一种风力发电机齿轮箱实时监测及故障诊断系统的制作方法

1.本发明属于故障诊断领域，具体是一种风力发电机齿轮箱实时监测及故障诊断系统。


背景技术：

2.现有技术中，齿轮箱故障检测的常用方法主要由人工根据齿轮运转过程中所产生的振动，噪声以及油温温度等方式进行判断。
3.一方面，压电缆屏蔽层是由炭黑、交联剂等组成的的复合材料，含有的官能团种类较多。在电缆实际运行的过程中，屏蔽层不仅起到均匀电场的作用，还是绝缘层与导体之间的桥梁，因此对屏蔽层的老化状态进行评估尤为重要。
4.另一方面，现有专利名称为基于声学传感器阵列的齿轮箱故障信号采集装置，申请号为cn201720186371.2，该专利采用声学传感器阵列，能够有效地减少噪声干扰，提供采集声信号的准确性，解决现有技术中存在的对声信号的采集过程中，难免会遇到噪声等其他的干扰，这就增加了检测故障的难度的问题，但该专利仅从声音提取角度上判断齿轮箱的故障，而对齿轮箱故障并不存在预警功能，且对于齿轮箱漏油等声音小的故障并不存在识别作用。
5.现有专利名称为风力发电齿轮箱故障诊断模拟实验台，申请号为cn201620494098.5，该专利提供了一种与风力发电机工作原理相似可以更加准确模拟风力发电机工作状态，以便准确判定风力发电机故障情况，以节省时间，提高效率，但该专利仅通过振动传感器识别故障，并不全面。
6.综上所述，现有技术对故障识别存在漏判的情况，且不能对故障进行预警。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种能够准确识别风力发电机齿轮箱故障，并及时发出预警信号的齿轮箱实时监测及故障诊断系统。
8.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
9.本发明公开了一种综合实时分析预警监测系统，包括多个风力发电装置以及分别设置在风力发电装置上的发电机，所述发电机上连接有齿轮箱，所述齿轮箱上连接有液油回路，所述发电机上设置有用于监测电机转速的转速传感器其特征在于，分别设置在齿轮箱壳体上的多个振动传感器以及转速传感器，设置在齿轮箱驱动端的扭矩传感器，分别设置在液油回路上的滑油屑末监测模块和液油品质传感器；还包括控制箱，所述控制箱包括核心模块、数据采集模块以及无线通信模块；所述核心模块分别与数据采集模块以及无线通信模块连接，所述数据采集模块分别与多个振动传感器、扭矩传感器、滑油屑末监测模块、转速传感器和液油品质传感器连接。
10.进一步的，还包括设置在发电机内的多个温度传感器以及设置在风力发电装置外表面的环境温湿度传感器，所述数据采集模块分别与多个温度传感器以及环境温湿度传感
器连接，所述温度传感器包括电机绕组温度传感器以及电机轴承温度传感器。
11.进一步的，所述振动传感器包括用于监测齿轮径向振动的径向振动传感器以及用于监测齿轮箱轴向振动的轴向振动传感器。
12.进一步的，所述控制箱上设置有用于提供人机交互界面的触摸显示屏，所述触摸显示屏与核心模块连接。
13.进一步的，所述液油回路包括油液管路、设置在油液管路上的油液循环泵以及设置在油液管路内用于防止油液污染的过滤器，以及与液油管路连通的液油箱。
14.进一步的，还包括上位机，所述上位机通过无线通信模块与核心模块连接。
15.进一步的，所述上位机中设置有分别用于监测并记录齿轮箱实时状态、发电机实时状态的状态监测模块以及用于根据状态监测模块的识别结果分别判断齿轮箱故障和发电机故障的故障诊断模块。
16.进一步的，所述状态监测模块包括温度监测模块，振动监测模块，转速监测模块金属屑沫监测模块、液油品质监测模块以及扭矩监测模块。
17.进一步的，所述故障诊断模块包括温度诊断模块，振动诊断模块，转速诊断模块、金属屑沫诊断模块、液油品质诊断模块以及扭矩诊断模块。
18.进一步的，还包括分别设置在齿轮箱、发电机以及油液回路底部用于接取设备漏油的存油盘，所述存油盘的盘面最低点设置有油浸报警器，所述油浸报警器与数据采集模块通信连接。
19.采用上述方案后实现了以下有益效果：
20.本发明实时监测液油中微粒的数量，根据油液的介电常数以及油液中屑沫的数量判断齿轮箱中各零件的磨损情况，同时还监测了齿轮箱输出端扭矩，当监测到齿轮箱扭矩过大时，扭矩诊断模块将发出预警信号或报警信号，避免了由于扭矩过高损坏设备，同时通过对发电机轴承、线圈温度的检测，及时做出预警避免发电机由于高温因素损坏设备。
21.本发明在报警前设置预警参数，在故障发生前做出预警，提前应对故障。
22.本发明分别从油液的微粒，振动，扭矩等多个角度识别齿轮机故障，使齿轮机故障识别更加准确。
23.当液油回路、齿轮箱以及发电机中任意一台设备出现漏油现象时，油液滴落至存油盘，并浸没油浸报警器，油浸报警器将警报信号通过数据采集模块发送至核心模块中，触摸显示屏读取西门子smart-200的cpu中数据，在展示界面发出警报，并发出报警声音，同时上位机通过无线传输模块获取报警信号。
附图说明
24.图1为本发明实施例1提供的一种综合实时分析预警监测系统的硬件连接结构示意图；
25.图2为本发明实施例1提供的一种综合实时分析预警监测系统的上位机与各风力发电装置之间的连接结构示意图；
26.图3为本发明实施例2提供的一种综合实时分析预警监测系统的上位机与各风力发电装置之间的连接结构示意图；
27.图4为本发明中上位机的结构示意图。
具体实施方式
28.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
29.实施例一
30.如附图1～图4所示：一种综合实时分析预警监测系统，包括多个风力发电装置以及分别设置在风力发电装置上的发电机，所述发电机上连接有齿轮箱，所述齿轮箱上连接有液油回路，所述发电机上设置有用于监测电机转速的转速传感器其特征在于，分别设置在齿轮箱壳体上的多个振动传感器以及转速传感器，设置在齿轮箱驱动端的扭矩传感器，分别设置在液油回路上的滑油屑末监测模块和液油品质传感器；还包括控制箱，所述控制箱包括核心模块、数据采集模块以及无线通信模块；所述核心模块分别与数据采集模块以及无线通信模块连接，所述数据采集模块分别与多个振动传感器、扭矩传感器、滑油屑末监测模块、转速传感器和液油品质传感器连接。
31.需要说明的是，油液品质传感器主要用于测量油液的介电常数，进而间接反应油液的老化情况，当油液中由于齿轮箱中齿轮磨损加剧导致的金属微粒越多，其介电常数的值越大，油液中的极化现象也越明显，介电常数的值也就越大。与之同理，滑油屑末监测模块同样用于监测齿轮箱中金属微粒的含量，也用于监测非金属微粒含量。该装置能够监测不同直径的微粒的数量，根据齿轮箱中不同磨损阶段中各直径微粒的变化趋势不同来判断齿轮箱的磨损情况。
32.更为具体的，在安装滑油屑末监测模块和液油品质传感器时，为保证两设备所监测的油液与齿轮箱中油液尽可能一致，其滑油屑末监测模块和液油品质传感器在安装时尽可能靠近齿轮箱，且滑油屑末监测模块和液油品质传感器两设备之间也要尽可能靠近。
33.更为具体的，本实施例中核心模块采用西门子smart-200的cpu模块，数据采集模块也采用与核心模块搭配的西门子系列的扩展模块，包括数字量输入模块、数字量输出模块，模拟量输入模块、模拟量输出模块，扩展通信模块，扩展通信模块包括rs485扩展模块、rs232扩展模块，西门子smart-200的cpu模块自带rj45接口也支持modbus tcp协议；本实施例中振动传感器、扭矩传感器、滑油屑末监测模块和液油品质传感器均通过rs485扩展模块与西门子smart-200的cpu模块通信连接，需要注意的是。而各类温度传感器以及室外温度传感器则是通过模拟量输入模块与西门子smart-200的cpu模块通信连接。
34.本系统还包括设置在发电机内的多个温度传感器以及设置在风力发电装置外表面的环境温湿度传感器，所述数据采集模块分别与多个温度传感器以及环境温湿度传感器连接，所述温度传感器包括电机绕组温度传感器以及电机轴承温度传感器。
35.其中，振动传感器包括用于监测齿轮径向振动的径向振动传感器以及用于监测齿轮箱轴向振动的轴向振动传感器。
36.在实际使用时，径向振动传感器与轴向振动传感器的型号规格完全相同，区别仅在于安装方向不同，其中径向振动传感器是沿着平行于齿轮箱驱动端的径向方向安装，轴向振动传感器则是沿着平行于齿轮箱驱动端的轴向方向安装；
37.控制箱上设置有用于提供人机交互界面的触摸显示屏，触摸显示屏与核心模块连接。触摸显示屏用于显示现场发电机以及齿轮箱实时运行参数，并控制现场发电机，齿轮箱等设备。
38.液油回路包括油液管路、设置在油液管路上的油液循环泵以及设置在油液管路内
用于防止油液污染的过滤器。
39.还包括上位机，所述上位机通过无线通信模块与核心模块连接。
40.无线通信模块为4g/5g通信模块，gps通信模块以及lora无线通信模块中一种。
41.更为具体的，本发明可以设置在监测站内，与多个风力发电装置通信连接，用于集中监测多台风力发电装置中齿轮箱故障和发电机故障。
42.实施例2
43.上位机还可以设置在风力发电装置内，用于监测一台风力发电装置中齿轮箱故障和发电机故障。本发明中各风力发电装置中的上位机均通过无线传输模块与其他风力发电装置中的上位机建立通信连接，构成了一种去中心化的网络连接结构，即使某处的风力发电装置出现故障，也不会影响其他风力发电装置之间的通信。同时风力发电装置本身已经具备独立运行的能力，即使该站与其他站断网，该装置也能独立处理现场故障。
44.实施例3
45.本实施例是对实施例1的进一步补充，具体的，还包括分别设置在齿轮箱、发电机以及油液回路底部用于接取设备漏油的存油盘，所述存油盘的盘面最低点设置有油浸报警器，所述油浸报警器与数据采集模块通信连接。其中油浸报警器同样通过rs485扩展模块与西门子smart-200的cpu模块建立通信。
46.当液油回路、齿轮箱以及发电机中任意一台设备出现漏油现象时，油液滴落至存油盘，并浸没油浸报警器，油浸报警器将警报信号通过数据采集模块发送至核心模块中，触摸显示屏读取西门子smart-200的cpu中数据，在展示界面发出警报，并发出报警声音，同时上位机通过无线传输模块获取报警信号。
47.实施例4
48.所述上位机中设置有分别用于监测并记录齿轮箱实时状态、发电机实时状态的状态监测模块以及用于根据状态监测模块的识别结果分别判断齿轮箱故障和发电机故障的故障诊断模块。
49.所述状态监测模块包括温度监测模块，振动监测模块，转速监测模块金属屑沫监测模块、液油品质监测模块以及扭矩监测模块。
50.所述故障诊断模块包括温度诊断模块，振动诊断模块，转速诊断模块、金属屑沫诊断模块、液油品质诊断模块以及扭矩诊断模块。
51.更为具体的，上位机中温度监测模块监测环境温湿度传感器、电机绕组温度传感器以及电机轴承温度传感器的实时数据，存储并生成各传感器的温度、湿度趋势曲线；而温度诊断模块则是预先设置好各温度传感器或温湿度传感器的报警上下限，预警上下限以及变化上限，其中报警上下限的范围包含了预警上下限范围，当温度或湿度的实时数据不在预警上下限之间但在报警上下限之间时，则温度诊断模块发出预警信号，当温度或湿度的实时数据不在报警上下限之间时，温度诊断模块发出报警信号；当温度或湿度的实时数据在单位时间变化率的绝对值超过变化上限时，说明数据突变，传感器异常，或设备异常，发出报警信号。
52.同理，上位机中振动监测模块监测监测齿轮径向振动的径向振动传感器以及用于监测齿轮箱轴向振动的轴向振动传感器的实时数据，存储并生成各传感器的振动趋势曲线；而振动诊断模块则是预先设置好各振动传感器报警上下限，预警上下限以及变化上限，
其中报警上下限的范围包含了预警上下限范围，当振动的实时数据不在预警上下限之间但在报警上下限之间时，则振动诊断模块发出预警信号，当振动的实时数据不在报警上下限之间时，振动诊断模块发出报警信号；当振动的实时数据在单位时间变化率的绝对值超过变化上限时，说明数据突变，传感器异常，或设备异常，发出报警信号。
53.转速监测模块用于监测当前发电机的转速实时数据；转速诊断模块则是设置了转速报警上限以及转速预警上限，其中转速报警上限的值大于转速预警上限，当转速超过转速预警上限时，转速诊断模块发出转速预警信号，当转速超过转速报警上限时，转速诊断模块发出转速报警信号。
54.同理，扭矩监测模块用于监测当前齿轮箱驱动端扭矩的实时数据，扭矩诊断模块则是设置了扭矩报警上限以及扭矩预警上限，其中扭矩报警上限的值大于扭矩预警上限，当扭矩超过扭矩预警上限时，扭矩诊断模块发出扭矩预警信号，当扭矩超过扭矩报警上限时，扭矩诊断模块发出扭矩报警信号。
55.金属屑沫监测模块用于监测油液中金属微粒，存储该数据并生成微粒增量曲线；液油品质监测模块用于监测油液的介电常数，存储该数据并生成介电常数变化曲线，金属屑沫诊断模块、液油品质诊断模块两模块配合进行，金属屑沫诊断模块中设置了各直径微粒数量报警上限，各直径微粒数量预警上限，本实施例中主要设置了200～300μm微粒的微粒数量报警上限、微粒数量预警上限；当200～300μm微粒数量超过微粒数量预警上限但低于微粒数量报警上限时，液油品质诊断模块设置了介电常数变化上限，金属屑沫诊断模块发出报警信号，当200～300μm微粒数量超过微粒数量报警上限且油液的介电常数大于介电常数变化上限，金属屑沫诊断模块发出报警信号。
56.本发明实时监测液油中微粒的数量，根据油液的介电常数以及油液中屑沫的数量判断齿轮箱中各零件的磨损情况，同时还监测了齿轮箱输出端扭矩，当监测到齿轮箱扭矩过大时，扭矩诊断模块将发出预警信号或报警信号，避免了由于扭矩过高损坏设备，同时通过对发电机轴承、线圈温度的检测，及时做出预警避免发电机由于高温因素损坏设备。
57.本发明在报警前设置预警参数，在故障发生前做出预警，提前应对故障。
58.本发明分别从油液的微粒，振动，扭矩等多个角度识别齿轮机故障，使齿轮机故障识别更加准确。
59.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
60.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作
出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：
1.一种风力发电机齿轮箱实时监测及故障诊断系统，包括多个风力发电装置以及分别设置在风力发电装置上的发电机，所述发电机上连接有齿轮箱，所述齿轮箱上连接有液油回路，所述发电机上设置有用于监测电机转速的转速传感器其特征在于，还包括分别设置在齿轮箱壳体上的多个振动传感器以及转速传感器，设置在齿轮箱驱动端的扭矩传感器，分别设置在液油回路上的滑油屑末监测模块和液油品质传感器；还包括控制箱，所述控制箱包括核心模块、数据采集模块以及无线通信模块；所述核心模块分别与数据采集模块以及无线通信模块连接，所述数据采集模块分别与多个振动传感器、扭矩传感器、滑油屑末监测模块、转速传感器和液油品质传感器连接。2.根据权利要求1所述的一种风力发电机齿轮箱实时监测及故障诊断系统，其特征在于：还包括设置在发电机内的多个温度传感器以及设置在风力发电装置外表面的环境温湿度传感器，所述数据采集模块分别与多个温度传感器以及环境温湿度传感器连接，所述温度传感器包括电机绕组温度传感器以及电机轴承温度传感器。3.根据权利要求1所述的一种风力发电机齿轮箱实时监测及故障诊断系统，其特征在于：所述振动传感器包括用于监测齿轮径向振动的径向振动传感器以及用于监测齿轮箱轴向振动的轴向振动传感器。4.根据权利要求1所述的一种风力发电机齿轮箱实时监测及故障诊断系统，其特征在于：所述控制箱上设置有用于提供人机交互界面的触摸显示屏，所述触摸显示屏与核心模块连接。5.根据权利要求1所述的一种风力发电机齿轮箱实时监测及故障诊断系统，其特征在于：所述液油回路包括油液管路、设置在油液管路上的油液循环泵以及设置在油液管路内用于防止油液污染的过滤器，以及与液油管路连通的液油箱。6.根据权利要求1所述的一种风力发电机齿轮箱实时监测及故障诊断系统，其特征在于：还包括上位机，所述上位机通过无线通信模块与核心模块连接。7.根据权利要求6所述的一种风力发电机齿轮箱实时监测及故障诊断系统，其特征在于：所述上位机中设置有分别用于监测并记录齿轮箱实时状态、发电机实时状态的状态监测模块以及用于根据状态监测模块的识别结果分别判断齿轮箱故障和发电机故障的故障诊断模块。8.根据权利要求7所述的一种风力发电机齿轮箱实时监测及故障诊断系统，其特征在于：所述状态监测模块包括温度监测模块，振动监测模块，转速监测模块金属屑沫监测模块、液油品质监测模块以及扭矩监测模块。9.根据权利要求7所述的一种风力发电机齿轮箱实时监测及故障诊断系统，其特征在于：所述故障诊断模块包括温度诊断模块，振动诊断模块，转速诊断模块、金属屑沫诊断模块、液油品质诊断模块以及扭矩诊断模块。10.根据权利要求1所述的一种风力发电机齿轮箱实时监测及故障诊断系统，其特征在于：还包括分别设置在齿轮箱、发电机以及油液回路底部用于接取设备漏油的存油盘，所述存油盘的盘面最低点设置有油浸报警器，所述油浸报警器与数据采集模块通信连接。

技术总结
本发明公开了一种风力发电机齿轮箱实时监测及故障诊断系统，包括分别设置在齿轮箱壳体上的多个振动传感器以及转速传感器，设置在齿轮箱驱动端的扭矩传感器，分别设置在液油回路上的滑油屑末监测模块和液油品质传感器；还包括控制箱，所述控制箱包括核心模块、数据采集模块以及无线通信模块；本发明实时监测液油中微粒的数量，根据油液的介电常数以及油液中屑沫的数量判断齿轮箱中各零件的磨损情况，同时还监测了齿轮箱输出端扭矩，当监测到齿轮箱扭矩过大时，扭矩诊断模块将发出预警信号或报警信号，避免了由于扭矩过高损坏设备，同时通过对发电机轴承、线圈温度的检测，及时做出预警避免发电机由于高温因素损坏设备。警避免发电机由于高温因素损坏设备。警避免发电机由于高温因素损坏设备。


技术研发人员：刘旭 侯啸龙 韦宝栋
受保护的技术使用者：华能广西清洁能源有限公司
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/7/6