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CN106679977A - 一种风电机组变桨轴承监控方法及装置 - Google Patents

一种风电机组变桨轴承监控方法及装置 Download PDF

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CN106679977A CN201710001911.XA CN201710001911A CN106679977A CN 106679977 A CN106679977 A CN 106679977A CN 201710001911 A CN201710001911 A CN 201710001911A CN 106679977 A CN106679977 A CN 106679977A
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variable bearings
maximum
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董礼
巩海伟
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Guodian United Power Technology Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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Abstract

本发明公开了一种风电机组变桨轴承监控方法及装置，所述方法包括获取当前时刻变桨轴承内圈多个位置上对应的多个轴向位移和多个径向位移，从中找出最大轴向位移XO’和最大径向位移YO’；将所述最大轴向位移XO’和最大径向位移YO’分别与预设的最大轴向位移基准值Xmax和最大径向位移基准值Ymax作比较，并在XO’>Xmax和/或YO’>Ymax时，输出变桨调整信号和/或报警信号。本发明通过有效监测风电机组变桨轴承内圈的位移，能够提前预防，及时预警，避免损失。

Description

一种风电机组变桨轴承监控方法及装置
技术领域
本发明涉及风力发电机技术领域，特别是涉及一种风电机组变桨轴承监控方法及装置。
背景技术
风电机组变桨轴承是风电机组中必不可少的主要零部件，是连接叶片和轮毂的部件，具有承载叶片载荷及叶片变桨的功能。由于目前风电机组变桨轴承多为内齿式双排同径四点接触球轴承，且载荷较大，使用寿命较长，因而对润滑密封和加工精度以及材料机械性能的要求均较高。在使用过程中要求其载荷必需在材料强度允许范围内。但是现实使用中，风况载荷多变，载荷过大的情况难以完全杜绝，而载荷过大容易引起轴承内圈位移变形过大，加速轴承内外圈、滚珠滚道以及密封圈磨损失效，甚至有造成轴承内外圈断裂引起叶片坠落的严重事故。
一旦风电机组变桨轴承发生失效损坏，必须要将风电机组变桨轴承和叶片吊装至地面进行更换，费用昂贵、更换麻烦，严重影响风电机组的发电量，造成重大损失。为了能够及时避免轴承的磨损失效，需要有效的监控系统和方法，但是目前行业内在该领域，只是在轴承严重磨损到一定程度时候才会有监测报警，因此，亟需发展一种能够提前预防，及时预警，实时监测的预防措施，从而避免轴承的严重磨损，延长轴承的使用寿命，预防重大损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种风电机组变桨轴承监控方法及装置，能够通过有效监测风电机组变桨轴承内圈的位移，实现提前预防，及时预警，从而避免轴承的严重磨损，延长轴承的使用寿命，预防重大损失。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种风电机组变桨轴承监控方法，包括：获取当前时刻变桨轴承内圈多个位置上对应的多个轴向位移和多个径向位移，从中找出最大轴向位移XO’和最大径向位移YO’；将所述最大轴向位移XO’和最大径向位移YO’分别与预设的最大轴向位移基准值Xmax和最大径向位移基准值Ymax作比较，并在XO’>Xmax和/或YO’>Ymax时，输出变桨调整信号和/或报警信号。
作为进一步地改进，所述获取当前时刻变桨轴承内圈多个位置上对应的多个轴向位移和多个径向位移是通过均匀设置在所述变桨轴承内圈多个位置上的轴向位移传感器和径向位移传感器获得的。
所述轴向位移传感器安装在轴承内圈靠近轮毂侧的轴向断面处，所述径向位移传感器安装在轴承内圈靠近叶片侧的轴承内表面处，所述轴向位移传感器和径向位移传感器位置对齐，并分别在0°、90°、180°和360°四个位置布置，其中0°位置与轴承内圈的0°标记孔对齐。
所述预设的最大轴向位移基准值Xmax和最大径向位移基准值Ymax是根据有限元理论的计算结合风场实际运行的测定数据获得的。
还包括：获取机组连续运行一个时间周期内，出现所述最大轴向位移XO’>Xmax的频率Mx，以及出现所述最大径向位移YO’>Ymax的频率My；将所述频率Mx和频率My分别与预设的最大轴向位移频率基准值Nx和最大径向位移频率基准值Ny作比较，并在Mx>Nx和/或My>Ny时，输出报警信号。
所述一个时间周期为24小时。
一种风电机组变桨轴承监控装置，包括：第一获取模块，用于获取当前时刻变桨轴承内圈多个位置上对应的多个轴向位移和多个径向位移，从中找出最大轴向位移XO’和最大径向位移YO’；第一判断模块，用于将所述最大轴向位移XO’和最大径向位移YO’分别与预设的最大轴向位移基准值Xmax和最大径向位移基准值Ymax作比较，并在XO’>Xmax和/或YO’>Ymax时，输出变桨调整信号和/或报警信号。
作为进一步地改进，所述第一获取模块获取当前时刻变桨轴承内圈多个位置上对应的多个轴向位移和多个径向位移是通过均匀设置在所述变桨轴承内圈多个位置上的轴向位移传感器和径向位移传感器获得的。
所述轴向位移传感器安装在轴承内圈靠近轮毂侧的轴向断面处，所述径向位移传感器安装在轴承内圈靠近叶片侧的轴承内表面处，所述轴向位移传感器和径向位移传感器位置对齐，并分别在0°、90°、180°和360°四个位置布置，其中0°位置与轴承内圈的0°标记孔对齐。
还包括基准值预设模块，用于根据有限元理论的计算结合风场实际运行的测定数据获得所述预设的最大轴向位移基准值Xmax和最大径向位移基准值Ymax。
还包括：第二获取模块，用于获取机组连续运行一个时间周期内，出现所述最大轴向位移XO’>Xmax的频率Mx，以及出现所述最大径向位移YO’>Ymax的频率My；第二判断模块，用于将所述频率Mx和频率My分别与预设的最大轴向位移频率基准值Nx和最大径向位移频率基准值Ny作比较，并在Mx>Nx和/或My>Ny时，输出报警信号。
所述一个时间周期为24小时。
由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：
本发明实现了风电机组变桨轴承的有效监控，填补了行业内目前对风电机组变桨轴承运行状态监控领域的空白。通过该发明实现了对风电机组变桨轴承运行中存在的变形量采集和分析，进行实时监控，能够提前预防，及时预警，避免了变桨轴承变形量过大不及时修正而加速或直接造成变桨轴承的失效损坏。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是变桨轴承内圈上位移传感器布置方式示意图。
图2为图1中AA向的示意图。
图3为图1中BB向的示意图。
图中：1-变桨轴承外圈；2-变桨轴承内圈；3-位移传感器X1；4-位移传器X2；5-位移传感器X3；6-位移传感器X4；7-位移传感器Y1；8-位移传感器Y2；9-位移传感器Y3；10-位移传感器Y4。
具体实施方式
本发明提供一种风电机组变桨轴承监控方法，主要包括以下步骤：获取当前时刻变桨轴承内圈多个位置上对应的多个轴向位移和多个径向位移，从中找出最大轴向位移XO’和最大径向位移YO’；将所述最大轴向位移XO’和最大径向位移YO’分别与预设的最大轴向位移基准值Xmax和最大径向位移基准值Ymax作比较，并在XO’>Xmax和/或YO’>Ymax时，输出变桨调整信号和/或报警信号。
进一步地，所述方法还包括：获取机组连续运行一个时间周期内，出现所述最大轴向位移XO’>Xmax的频率Mx，以及出现所述最大径向位移YO’>Ymax的频率My；将所述频率Mx和频率My分别与预设的最大轴向位移频率基准值Nx和最大径向位移频率基准值Ny作比较，并在Mx>Nx和/或My>Ny时，输出报警信号。
上述方法中，为获取变桨轴承内圈多个位置上对应的轴向位移和径向位移，可在风电机组变桨轴承内齿圈均匀布置安装轴向位移传感器和径向位移传感器。较佳地，所述的轴向位移传感器安装于轴承内圈靠近轮毂侧的轴向端面处，用于监测轴承内圈的轴向位移；所述的径向位移传感器安装于轴承内圈靠近叶片侧的内表面处，用于监测轴承内圈的径向位移。
本发明上述风电机组变桨轴承监控方法适应于风电机组所有机型，在每一种机型的应用中，需要事先确定上述预设的基准值，即最大轴向位移基准值Xmax和最大径向位移基准值Ymax，以及最大轴向位移频率基准值Nx和最大径向位移频率基准值Ny。
较佳地，所述最大位移量基准值Xmax、Ymax可以通过有限元理论计算结合风场采集的轴承运行实测数据获得。这里给出一种具体示例以说明本领域技术人员可采用的可行方法，但需要指出的是，本发明并不局限于该方法。
具体地，上述最大位移量基准值Xmax、Ymax的设定方法可按照以下步骤：根据有限元理论计算获得满负荷运行中轴承内圈最大轴向位移和最大径向位移的计算值；根据风场实际运行数据获得满负荷运行中轴承内圈最大轴向位移和最大径向位移的测定值；当所述计算值和测定值的误差在两者较小值的20％误差范围内，则所述最大轴向位移基准值Xmax和最大径向位移基准值Ymax取二者的平均值；当所述计算值和测定值的误差超过两者较小值的20％，则对两者进行第二次计算与测定；当所述计算值和测定值超过三次误差仍然超过两者较小值的20％，则所述最大轴向位移基准值Xmax和最大径向位移基准值Ymax取三次中所述计算值和测定值的最小值。
确定上述最大轴向位移基准值Xmax和最大径向位移基准值Ymax之后，统计风场实测数据，获取风机轴承连续运行一个时间周期内出现XO’>Xmax的频率Nx，以及出现YO’>Ymax的频率Ny。例如，在风场年度12个月的数据中，从每月数据中随机获取风机轴承连续运行24小时的数据并分别统计出现XO’>Xmax的频率和出现YO’>Ymax的频率，最后取12个月中的最大值作为频率基准值Nx、Ny。
以下结合附图及具体实施例对本发明的监控方法在风电机组上的实际应用做具体说明。
在风电机组上实际应用时，基于本发明的上述方法可发展出一种集成于风电机组控制系统的变桨轴承监控系统，该监控系统包括监测轴承内圈的轴向位移传感器和径向位移传感器、数据采集及处理系统、客户端显示系统。在针对具体的机型应用中，所述的轴向位移传感器和径向位移传感器均与数据采集及处理系统相连接，数据采集及处理系统上进一步连接设置客户端显示系统，所述的数据采集及处理系统还与变桨控制系统相连接，且通讯传输方式和数据格式可集成相通。
这里以2MW机型为例进行说明。如图1中所示，变桨轴承包括外圈1和内圈2，4个轴向位移传感器3、4、5、6(依次编号X1、X2、X3、X4)分别按照0°、90°、180°和360°位置布置于轴承内圈2靠近轮毂侧的轴向断面处，其中0°位置与轴承内圈的0°标记孔对齐。请配合图2、3所示，4个径向位移传感器7、8、9、10(依次编号Y1、Y2、Y3、Y4)与轴向位移传感器相对齐，分别安装在轴承内圈2靠近叶片侧的轴承内表面处。
在布置好上述径向位移传感器与轴向位移传感器之后，传感器可监测记录位移数据，并通过数据采集与处理系统计算得到风机连续运行一个时间周期内出现XO’>Xmax的频率Mx和出现YO’>Ymax的频率My。这里一个时间周期以24小时为佳，可将每日0时开始至24时作为一个24小时的时间周期。也可以采用其他时长。
具体地，在满负荷运行状态下，分别采集轴向位移传感器X1、X2、X3和X4在Z轴方向上的轴向位移,比较得到其中最大的轴向位移，记为XO’。即：
XO’＝max(X1、X2、X3、X4) 式①
分别采集轴向位移传感器Y1、Y2、Y3和Y4在X轴和Y轴方向上的径向位移,比较得到其中最大的径向位移，记为YO’。即：
YO’＝max(Y1、Y2、Y3、Y4) 式②
数据采集及处理系统实时采集XO’和YO’，并与Xmax和Ymax进行比较，当XO’>Xmax或YO’>Ymax任一情况发生时，数据采集及处理系统把信号传递给变桨系统，变桨系统及时变桨，调整叶片角度，从而改变变桨轴承的载荷。当变桨系统不能及时变桨时，系统自动报警。
进一步地，数据采集及处理系统还计算风机连续运行24小时内出现XO’>Xmax的频率Mx和出现YO’>Ymax的频率My。当检测到实际运行时频率超过规定的频率基准值时，即Mx>Nx或My>Ny时，监测系统也触发自动报警。
通过采用以上技术手段，本发明通过实时监测轴承内圈的位移量，进而间接确定轴承的载荷情况，当监测到的轴承内圈位移量过大，即轴承的载荷过大时，可以及时调整轴承位置，当调整位置失败时，及时报警。进一步，本发明还监测轴承内圈过大位移量的出现频率，当出现过载频率过高时，亦进行及时报警，实现提前预防重大事故，便于工作人员更新维护。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种风电机组变桨轴承监控方法，其特征在于，包括：
获取当前时刻变桨轴承内圈多个位置上对应的多个轴向位移和多个径向位移，从中找出最大轴向位移XO’和最大径向位移YO’；
将所述最大轴向位移XO’和最大径向位移YO’分别与预设的最大轴向位移基准值Xmax和最大径向位移基准值Ymax作比较，并在XO’>Xmax和/或YO’>Ymax时，输出变桨调整信号和/或报警信号。
2.根据权利要求1所述的一种风电机组变桨轴承监控方法，其特征在于，所述获取当前时刻变桨轴承内圈多个位置上对应的多个轴向位移和多个径向位移是通过均匀设置在所述变桨轴承内圈多个位置上的轴向位移传感器和径向位移传感器获得的。
3.根据权利要求2所述的一种风电机组变桨轴承监控方法，其特征在于，所述轴向位移传感器安装在轴承内圈靠近轮毂侧的轴向断面处，所述径向位移传感器安装在轴承内圈靠近叶片侧的轴承内表面处，所述轴向位移传感器和径向位移传感器位置对齐，并分别在0°、90°、180°和360°四个位置布置，其中0°位置与轴承内圈的0°标记孔对齐。
4.根据权利要求1所述的一种风电机组变桨轴承监控方法，其特征在于，所述预设的最大轴向位移基准值Xmax和最大径向位移基准值Ymax是根据有限元理论的计算结合风场实际运行的测定数据获得的。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种风电机组变桨轴承监控方法，其特征在于，还包括：
获取机组连续运行一个时间周期内，出现所述最大轴向位移XO’>Xmax的频率Mx，以及出现所述最大径向位移YO’>Ymax的频率My；
将所述频率Mx和频率My分别与预设的最大轴向位移频率基准值Nx和最大径向位移频率基准值Ny作比较，并在Mx>Nx和/或My>Ny时，输出报警信号。
6.根据权利要求5所述的一种风电机组变桨轴承监控方法，其特征在于，所述一个时间周期为24小时。
7.一种风电机组变桨轴承监控装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取当前时刻变桨轴承内圈多个位置上对应的多个轴向位移和多个径向位移，从中找出最大轴向位移XO’和最大径向位移YO’；
第一判断模块，用于将所述最大轴向位移XO’和最大径向位移YO’分别与预设的最大轴向位移基准值Xmax和最大径向位移基准值Ymax作比较，并在XO’>Xmax和/或YO’>Ymax时，输出变桨调整信号和/或报警信号。
8.根据权利要求7所述的一种风电机组变桨轴承监控装置，其特征在于，所述第一获取模块获取当前时刻变桨轴承内圈多个位置上对应的多个轴向位移和多个径向位移是通过均匀设置在所述变桨轴承内圈多个位置上的轴向位移传感器和径向位移传感器获得的。
9.根据权利要求8所述的一种风电机组变桨轴承监控装置，其特征在于，所述轴向位移传感器安装在轴承内圈靠近轮毂侧的轴向断面处，所述径向位移传感器安装在轴承内圈靠近叶片侧的轴承内表面处，所述轴向位移传感器和径向位移传感器位置对齐，并分别在0°、90°、180°和360°四个位置布置，其中0°位置与轴承内圈的0°标记孔对齐。
10.根据权利要求7所述的一种风电机组变桨轴承监控装置，其特征在于，还包括基准值预设模块，用于根据有限元理论的计算结合风场实际运行的测定数据获得所述预设的最大轴向位移基准值Xmax和最大径向位移基准值Ymax。
11.根据权利要求7-10任一项所述的一种风电机组变桨轴承监控装置，其特征在于，还包括：
第二获取模块，用于获取机组连续运行一个时间周期内，出现所述最大轴向位移XO’>Xmax的频率Mx，以及出现所述最大径向位移YO’>Ymax的频率My；
第二判断模块，用于将所述频率Mx和频率My分别与预设的最大轴向位移频率基准值Nx和最大径向位移频率基准值Ny作比较，并在Mx>Nx和/或My>Ny时，输出报警信号。
12.根据权利要求11所述的一种风电机组变桨轴承监控装置，其特征在于，所述一个时间周期为24小时。
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