[发明专利]用于监测轴承的方法和装置

说明书

技术领域

本发明描述了监测风力涡轮机中的轴承状态的方法和装置。

背景技术

风力涡轮机将流动空气的能量转换成电能。风力涡轮机将风的能量转换成转子装置的旋转。转子装置包括一个或多个连接到毂的转子叶片。

转子装置的旋转被传输至发电机的转子。发电机将转子装置的旋转能转变成电能。

主要存在两种风力涡轮机的构思。第一种构思通过齿轮改变转子装置的转速。在旋转被传输至发电机之前，转速被倍增。

另一种构思在不使用齿轮箱的情况下将转子装置的旋转传递至发电机。这些风力涡轮机称为无齿轮或者直接驱动风力涡轮机。

轴承广泛使用于风力涡轮机中。在装有齿轮的风力涡轮机中，轴承支撑转子装置和主轴。轴承使用于齿轮箱和发电机中。另外，轴承用于变桨驱动器（pitch drive）中(用以改变转子叶片的叶片角)以及用于偏航系统中。

在直接驱动风力涡轮机中，转子装置和发电机的转子大部分被一个主轴承所支撑。该主轴承必须足够坚硬，以便长时间承受存在于风力涡轮机旋转部件中的载荷。

这种主轴承的更换是困难的，并且导致零件和更换的高成本且导致较长的风力涡轮机的停机时间。因此，必须尽可能地避免主轴承的更换。

轴承包括内壳体和外壳体，其中一个壳体是旋转的部件而另一个壳体则是静止的部件。轴承的外壳体或内壳体可以被定义为轴承的旋转部件；这取决于风力涡轮机的构造。

轴承可以是滚动元件轴承，其包括在两个轴承壳体之间的滚子或滚珠。轴承也可以是滑动轴承、液体动压轴承、或者任何其它类型的轴承。

为了将主轴承保持在良好工况，重要的是避免对轴承的可能的损伤。损伤可以是由于不足的润滑、轴承中的外来颗粒或者因闪电或静电放电所致轴承中的火花而发生。这些原因导致轴承中的较弱的润滑和/或更高的磨损，从而损伤壳或者轴承中的滚动元件。

已知有避免因闪电所致主轴承损伤的若干方法和装置。

WO 2011/069686 A1描述了一种风力涡轮机的闪电保护系统，该系统具有接地线的结构部件、与该结构部件电性和机械连接的主轴。叶片毂经由主轴承旋转地连接到主轴，并且叶片连接到叶片毂。该系统包括可附接到叶片内部的引下线、用于引导闪电电流的高电压导体，其中高电压导体的第一端与引下线电性连接。该系统还包括可附接到主轴内部的高电压触点，其中高电压导体的第二端与高电压触点电性连接，并且其中闪电电流从引下线经由高电压导体被引导至高电压触点。

WO 2011/084723 A2描述了一种用于释放被静止壳体包围的旋转轴的组件、系统和方法。该系统包括环状的电荷耗散部件以及用于向该电荷耗散部件施加轴向力的偏置元件，从而将该部件保持在与轴和壳体接触同时轴正在旋转。偏置元件可以是螺旋弹簧或者波形弹簧。轴接地升级成套组件包括导电环构件以及具有与该导电环构件相同直径的圆柱形弹簧。圆柱形弹簧具有如下的弹簧常数：使得弹簧将导电环构件保持在壳体内。导电环构件可由灰铸铁制成，并且圆柱形弹簧是波形弹簧和螺旋弹簧中的一种弹簧。

WO 1984/001673 A1描述了一种具有两个活动零件的装置中的过电压保护器。这两个零件经由轴承相互连接，其中一个零件相对于处于接地电势的子结构为静止。这两个活动零件可以经受电压并且静止零件电性连接到接地的子结构。为了防止电流通过这两个零件之间的轴承，而在由于各零件不同电势所产生的经过该轴承的电流路径中设置电绝缘体。活动部件在与连接到接地线的装置相隔一定距离处具有突出部，以便在相互移动活动的部件之间形成火花放电间隙。利用电绝缘体防护这些轴承不受电流的影响直至给定的电压阈值。为了不超过此电压阈值，在低于此电压阈值的值下火花放电间隙起效并且将各部件之间的电压差保持在此较低值。

JP 2005151749 A描述了一种用于风力涡轮机轴承的雷电保护装置。该装置具有切换控制器，该切换控制器向切换驱动器提供切换命令以便将电杆切换到与轴承座为非接触和接触状态。电杆具有自由端触点，该触点与轴承座接触或不接触以便向外环和内环供电。切换控制器向切换驱动器提供切换命令，以便将电杆切换到非接触状态和接触状态。

除了避免轴承中的损伤外，重要的是监测轴承的状态以便检测可能的问题及时避免轴承中的进一步损伤。

已知通过利用超声波激励和传感器来检测轴承中的微裂纹。可以用温度传感器来控制轴承的温度。将状态信息采集并传输至控制点。然后对状态进行分析并确定是否需要维护或修理。