本實用新型涉及風力發(fā)電齒輪箱故障診斷，尤其是涉及一種風力發(fā)電齒輪箱故障診斷模擬實驗臺。

背景技術：

風電的高速發(fā)展的同時，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。風機齒輪箱也叫增速箱是風電機組中的核心組件，主要作用對低轉(zhuǎn)速的風輪進行增速并傳遞機械能，使發(fā)電機正常運作。對于大型風力發(fā)電機機組而言，齒輪箱是發(fā)電機組故障高發(fā)點，所以保證齒輪箱運行正常極其重要。有研究機構作出統(tǒng)計分析，風電機組的維保成本極高，內(nèi)陸型發(fā)電機組的維保費用占據(jù)單位電價的10%-15%，離岸型的比例更是達到了20%-25% 。大型風電機組有別于其他旋轉(zhuǎn)機械，惡劣的工作環(huán)境及持續(xù)的高強度運作，使它故障頻率高，齒輪箱作為內(nèi)傳統(tǒng)系統(tǒng)結構復雜的核心組件，一旦發(fā)生故障，造成的后果極其嚴重。

風機齒輪箱故障試驗臺的研制為風機齒輪箱故障檢測系統(tǒng)的開發(fā)提供了及其接近真實風機運行狀態(tài)的實驗平臺，方便了風機常態(tài)運行狀態(tài)以及故障狀態(tài)下的振動信號的提取和狀態(tài)監(jiān)測，可模擬多種結構類型的風機齒輪箱振動情況，并且可靈活的對齒輪以及軸承故障進行多種組合模擬，為監(jiān)測系統(tǒng)早期故障預警及準確判斷故障原因及位置提供了準確的原始數(shù)據(jù)和極為關鍵的技術支持。

現(xiàn)有的故障診斷模擬裝置如圖1所示，包括變頻電機1、平行軸減速機2、行星齒輪增速機3和磁粉制動器4，變頻電機1通過聯(lián)軸器5與平行軸減速機2連接，平行軸減速機2通過聯(lián)軸器與行星齒輪增速機3連接，行星齒輪增速機3通過聯(lián)軸器與磁粉制動器4連接，在行星齒輪增速機3設計有轉(zhuǎn)速傳感器6及振動傳感器8，將采集到的轉(zhuǎn)速傳感器6及振動傳感器8信號與計算機相聯(lián)，實現(xiàn)風力發(fā)電機組運行，采集正常及故障狀態(tài)下的數(shù)據(jù)比對建立適當模型從而實現(xiàn)對風力發(fā)電機故障的判斷。

上述風力發(fā)電機試驗臺功能單一，結構過于簡單，在設計過程中只考慮到模擬風機的輸出轉(zhuǎn)矩，采用了變頻電機+減速機，但與實際結構并不存在減速機，而忽略了葉輪的慣性及轉(zhuǎn)動慣量，無法獲得理想的啟動特性；采用磁粉制動器來模擬負載不能獲得理想的負載特性，與實際風機運行狀態(tài)有很大的差距。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有風力發(fā)電機試驗臺的不足，提供了一種與風力發(fā)電機工作原理相似可以更加準確模擬風力發(fā)電機工作狀態(tài)，以便準確判定風力發(fā)電機故障情況，以節(jié)省時間，提高效率。

本實用新型所采用的技術方案是一種風力發(fā)電齒輪箱故障診斷模擬實驗臺，其要點在于它由底座、電動機、變量泵、安全閥、單向閥、定量馬達、飛輪、增速齒輪箱、振動傳感器、發(fā)電機、蓄電池、數(shù)據(jù)采集單元、計算機系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器構成，電動機與變量泵通過聯(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的進口，安全閥、單向閥以及定量馬達的出口連接變量泵的進口；定量馬達通過聯(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傳感器，振動傳感器、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、變量泵和計算機系統(tǒng)相連，發(fā)電機與蓄電池相連，數(shù)據(jù)采集單元分別與振動傳感器、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速傳感器，控制變量泵、計算機系統(tǒng)相連。

2個轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器分別安裝于定量馬達與飛輪之間的聯(lián)軸器，及飛輪與增速齒輪箱輸入軸之間的聯(lián)軸器，5個振動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、振動傳感器和變量泵的控制信號輸出相接。

本實用新型工作原理如下：

動力輸入系統(tǒng)，模擬風力發(fā)電機的輸入：電機驅(qū)動變量泵，變量泵輸出壓力油驅(qū)動大扭矩定量馬達模擬葉輪旋轉(zhuǎn)，定量馬達帶動飛輪旋轉(zhuǎn)。該部分可模擬風機的輸入轉(zhuǎn)矩和輸入轉(zhuǎn)速，而且通過飛輪來模擬葉輪的轉(zhuǎn)動慣量。計算機系統(tǒng)的學習過程為：讀取正常狀態(tài)下數(shù)據(jù)采集單元中的各種數(shù)據(jù)進行存儲，模擬各種故障存儲數(shù)據(jù)建立故障診斷系統(tǒng)。

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

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

與現(xiàn)有的風電故障模擬系統(tǒng)相比，液壓泵和馬達相比電機體積小,功率大。液壓可以實現(xiàn)低成本高扭矩超低轉(zhuǎn)速等特殊應用（電機需要減速機或者變頻器，且啟動初始扭矩沒有液壓馬達大）。傳動系統(tǒng)結構與實際風機系統(tǒng)相同，可獲得更理想的輸入轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩。

本實用新型與風力發(fā)電機組的工作狀態(tài)相近似，可以更加準確模擬風力發(fā)電機工作狀態(tài)，以便準確判定風力發(fā)電機故障情況，以節(jié)省時間，提高效率。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有風力發(fā)電機組傳動系統(tǒng)故障診斷裝置

圖2為本實用新型的原理示意圖

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

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明

如圖2所示，一種風力發(fā)電齒輪箱故障診斷模擬實驗臺，它由底座、電動機11、變量泵12、安全閥13、單向閥14、定量馬達15、飛輪16、增速齒輪箱17、振動傳感器18、發(fā)電機19、蓄電池20、數(shù)據(jù)采集單元21、計算機系統(tǒng)22、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器23構成，電動機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15的進口，安全閥13、單向閥14以及定量馬達的出口連接變量泵12的進口；定量馬達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上安裝振動傳感器18，振動傳感器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19與蓄電池20相連，數(shù)據(jù)采集單元21分別與振動傳感器18、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速傳感器23，控制變量泵12、計算機系統(tǒng)22相連。2個轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器23分別安裝于定量馬達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個振動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、振動傳感器和變量泵的控制信號輸出相接。

本實用新型工作原理如下：

動力輸入系統(tǒng)，模擬風力發(fā)電機的輸入：電機驅(qū)動變量泵，變量泵輸出壓力油驅(qū)動大扭矩定量馬達模擬葉輪旋轉(zhuǎn)，定量馬達帶動飛輪旋轉(zhuǎn)。該部分可模擬風機的輸入轉(zhuǎn)矩和輸入轉(zhuǎn)速，而且通過飛輪來模擬葉輪的轉(zhuǎn)動慣量。

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

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

與現(xiàn)有的風電故障模擬系統(tǒng)相比，液壓泵和馬達相比電機體積小,功率大。液壓可以實現(xiàn)低成本高扭矩超低轉(zhuǎn)速等特殊應用（電機需要減速機或者變頻器，且啟動初始扭矩沒有液壓馬達大）。傳動系統(tǒng)結構與實際風機系統(tǒng)相同，可獲得更理想的輸入轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩。

計算機系統(tǒng)的學習過程為：讀取正常狀態(tài)下數(shù)據(jù)采集單元中的各種數(shù)據(jù)進行存儲，模擬各種故障存儲數(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)與風力發(fā)電機組的工作狀態(tài)相近似，可以更加準確模擬風力發(fā)電機工作狀態(tài)，因此所建立的故障診斷系統(tǒng)應用于現(xiàn)場時能夠更加精準地判斷出故障所在，實用性強。

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