一种变桨轴承运行状态评估方法、介质及系统与流程

1.本发明主要涉及风力发电技术领域，具体涉及一种变桨轴承运行状态评估方法、介质及系统。

背景技术：

2.变桨轴承是风力发电机组中一个非常关键的部件，在风电机组中连接叶片和变桨驱动系统从而驱动叶片变桨，调节叶片捕风能力，在风机正常发电时起到风轮转速调节的作用，正常停机时起到空气动力学制动的作用。变桨轴承一旦出故障不能正常工作，将会对风电机组的使用造成不良影响，严重的甚至会导致风机飞车，起火甚至倒塔，对整机的安全造成严重影响，因此，如何监控变桨轴承内部运行状态，提前预判轴承是否在正常使用范围内，避免出现安全事故，在行业内显得尤为紧迫。由于变桨轴承内部结构空间狭小且处于密闭状态，无法在滚道内部安装传感器，且变桨轴承转速非常低，温度、振动特征都不明显，无法通过这些方式其进行实时监测。目前，行业内想要了解变桨轴承状态主要是采用润滑脂取样测试的方式，通过对润滑脂的铁元素及杂质元素含量、颗粒大小的分析判断轴承内部的大概磨损情况，但是润滑脂取样需要定期爬风机，并在轴承合适的位置取润滑脂再送第三方进行检测，需要耗费大量的人力、物力。

技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种操作简便、评估效率高且精准的变桨轴承运行状态评估方法、介质及系统。
4.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
5.一种变桨轴承运行状态评估方法，包括步骤：
6.s1、获取风电机组处于不发电工况且稳定变桨下的变桨电机扭矩；
7.s2、将所述变桨电机扭矩与预设变桨电机扭矩阈值进行对比；当所述变桨电机扭矩大于预设变桨电机扭矩阈值时，则判断所述变桨轴承运行状态异常。
8.优选地，在步骤s1中，风电机组处于不发电工况时，叶片处于顺桨位附近。
9.优选地，在步骤s2中，预设变桨电机扭矩阈值为预设标准值的n倍，n为1.2-1.5；其中预设标准值为变桨轴承正常时，风电机组处于不发电工况且稳定变桨下的变桨电机扭矩值。
10.优选地，其中n＝1.3。
11.优选地，预设标准值的得到过程为：
12.a、模拟风电机组处于不发电工况且稳定变桨下的载荷数据；其中载荷数据包括叶片外载荷mz、叶根倾覆力矩mxy、轴承面内径向力fxy和叶片轴向力fz；
13.b、根据风电机组的机型参数、mz、mxy、fxy和fz，得到变桨轴承的摩擦力矩；
14.c、根据变桨轴承的摩擦力矩得到预设标准值。
15.优选地，步骤b中的机型参数包括变桨轴承滚道中心圆直径d、变桨轴承空载力矩
c、传动比i和效率η。
16.优选地，步骤b中变桨轴承的摩擦力矩mbearing为：
[0017][0018]
其中μ为摩擦系数；k为经验参数；fl为经验参数。
[0019]
优选地，步骤c中预设标准值m
motor
为：
[0020][0021]
其中mz＝0；i为传动比，η为效率。
[0022]
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。
[0023]
本发明进一步公开了一种变桨轴承运行状态评估系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。
[0024]
与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0025]
本发明的变桨轴承运行状态评估方法，在主控系统的监测数据中出能够直接读取的变桨电机扭矩作为变桨轴承运行状态评估的特征参数，通过对变桨电机扭矩进行分析对比得到变桨轴承运行状态，其操作简便，理论成熟，计算结果准确，对于风电机组变桨轴承内部状态的预判及风机安全具有重大价值；相对于现有方法，本发明的方法不用去风场，也不用爬风机，评估效率高。
附图说明
[0026]
图1为本发明的评估方法在实施例的流程图。
[0027]
图2为本发明中3m/s启动工况下叶根mz的值。
[0028]
图3为本发明中3m/s启动工况下叶根mxy的值。
[0029]
图4为本发明中3m/s启动工况下叶根fxy的值。
[0030]
图5为本发明中3m/s启动工况下叶根fz的值。
具体实施方式
[0031]
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
[0032]
目前变桨轴承连接系统的结构模型由叶片、变桨轴承、变桨齿轮箱、变桨电机组成。通过变桨电机驱动变桨齿轮箱，进而带动变轴轴承转动，进而实现变桨轴承上叶片的变桨动作。
[0033]
在风电机组中电机扭矩实际上是变桨系统通过电机的电流等电信号计算出的“变桨电机的输出驱动力矩”，该驱动力矩用于克服风和重力等外载荷施加在叶片与变桨轴承上的mz力矩，以及变桨电机-变桨齿轮箱-变桨轴承这一传动链上的各种摩擦力矩，保证叶片按照变桨控制指令要求的位置、速度进行动作。用计算公式描述如下：
[0034]
[0035][0036]
其中p为电机功率，ω角速度，mz为叶片所受外载，m
motor
为变桨电机力矩，m
bearing
为变桨轴承摩擦力矩，i为变桨系统传动比，η为齿轮箱传递效率。
[0037]
当风电机组运行于发电工况且稳定变桨时，叶片受到的外载荷mz是式(2)中的主导因素，三种摩擦阻力是相对较小的，因此这种工况下,m
bearing
的变化在叶片扭矩中的影响难以体现；当风电机组运行于不发电工况(叶片处于顺桨位附近)且稳定变桨时，叶片受到的外载荷mz很小，此时m
bearing
的变化在叶片扭矩中的影响更容易表现出来。
[0038]
在变桨传动链的各种摩擦阻力中，变桨轴承上的摩擦力矩由如下式决定：
[0039][0040]
其中，μ为摩擦系数，经验值取为≤0.004；k
t
为经验参数，取值为4.37；f
l
为经验参数，取值为1.73；d为变桨轴承滚道中心圆直径；c为变桨轴承空载力矩，mxy为倾覆力矩，fz为叶片轴向力，fxy为轴承面内径向力。
[0041]
如果变桨轴承滚道损伤，会导致m
bearing
增大，表现为对μ、k
t
、f
l
、c的影响，而由于k
t
、f
l
、c为定值，此时影响到的就是轴承内部滚道的摩擦μ。
[0042]
因此，当风电机组运行于不发电工况(叶片处于顺桨位附近)且稳定变桨时，叶片受到的外载荷mz几乎为零，变桨电机扭矩与变桨轴承摩擦力矩之间就只有一个传动比和效率的固定关系，此时变桨电机扭矩增大证明变桨轴承的摩擦力矩m
bearing
的增大，进一步证明了变桨轴承内部滚道摩擦系数的增大，具体为：
[0043][0044]
基于上述机理分析，本发明实施例提供了一种变桨轴承运行状态评估方法，如图1所示，包括步骤：
[0045]
s1、获取风电机组处于不发电工况(即叶片处于顺桨位附近)且稳定变桨下的变桨电机扭矩；
[0046]
s2、将变桨电机扭矩与预设变桨电机扭矩阈值进行对比；当变桨电机扭矩大于预设变桨电机扭矩阈值时，则判断变桨轴承运行状态异常，需要进行重点关注；否则则判断变桨轴承运行状态正常。
[0047]
本发明的变桨轴承运行状态评估方法，在主控系统的监测数据中出能够直接读取的变桨电机扭矩作为变桨轴承运行状态评估的特征参数，通过对变桨电机扭矩进行分析对比得到变桨轴承运行状态，其操作简便，理论成熟，计算结果准确，对于风电机组变桨轴承内部状态的预判及风机安全具有重大价值；相对于现有方法，本发明的方法不用去风场，也不用爬风机，评估效率高。
[0048]
在一具体实施例中，步骤s2中，预设变桨电机扭矩阈值为预设标准值的n倍，n为1.2-1.5，优选为1.3；其中预设标准值为变桨轴承正常时，风电机组处于不发电工况且稳定变桨下的变桨电机扭矩值，具体得到过程如下：
[0049]
a、模拟风电机组处于不发电工况且稳定变桨下的载荷数据；其中载荷数据包括叶
片外载荷mz、叶根倾覆力矩mxy、轴承面内径向力fxy和叶片轴向力fz；
[0050]
b、根据风电机组的机型参数、mz、mxy、fxy和fz，得到变桨轴承的摩擦力矩；机型参数包括变桨轴承滚道中心圆直径d、变桨轴承空载力矩c、传动比i和效率η；
[0051]
c、根据变桨轴承的摩擦力矩得到预设标准值。
[0052]
以某机型为例，其d＝1900，传动比i＝1092，效率η＝0.91，c＝1.5knm，则根据公式(3)、(4)可得：
[0053][0054]
即：m
bearing
＝μ
×
2.185
×mxy
+μ
×
3.591
×fxy
+μ
×
1.643
×fz
+1.5
ꢀꢀꢀ
(6)
[0055]
通过bladed设计软件模拟风机在3m/s启动工况下，0-15s的各关键载荷数据如图2-5所示；其中图2为3m/s启动工况下叶根mz的值；图3为3m/s启动工况下叶根mxy的值；图4为3m/s启动工况下叶根fxy的值；图5为3m/s启动工况下叶根fz的值。通过到上述轴承摩擦力矩占主导的工况，即3m/s启机的0-15s匀速运行工况，此时叶根扭矩mz几乎为零，特征参数变桨电机扭矩值与变桨轴承摩擦力矩值等同，因此通过变桨电机扭矩值的大小变化即可判断变桨轴承内部运行状态；即在此工况下，mz非常小，对电机力矩的影响可以忽略，根据fxy,fz产生的摩擦力矩和式(6)，可以算出大概在1knm,在0-15秒mxy产生的摩擦力矩平均值为5.3knm。在此工况下，再通过公式(4)，得到变桨电机扭矩值正常值(预设标准值)不超过7.85nm；如果实际风场在此工况下读取的变桨电机扭矩值超过7.85很多，比如30％以上，就说明该变桨轴承的摩擦系数变化较大，需要对该轴承进行重点关注。
[0056]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。本发明实施例进一步公开了一种变桨轴承运行状态评估系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。本发明的介质和系统，与上述方法相对应，同样具有如上所述方法的优点。
[0057]
如本公开和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
[0058]
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种变桨轴承运行状态评估方法，其特征在于，包括步骤：s1、获取风电机组处于不发电工况且稳定变桨下的变桨电机扭矩；s2、将所述变桨电机扭矩与预设变桨电机扭矩阈值进行对比；当所述变桨电机扭矩大于预设变桨电机扭矩阈值时，则判断所述变桨轴承运行状态异常。2.根据权利要求1所述的变桨轴承运行状态评估方法，其特征在于，在步骤s1中，风电机组处于不发电工况时，叶片处于顺桨位附近。3.根据权利要求1或2所述的变桨轴承运行状态评估方法，其特征在于，在步骤s2中，预设变桨电机扭矩阈值为预设标准值的n倍，n为1.2-1.5；其中预设标准值为变桨轴承正常时，风电机组处于不发电工况且稳定变桨下的变桨电机扭矩值。4.根据权利要求3所述的变桨轴承运行状态评估方法，其特征在于，其中n＝1.3。5.根据权利要求3所述的变桨轴承运行状态评估方法，其特征在于，预设标准值的得到过程为：a、模拟风电机组处于不发电工况且稳定变桨下的载荷数据；其中载荷数据包括叶片外载荷mz、叶根倾覆力矩mxy、轴承面内径向力fxy和叶片轴向力fz；b、根据风电机组的机型参数、mz、mxy、fxy和fz，得到变桨轴承的摩擦力矩；c、根据变桨轴承的摩擦力矩得到预设标准值。6.根据权利要求5所述的变桨轴承运行状态评估方法，其特征在于，步骤b中的机型参数包括变桨轴承滚道中心圆直径d、变桨轴承空载力矩c、传动比i和效率η。7.根据权利要求6所述的变桨轴承运行状态评估方法，其特征在于，步骤b中变桨轴承的摩擦力矩m
bearing
为：其中μ为摩擦系数；k为经验参数；f
l
为经验参数。8.根据权利要求7所述的变桨轴承运行状态评估方法，其特征在于，步骤c中预设标准值m
motor
为：其中mz＝0；i为传动比，η为效率。9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1～8中任意一项所述方法的步骤。10.一种变桨轴承运行状态评估系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1～8中任意一项所述方法的步骤。

技术总结

本发明公开了一种变桨轴承运行状态评估方法、介质及系统，此方法包括步骤：S1、获取风电机组处于不发电工况且稳定变桨下的变桨电机扭矩；S2、将所述变桨电机扭矩与预设变桨电机扭矩阈值进行对比；当所述变桨电机扭矩大于预设变桨电机扭矩阈值时，则判断所述变桨轴承运行状态异常。本发明具有操作简便、评估效率高、评估精度高等优点。评估精度高等优点。评估精度高等优点。