一種風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法，包括下列步驟：用故障軸承更換齒輪箱中正常的軸承，模擬產(chǎn)生齒輪箱軸承故障；測試獲取齒輪箱軸承故障數(shù)據(jù)；將所述故障數(shù)據(jù)發(fā)送給齒輪箱故障診斷和分析系統(tǒng)進(jìn)行處理。本發(fā)明提出的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法，能夠產(chǎn)生滾動(dòng)體故障情況、軸承外滾道故障情況、軸承內(nèi)滾道故障情況、保持架故障情況四種常見故障。本發(fā)明提出的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法，通過產(chǎn)生若干種齒輪箱軸承的常見故障，可以為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱故障診斷和分析的提供真實(shí)的數(shù)據(jù)和依據(jù)。
【專利說明】一種風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱軸承故障分析【技術(shù)領(lǐng)域】，且特別涉及一種風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法，該方法能夠真實(shí)產(chǎn)生若干常見齒輪箱軸承故障，齒輪箱能夠在正常運(yùn)行條件和幾種故障運(yùn)行條件之間切換。

【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊(yùn)量巨大，全球的風(fēng)能約為2.74X 19MW,其中可利用的風(fēng)能為2X 17MW,比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。
[0003]把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械動(dòng)能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電力動(dòng)能，這就是風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三米的微風(fēng)速度(微風(fēng)的程度)，便可以開始發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電不需要使用燃料，也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染。
[0004]風(fēng)力發(fā)電所需要的裝置，稱作風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，大體上可分風(fēng)輪(包括尾舵)、發(fā)電機(jī)和鐵塔三部分。風(fēng)輪是把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的重要部件，它由兩只(或更多只)螺旋槳形的葉輪組成。當(dāng)風(fēng)吹向槳葉時(shí)，槳葉上產(chǎn)生氣動(dòng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速比較低，而且風(fēng)力的大小和方向經(jīng)常變化著，這又使轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定；所以，在帶動(dòng)發(fā)電機(jī)之前，還必須附加一個(gè)把轉(zhuǎn)速提高到發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的齒輪變速箱，再加一個(gè)調(diào)速機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，然后再聯(lián)接到發(fā)電機(jī)上。為保持風(fēng)輪始終對準(zhǔn)風(fēng)向以獲得最大的功率，還需在風(fēng)輪的后面裝一個(gè)類似風(fēng)向標(biāo)的尾舵。發(fā)電機(jī)的作用，是把由風(fēng)輪得到的恒定轉(zhuǎn)速，通過升速傳遞給發(fā)電機(jī)構(gòu)均勻運(yùn)轉(zhuǎn)，因而把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?br> [0005]截止到2013年底，全球超過80個(gè)國家已經(jīng)開發(fā)風(fēng)能，全球累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到318.12GW。我國(不包括臺灣地區(qū))累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量91413麗，連續(xù)四年總量居世界首位；累計(jì)并網(wǎng)容量77160MW，位居世界第一；全國風(fēng)力發(fā)電量134.9TWh，位列火電、水電之后成為第三大電源，2013年風(fēng)力發(fā)電量約占全國總發(fā)電量2.5%。
[0006]隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，雙饋型感應(yīng)發(fā)電機(jī)(Double-Fed Induct1nGenerator)在風(fēng)能發(fā)電中的應(yīng)用越來越廣。這種技術(shù)不過分依賴于蓄電池的容量，而是從勵(lì)磁系統(tǒng)入手，對勵(lì)磁電流加以適當(dāng)?shù)目刂?，從而達(dá)到輸出一個(gè)恒頻電能的目的。雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上類似于異步發(fā)電機(jī)，但在勵(lì)磁上雙饋發(fā)電機(jī)采用交流勵(lì)磁。我們知道一個(gè)脈振磁勢可以分解為兩個(gè)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁勢，而三相繞組的適當(dāng)安排可以使其中一個(gè)磁勢的效果消去，這樣一來就得到一個(gè)在空間旋轉(zhuǎn)的磁勢，這就相當(dāng)于同步發(fā)電機(jī)中帶有直流勵(lì)磁的轉(zhuǎn)子。雙饋發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢就在于，交流勵(lì)磁的頻率是可調(diào)的，這就是說旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁磁動(dòng)勢的頻率可調(diào)。這樣當(dāng)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不定時(shí)，適當(dāng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的頻率，就可以滿足輸出恒頻電能的目的。由于電力電子元器件的容量越來越大，所以雙饋發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力也越來越強(qiáng)，這使得雙饋機(jī)的單機(jī)容量得以提高。雖然，部分理論還在完善當(dāng)中，但是雙饋反應(yīng)發(fā)電機(jī)的廣泛應(yīng)用這一趨勢將越來越明顯。
[0007]全世界商業(yè)運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組以雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為主，國內(nèi)外多個(gè)研究機(jī)構(gòu)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障數(shù)據(jù)的分析指出，雙饋機(jī)組故障主要集中在齒輪箱、葉片、發(fā)電機(jī)、電氣系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、傳動(dòng)鏈、控制系統(tǒng)等關(guān)鍵部件。雙饋機(jī)組中的齒輪箱不斷受到變化的沖擊載荷作用，容易出現(xiàn)故障，導(dǎo)致機(jī)組的停機(jī)，產(chǎn)生高額的維修費(fèi)用，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
[0008]由于風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的故障屬于制造商和運(yùn)營商的商業(yè)秘密，一般很難得到真實(shí)的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的故障數(shù)據(jù)，因此本發(fā)明針對此情況提供了一種真實(shí)模擬風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障的方法，為風(fēng)力發(fā)電齒輪箱故障分析和診斷提供真實(shí)有效的原始數(shù)據(jù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明專利的主要目的是提供一種風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法，該方法通過產(chǎn)生若干種齒輪箱軸承的常見故障，可以為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱故障診斷和分析的提供真實(shí)的數(shù)據(jù)和依據(jù)。
[0010]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法，包括下列步驟:
[0011]用故障軸承更換齒輪箱中正常的軸承，模擬產(chǎn)生齒輪箱軸承故障；
[0012]監(jiān)測并采集獲取所述齒輪箱軸承的故障數(shù)據(jù)；
[0013]將所述故障數(shù)據(jù)發(fā)送給齒輪箱故障診斷和分析系統(tǒng)進(jìn)行處理。
[0014]進(jìn)一步的，所述故障模擬方法用滾動(dòng)體缺損的軸承更換齒輪箱中正常的軸承，模擬產(chǎn)生齒輪箱軸承滾動(dòng)體故障。
[0015]進(jìn)一步的，所述故障模擬方法用內(nèi)滾道有缺陷的軸承更換齒輪箱中正常的軸承，模擬產(chǎn)生齒輪箱軸承內(nèi)滾道故障。
[0016]進(jìn)一步的，所述故障模擬方法用外滾道有缺陷的軸承更換齒輪箱中正常的軸承，模擬產(chǎn)生齒輪箱軸承外滾道故障。
[0017]進(jìn)一步的，所述故障模擬方法用保持架有缺陷的軸承更換齒輪箱中正常的軸承，模擬產(chǎn)生齒輪箱軸承保持架故障。
[0018]進(jìn)一步的，所述故障數(shù)據(jù)包括振動(dòng)信號和噪聲信息。
[0019]進(jìn)一步的，所述齒輪箱設(shè)置有傳感器，并通過采集器采集獲取所述齒輪箱軸承的故障數(shù)據(jù)。
[0020]進(jìn)一步的，所述齒輪箱故障診斷和分析系統(tǒng)包括應(yīng)變分析儀和軸承信號分析系統(tǒng)。
[0021]本發(fā)明提出的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法，能夠產(chǎn)生滾動(dòng)體故障情況、軸承外滾道故障情況、軸承內(nèi)滾道故障情況、保持架故障情況四種常見故障。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法流程圖。
[0023]圖2所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬功能原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖給出本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明不限于以下的實(shí)施方式。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0025]請參考圖1，圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法流程圖。發(fā)明提出一種風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法，包括下列步驟:
[0026]步驟SlOO:用故障軸承更換齒輪箱中正常的軸承，模擬產(chǎn)生齒輪箱軸承故障；
[0027]步驟S200:監(jiān)測并采集獲取所述齒輪箱軸承的故障數(shù)據(jù)；
[0028]步驟S300:將所述故障數(shù)據(jù)發(fā)送給齒輪箱故障診斷和分析系統(tǒng)進(jìn)行處理。
[0029]根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例，所述故障模擬方法用滾動(dòng)體缺損的軸承更換齒輪箱中正常的軸承，模擬產(chǎn)生齒輪箱軸承滾動(dòng)體故障，所述故障模擬方法用內(nèi)滾道有缺陷的軸承更換齒輪箱中正常的軸承，模擬產(chǎn)生齒輪箱軸承內(nèi)滾道故障，所述故障模擬方法用外滾道有缺陷的軸承更換齒輪箱中正常的軸承，模擬產(chǎn)生齒輪箱軸承外滾道故障，所述故障模擬方法用保持架有缺陷的軸承更換齒輪箱中正常的軸承，模擬產(chǎn)生齒輪箱軸承保持架故障。
[0030]進(jìn)一步的，所述故障數(shù)據(jù)包括振動(dòng)信號和噪聲信息，所述齒輪箱設(shè)置有傳感器，并通過采集器采集獲取所述齒輪箱軸承的故障數(shù)據(jù)，所述齒輪箱故障診斷和分析系統(tǒng)包括應(yīng)變分析儀和軸承信號分析系統(tǒng)。請參考圖2，圖2所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬功能原理圖。電動(dòng)機(jī)100連接有齒輪箱200，所述齒輪箱200設(shè)置有傳感器300，用于采集齒輪箱200的振動(dòng)信號和噪聲信息等故障數(shù)據(jù)，并通過采集器400將所述故障數(shù)據(jù)發(fā)送給信號分析系統(tǒng)500以及應(yīng)變分析儀600處理。從而使得所述齒輪箱故障診斷和分析系統(tǒng)得到齒輪箱軸承各種故障的原始數(shù)據(jù)，為分析齒輪箱軸承故障原因以及解決方法打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[0031]本發(fā)明提出的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法，能夠產(chǎn)生滾動(dòng)體故障情況、軸承外滾道故障情況、軸承內(nèi)滾道故障情況、保持架故障情況四種常見故障，并獲取相應(yīng)的故障數(shù)據(jù)信息。
[0032]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法，其特征在于，包括下列步驟: 用故障軸承更換齒輪箱中正常的軸承，模擬產(chǎn)生齒輪箱軸承故障； 監(jiān)測并采集獲取所述齒輪箱軸承的故障數(shù)據(jù)； 將所述故障數(shù)據(jù)發(fā)送給齒輪箱故障診斷和分析系統(tǒng)進(jìn)行處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法，其特征在于，所述故障模擬方法用滾動(dòng)體缺損的軸承更換齒輪箱中正常的軸承，模擬產(chǎn)生齒輪箱軸承滾動(dòng)體故障。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法，其特征在于，所述故障模擬方法用內(nèi)滾道有缺陷的軸承更換齒輪箱中正常的軸承，模擬產(chǎn)生齒輪箱軸承內(nèi)滾道故障。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法，其特征在于，所述故障模擬方法用外滾道有缺陷的軸承更換齒輪箱中正常的軸承，模擬產(chǎn)生齒輪箱軸承外滾道故障。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法，其特征在于，所述故障模擬方法用保持架有缺陷的軸承更換齒輪箱中正常的軸承，模擬產(chǎn)生齒輪箱軸承保持架故障。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法，其特征在于，所述故障數(shù)據(jù)包括振動(dòng)信號和噪聲信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法，其特征在于，所述齒輪箱設(shè)置有傳感器，并通過采集器采集獲取所述齒輪箱軸承的故障數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱軸承故障模擬方法，其特征在于，所述齒輪箱故障診斷和分析系統(tǒng)包括應(yīng)變分析儀和軸承信號分析系統(tǒng)。
【文檔編號】G01M13/04GK104344956SQ201410593879
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】謝源, 高志飛, 徐永斌 申請人:上海電機(jī)學(xué)院