[发明专利]用于估计变速箱寿命的方法和系统

说明书

技术领域

本文公开的主题大体涉及变速箱，尤其涉及用于估计变速箱剩余寿命的方法和系统。

背景技术

变速箱用于在许多系统中，比如风力涡轮、汽车以及火车中提供功率传输。变速箱典型地包括构件，比如壳体、主轴、轴承以及齿轮。多种变速箱设计可获得，以便满足不同的速度传输要求。两个举例包括行星变速箱和螺旋变速箱。

变速箱内的齿轮、轴承以及主轴可能具有缺陷，可能随着时间而失效，或者可能简单地磨损。在检测出损坏的或磨损的条件之后，这些损坏的或磨损的构件可被替换。然而，为实现这种替换而将变速箱从使用中取出，典型地引起收入损失。可替换地，如果在计划好的维护程序中执行替换的话，发生较少的损失。因此，变速箱的关键构件的完好程度的获知可用于实现有效的维护。用于探知变速箱的完好程度的参数中的一个是剩余有用寿命(RUL)，其为变速箱设计、变速箱的构件以及构件在它们的运行过程中经受的应力(循环数以及峰值数)的函数。单个构件的任何失效影响变速箱的剩余有用寿命。

变速箱的设计寿命典型地大于二十年。然而，若干风力涡轮变速箱在四到五年内失效。传统的寿命循环程序基于风力涡轮的假定运行轮廓。然而实际运行中，运行轮廓可能具有显著差异，该差异可能导致变速箱的寿命与设计过程中估计的寿命大大不同。比如，如果转子内存在失衡的话，那么它在运行过程中于轴承产生过量负载，并且其引起轴承的失效，并且因而使变速箱在其设计寿命之前失效。

发明内容

需要一种系统和方法，以便更精确地估计变速箱的剩余寿命。在一个实施例中，寿命的估计是通过将构件寿命估计应用到变速箱的综合寿命估计中而得以改善的。

在一个实施例中，变速箱寿命估计系统包括至少一个传感器，其配置成用于从变速箱构件获得与变速箱负载有关的现场运行数据。系统进一步包括处理器，其配置成从传感器接收代表现场运行数据的信号，用于基于现场运行数据而为变速箱构件提供计算的运行负载数据，并且用于估计变速箱的寿命。

在另一个实施例中，用于估计变速箱剩余寿命的方法包括接收代表现场运行数据的信号，该现场运行数据与变速箱负载有关；基于现场运行数据而为变速箱构件获得计算的运行负载数据；并且使用设计数据与计算的运行负载数据的组合来提供变速箱剩余寿命的估计。

附图说明

当参照附图来阅读以下详述的时候，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变的更容易理解，在所有的图中，类似的符号表示类似的部件，其中：

图1为方框图，其展示了根据一个实施例的变速箱寿命估计系统；

图2为方框图，其展示了用于图1中的系统的处理器，以便计算单个构件负载；

图3为流程图，其展示了用于估计变速箱构件剩余寿命的实施例；以及

图4为流程图，其展示了用于估计图1中的系统的变速箱的剩余寿命的示例性步骤。

具体实施方式

文中描述的实施例用于在机器运行时，即在实时情况下，识别变速箱关键构件的失效模式，并且使用所识别的信息来预测综合变速箱的剩余有用寿命(RUL)或失效时间(TTF)。文中界定的“实时”为时间阶段，其范围可从几秒到任何更高的时间阶段。

一般地参考图1，其展示了转动电机，该转动电机一般地由标号10表示。在图1中的非限制性实施例中，为举例的目的，转动电机为风力涡轮。风力涡轮10具有设置在风力接收转子14和发电机16之间的变速箱12。风力接收转子14具有多个转子叶片(图未示)。当风在吹动的时候，风力接收转子14由于风力的缘故而被转动，并且转子14的转动通过变速箱12而传输到发电机16上，该发电机16又包括发电机转子(图未示)。发电机转子典型地设计成以大于风力接收转子14的速度而运行，因此变速箱12设计成将由风力接收转子14产生的转动速度增加到更适合需要的速度，以便驱动发电机16的转子。

在所展示的实施例中，变速箱12包括行星齿轮组18、中间齿轮组20以及设置在变速箱箱体24内的高速齿轮组22。风力接收转子14通过转子主轴26而配接到行星齿轮组18上。行星齿轮组18包括行星齿轮28、太阳齿轮30以及环形齿轮32，并且由多个轴承34、36、38和40所支撑。太阳齿轮30通过第一齿轮主轴42而配接到中间齿轮组20上。在一个实施例中，太阳齿轮30小于行星齿轮28，并且(与齿轮主轴42一起)以大于转子主轴26的速度转动。中间齿轮组20以及高速齿轮组22类似地包括齿轮、齿轮主轴及轴承。发电机16将输出(主要)主轴62的转动能量转化为电能。