彎曲故障的S-N曲線可以被采用并可以基于數(shù)學(xué)模擬或可以基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，例如在IS06336中提供的數(shù)據(jù)。每個(gè)組件的累積損害的預(yù)測(cè)被連續(xù)地更新，從而允許使用例如S-N曲線和ISO標(biāo)準(zhǔn)中有效的軸承壽命數(shù)據(jù)之類的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)每個(gè)組件的剩余壽命。
[0063]軸承損害的計(jì)算可以使用RomaxDesigner軟件被執(zhí)行。該計(jì)算需要考慮到諸如軸承內(nèi)部幾何形狀、剛度和軸承組件的變形、軸承組件和被考慮的軸承負(fù)載和剛度間的接觸之類的因子。
[0064]所提供的齒輪箱信息不能在和數(shù)據(jù)采樣的一樣的高頻率下進(jìn)行分析是可能的。例如，為了預(yù)測(cè)由于數(shù)據(jù)的每一個(gè)采樣所導(dǎo)致的損害所需的模型分析可能需要I秒鐘，然而該數(shù)據(jù)可能在50Hz被采樣。在這種情況下可以采用近似值(元模型)以使得損害的預(yù)測(cè)更迅速。
[0065]元模型的構(gòu)建分為三個(gè)階段:
[0066]I)在齒輪箱工作開始前從齒輪箱模型中獲得多個(gè)數(shù)據(jù)采樣；
[0067]2)使用響應(yīng)曲面法(RSM)確定基本趨勢(shì)；[0068]3)使用集中在每個(gè)采樣點(diǎn)的高斯核(Gaussian kernel)引入該趨勢(shì)的高斯偏差(Gaussian deviation)。
[0069]元模型可以只使用以上的步驟I)和2)被構(gòu)建。
[0070]圖4至6示出了適用于兩個(gè)變量問題的以上所列的三個(gè)階段。圖4示出了所繪制的原始數(shù)據(jù)點(diǎn)。圖5示出了由二階多項(xiàng)式構(gòu)建的近似函數(shù)。圖5示出了包括高斯核的近似函數(shù)。
[0071]元模型中的變量可以是齒輪箱模型、傳動(dòng)系統(tǒng)或發(fā)電機(jī)中任何地方被定義的一個(gè)或多個(gè)以下負(fù)載:X方向上的力(Fx) ;y方向上的力(Fy) ；z方向上的力(Fz);關(guān)于X軸的力矩(Mx);關(guān)于y軸的力矩(My)，關(guān)于z軸的力矩(Mz)?？商娲?，變量可以包括任何的X，y和z方向的位移，或者關(guān)于任何的X，y和z軸的旋轉(zhuǎn)，或者溫度。
[0072]元模型從與以上所列的任何變量中的不同組合對(duì)應(yīng)的每一個(gè)數(shù)據(jù)采樣中被構(gòu)建。元模型的精度可以取決于被用于確定用來生成每一個(gè)數(shù)據(jù)采樣的變量的方法。采樣點(diǎn)被隨機(jī)確定的采樣規(guī)則(sampling regime)是可能的但不理想的，因?yàn)樗梢栽斐梢恍?shù)據(jù)采樣具有會(huì)導(dǎo)致元模型不準(zhǔn)確的相似變量。在元模型變量所代表的設(shè)計(jì)間距中均勻地隔開數(shù)據(jù)采樣是優(yōu)選的。
[0073]在元模型變量的設(shè)計(jì)間距中的均勻數(shù)據(jù)采樣是通過使用遺傳算法優(yōu)化采樣策略達(dá)到的。一種方法是將任意兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)之間的最小距離最大化。許多其它合適的采樣策略存在在文中，包括將任何兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)之間的最大距離最小化；L2優(yōu)化；拉丁超立方體米樣(latin hypercube sampling)。
[0074]使用響應(yīng)曲面法(RSM)識(shí)別基本趨勢(shì)的過程包括使用線性回歸擬合多項(xiàng)式采樣數(shù)據(jù)。多項(xiàng)式可以是任何階的并且可以包括部分或全部可能的項(xiàng)。多項(xiàng)式中變量的數(shù)目等于元模型中的變量的數(shù)目。變換可以在多項(xiàng)式擬合之前應(yīng)用到采樣數(shù)據(jù)以減少由于假設(shè)數(shù)據(jù)跟隨多項(xiàng)式趨勢(shì)所引起的可以升高的“模型偏置”。例如，如果觀察到的響應(yīng)的行為是跟隨類似指數(shù)的趨勢(shì)，那么多項(xiàng)式可以被擬合到變量的自然對(duì)數(shù)從而改進(jìn)元模型的精度。
[0075]高斯偏差(上述步驟3)可以表示為具有與元模型變量數(shù)目相等的多個(gè)維度的高斯函數(shù)。該偏差不要求是高斯函數(shù)并且可以由其他數(shù)學(xué)函數(shù)表示。每個(gè)偏差的幅度可以等于或相關(guān)于多項(xiàng)式模型的輸出和數(shù)據(jù)樣本響應(yīng)水平之間的差異。
[0076]針對(duì)齒輪箱中的每個(gè)組件(即針對(duì)每個(gè)齒輪和軸承)構(gòu)建獨(dú)有元模型以將測(cè)量的變量與作為結(jié)果的齒面負(fù)載分布因子，KHe，(用于齒輪，如在IS06336中限定的)和負(fù)載區(qū)域因子(用于軸承，如在IS0281中限定的)聯(lián)系起來。作用于齒輪箱、傳動(dòng)系統(tǒng)或發(fā)電機(jī)的任何一點(diǎn)上的例如力和/或力矩的任何數(shù)量的負(fù)載可以通過元模型與這些因子相關(guān)。然后負(fù)載區(qū)域因子和KHe值可被用于計(jì)算每個(gè)組件導(dǎo)致的損害的相應(yīng)量。可替代地，元模型可以將測(cè)量的變量與組件應(yīng)力、組件壽命或損害百分比聯(lián)系起來。
[0077]圖7示出了基于累積損害的對(duì)風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件安排維護(hù)的方法。
[0078]在步驟700，例如參照如以上圖1所公開的，確定渦輪機(jī)發(fā)電場(chǎng)中的渦輪機(jī)的當(dāng)前累積損害。
[0079]在步驟702，識(shí)別在一個(gè)或多個(gè)組件具有最高累積損害的渦輪機(jī)或多個(gè)渦輪機(jī)。
[0080]在步驟704，步驟702中的累積損害值或多個(gè)值與預(yù)設(shè)的損害極限值進(jìn)行比較以進(jìn)一步進(jìn)行取證調(diào)查。如果累積損害小于該值，則不采取任何行動(dòng)并且渦輪機(jī)繼續(xù)工作。[0081]如果累積損害高于該值，則在步驟706中進(jìn)行渦輪機(jī)的進(jìn)一步調(diào)查，例如內(nèi)窺鏡檢查、振動(dòng)分析、油分析等。
[0082]在步驟708，對(duì)調(diào)查的結(jié)果進(jìn)行評(píng)估:如果調(diào)查表明該渦輪機(jī)不具有工作上的問題，則不采取任何行動(dòng)并且渦輪機(jī)繼續(xù)工作。
[0083]如果調(diào)查表明渦輪機(jī)的確有工作上的問題，那么安排維護(hù)并且渦輪機(jī)可能隨后被降級(jí)。
[0084]圖8示出了基于累積損害的用于翻新齒輪箱的方法。
[0085]在步驟800，提供了故障的渦輪機(jī)齒輪箱，并且在步驟802，提供了相應(yīng)的齒輪箱和/或齒輪箱組件的歷史。
[0086]在步驟804和步驟806，參照如以上圖1所公開的確定組件的累積損害。
[0087]在步驟808，進(jìn)行關(guān)于組件的累積損害指示對(duì)該組件的翻新是否值得的評(píng)估。如果不是，則丟棄該組件。
[0088]如果是，則在步驟810檢查該組件。
[0089]在步驟814，如果檢查表明該組件的翻新是不值得的，則丟棄該組件。
[0090]在步驟814，如果檢查表明該組件適合于翻新，則該組件將被保留以提供一個(gè)經(jīng)翻新的齒輪箱。
[0091]在步驟816中，如果該組件已被更換，則該新的組件的EOH被設(shè)置為零。
[0092]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面的一種用于操作風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件的方法基于對(duì)與風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件的累積損害相關(guān)的振動(dòng)的定量測(cè)量。
[0093]可以通過一個(gè)簡(jiǎn)單的示例說明該方法，其工作參數(shù)水平分為三個(gè)水平:低、中以及聞。
[0094]如以上提及的，增強(qiáng)的振動(dòng)的危險(xiǎn)或損害在一定程度上取決于風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件的使用年限，換言之取決于累積損害。類似地，累積損害可以分為低、中以及高三個(gè)區(qū)域。
[0095]這個(gè)簡(jiǎn)單的方式使風(fēng)力或水力渦輪機(jī)的操作者基于例如在表1中所示的累積損害和CMS數(shù)據(jù)設(shè)置維護(hù)活動(dòng)的優(yōu)先級(jí)。
[0096]表1:根據(jù)AD值和工作參數(shù)水平需要采取的行動(dòng)
[0097]
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械或其組件的損害的方法，包括步驟: 提供與一個(gè)或多個(gè)工作狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)； 提供與所述一個(gè)或多個(gè)工作狀態(tài)相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)損害系數(shù)；以及 根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)工作狀態(tài)和所述一個(gè)或多個(gè)損害系數(shù)計(jì)算所述損害。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述旋轉(zhuǎn)機(jī)械包括傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、風(fēng)力渦輪機(jī)或水力渦輪機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中所述損害是累積的損害，包括附加步驟:計(jì)算針對(duì)在所有工作狀態(tài)期間每個(gè)工作狀態(tài)的所述損害之和。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述提供一個(gè)或多個(gè)損害系數(shù)的步驟包括步驟: 確定在額定工作狀態(tài)下和在相同持續(xù)時(shí)間的所述一個(gè)或多個(gè)工作狀態(tài)下的損害；以及 根據(jù)所述在額定狀態(tài)下的所述損害和在所述一個(gè)或多個(gè)工作狀態(tài)下的所述損害計(jì)算所述一個(gè)或多個(gè)損害系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述確定損害的步驟包括提供一個(gè)或多個(gè)選自下列組的模型，所述組包括: 軸承打滑模型； 動(dòng)態(tài)模型； 壽命模型； 所述齒輪箱、傳動(dòng)系統(tǒng)和/或發(fā)電機(jī)的標(biāo)稱模型； 針對(duì)所述特定的齒輪箱、傳動(dòng)系統(tǒng)和/或發(fā)電機(jī)所獨(dú)有的模型，包括關(guān)于所述齒輪箱、傳動(dòng)系統(tǒng)和/或發(fā)電機(jī)的一個(gè)或多個(gè)組件的一個(gè)或多個(gè)制造變化的信息； 全耦合有限元模型，包括針對(duì)所述齒輪箱、傳動(dòng)系統(tǒng)和/或發(fā)電機(jī)所獨(dú)有的具有六個(gè)自由度的節(jié)點(diǎn)；以及 一個(gè)或多個(gè)元模型，其中所述一個(gè)或多個(gè)元模型針對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)組件的每一個(gè)組件是特定的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)損害系數(shù)是在額定工作狀態(tài)下的損害與在所述相同持續(xù)時(shí)間的所述一個(gè)或多個(gè)工作狀態(tài)下的損害的比率的函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述提供數(shù)據(jù)的步驟包括提供與一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述提供數(shù)據(jù)的步驟包括提供與一個(gè)或多個(gè)瞬態(tài)工作狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述提供數(shù)據(jù)的步驟包括提供歷史數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述提供數(shù)據(jù)的步驟包括收集來自一個(gè)或多個(gè)監(jiān)測(cè)所述一個(gè)或多個(gè)工作狀態(tài)的傳感器的數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述提供數(shù)據(jù)的步驟包括提供來自狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述提供一個(gè)或多個(gè)損害系數(shù)的步驟包括提供與一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)相關(guān)的損害系數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述提供一個(gè)或多個(gè)損害系數(shù)的步驟包括提供與一個(gè)或多個(gè)瞬態(tài)工作狀態(tài)相關(guān)的損害系數(shù)。
14.一種用于預(yù)測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械或其組件的剩余使用壽命的方法，所述方法包括步驟: 獲得針對(duì)所述旋轉(zhuǎn)機(jī)械或其組件的損害極限值以及相應(yīng)的壽命；根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的方法確定針對(duì)所述旋轉(zhuǎn)機(jī)械或其組件的損害；以及 從所述損害極限值、所述相應(yīng)的壽命和所述損害確定所述剩余使用壽命。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述相應(yīng)的壽命是導(dǎo)致?lián)p害的量等于所述損害極限值的工作持續(xù)時(shí)間。
16.一種用于維護(hù)包括一個(gè)或多個(gè)渦輪機(jī)的風(fēng)力或水力發(fā)電場(chǎng)的方法，所述方法包括步驟: 針對(duì)取證調(diào)查設(shè)定損害極限值； 根據(jù)權(quán)利要求2至13中任一項(xiàng)所述的方法確定針對(duì)所述渦輪機(jī)或其組件的損害； 識(shí)別具有最高累積損害的所述渦輪機(jī)； 當(dāng)所述損害大于所述預(yù)設(shè)損害極限值時(shí)調(diào)查所述渦輪機(jī)的實(shí)際損害；以及 所述渦輪機(jī)具有實(shí)際損害的，對(duì)其安排維護(hù)。
17.一種用于對(duì)翻新失效 的風(fēng)力或水力渦輪機(jī)組件進(jìn)行評(píng)估的方法，包括步驟: 根據(jù)權(quán)利要求14預(yù)測(cè)所述組件的所述剩余使用壽命； 設(shè)定翻新極限值； 當(dāng)所述剩余使用壽命大于所述翻新極限值時(shí)調(diào)查所述組件的實(shí)際損害； 所述組件是可維修的，翻新所述組件。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或權(quán)利要求17所述的方法，其中所述調(diào)查實(shí)際損害的步驟選自包括下列項(xiàng)的組:使用內(nèi)窺鏡、執(zhí)行振動(dòng)分析以及執(zhí)行潤(rùn)滑分析。
19.一種用于識(shí)別風(fēng)力渦輪機(jī)或其組件以便維護(hù)的方法，所述方法包括步驟: 根據(jù)權(quán)利要求2至13中任一項(xiàng)所述的方法確定所述旋轉(zhuǎn)機(jī)械或其組件的損害； 分析針對(duì)所述風(fēng)力渦輪機(jī)或其組件的工作數(shù)據(jù)；以及 將所述工作數(shù)據(jù)和與所述損害值相關(guān)的閾值進(jìn)行比較。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，附加地包括根據(jù)損害值的一個(gè)或多個(gè)范圍針對(duì)工作數(shù)據(jù)設(shè)置閾值的步驟。
21.根據(jù)任意權(quán)利要求20所述的方法，其中所述工作數(shù)據(jù)是振動(dòng)數(shù)據(jù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求19至21中任一項(xiàng)所述的方法，其中識(shí)別風(fēng)力渦輪機(jī)或其組件以便維護(hù)包括識(shí)別其中所述工作數(shù)據(jù)大于所述閥值的風(fēng)力渦輪機(jī)或其組件。
23.一種用于針對(duì)風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件計(jì)算損害權(quán)重因子的方法，所述方法包括步驟:評(píng)估在額定工作狀態(tài)下和多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)下的所述風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件的損害； 從在額定狀態(tài)下的所述預(yù)期壽命和在所述多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)下造成的所述預(yù)期壽命中計(jì)算所述權(quán)重因子；其中所述評(píng)估損害的步驟包括所述提供關(guān)于所述風(fēng)力或水力渦輪機(jī)或其組件的信息的步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述提供信息的步驟包括提供一個(gè)或多個(gè)選自下列組的模型，所述組包括: 所述齒輪箱、傳動(dòng)系統(tǒng)和/或發(fā)電機(jī)的標(biāo)稱模型； 針對(duì)所述特定的齒輪箱、傳動(dòng)系統(tǒng)和/或發(fā)電機(jī)所獨(dú)有的模型，包括關(guān)于所述齒輪箱、傳動(dòng)系統(tǒng)和/或發(fā)電機(jī)的一個(gè)或多個(gè)組件的一個(gè)或多個(gè)制造變化的信息； 全耦合有限元模型，包括針對(duì)所述齒輪箱、傳動(dòng)系統(tǒng)和/或發(fā)電機(jī)所獨(dú)有的具有六個(gè)自由度的節(jié)點(diǎn)；以及 一個(gè)或多個(gè)元模型，其中所述一個(gè)或多個(gè)元模型針對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)組件的每一個(gè)組件是特定的。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或權(quán)利要求24所述的方法，其中所述損害系數(shù)或權(quán)重因子是在額定工作狀態(tài)下的所述預(yù)期壽命和在現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)下的預(yù)期壽命的函數(shù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述損害系數(shù)或權(quán)重因子是在額定工作狀態(tài)下的預(yù)期壽命與在現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)下的預(yù)期壽命的比率的函數(shù)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述損害系數(shù)或權(quán)重因子是在額定工作狀態(tài)下的預(yù)期壽命與在現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)下的損害的比率。
28.一種計(jì)算機(jī)可讀產(chǎn)品，包括被設(shè)計(jì)用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至27中任一項(xiàng)所述的方法的所述步驟的代碼裝置。
29.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括被設(shè)計(jì)用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至27中任一項(xiàng)所述的方法的所述步驟的裝 置。
【文檔編號(hào)】F03D1/00GK103547976SQ201280024307
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月20日
【發(fā)明者】A·潘, 馬小芹, J·K·考爾塔特, E·戈里舍瓦 申請(qǐng)人:諾邁士科技有限公司