风力发电机滑动式偏航系统状态监测装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种风力发电机滑动式偏航系统状态监测装置，包括：数据采集装置，用于获取所述偏航机构的信号；数据采集卡，用于接收所述数据采集装置监测到的信号；上位机，用于接收所述数据采集卡传输的信号并进行处理；传输模块，用于传输所述上位机处理后的数据；计算机，用于接收所述传输模块传输的数据，并通过软件实现数据的存储及分析。根据本发明，可以监测偏航过程中相关参数的变化，计算出偏航电机的驱动力矩，及时判断风力机偏航系统的工作状态，保障风力机的安全运行，准确判断偏航系统故障所在，为风力机的维护提供支持。
【专利说明】风力发电机滑动式偏航系统状态监测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种风力发电机滑动式偏航系统状态监测装置。
【背景技术】
[0002]风力发电机滑动式偏航系统一般由偏航控制系统、偏航机构、扭缆保护装置三部分组成。其中偏航机构由偏航电机、偏航减速机、偏航齿轮、偏航爪组成。
[0003]偏航控制系统将测量得到的风向、风速信号与机舱方向进行对比，如果达到进行偏航运动的条件，则发出偏航指令，偏航电机启动，开始进行偏航。偏航过程中，偏航机构一般保持恒定的偏航速度。偏航机构中偏航大齿轮固定在塔筒上，偏航减速机固定安装在机舱底座上。偏航电机通过偏航减速机驱动偏航小齿轮转动，偏航小齿轮与偏航大齿轮啮合，推动机舱转动。机舱与偏航爪通过螺栓连接，偏航爪与偏航大齿圈形成滑动摩擦。
[0004]偏航机构在偏航过程中受到机舱传来的风轮对偏航机构的作用力，以及偏航爪与大齿圈的摩擦阻尼力，偏航电机产生的驱动力。风速、风向、发电功率、叶片桨距角、偏航速度都影响风轮对偏航机构的作用力。偏航机构的摩擦阻尼力主要与滑板的摩擦系数、调节弹黃的正压力有关。
[0005]目前滑动式偏航轴承主要通过偏航爪的调节螺栓的预紧力矩来确定摩擦滑板的压力，以保证偏航过程平稳，以及偏航停止状态下偏航结构的锁定。但是螺栓的预紧力矩在偏航系统工作过程中由于振动、磨损、松弛等因素影响，螺栓预紧力与滑板正压力会发生变化，需要对滑动偏航系统滑板的压力进行实时监测，通过实时监测可以在检修时合理调整的螺栓预紧力，而不仅仅是按规范规定值进行设置。在偏航系统工作中可以实施监测摩擦阻尼是否处于合理范围，保证偏航机构运行的稳定性和可靠性。
[0006]由于风资源的随机性，风力机处于复杂的载荷状态。尤其是当风力机机位位于特殊地形时，风的异常湍流，会导致风力机偏航机构受力异常，引起偏航电机烧毁、偏航减速机齿轮断齿、偏航齿轮损坏、偏航齿轮磨损等故障。
【发明内容】
[0007]本发明的主要目的在于，提供一种风力发电机滑动式偏航系统状态监测装置，实现风力机在偏航过程中相关状态参数的实时监测、数据采集、传输、分析，及时判断风力机偏航系统的工作状态，不仅可以保证风力机的安全运行，而且可以为风力机的运行维护提供支持。
[0008]本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种风力发电机滑动式偏航系统状态监测装置，用于对风力发电机的滑动式偏航系统的状态进行监测，所述偏航系统包括偏航机构，其中偏航机构包括偏航电机、偏航减速机、偏航齿轮、偏航爪、偏振轴承、风力发电机机舱组成，所述控制柜中具有所述偏航电机的电源进线，所述偏航爪上具有调节螺栓，包括:数据采集装置，用于获取所述偏航机构的信号；数据采集卡，用于接收所述数据采集装置监测到的信号；上位机，用于接收所述数据采集卡传输的信号并进行处理；传输模块，用于传输所述上位机处理后的数据；计算机，用于接收所述传输模块传输的数据，并通过软件实现数据的存储及分析。
[0009]可选地，前述的装置，所述数据采集装置包括电流互感器，所述电流互感器安装在所述控制柜中，所述电源进线穿过所述电流互感器，所述电流互感器用于监测所述偏航电机的电流值，所述上位机根据所述电流互感器测出的电流值和电压计算出所述偏航电机的功率。
[0010]可选地，前述的装置，所述数据采集装置包括加速度计，所述加速度计安装在偏航爪上，所述加速度计上配有一个前置放大器，用于监测所述偏航轴承的振动参数。
[0011 ] 可选地，前述的装置，所述数据采集装置包括压力传感器，所述压力传感器安装在所述调节螺栓上，用于监测所述偏航爪的预紧力，所述上位机根据所述压力传感器测得的预紧力计算得到所述偏航齿轮在偏航过程中所受到的载荷。
[0012]可选地，前述的装置，所述数据采集装置包括声级计，所述声级计安装在所述风力发电机机舱内，用于检测所述偏航电机工作时的噪声信号，所述声级计将监测得到的信号发送所述数据采集卡。
[0013]可选地，前述的装置，所述状态检测器包括偏航角传感器，所述偏航角传感器安装在所述偏航轴承上，用于检测所述偏航电机工作时的偏航角度，所述上位机通过所述偏航角传感器测得的偏航角度算出偏航速度。。
[0014]借由上述技术方案，本发明的风力发电机滑动式偏航系统状态监测装置至少具有下列优点:
可以实现偏航电机功率监测、偏航机构滑板压力监测、偏航爪振动监测、偏航噪声监测、偏航速率监测；由于风的随机性变化，风力机的载荷状态十分复杂，在一些特殊地形中的湍流风可能会导致风力机偏航机构产生故障，通过本发明监测偏航过程中相关参数的的变化，计算出偏航电机的驱动力矩，及时判断风力机偏航系统的工作状态，保障风力机的安全运行，准确判断偏航系统故障所在，为风力机的维护提供支持。
[0015]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是根据本发明的一个实施例的风力发电机滑动式偏航系统状态监测装置的示意图。
【具体实施方式】
[0017]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的风力发电机滑动式偏航系统状态监测装置其【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
[0018]如图1所示，本发明的一个实施例提出的一种风力发电机滑动式偏航系统状态监测装置，用于对风力发电机的滑动式偏航系统的状态进行监测，所述偏航系统包括偏航控制系统、偏航机构、扭缆保护装置，其中偏航机构包括偏航电机、偏航减速机、偏航齿轮、偏航爪、偏振轴承、风力发电机机舱组成，所述控制柜中具有所述偏航电机的电源进线，所述偏航爪上具有调节螺栓，包括:数据采集装置，用于获取所述偏航机构的信号；数据采集卡110，用于接收所述数据采集装置监测到的信号；上位机120，用于接收所述数据采集卡110传输的信号并进行处理；传输模块130，用于所述上位机120处理后的数据；计算机140，用于接收所述传输模块130传输的数据，并通过软件实现数据的存储及分析。
[0019]在本发明的另一实施例中，所述数据采集装置包括穿芯式电流互感器101、三向加速度计102、压力传感器104、声级计105、偏航角传感器106等。
[0020]在本发明的另一实施例中，所述穿芯式电流互感器101安装在控制柜中，将偏航电机电源进线穿过电流互感器101，用于监测偏航电机启动和正常，电流互感器101 二次侧通过电流送变器将二次侧电流转换为标准4-20mA电流信号后送至数据采集卡110。
[0021]在本发明的另一实施例中，所述三向加速度计102安装在偏航爪上，每个三向加速度计102配有一个前置放大器103，用于监测偏航过程中，偏航轴承的振动，确定偏航过程是否平稳，判断偏航齿轮磨损和振动的原因，输出4-20mA标准电流信号送至数据采集卡110。
[0022]在本发明的另一实施例中，所述压力传感器104安装在偏航爪的调节螺栓上，用于监测每个偏航爪的预紧力，输出4-20mA标准电流信号送至数据采集卡110，上位机120及时判断各个偏航爪对偏航齿圈的摩擦力是否一致。
[0023]在本发明的另一实施例中，所述声级计105安装在风力发电机机舱内，用于检测偏航电机工作时的噪声信号，采集到的噪声信号送至数据采集卡110。
[0024]在本发明的另一实施例中，所述偏航角传感器106安装在偏航轴承上，用于检测偏航电机工作时的偏航角度，通过V/I变换器转换为4-20mA标准信号后送至数据采集模块110。
[0025]在本发明的另一实施例中，所述数据采集卡110用来实现数据采集装置和上位机120间的信号安全隔离和高精度数据采集、监控与传输等功能，采用16通道智能数据采集器对多路风力发电机运行过程参数进行巡回检测、数据采集，并通过标准的RS232或RS422/485通讯接口，直接与上位机120通讯。
[0026]在本发明的另一实施例中，所述上位机120通过组态软件设计数据采集画面，用于接收数据采集卡110发送来的多路数据，实现对风力发电机偏航系统中各数据的实时显示、曲线显示、历史数据保存等功能。为了实现风力发电机偏航系统数据的远程监测，采用数据传输DTU (Data Transfer Unit)模块130将上位机120采集到的多路数据转换成TCP/IP数据包通过GPRS或3G网络上传至计算机140，例如可以是数据中心服务器，用于实时监测风力发电机偏航系统的工作状态。数据中心服务器采用申请配置固定IP地址，与GPRS或3G网络相连。数据中心管理软件采用组态软件开发实现，负责对服务器接收到的数据进行汇总、整理和综合分析。数据分析采用曲线的形式显示，可以形象直观的展现风力发电机偏航系统运行时的数据动态、变化趋势等。
在本发明的另一实施例中，数据采集装置主要采集风力发电机在发电过程中的运行参数，信号一般为0-10V或4-20mA,需要米集的信号可以包括:风速风向、环境温度、偏航电机工作状态、偏航角度、偏航闸状态、桨叶角度等。数据采集需同时采集多路数据，需使用多路数据采集装置来进行，将多路数据汇合后通过通信线送至上位机120。
[0027]当偏航运动开始时，通过偏航角传感器106测得的偏航角度和时间可以算出偏航速度，由偏航齿圈和偏航电机齿轮的齿数，能够算出偏航电机齿轮的转速，根据偏航电机减速箱的传动比，算出偏航电机输出轴的转速，由于偏航电机电压为固定值，穿芯式电流互感器101测出的电流值和电压可用于求出偏航电机的功率，再根据发电机的转速求出发电机输出轴的力矩，由减速箱内齿轮间的传动比，可以算出偏航齿轮及减速箱内各部分的力矩；通过三向加速度计102可得到机舱振动参数，计算出机舱在偏航过程中由于振动对偏航齿圈各方向施加的载荷，再结合压力传感器104测得的预紧力，得到偏航齿圈在偏航过程中所受到的载荷。通过上述方法实现对偏航电机驱动力矩及偏航齿圈受到载荷情况的监测，保证风力机偏航系统的正常运行，在发生故障时能够迅速找到问题所在并及时停机维护，降低故障所产生的损失。
[0028]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种风力发电机滑动式偏航系统状态监测装置，用于对风力发电机的滑动式偏航系统的状态进行监测，所述偏航系统包括偏航机构，其中偏航机构包括偏航电机、偏航减速机、偏航齿轮、偏航爪、偏振轴承、风力发电机机舱组成，所述控制柜中具有所述偏航电机的电源进线，所述偏航爪上具有调节螺栓，其特征在于，包括: 数据采集装置，用于获取所述偏航机构的信号； 数据采集卡，用于接收所述数据采集装置监测到的信号； 上位机，用于接收所述数据采集卡传输的信号并进行处理； 传输模块，用于传输所述上位机处理后的数据； 计算机，用于接收所述传输模块传输的数据，并通过软件实现数据的存储及分析。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据采集装置包括电流互感器，所述电流互感器安装在所述控制柜中，所述电源进线穿过所述电流互感器，所述电流互感器用于监测所述偏航电机的电流值，所述上位机根据所述电流互感器测出的电流值和电压计算出所述偏航电机的功率。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据采集装置包括加速度计，所述加速度计安装在偏航爪上，所述加速度计上配有一个前置放大器，用于监测所述偏航轴承的振动参数。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据采集装置包括压力传感器，所述压力传感器安装在所述调节螺栓上，用于监测所述偏航爪的预紧力，所述上位机根据所述压力传感器测得的预紧力计算得到所述偏航齿轮在偏航过程中所受到的载荷。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据采集装置包括声级计，所述声级计安装在所述风力发电机机舱内，用于检测所述偏航电机工作时的噪声信号，所述声级计将监测得到的信号发送所述数据采集卡。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述状态检测器包括偏航角传感器，所述偏航角传感器安装在所述偏航轴承上，用于检测所述偏航电机工作时的偏航角度，所述上位机通过所述偏航角传感器测得的偏航角度算出偏航速度。
【文档编号】F03D11/00GK104153949SQ201410354685
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】桑海洋, 安利强, 宋利宇, 翟永杰, 王明, 李冰, 丛智慧, 李颂扬 申请人:大唐（赤峰）新能源有限公司, 华北电力大学（保定）