本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電齒輪箱故障診斷，尤其是涉及一種風(fēng)力發(fā)電齒輪箱故障診斷模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

背景技術(shù)：

風(fēng)電的高速發(fā)展的同時(shí)，也產(chǎn)生了諸多的問題，其中齒輪箱由于各方面的因素產(chǎn)生的故障尤為明顯。風(fēng)機(jī)齒輪箱也叫增速箱是風(fēng)電機(jī)組中的核心組件，主要作用對低轉(zhuǎn)速的風(fēng)輪進(jìn)行增速并傳遞機(jī)械能，使發(fā)電機(jī)正常運(yùn)作。對于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組而言，齒輪箱是發(fā)電機(jī)組故障高發(fā)點(diǎn)，所以保證齒輪箱運(yùn)行正常極其重要。有研究機(jī)構(gòu)作出統(tǒng)計(jì)分析，風(fēng)電機(jī)組的維保成本極高，內(nèi)陸型發(fā)電機(jī)組的維保費(fèi)用占據(jù)單位電價(jià)的10%-15%，離岸型的比例更是達(dá)到了20%-25% 。大型風(fēng)電機(jī)組有別于其他旋轉(zhuǎn)機(jī)械，惡劣的工作環(huán)境及持續(xù)的高強(qiáng)度運(yùn)作，使它故障頻率高，齒輪箱作為內(nèi)傳統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的核心組件，一旦發(fā)生故障，造成的后果極其嚴(yán)重。

風(fēng)機(jī)齒輪箱故障試驗(yàn)臺(tái)的研制為風(fēng)機(jī)齒輪箱故障檢測系統(tǒng)的開發(fā)提供了及其接近真實(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，方便了風(fēng)機(jī)常態(tài)運(yùn)行狀態(tài)以及故障狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào)的提取和狀態(tài)監(jiān)測，可模擬多種結(jié)構(gòu)類型的風(fēng)機(jī)齒輪箱振動(dòng)情況，并且可靈活的對齒輪以及軸承故障進(jìn)行多種組合模擬，為監(jiān)測系統(tǒng)早期故障預(yù)警及準(zhǔn)確判斷故障原因及位置提供了準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)和極為關(guān)鍵的技術(shù)支持。

現(xiàn)有的故障診斷模擬裝置如圖1所示，包括變頻電機(jī)1、平行軸減速機(jī)2、行星齒輪增速機(jī)3和磁粉制動(dòng)器4，變頻電機(jī)1通過聯(lián)軸器5與平行軸減速機(jī)2連接，平行軸減速機(jī)2通過聯(lián)軸器與行星齒輪增速機(jī)3連接，行星齒輪增速機(jī)3通過聯(lián)軸器與磁粉制動(dòng)器4連接，在行星齒輪增速機(jī)3設(shè)計(jì)有轉(zhuǎn)速傳感器6及振動(dòng)傳感器8，將采集到的轉(zhuǎn)速傳感器6及振動(dòng)傳感器8信號(hào)與計(jì)算機(jī)相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，采集正常及故障狀態(tài)下的數(shù)據(jù)比對建立適當(dāng)模型從而實(shí)現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障的判斷。

上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)功能單一，結(jié)構(gòu)過于簡單，在設(shè)計(jì)過程中只考慮到模擬風(fēng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，采用了變頻電機(jī)+減速機(jī)，但與實(shí)際結(jié)構(gòu)并不存在減速機(jī)，而忽略了葉輪的慣性及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，無法獲得理想的啟動(dòng)特性；采用磁粉制動(dòng)器來模擬負(fù)載不能獲得理想的負(fù)載特性，與實(shí)際風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)有很大的差距。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的不足，提供了一種與風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理相似可以更加準(zhǔn)確模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)，以便準(zhǔn)確判定風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障情況，以節(jié)省時(shí)間，提高效率。

本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種風(fēng)力發(fā)電齒輪箱故障診斷模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其要點(diǎn)在于它由底座、電動(dòng)機(jī)、變量泵、安全閥、單向閥、定量馬達(dá)、飛輪、增速齒輪箱、振動(dòng)傳感器、發(fā)電機(jī)、蓄電池、數(shù)據(jù)采集單元、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器構(gòu)成，電動(dòng)機(jī)與變量泵通過聯(lián)軸器相連，變量泵的出口通過油管分別連接安全閥、單向閥以及定量馬達(dá)的進(jìn)口，安全閥、單向閥以及定量馬達(dá)的出口連接變量泵的進(jìn)口；定量馬達(dá)通過聯(lián)軸器與飛輪相連，飛輪通過通過聯(lián)軸器與增速齒輪箱輸入軸相連，增速齒輪箱的輸出軸通過聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)相連，并在聯(lián)軸器上安裝轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器，在增速齒輪箱上安裝振動(dòng)傳感器，振動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、變量泵和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，發(fā)電機(jī)與蓄電池相連，數(shù)據(jù)采集單元分別與振動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速傳感器，控制變量泵、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連。

2個(gè)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器分別安裝于定量馬達(dá)與飛輪之間的聯(lián)軸器，及飛輪與增速齒輪箱輸入軸之間的聯(lián)軸器，5個(gè)振動(dòng)傳感器分別安裝于增速齒輪箱的輸入軸、輸出軸軸承徑向水平及垂直方向，齒輪箱一級(jí)行星輪內(nèi)齒圈的徑向垂直方向，數(shù)據(jù)采集單元與上述轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、振動(dòng)傳感器和變量泵的控制信號(hào)輸出相接。

本實(shí)用新型工作原理如下：

動(dòng)力輸入系統(tǒng)，模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸入：電機(jī)驅(qū)動(dòng)變量泵，變量泵輸出壓力油驅(qū)動(dòng)大扭矩定量馬達(dá)模擬葉輪旋轉(zhuǎn)，定量馬達(dá)帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)。該部分可模擬風(fēng)機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩和輸入轉(zhuǎn)速，而且通過飛輪來模擬葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程為：讀取正常狀態(tài)下數(shù)據(jù)采集單元中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，模擬各種故障存儲(chǔ)數(shù)據(jù)建立故障診斷系統(tǒng)。

負(fù)載模擬系統(tǒng)：飛輪帶動(dòng)增速齒輪箱，齒輪箱輸出驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，并將電供給蓄電池。通過振動(dòng)傳感器和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器和數(shù)據(jù)采集單元采集數(shù)據(jù)，交給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并可控制變量泵的輸出流量以控制馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速。

與現(xiàn)有的風(fēng)電故障模擬系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)可模擬葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，獲得實(shí)際動(dòng)力輸入類似的加速特性。

與現(xiàn)有的風(fēng)電故障模擬系統(tǒng)相比，液壓泵和馬達(dá)相比電機(jī)體積小,功率大。液壓可以實(shí)現(xiàn)低成本高扭矩超低轉(zhuǎn)速等特殊應(yīng)用（電機(jī)需要減速機(jī)或者變頻器，且啟動(dòng)初始扭矩沒有液壓馬達(dá)大）。傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與實(shí)際風(fēng)機(jī)系統(tǒng)相同，可獲得更理想的輸入轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩。

本實(shí)用新型與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作狀態(tài)相近似，可以更加準(zhǔn)確模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)，以便準(zhǔn)確判定風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障情況，以節(jié)省時(shí)間，提高效率。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷裝置

圖2為本實(shí)用新型的原理示意圖

其中：1變頻電機(jī)2平行軸減速機(jī)3行星齒輪增速機(jī)4磁粉制動(dòng)器5聯(lián)軸器6轉(zhuǎn)速傳感器8振動(dòng)傳感器11電動(dòng)機(jī)12變量泵13安全閥14單向閥15定量馬達(dá)16飛輪17增速齒輪箱18振動(dòng)傳感器19發(fā)電機(jī)20蓄電池21數(shù)據(jù)采集單元22計(jì)算機(jī)系統(tǒng)23轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明

如圖2所示，一種風(fēng)力發(fā)電齒輪箱故障診斷模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，它由底座、電動(dòng)機(jī)11、變量泵12、安全閥13、單向閥14、定量馬達(dá)15、飛輪16、增速齒輪箱17、振動(dòng)傳感器18、發(fā)電機(jī)19、蓄電池20、數(shù)據(jù)采集單元21、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)22、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器23構(gòu)成，電動(dòng)機(jī)11與變量泵12通過聯(lián)軸器相連，變量泵12的出口通過油管分別連接安全閥13、單向閥14以及定量馬達(dá)15的進(jìn)口，安全閥13、單向閥14以及定量馬達(dá)的出口連接變量泵12的進(jìn)口；定量馬達(dá)15通過聯(lián)軸器與飛輪16相連，飛輪16通過聯(lián)軸器與增速齒輪箱17輸入軸相連，增速齒輪箱17的輸出軸通過聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)19相連，并在聯(lián)軸器上安裝轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器23，在增速齒輪箱17上安裝振動(dòng)傳感器18，振動(dòng)傳感器18、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器23、變量泵12和控制與故障診斷系統(tǒng)相連，發(fā)電機(jī)19與蓄電池20相連，數(shù)據(jù)采集單元21分別與振動(dòng)傳感器18、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速傳感器23，控制變量泵12、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)22相連。2個(gè)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器23分別安裝于定量馬達(dá)15與飛輪16之間的聯(lián)軸器，及飛輪16與增速齒輪箱17輸入軸之間的聯(lián)軸器，5個(gè)振動(dòng)傳感器分別安裝于增速齒輪箱的輸入軸、輸出軸軸承徑向水平及垂直方向，齒輪箱一級(jí)行星輪內(nèi)齒圈的徑向垂直方向，數(shù)據(jù)采集單元與上述轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、振動(dòng)傳感器和變量泵的控制信號(hào)輸出相接。

本實(shí)用新型工作原理如下：

動(dòng)力輸入系統(tǒng)，模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸入：電機(jī)驅(qū)動(dòng)變量泵，變量泵輸出壓力油驅(qū)動(dòng)大扭矩定量馬達(dá)模擬葉輪旋轉(zhuǎn)，定量馬達(dá)帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)。該部分可模擬風(fēng)機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩和輸入轉(zhuǎn)速，而且通過飛輪來模擬葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

負(fù)載模擬系統(tǒng)：飛輪帶動(dòng)增速齒輪箱，齒輪箱輸出驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，并將電供給蓄電池。通過振動(dòng)傳感器和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器和數(shù)據(jù)采集單元采集數(shù)據(jù)，交給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并可控制變量泵的輸出流量以控制馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速。

與現(xiàn)有的風(fēng)電故障模擬系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)可模擬葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，獲得實(shí)際動(dòng)力輸入類似的加速特性。

與現(xiàn)有的風(fēng)電故障模擬系統(tǒng)相比，液壓泵和馬達(dá)相比電機(jī)體積小,功率大。液壓可以實(shí)現(xiàn)低成本高扭矩超低轉(zhuǎn)速等特殊應(yīng)用（電機(jī)需要減速機(jī)或者變頻器，且啟動(dòng)初始扭矩沒有液壓馬達(dá)大）。傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與實(shí)際風(fēng)機(jī)系統(tǒng)相同，可獲得更理想的輸入轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程為：讀取正常狀態(tài)下數(shù)據(jù)采集單元中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，模擬各種故障存儲(chǔ)數(shù)據(jù)建立故障診斷系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)中的各部件的工作狀態(tài)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作狀態(tài)相近似，可以更加準(zhǔn)確模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)，因此所建立的故障診斷系統(tǒng)應(yīng)用于現(xiàn)場時(shí)能夠更加精準(zhǔn)地判斷出故障所在，實(shí)用性強(qiáng)。

上面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行了示例性描述，顯然本實(shí)用新型具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本實(shí)用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改造，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場合的，均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。