用于检测由于旋转的机器/系统部件的静电充电而在滚动轴承中发生的电流脉冲的方法和装置与流程

1.本发明涉及用于检测由于旋转的机器或系统部件的静电充电而在滚动轴承中的轴承外圈、滚动体与轴承内圈之间发生的电流脉冲的方法和装置。本发明还涉及体现该方法的计算机程序产品，并且在特定的应用中，涉及其中实施根据本发明的解决方案的风力发电系统。


背景技术：

2.本发明的应用领域原则上延伸至借助于滚动轴承安装在静止支承结构上的所有旋转的机器或系统部件。然而，风力发电系统技术作为特殊的应用领域应当被重点关注，其中特别地，由于转子叶片的静电充电而产生的有害电流穿过转子轴承可能导致轴承损坏。研究表明，由于静电充电而发生的这种电流是所谓的wec(白蚀裂纹)形成的重要因素。wec通常被理解成是指轴承钢的微观结构中的裂纹，其具有由最精细的纳米晶体无碳化物铁素体或具有非常精细的碳化物分布的铁素体组成的局部白蚀区域。裂纹周围的白蚀区域比周围未受影响的轴承钢的微观结构硬并且随时间推移导致轴承损坏。因此，对由于静电充电而在轴承中发生的电流的可靠检测是对轴承进行状态监测并且在必要时及时引入维护措施的先决条件。
3.ep 2 539 680 b1公开了一种用于检测滚动轴承损坏的技术解决方案，但是在变换器馈电的电机的背景下，其不是所讨论的类型。为此，将电机连接至变换器。为了捕获通过滚动轴承的放电事件，在两个不同的频带上进行测量，其中，在一兆赫至几兆赫范围的频带上确定放电事件的能量，并且在高于一千兆赫的另一频带上搜索重合事件，其中，该重合事件表明必须假定损坏轴承电流事件。因此，用于检测轴承电流的该技术解决方案被证明非常特定于应用，并且因此难以转移至其他应用领域。


技术实现要素：

4.本发明的目的是创建一种用于检测特别地由于旋转的机器或系统部件的静电充电而流过滚动轴承或滑动轴承的电流脉冲的方法和装置，该电流脉冲可以使用简单的技术手段来可靠地捕获和评估。
5.该目的借助于根据权利要求1所述的方法来实现。关于对应的装置，参照权利要求6。权利要求9指定了在风力发电系统背景下的特殊应用，并且权利要求10涉及体现该方法的计算机程序产品。引用其的从属权利要求再现了本发明的有利发展。
6.本发明包括执行以下步骤以检测特性电流脉冲的过程教导：
[0007]-接收由于特性电流脉冲而在高于50mhz的频率范围内发射的电磁无线电波；
[0008]-通过信号处理对接收的信号进行处理以提取该接收的信号中包含的电流脉冲事件，所述处理包括滤波；
[0009]-对电流脉冲事件的时间进展进行分析，以进行对滚动轴承或滑动轴承的状态监
测。
[0010]
根据本发明的解决方案基于以下发现：特别地由于旋转的机器或系统部件的静电充电而生成的特性电流脉冲在典型频率范围内生成无线电波，该无线电波作为具有非常快的衰减相的脉冲在信号曲线中是可见的。这些电流脉冲事件使得能够在频谱中识别感兴趣的电流脉冲事件。
[0011]
优选地使用包络形成来提取电流脉冲事件，即，对接收的信号进行处理，根据优选实施方式，该处理包括对接收的信号进行高通滤波，随后是整流和后续的低通滤波。这形成了通过简单积分来对经处理的信号进行分析的先决条件，通过确定每秒的面积作为测量变量以对发生的电流脉冲事件进行量化，即，使得可以进行评估。
[0012]
作为对此的替选方案，还可以通过下述来进行分析：对经处理信号的每单位时间的电流脉冲事件的数目进行计数，以对发生的电流脉冲事件进行量化。在这种情况下，将每秒的数目用作测量变量以进行后续的评估。
[0013]
根据本发明的方法特别地包括特殊信号处理可以在电子装置中实施，该电子装置优选地包括接收单元、信号处理单元和分析单元。这些部件可以容纳在例如具有用于连接至系统状态监测系统或系统控制器的接口的检测装置中。例如，所获得的测量变量可以以模拟信号的形式传递至状态监测系统，以进行进一步的处理和评估。作为此的替选或除此之外，还可以想到创建特定的检测装置作为具有优选集成的警报单元的单独的装置。警报单元可以例如发射光学信号或声学信号，以便用信号通知已经达到临界轴承状态。当然，也可以将传递至较高级别实体的测量变量集成到这样的本地装置中。本地装置也可以例如安装在轴承壳体内部的区域中或变速器中，并且因此保护该本地装置不受外部电磁干扰。
[0014]
根据优选的示例性实施方式，根据本发明的用于检测由于静电充电而在轴承中发生的特性电流的装置可以集成在风力发电系统中。这是由于风力发电系统的转子叶片暴露于相当大的静电荷，特别地是由于与天气有关的影响，所述静电荷经由旋转轴承放电。此处发生的特性电流可能导致轴承区域中的电击穿和闪电放电。
[0015]
还应当注意，根据本发明的解决方案也可以通过计算机程序产品来实施，该计算机程序产品运行程序代码装置以在经组合的微处理器控制信号处理单元与分析单元上执行该方法或者该计算机程序产品可以存储在计算机可读数据存储介质上。
附图说明
[0016]
基于附图，下面将和本发明的优选示例性实施方式的描述一起更详细地示出改进本发明的另外的措施。在附图中：
[0017]
图1示出了在风力发电系统中实施的用于检测由于转子的静电充电而流过滚动轴承的电流脉冲的装置的示意性框图表示；
[0018]
图2示出了作为信号分析的先决条件的用于对接收的信号进行处理的包络形成的示意性表示。
具体实施方式
[0019]
根据图1，此处仅示意性地示出的风力发电系统具有转子1，该转子经由被设计为转子轴轴承的滚动轴承2可旋转地安装在风力发电系统的塔架(未进一步详细示出)上的舱
室的支承结构3上。
[0020]
在操作期间，转子1的转子叶片经历静电充电，此处，该静电充电流过滚动轴承2，经由滚动元件5从轴承内圈4流向轴承外圈6并且流入接地支承结构3。因此，滚动轴承2中的放电以电磁无线电波的方式发射，该电磁无线电波通常在高于50mhz的频率范围内。
[0021]
安装在接收区域即靠近滚动轴承2的接收单元10用于经由附接至其的天线11接收100电磁无线电波。下游信号处理单元20用于通过信号处理来对接收的信号进行处理200以提取该接收的信号中包含的电流脉冲事件，这在该示例性实施方式中特别地包括包络形成。分析单元30用于对电流脉冲事件的时间进展进行后续分析300，以进行对滚动轴承2的状态监测。
[0022]
接收单元10与信号处理单元20和分析单元30一起容纳在共同检测装置40中，该共同检测装置经由数据传输接口50连接至系统状态监测系统(未进一步详细示出)。此外，警报单元60也集成在检测装置50中，该警报单元用作临界状态的本地光学显示。
[0023]
图2示出了优选地在对接收的电磁无线电波的信号处理的过程中执行的包络形成。因此，基于接收的信号，首先进行高通滤波400以消除不相关的信号分量。随后是整流500去掉信号的子波。最后，低通滤波600确保在曲线与横坐标轴之间形成区域。这形成了优选地进行后续积分的先决条件，以便使用每单位时间的面积作为针对已经发生的电流脉冲事件的测量变量。
[0024]
本发明不限于上述优选示例性实施方式。相反，还可以想到包括在所附权利要求的保护范围内的修改。特别地，根据本发明的解决方案不仅适用于风力发电系统，而且通常还适用于非有线的电流放电场景。此外，应当注意，用于获得测量变量的信号处理不仅限于接收的无线电信号的包络形成。替选地，为此目的也可以使用采样方法或其他合适的分析。
[0025]
附图标记列表
[0026]
1 转子
[0027]
2 滚动轴承
[0028]
3 支承结构
[0029]
4 轴承内圈
[0030]
5 滚动元件
[0031]
6 轴承外圈
[0032]
10 接收单元
[0033]
11 天线
[0034]
20 信号处理单元
[0035]
30 分析单元
[0036]
40 检测装置
[0037]
50 数据传输接口
[0038]
60 警报单元
[0039]
100 接收电磁无线电波
[0040]
200 对接收的信号进行处理
[0041]
300 分析电流脉冲事件
[0042]
400 高通滤波
[0043]
500 整流
[0044]
600 低通滤波
[0045]
i 电流
[0046]
a 幅度
[0047]
t 时间。