[发明专利]风电机组主轴总成窜动在线监测与故障预警系统及方法

说明书

本发明公开了一种风电机组主轴总成窜动在线监测与故障预警系统及方法，该系统包括主轴总成窜动在线监测模块和主轴总成窜动故障预警模块；在线监测模块包括激光位移传感器、控制器和上位机，用于实时在线监测、采集和存储主轴总成窜动位移数据；故障预警模块采用时间序列预测方法对主轴总成窜动监测数据进行分析，辨识异常状态，并对其发展趋势作出预测，当判断主轴总成有较大可能发生窜动故障时给出预警信息；本发明系统及方法对于主轴突发性窜动故障的预报应具有较高精度，能提前于监测量阈值给出报警信息，在主轴窜动故障发生前采取针对性的处理措施，避免轴窜故障的产生和蔓延，保障机组的安全稳定运行。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，涉及一种在线监测与故障预警方法，具体涉及一种风电机组主轴总成窜动在线监测与故障预警系统及方法。

背景技术

风电机组主轴总成窜动一直是影响机组正常运行的疑难杂症。主轴轴向窜动会传递到行星架的圆柱滚子轴承，行星轮和行星架一起轴向窜动还会对行星轮造成齿面磨损，进一步还可能会损伤到齿轮箱里其它零部件，最终造成齿轮箱失效，且这些损伤和失效都会直接或间接的导致机组停机。受设计条件和现场湍流因素的影响，主轴总成窜动问题很难得到根治，一些主机厂将该问题视作可接受的现象，但是需要进行严格控制。一旦失控，主轴总成窜动量超过极限，将会导致主轴承、齿轮箱失效，此类事故已在现实中屡屡出现。双馈风电机组齿轮箱成本约占整机成本的13％，发生失效后在空中维修难度大，须动用大型吊车将其吊下后维修，吊车台班费用加上更换的设备费用和停机造成的损失电量，严重影响风电场经营效益。

目前国内外尚无成熟的检测装置对主轴总成窜动进行标准化测量，对于主轴总成窜动仅限于采用游标卡尺、塞尺等简单的测量工具进行物理测量。

在类似机型设备的轴向窜动研究中，国外科研人员主要从制造和安装过程中存在瑕疵、工件几何形状不规则等方面，分析前后排滚轮是否存在高度差以及滚轮轴线与工件轴线相交是否存在夹角来研究轴向窜动的原因和测量方法。

在国内的研究中，首钢从对轴向力的测量和轴向力的计算着手，对轧辊的轴向窜动进行了研究，给出了轴向窜动的引起原因和防止发生的一些措施。广州柴油机厂股份有限公司对柴油机发电机组轴系出现的轴向窜动进行了分析，利用轴系动力学特性对其出现的故障进行了测量和原因分析，并分析了轴窜对发电机组的性能、寿命的影响程度，根据分析结果，给出了故障排除方法和建议。

目前，如何监测风电机组主轴总成窜动以及对主轴总成窜动故障进行预警，还没有成熟的方法。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种风电机组主轴总成窜动在线监测与故障预警系统及方法，能够实现对主轴总成窜动量实时在线监测，通过对主轴总成窜动量进行分析，建立预测模型，掌握主轴总成窜动的变化规律，提前发现其异常或劣化趋势，当主轴总成有较大窜动量，有可能发生窜动故障时，给出预警信息并采取针对性的处理措施，避免事故扩大化，保证机组的安全稳定运行。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：

一种风电机组主轴总成窜动在线监测与故障预警系统，该系统包括主轴总成窜动在线监测模块和主轴总成窜动故障预警模块；

所述主轴总成窜动在线监测模块包括依次连接的激光位移传感器1、控制器2和上位机3，用于实时在线监测、采集和存储主轴总成窜动位移数据；

所述主轴总成窜动故障预警模块7连接上位机3，用于对主轴总成窜动监测数据进行分析，辨识异常状态，并对其发展趋势作出预测，当判断主轴总成有较大可能发生窜动故障时给出预警信息。

所述激光位移传感器1为两个，分别通过支架固定安装在齿轮箱6前端盖上，一个用于测量主轴总成4的径向窜动位移，该激光位移传感器探头指向收缩盘5轴向外表面，另一个用于测量主轴总成4的轴向窜动位移，该激光位移传感器探头指向收缩盘5靠近主轴总成4方向的端面；