[發明專利]包括傳動系統、齒輪箱和發電機的旋轉機械的損害和剩余使用壽命的確定

在審

• 申請號: 201280024307.4
• 申請日: 2012-05-21
• 公開（公告）號: CN103547976A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: A·潘;馬小芹;J·K·考爾塔特;E·戈里舍瓦
• 申請（專利權）人: 諾邁士科技有限公司
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02;F03D1/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

本發明涉及一種用于確定包括傳動系統、齒輪箱以及發電機的旋轉機械的損害和剩余使用壽命的方法。特別地，涉及用于確定風力和水力渦輪機及其組件的剩余使用壽命并使用這些數據來操作和管理渦輪機裝置的方法。該方法涉及針對該機械的累積損害并將其與預設損害極限值比較。這里損害是該傳動系統、齒輪箱或發電機的機械或電子組件的惡化狀態的測量。一旦組件達到了100%損害，該組件已經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算出來，可以將其與預設損害極限值相比較并且能夠估計出剩余使用壽命。

雖然風力渦輪機齒輪箱的設計壽命通常超過20年，然而風力渦輪機齒輪箱在四到五年內發生故障并不鮮見。這是因為損害演進計算程序是基于假定的運行配置，而在運行中，實際的配置可能非常不同。

監測與風力或水力渦輪機或其組件相關的運行參數，并確定何時這些參數移到操作窗口外，可能表明需要某種維護或調查。被監測的運行參數可以包括潤滑溫度、潤滑磨屑、振動以及功率輸出。

振動通常由狀態監測系統所測量。一般來說，相比基準的大的振動表示損害。

振動分析通常依賴于由傳感器所提供的測量超過預定的閾值，如果閾值被設置得太低其容易出現假警報。閾值水平不一定是恒定的并可能會隨頻率（及因此的速度）發生變化。沖擊和外來振動的存在意味著該閾值水平必須被設置得足夠高以最小化假警報的風險。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可能發生的“蠕變（creep）”所造成的任何負面影響。此外，與故障或損害相關的振動和那些不表明故障或損害的振動之間沒有區別。

在運行期間發展的諸如轉子的不平衡之類的故障可以在軸承上產生負荷，超過預期的負荷導致其設計壽命的減少。早期故障，諸如不平衡，可以從振動特征的分析中被檢測到。這給出了不平衡的幅值，并且由不平衡導致的激振力是不平衡的幅值和速度的平方的函數。由故障導致的激振力因而可以從現場工作狀態被計算并被用來計算單個組件的負載。與假定的運行配置的偏差可以通過使用通用風力模擬模型來確定渦輪機軸的負載而解決，其允許單獨的組件基于現場工作狀態的負載被計算。結合這些給出在每個組件中的總負載，其可以被用來評估單獨的組件的損害和齒輪箱的損害。

然而，風力模擬模型中的缺點意味著在渦輪機軸的負載可能并不可靠或準確地被確定。

根據第一個方面，本發明提供了一種用于確定一個或多個旋轉機械或其組件的損害的方法，該方法包括步驟：提供與一個或多個工作狀態相關的數據；提供與該一個或多個工作狀態相關的一個或多個損害系數；以及根據該一個或多個工作狀態和該一個或多個損害系數計算該損害。

優選地，該旋轉機械包括傳動系統、發電機、齒輪箱、風力渦輪機或水力渦輪機。

優選地，該損害是損害，包括附加步驟：計算在所有工作狀態期間針對每個工作狀態的該損害的和。

優選地，該提供一個或多個損害系數的步驟包括步驟：確定在額定工作狀態下和在相同期間的該一個或多個工作狀態下的損害；以及根據該在額定狀態下的該損害和在該一個或多個工作狀態下的該損害計算該一個或多個損害系數。

優選地，該提供數據的步驟包括提供與一個或多個穩態工作狀態相關的數據。優選地，該提供數據的步驟包括提供與一個或多個瞬態工作狀態相關的數據。優選地，提供數據的步驟包括提供歷史數據。優選地，該提供數據的步驟包括收集來自一個或多個監測該一個或多個工作狀態的傳感器的數據。優選地，該提供數據的步驟包括提供來自狀態監測系統的數據。

優選地，該提供一個或多個損害系數的步驟包括提供與一個或多個穩態工作狀態相關的一個或多個損害系數。優選地，該提供一個或多個損害系數的步驟包括提供與一個或多個瞬態工作狀態相關的一個或多個損害系數。

也公開了一種用于預測旋轉機械或其組件的剩余使用壽命的方法，該方法包括步驟：獲得針對該旋轉機械或其組件的損害極限值以及相應的壽命；根據以上公開的方法確定針對該旋轉機械或其組件的損害；以及從該損害極限值、該相應的壽命和該損害確定該剩余使用壽命。

優選地，該調查實際損害的步驟選自包括下列組分的組：使用內窺鏡、執行振動分析以及執行潤滑分析。

也公開了一種用于識別風力渦輪機或其組件以維護的方法，該方法包括步驟：根據以上所述的方法確定所述旋轉機械或其組件的損害；分析針對該風力渦輪機或其組件的工作數據；以及將該工作數據和與該損害值相關的閾值進行比較。

優選地，該工作數據是振動數據。