中型风力发电机组变桨传动系统健康度诊断方法与流程

1.本技术涉及一种中型风力发电机组变桨传动系统健康度诊断方法，属于中型风力发电机组变桨控制系统技术领域。


背景技术：

2.为减少风力发电机组的不平衡受力载荷和获得风能量的高效利用率，变桨距系统已成为市场上中型风力机桨叶控制的主流运转形式。若因变桨传动系统故障导致变桨电机无法驱动叶片顺桨至安全位置，轻则影响机组发电量和使用寿命，重则可能发生倒塔及附带不可预估的重大事故，因此对变桨传动系统的预警监测就显得极为重要。
3.变桨动力传动系统中，不可避免地存在间隙，目前现有的机组状态监测控制方法及其装置系统对变桨传动系统的动态间隙监测是缺失的，大多采取人工运维定期检查、因传动系统结构的特殊性，人工检查仅能对叶片位置和传动系统外观进行检查，对传动系统结构连接件内部包含驱动电机、平键、减速机、驱动齿轮及轴承连接处的间隙变化、磨损状态等均无法涉及。
4.公开专利文献cn113027699b提供了风力发电机组的监测方法、装置和系统，与之类似的，cn114856933a提供了一种风电机组叶片卡桨故障识别与卡桨故障排除的控制方法及系统，上述现有技术通过计算叶根旋转频率或通过预设角度区间来判断变桨系统是否发生故障及初步的故障定位，监测发现后大多已为故障或损坏状态，且无法对变桨传动系统本体的健康状态、剩余寿命、维护周期进行判断识别、故障识别方式模糊、单一。


技术实现要素：

5.本技术的目的是完善对变桨系统的控制方法及健康诊断，提供一种通过监测变桨传动系统间隙变化来评估变桨传动系统本体健康状态的诊断方法。
6.具体技术方案为如下：
7.中型风力发电机组变桨传动系统健康度诊断方法，包括以下步骤：
8.步骤一、获取变桨传动系统的安全传动齿间隙范围为x≤l≤x1，l表示齿间隙，x表示正常范围下限标准值，x1表示正常范围上限标准值；
9.步骤二、变桨传动系统执行自检，计算出当前传动系统的齿间隙l，分以下情况处理；
10.齿间隙l满足x≤l≤x1：
11.若变桨控制器对当前角度、扭矩自检反馈合格，给出状态良好的信号指令；
12.若角度、扭矩自检反馈异常，则发出预警信号；
13.齿间隙l≤x-，x-小于间隙的标准值x，判断变桨可能出现卡桨现象：
14.若角度扭矩自检合格后，判断为变桨传动系统出现卡桨现象，需要维护检查，发出维护信号指令；
15.若角度出现突变或扭矩增大的现象，则判断变桨传动链出现严重卡桨或堵转现
象，发出故障停机信号指令；
16.齿间隙l≥x+，x+大于间隙的标准值x1，判断轴承的间隙磨损严重，有进一步恶化的趋势：
17.若角度、扭矩的自检结果正常，给出维护信号指令；
18.若角度、扭矩自检不合格，此时判断变桨传动系统发生严重磨损，会影响机组安全运行，给出故障信号。
19.优选的，齿间隙l的计算方法包括：
20.获得变桨传动系统测试力矩t；
21.向变桨传动系统施加正向t的力矩，使变桨传动系统输出端小齿轮缓慢运转，直至速度为0，此时传动系统输出端小齿轮与轴承齿轮左侧完全贴合，此时将伺服电机的运转脉冲圈数清0；
22.在消除一侧齿间隙后向变桨传动系统施加反向t的力矩，使传动系统输出端小齿轮反向缓慢运转，直至与轴承齿轮右侧完全贴合，速度为0；此时读取伺服电机从施加反方向力矩t运转至速度为0时的伺服电机运转的脉冲圈数a；
23.通过伺服电机运转的脉冲圈数a可计算出变桨传动系统输出端小齿轮与轴承齿轮之间的齿间隙l，计算公式如下：
[0024][0025]
n：伺服电机转动1圈的脉冲数；i：减速比；m：模数；z1：主动轮齿数。
[0026]
其中，所述测试力矩t为仅能带动变桨传动系统减速机输出端小齿轮进行空载转动、无法带动轴承齿轮运转的力矩。
[0027]
优选的，变桨传动系统的安全传动齿间隙范围获取方法为：
[0028]
依照齿间隙l的计算方法对正常变桨传动系统进行大量试验，根据大量试验数据统计出正常范围下限标准值x和正常范围上限标准值x1。
[0029]
本技术与现有技术相比：
[0030]
1.进一步完善对变桨系统的控制方法及健康诊断的功能，提供了一种解决监测变桨传动系统间隙变化的方法；
[0031]
2.传动系统的间隙监测，可及时发出信号，避免因传动系统间隙变大带来的运转冲击、加速部件损耗、影响变桨工作精度、输出性能变差、损坏机械密封及降低轴承和齿轮润滑效果，造成设备严重故障和事故的发生；
[0032]
3.通过对传动系统的健康判断，可以提前安排好每台机组的维护时间，合理协调运行维护计划，从而减少停机时间，增加发电量，降低运行维护成本及改善现有变桨传动系统故障识别模糊、单一的情况；
[0033]
4.通过对传动系统结构间隙的获取判断，能够及时掌握传动系统的健康状态；更能体现传动系统在运行过程中的受到疲劳载荷的作用，对计算传动系统的疲劳寿命更为准确。
附图说明
[0034]
图1为常规变桨传动系统的传动组成图；
[0035]
图2为变桨传动系统输出端小齿轮与轴承齿轮啮合间隙示意图；
[0036]
图3为变桨传动系统健康度诊断方法框图。
具体实施方式
[0037]
为使本技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0038]
本实施例提供的是中型风力发电机组变桨传动系统健康度诊断方法，其工作原理为变桨控制系统通过对传动系统间隙变化的测量计算，基于给定的间隙安全范围，结合变桨系统的自身运行工况数据比对判断，向风力发电机组主控plc发出健康、预警、故障信号。
[0039]
参见图1、图2，常规中型风力发电机组变桨传动系统通常包括伺服电机(含与减速机啮合的平键或花键)、减速机、变桨轴承的啮合齿轮。
[0040]
首先，测试变桨传动系统的安全传动齿间隙：
[0041]
对于某一个特定款机型变桨传动系统，通过大量试验数据获得变桨传动系统测试力矩t，测试力矩t是指该力矩仅能带动变桨传动系统减速机输出端小齿轮12进行空载转动，无法带动轴承齿轮13运转；
[0042]
向变桨传动系统施加正向t的力矩，使变桨传动系统输出端小齿轮12缓慢运转，直至速度为0，此时传动系统输出端小齿轮12与轴承齿轮13左侧完全贴合，此时将伺服电机的运转脉冲圈数清0；
[0043]
在消除一侧齿间隙后向变桨传动系统施加反向t的力矩，使传动系统输出端小齿轮12反向缓慢运转，直至与轴承齿轮13右侧完全贴合，速度为0；此时读取伺服电机从施加反方向力矩t运转至速度为0时的伺服电机运转的脉冲圈数a；
[0044]
通过伺服电机运转的脉冲圈数a可计算出变桨传动系统输出端小齿轮12与轴承齿轮13之间的齿间隙l，计算公式如下：
[0045][0046]
a：伺服电机运转的脉冲圈数；n：伺服电机转动1圈的脉冲数；i：减速比；m：模数；z1：主动轮(输出端小齿轮)齿数。(本技术通过大量的测试验证，总结出此款机型正常的变桨传动系统间隙范围为在0.15mm≤l≤0.7mm(包含冗余量)，为方便描述，后续使用x≤l≤x1表示；上述数据对于不同的机型存在一定差异，需按照上述测试步骤根据实际验证数据进行调整。)
[0047]
然后根据上述安全间隙测试结果，进行变桨传动系统健康度诊断：
[0048]
人工在线触发或软件自动触发变桨系统的自检信号后，向主控请求停机，顺桨至安全位置执行变桨传动系统的自检程序；
[0049]
通过上述间隙的计算方法，计算出当前传动系统的齿间隙l；齿间隙l满足x≤l≤x1的判断后变桨控制器对当前角度、扭矩自检反馈判断合格后，给出状态良好的信号指令；
[0050]
若出现传动系统齿间隙正常，角度、扭矩自检反馈异常的现象，则发出预警信号；
[0051]
若计算的齿间隙l≤x-(x-小于间隙的标准值x)时，此时判断变桨可能出现了卡桨现象，进一步角度扭矩自检合格后，判断为变桨传动系统出现卡桨现象，需要维护检查，发出维护信号指令；
[0052]
若角度出现突变或扭矩增大的现象，则判断变桨传动链出现严重卡桨或堵转现象，发出故障停机信号指令；
[0053]
当计算的齿间隙l≥x+(x+大于间隙的标准值x1)时，此时判断轴承的间隙磨损严重，有进一步恶化的趋势，此时进一步判断角度、扭矩的自检结果，自检正常后，给出维护信号指令；
[0054]
若角度、扭矩自检不合格，此时判断变桨传动系统发生严重磨损，会影响机组安全运行，给出故障信号。

技术特征：
1.中型风力发电机组变桨传动系统健康度诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、获取变桨传动系统的安全传动齿间隙范围为x≤l≤x1，l表示齿间隙，x表示正常范围下限标准值，x1表示正常范围上限标准值；步骤二、变桨传动系统执行自检，计算出当前传动系统的齿间隙l，分以下情况处理；齿间隙l满足x≤l≤x1：若变桨控制器对当前角度、扭矩自检反馈合格，给出状态良好的信号指令；若角度、扭矩自检反馈异常，则发出预警信号；齿间隙l≤x-，x-小于间隙的标准值x，判断变桨可能出现卡桨现象：若角度扭矩自检合格后，判断为变桨传动系统出现卡桨现象，需要维护检查，发出维护信号指令；若角度出现突变或扭矩增大的现象，则判断变桨传动链出现严重卡桨或堵转现象，发出故障停机信号指令；齿间隙l≥x+，x+大于间隙的标准值x1，判断轴承的间隙磨损严重，有进一步恶化的趋势：若角度、扭矩的自检结果正常，给出维护信号指令；若角度、扭矩自检不合格，此时判断变桨传动系统发生严重磨损，会影响机组安全运行，给出故障信号。2.如权利要求1所述的中型风力发电机组变桨传动系统健康度诊断方法，其特征在于，齿间隙l的计算方法包括：获得变桨传动系统测试力矩t；向变桨传动系统施加正向t的力矩，使变桨传动系统输出端小齿轮缓慢运转，直至速度为0，此时传动系统输出端小齿轮与轴承齿轮左侧完全贴合，此时将伺服电机的运转脉冲圈数清0；在消除一侧齿间隙后向变桨传动系统施加反向t的力矩，使传动系统输出端小齿轮反向缓慢运转，直至与轴承齿轮右侧完全贴合，速度为0；此时读取伺服电机从施加反方向力矩t运转至速度为0时的伺服电机运转的脉冲圈数a；通过伺服电机运转的脉冲圈数a可计算出变桨传动系统输出端小齿轮与轴承齿轮之间的齿间隙l，计算公式如下：n：伺服电机转动1圈的脉冲数；i：减速比；m：模数；z1：主动轮齿数。3.如权利要求2所述的中型风力发电机组变桨传动系统健康度诊断方法，其特征在于，所述测试力矩t为仅能带动变桨传动系统减速机输出端小齿轮进行空载转动、无法带动轴承齿轮运转的力矩。4.如权利要求2所述的中型风力发电机组变桨传动系统健康度诊断方法，其特征在于，变桨传动系统的安全传动齿间隙范围获取方法为：依照齿间隙l的计算方法对正常变桨传动系统进行大量试验，根据大量试验数据统计出正常范围下限标准值x和正常范围上限标准值x1。

技术总结
本申请公开了中型风力发电机组变桨传动系统健康度诊断方法，包括以下步骤：步骤一、获取变桨传动系统的安全传动齿间隙范围为x≤L≤x1，L表示齿间隙，x表示正常范围下限标准值，x1表示正常范围上限标准值；步骤二、变桨传动系统执行自检，计算出当前传动系统的齿间隙L，根据间隙L是否处于安全传动齿间隙范围以及角度、扭矩自检结果，对应给出不同信号，判断变桨传动系统的健康状态。从而及时掌握传动系统的健康状态，降低运行维护成本并改善现有变桨传动系统故障识别模糊、单一的情况。单一的情况。单一的情况。


技术研发人员：孙开锋 袁炜 顾子怡 程文龙
受保护的技术使用者：上海致远绿色能源股份有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/6/28