專利名稱：風電機組使用的變槳軸承自動潤滑系統(tǒng)的控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種控制方法，尤其涉及一種風電機組使用的變槳軸承自動潤滑系統(tǒng)的控制方法。
背景技術：
風力發(fā)電機組配備的潤滑裝置可實現(xiàn)在運行時對各個關鍵零部件進行潤滑操作， 保證了關鍵零部件的使用壽命，減少了風電機組的人為維護操作量。對于變槳軸承潤滑系統(tǒng)來說，由于變槳軸承設備特點和比較系統(tǒng)特殊的工作條件，更需要一種可靠的潤滑系統(tǒng)來實現(xiàn)對變槳軸承及開式齒面的雙重潤滑。風力發(fā)電機組的變槳軸承的潤滑包含兩個主要方面1、在變槳軸承內部實現(xiàn)對滾道的潤滑，簡稱變槳軸承潤滑；2、對變槳軸承與變槳減速箱輸出軸接觸的開式齒面的潤滑， 簡稱變槳齒面潤滑。根據(jù)風電機組的運行特點，這兩種潤滑的主要特點是變槳軸承潤滑變槳軸承上有6 12個注油孔，通過注油孔實現(xiàn)對軸承內部的滾柱和滑道的潤滑，為密閉式潤滑結構。此系統(tǒng)只需要定時注入新油，同時將混有雜質的廢油排出即可；變槳齒面潤滑對于齒面的潤滑，由于其為開放式結構，潤滑油脂只能附著在齒面上，但由于變槳系統(tǒng)驅動的槳葉只有在以下情況才有動作1、風機啟停機的過程；2、風機額定輸出功率前的小幅度變槳實現(xiàn)最佳攻角；3、風機額定輸出后大幅度變槳實現(xiàn)整機功率控制。所以風機正常運行過程中，與槳葉相連的變槳軸承只在較小的范圍內變動，即變槳齒面的有效工作范圍很小，一般來說在0 15°的范圍內，那么這個范圍就是最需要進行潤滑的部位。正常情況下，風機長時間處于額定功率以下運行，如果在變槳齒面的額定工作點潤滑不充分，會增加這個區(qū)域的損壞的概率，縮短變槳軸承的壽命。目前，行業(yè)內主要有兩種技術方案解決變槳軸承潤滑問題1、人為手動潤滑，包含對軸承及齒面的潤滑操作均由工程師操作，定時檢查，定時潤滑。由風電機組維護工程師依據(jù)工程經驗，對變槳軸承及齒面進行手動加油。其中，通過分布向軸承上的多個注油孔注油實現(xiàn)變槳軸承的潤滑，向變槳軸承和變槳減速箱輸出軸的齒面刷油實現(xiàn)齒面潤滑；2、自動潤滑裝置定時定量潤滑。通過在輪轂內增加自動潤滑裝置分別對變槳軸承和變槳齒面進行定時定量潤滑。自動潤滑裝置一般包括油脂罐、油脂泵、定時定量型控制器、分配器、注油管和相關檢測設備(阻塞檢測、流量檢測、油壓檢測等)等組成。對于齒面潤滑，還需要一個特殊設計的小齒輪，附加在變槳減速箱輸出軸上，實現(xiàn)對齒面的潤滑。 由于油脂泵每次注油量是固定的，所以可以通過設置控制器的循環(huán)間隔時間和單次運行時間來實現(xiàn)定時定量注油，例如每5小時運行一次油脂泵，每次運行2分鐘，每次注油量為 0. 2cm3。
以上潤滑系統(tǒng)方案中，方案一初始投入成本低，但后期維護量大，維護成本高；而方案二設備成本較高，但自動運行方式顯著降低了維護成本，目前應用較為廣泛。針對風電機組變槳軸承的運行特點和以上兩種方案的運行模式，可以總結出以下兩個方面的不足1、手動工作模式的不足；2、定時定量工作模式的不足。其中，方案一屬于手動工作模式，方案一和方案二同屬于定時定量工作模式。方案一等效于長定時，一般為2 周或一個月，方案二等效于短定時，一般為12小時或M小時。手動工作模式有以下缺點由于變槳軸承位于輪轂內，所以每次操作必須關閉風機，且需運行主剎車或啟動葉輪鎖裝置，以保證輪轂內操作的安全性，增加了維護操作的工序和難度；由于潤滑引起的停機操作會減低風電機組可利用率，潤滑所需的工具及設備均需要每次移動至輪轂內，并且變槳軸承和齒面的潤滑要求不同，需要兩種不同的潤滑油脂和注油設備，增加了風電機組的維護成本；對變槳軸承的定期潤滑的時間間隔的合理確定存在一定難度。時間間隔短，則造成維護量大，成本高；時間間隔長，會有變槳軸承潤滑失效進而引起軸承故障的風險。為了保證風機關鍵設備的安全運行，綜合考慮下，一般會選擇較短的維護間隔；由于齒面潤滑為開放式潤滑，在輪轂旋轉過程中，存在油脂被甩散至輪轂內的風險；同時環(huán)境溫度會造成油脂粘稠度的很大變化，那么在不同季節(jié)下，單次潤滑油脂的注入量的選擇成為一個難題；方案二的自動潤滑系統(tǒng)由于內置有定時控制器，解決了方案一的以上弊病，但是對于風電機組變槳系統(tǒng)尤其是變槳齒面潤滑的特殊要求來說，定時定量的工作模式亦有以下不可避免的缺點(以現(xiàn)有自動潤滑系統(tǒng)的方案為例)現(xiàn)有自動潤滑系統(tǒng)均采用潤滑小齒輪出油的方式實現(xiàn)潤滑。潤滑小齒輪固定于輪轂架上，并與變槳減速箱的輸出軸進行齒輪嚙合，通過將油加注在變槳減速箱輸出軸上，進而實現(xiàn)了對變槳齒面的潤滑。但是由于潤滑小齒輪固定位置的限制，出油點與變槳齒面的實際工作位置存在多個齒的間隔，即不能直接對工作位置進行潤滑。理論上，如果變槳系統(tǒng)無大范圍變槳動作，那么0°附近的工作區(qū)域將不會被潤滑，這將導致潤滑系統(tǒng)失效；確切的說，在此種模式下，只有在啟停機的過程中，對對應的變槳減速箱輸出軸的位置進行的潤滑才會對正常工作區(qū)域產生潤滑效果，潤滑效率是很低的；自風機開始運行，定時控制器就開始進行計時，進行定時定量輸出。但考慮到以上缺點，潤滑小齒輪的出油點不能對工作區(qū)域進行潤滑，相反，過多的油脂處于一種無保護的狀態(tài)，積累過多后，輪轂的旋轉將導致油脂甩出，造成輪轂其他設備的污染，尤其是對變槳控制器和儲能電池系統(tǒng)的污染。以上分析可知，以定時定量注油的為控制方式的自動潤滑控制系統(tǒng)不能滿足風力發(fā)電機組變槳軸承的潤滑要求，并可能導致其他設備的油污染，給維護人員增加了維護工作量，并浪費了大量潤滑油。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種風電機組使用的變槳軸承自動潤滑系統(tǒng)的控制方法，能夠對變槳軸承及變槳齒面實現(xiàn)良好潤滑，滿足軸承運行對潤滑系統(tǒng)的技術需要，同時提供了潤滑系統(tǒng)效率，減少了潤滑油脂的使用量。為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種風電機組使用的變槳軸承自動潤滑系統(tǒng)的控制方法，由風電機組主控制器直接控制輪轂內變槳軸承的自動潤滑系統(tǒng)的油脂泵；所述方法包括以下步驟步驟1 由風電機組當前的變槳軸承摩擦力矩，計算得出當前的變槳軸承摩擦因子；步驟2 以待達到的變槳軸承摩擦因子為目標，根據(jù)風電機組的運行功率和所述當前的變槳軸承摩擦因子求出潤滑油脂需求量；步驟3 以預定的風電機組發(fā)電量為目標，根據(jù)該潤滑油脂需求量，制定潤滑控制策略；步驟4 根據(jù)平均風速和風機功率計算潤滑目標區(qū)域，所述潤滑目標區(qū)域為變槳軸承齒面的工作區(qū)域；同時計算潤滑小齒輪出油點與潤滑目標區(qū)域的角度差；步驟5 風電機組主控制器控制變槳系統(tǒng)執(zhí)行機構移動該角度差，并根據(jù)該控制策略進行自動潤滑。實施時，步驟1包括根據(jù)風機每周一次的自檢操作中測得的變槳軸承的摩擦力矩4和變槳軸承的摩擦力矩標準值fo，并利用以下公式計算出變槳軸承摩擦因子P，
權利要求
1.一種風電機組使用的變槳軸承自動潤滑系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 由風電機組主控制器直接控制輪轂內變槳軸承的自動潤滑系統(tǒng)的油脂泵； 所述方法包括以下步驟步驟1 由風電機組當前的變槳軸承摩擦力矩，計算得出當前的變槳軸承摩擦因子； 步驟2 以待達到的變槳軸承摩擦因子為目標，根據(jù)風電機組的運行功率和所述當前的變槳軸承摩擦因子求出潤滑油脂需求量；步驟3:以預定的風電機組發(fā)電量為目標，根據(jù)該潤滑油脂需求量，制定潤滑控制策略；步驟4 根據(jù)平均風速和風機功率計算潤滑目標區(qū)域，所述潤滑目標區(qū)域為變槳軸承齒面的工作區(qū)域；同時計算潤滑小齒輪出油點與潤滑目標區(qū)域的角度差；步驟5:風電機組主控制器控制變槳系統(tǒng)執(zhí)行機構移動該角度差，并根據(jù)該控制策略進行自動潤滑。
2.根據(jù)權利要求1所述的風電機組使用的變槳軸承自動潤滑系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，步驟1包括根據(jù)風機每周一次的自檢操作中測得的變槳軸承的摩擦力矩4和變槳軸承的摩擦力矩標準值fo，并利用以下公式計算出變槳軸承摩擦因子P，
3.根據(jù)權利要求2所述的風電機組使用的變槳軸承自動潤滑系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，步驟3包括建立潤滑效果評估的數(shù)學模型，即在保證一定潤滑效果的前提下，不同的風電機組運行的平均功率P和變槳軸承摩擦因子P對應所需的潤滑油脂需求量Y，其計算公式為
4.根據(jù)權利要求3所述的風電機組使用的變槳軸承自動潤滑系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，在步驟4中，根據(jù)一段時間內平均風速V和風機功率P計算潤滑目標區(qū)域，該潤滑目標區(qū)域是變槳軸承齒面的工作區(qū)域α 1 α 2，計算方法如下α = F2 (V, P, α。)X = max (K4Xmin [K2 X (V3-Vn3)，K3X (P-Pn) ], α 0} α2 = F3 (V, P, α ) = max (K4Xmax [K2 X (V3-Vn3)，K3X (P-Pn) ]，α 0} 其中，K2，K3, K4為比例因子;VN為額定風速;PN為額定功率；α 0為最小變槳角度； 并根據(jù)以下公式計算潤滑小齒輪出油點與潤滑目標區(qū)域的角度差β = 為小齒輪出油點所處位置的角度參考值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種風電機組使用的變槳軸承自動潤滑系統(tǒng)的控制方法，所述方法包括以下步驟由風電機組當前的變槳軸承摩擦力矩，計算得出當前的變槳軸承摩擦因子；以待達到的變槳軸承摩擦因子為目標，根據(jù)風電機組的運行功率和所述當前的變槳軸承摩擦因子求出潤滑油脂需求量；以預定的風電機組發(fā)電量為目標，根據(jù)該潤滑油脂需求量，制定潤滑控制策略；根據(jù)平均風速和風機功率計算潤滑目標區(qū)域，所述潤滑目標區(qū)域為變槳軸承齒面的工作區(qū)域；同時計算潤滑小齒輪出油點與潤滑目標區(qū)域的角度差；風電機組主控制器控制變槳系統(tǒng)執(zhí)行機構移動該角度差，并根據(jù)該控制策略進行自動潤滑。本發(fā)明對變槳軸承及變槳齒面實現(xiàn)良好潤滑。
文檔編號F16N7/38GK102374119SQ20101025071
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權日2010年8月11日
發(fā)明者李磊, 蔡旋, 辛理夫 申請人:華銳風電科技(集團)股份有限公司