[發明專利]一種風力發電齒輪箱軸承故障模擬方法

在審

• 申請號: 201410593879.5
• 申請日: 2014-10-29
• 公開（公告）號: CN104344956A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 謝源;高志飛;徐永斌
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明屬于風力發電機組齒輪箱軸承故障分析技術領域，且特別涉及一種風力發電齒輪箱軸承故障模擬方法，該方法能夠真實產生若干常見齒輪箱軸承故障，齒輪箱能夠在正常運行條件和幾種故障運行條件之間切換。

背景技術

風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。其蘊量巨大，全球的風能約為2.74×10⁹MW，其中可利用的風能為2×10⁷MW，比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。

把風的動能轉變成機械動能，再把機械能轉化為電力動能，這就是風力發電。風力發電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再通過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。依據目前的風車技術，大約是每秒三米的微風速度(微風的程度)，便可以開始發電。風力發電正在世界上形成一股熱潮，因為風力發電不需要使用燃料，也不會產生輻射或空氣污染。

風力發電所需要的裝置，稱作風力發電機組。這種風力發電機組，大體上可分風輪(包括尾舵)、發電機和鐵塔三部分。風輪是把風的動能轉變為機械能的重要部件，它由兩只(或更多只)螺旋槳形的葉輪組成。當風吹向槳葉時，槳葉上產生氣動力驅動風輪轉動。由于風輪的轉速比較低，而且風力的大小和方向經常變化著，這又使轉速不穩定；所以，在帶動發電機之前，還必須附加一個把轉速提高到發電機額定轉速的齒輪變速箱，再加一個調速機構使轉速保持穩定，然后再聯接到發電機上。為保持風輪始終對準風向以獲得最大的功率，還需在風輪的后面裝一個類似風向標的尾舵。發電機的作用，是把由風輪得到的恒定轉速，通過升速傳遞給發電機構均勻運轉，因而把機械能轉變為電能。

截止到2013年底，全球超過80個國家已經開發風能，全球累計風電裝機容量達到318.12GW。我國(不包括臺灣地區)累計風電裝機容量91413MW，連續四年總量居世界首位；累計并網容量77160MW，位居世界第一；全國風力發電量134.9TWh，位列火電、水電之后成為第三大電源，2013年風力發電量約占全國總發電量2.5％。

隨著電力電子技術的發展，雙饋型感應發電機(Double-Fed?Induction?Generator)在風能發電中的應用越來越廣。這種技術不過分依賴于蓄電池的容量，而是從勵磁系統入手，對勵磁電流加以適當的控制，從而達到輸出一個恒頻電能的目的。雙饋感應發電機在結構上類似于異步發電機，但在勵磁上雙饋發電機采用交流勵磁。我們知道一個脈振磁勢可以分解為兩個方向相反的旋轉磁勢，而三相繞組的適當安排可以使其中一個磁勢的效果消去，這樣一來就得到一個在空間旋轉的磁勢，這就相當于同步發電機中帶有直流勵磁的轉子。雙饋發電機的優勢就在于，交流勵磁的頻率是可調的，這就是說旋轉勵磁磁動勢的頻率可調。這樣當原動機的轉速不定時，適當調節勵磁電流的頻率，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，所以雙饋發電機組的勵磁系統調節能力也越來越強，這使得雙饋機的單機容量得以提高。雖然，部分理論還在完善當中，但是雙饋反應發電機的廣泛應用這一趨勢將越來越明顯。

全世界商業運行的風電機組以雙饋型風力發電機組為主，國內外多個研究機構對風力發電機組故障數據的分析指出，雙饋機組故障主要集中在齒輪箱、葉片、發電機、電氣系統、偏航系統、傳動鏈、控制系統等關鍵部件。雙饋機組中的齒輪箱不斷受到變化的沖擊載荷作用，容易出現故障，導致機組的停機，產生高額的維修費用，造成巨大的經濟損失。

由于風力發電齒輪箱的故障屬于制造商和運營商的商業秘密，一般很難得到真實的風力發電齒輪箱的故障數據，因此本發明針對此情況提供了一種真實模擬風力發電齒輪箱軸承故障的方法，為風力發電齒輪箱故障分析和診斷提供真實有效的原始數據。

發明內容

本發明專利的主要目的是提供一種風力發電齒輪箱軸承故障模擬方法，該方法通過產生若干種齒輪箱軸承的常見故障，可以為風力發電機組齒輪箱故障診斷和分析的提供真實的數據和依據。

為了達到上述目的，本發明提出一種風力發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，模擬產生齒輪箱軸承故障；

監測并采集獲取所述齒輪箱軸承的故障數據；

將所述故障數據發送給齒輪箱故障診斷和分析系統進行處理。

進一步的，所述故障模擬方法用滾動體缺損的軸承更換齒輪箱中正常的軸承，模擬產生齒輪箱軸承滾動體故障。

進一步的，所述故障模擬方法用內滾道有缺陷的軸承更換齒輪箱中正常的軸承，模擬產生齒輪箱軸承內滾道故障。