一种风力发电机组轴系对中监测装置及监测方法

摘要

本发明公开了一种风力发电机组轴系对中监测装置及监测方法，该装置包括四个安装在联轴器防护罩内的声发射传感器，四个声发射传感器中两个布置在齿轮箱高速轴侧，另外两个布置在发电机轴伸侧，四个声发射传感器在前后方向沿着齿轮箱高速轴及发电机轴伸布置，在左右方向以竖直平面为对称成垂直布置，此外四个声发射传感器还分别与位于集控中心的监测报警系统电连接。本发明所公开的监测装置及监测方法，通过四个声发射传感器信号强度比的变化来体现轴系对中偏差，可以提前发现轴系旋转过程中产生的对中超差故障，起到提前预警作用。

权利要求

1.一种风力发电机组轴系对中监测方法，使用监测装置，其特征在于，包括如下步骤：（1）齿轮箱高速轴与发电机轴伸通过联轴器进行连接，连接时采用高精度对中仪对高速轴与轴伸的对中度进行调整，将其控制在允许的误差范围内；调节安装在联轴器防护罩内的声发射传感器位置，使声发射传感器距离高速轴与轴伸的距离误差控制在联轴器允许的对中误差范围内；

（2）监测报警系统在风力发电机组调试完成后，记录四个声发射传感器捕捉到的音频信号，计算出四个信号的信号强度比，用以标定高速轴与轴伸旋转过程中产生的基本信号强度比；

（3）监测报警系统根据高速轴与轴伸允许的对中偏差，折算出声发射传感器允许的信号强度比例及偏差，根据强度比例大小，设定绿色、黄色、红色、橙色四个故障报警等级；

（4）风力发电机组启动后，联轴器防护罩内的声发射传感器开始捕捉音频信号，当高速轴与轴伸偏离初始设定的正常位置时，会引起高速轴与轴伸相对声发射传感器距离的变化，这种变化通过声发射传感器导入监测报警系统，监测报警系统自动计算信号强度比，当信号强度比超出故障报警等级设定的界限时，监测报警系统发出相应等级的报警；

（5）报警后，风力发电机组首先降转速运行，若故障报警消除，运行维护人员可择机登机消缺；若在低转速时仍有故障报警，则立即停机；

所述监测装置包括四个安装在联轴器防护罩内的声发射传感器，四个声发射传感器中两个布置在齿轮箱高速轴侧，另外两个布置在发电机轴伸侧，四个声发射传感器在前后方向沿着齿轮箱高速轴及发电机轴伸布置，在左右方向以竖直平面为对称成垂直布置，此外四个声发射传感器还分别与位于集控中心的监测报警系统电连接。

说明书

一种风力发电机组轴系对中监测装置及监测方法

技术领域

[0001] 本发明属于风力发电领域，特别涉及该领域中的一种风力发电机组轴系对中监测装置及监测方法。

背景技术

[0002] 风力发电近二十年来迅速发展，截至日前，国内风电机组并网已累计1.93亿千瓦。产业高速增长的同时，随之而来的是大量的机组故障问题。其中，因齿轮箱和发电机故障造
成的机组故障，约占整个机组故障的三分之一左右。

[0003] 齿轮箱和发电机是中高速风力发电机组核心的两大部件。齿轮箱的高速轴通过联轴器与发电机的轴伸端连接，带动发电机旋转，将机械能转化为电能。齿轮箱和发电机在机
组运行前要进行对中调试。调试完成后，由于机组处于不断的运动状态，随着时间的推移，
齿轮箱与发电机底角，联轴器两端受机组不稳定载荷影响发生相对位移，导致齿轮箱高速
轴与发电机转轴中心发生对中度偏离，引起传动轴系的振动。振动会加剧发电机磨损，齿轮
箱打齿，损坏设备运行，造成故障停机。

[0004] 传统的在线测量手段，仅局限在对发电机、齿轮箱振动加速度的测量上。通过设置一个加速度限制，当振动超过限制后，系统发出故障报警，此方法的局限在于不能捕捉故障
早期特征，提前发现故障点。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题就是提供一种风力发电机组轴系对中监测装置及监测方法。

[0006] 本发明采用如下技术方案：

[0007] 一种风力发电机组轴系对中监测装置，其改进之处在于：包括四个安装在联轴器防护罩内的声发射传感器，四个声发射传感器中两个布置在齿轮箱高速轴侧，另外两个布
置在发电机轴伸侧，四个声发射传感器在前后方向沿着齿轮箱高速轴及发电机轴伸布置，
在左右方向以竖直平面为对称成垂直布置，此外四个声发射传感器还分别与位于集控中心
的监测报警系统电连接。

[0008] 进一步的，声发射传感器与齿轮箱高速轴及发电机轴伸之间保持设定的安全距离。

[0009] 一种风力发电机组轴系对中监测方法，使用上述的监测装置，其改进之处在于，包括如下步骤：

[0010] （1）齿轮箱高速轴与发电机轴伸通过联轴器进行连接，连接时采用高精度对中仪对高速轴与轴伸的对中度进行调整，将其控制在允许的误差范围内；调节安装在联轴器防
护罩内的声发射传感器位置，使声发射传感器距离高速轴与轴伸的距离误差控制在联轴器
允许的对中误差范围内；

[0011] （2）监测报警系统在风力发电机组调试完成后，记录四个声发射传感器捕捉到的声音信号，计算出四个信号的信号强度比，用以标定高速轴与轴伸旋转过程中产生的基本
信号强度比；

[0012] （3）监测报警系统根据高速轴与轴伸允许的对中偏差，折算出声发射传感器允许的信号强度比例及偏差，根据强度比例大小，设定绿色、黄色、红色、橙色四个故障报警等
级；

[0013] （4）风力发电机组启动后，联轴器防护罩内的声发射传感器开始捕捉音频信号，当高速轴与轴伸偏离初始设定的正常位置时，会引起高速轴与轴伸相对声发射传感器距离的
变化，这种变化通过声发射传感器导入监测报警系统，监测报警系统自动计算信号强度比，
当信号强度比超出故障报警等级设定的界限时，监测报警系统发出相应等级的报警；

[0014] （5）报警后，风力发电机组首先降转速运行，若故障报警消除，运行维护人员可择机登机消缺；若在低转速时仍有故障报警，则立即停机。

[0015] 本发明的有益效果是：

[0016] 本发明所公开的监测装置及监测方法，通过四个声发射传感器信号强度比的变化来体现轴系对中偏差，可以提前发现轴系旋转过程中产生的对中超差故障，起到提前预警
作用。

附图说明

[0017] 图1是齿轮箱和发电机之间的连接关系示意图；

[0018] 图2是本发明实施例1所公开监测装置的安装位置示意图；

[0019] 图3是齿轮箱高速轴与发电机轴伸发生对中偏差时的示意图；

[0020] 图4是齿轮箱高速轴与发电机轴伸发生对中偏差时的截面示意图。

具体实施方式

[0021] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。

[0022] 如图1所示，风力发电机组齿轮箱1的高速轴6与发电机2的轴伸7通过联轴器3进行连接，联轴器安装在防护罩4内。

[0023] 实施例1，如图1，2所示，本实施例公开了一种风力发电机组轴系对中监测装置，包括四个安装在联轴器防护罩内的声发射传感器5，四个声发射传感器中两个布置在齿轮箱
高速轴侧，另外两个布置在发电机轴伸侧，四个声发射传感器在前后方向沿着齿轮箱高速
轴及发电机轴伸布置，在左右方向以竖直平面为对称成垂直布置，此外四个声发射传感器
还分别与位于集控中心的监测报警系统电连接。

[0024] 在本实施例中，声发射传感器与齿轮箱高速轴及发电机轴伸之间保持设定的安全距离。在轴系发生对中偏离时，会引起四个声发射传感器距离轴系的距离变化。

[0025] 四个声发射传感器用以捕捉轴系旋转过程中的声音信号，安装在集控中心的监测报警系统用以对捕捉到的信号进行数据分析和故障报警，对齿轮箱和发电机的对中情况进
行诊断。监测报警系统在机组调试完成后，记录四个声发射传感器捕捉到的声音信号，计算
出四个信号的信号强度比，用以标定轴系旋转过程中产生的基本信号强度比。机组运行过
程中，四个信号的强度会发生变化，但强度比不会发生变化。根据轴系允许的对中偏差，折
算出所述信号强度比允许的偏差。当声发射传感器捕捉到的信号强度比超出基本信号强度
比允许的偏差范围时，监测报警系统发出报警。

[0026] 本实施例所公开的监测装置，既适用于齿轮箱高速轴与发电机轴伸连接的高速传动对中在线监测，其原理也可用于其他领域旋转机械对中的在线监测。

[0027] 本实施例还公开了一种风力发电机组轴系对中监测方法，使用上述的监测装置，包括如下步骤：

[0028] （1）齿轮箱高速轴与发电机轴伸通过联轴器进行连接，连接时采用高精度对中仪对高速轴与轴伸的对中度进行调整，将其控制在允许的误差范围内；调节安装在联轴器防
护罩内的声发射传感器位置，使声发射传感器距离高速轴与轴伸的距离误差控制在联轴器
允许的对中误差范围内；图2中声发射传感器对称的分布在轴系两侧。

[0029] （2）监测报警系统在风力发电机组调试完成后，记录四个声发射传感器捕捉到的声音信号，计算出四个信号的信号强度比，用以标定高速轴与轴伸旋转过程中产生的基本
信号强度比；

[0030] （3）监测报警系统根据高速轴与轴伸允许的对中偏差，折算出声发射传感器允许的信号强度比例及偏差，根据强度比例大小，设定绿色、黄色、红色、橙色四个故障报警等
级；

[0031] （4）风力发电机组启动后，联轴器防护罩内的声发射传感器开始捕捉音频信号，当高速轴与轴伸偏离初始设定的正常位置时（如图3中轴系偏离初始设定的正常位置6、7运行
到位置33、34，图4中轴系从位置41偏离到位置42），会引起高速轴与轴伸相对声发射传感器
距离的变化，这种变化通过声发射传感器导入监测报警系统，监测报警系统自动计算信号
强度比，当信号强度比超出故障报警等级设定的界限时，监测报警系统发出相应等级的报
警；

[0032] （5）报警后，风力发电机组首先降转速运行，若故障报警消除，运行维护人员可择机登机消缺；若在低转速时仍有故障报警，则立即停机并尽快排查原因。