识别风力涡轮机中的齿轮系统中的故障的方法技术方案

本发明专利技术提供了一种识别风力涡轮机中的齿轮系统中的故障的方法。该方法根据齿轮系统的振动确定(204)第一中心谐波频率振幅，并确定(205)第一中心谐波频率振幅的多个边带振幅。此外，该方法根据多个边带振幅计算(206)平均边带振幅，并基于第一中心谐波频率振幅和平均边带振幅确定(207)指示由齿轮系统引起的损害的值。该方法可以由控制器实施，该控制器可以用于基于指示损害的值来控制风力涡轮机或风力发电场。该方法可以获得附加中心谐波频率振幅，以用于识别齿轮系统中的故障。中心谐波频率可以是谐波齿啮合频率，并且指示损害的值可以是中心谐波频率振幅与中心谐波频率振幅和相关的平均边带振幅之间的差的比率，或反之亦然。该方法可以分析所获得的任何比率的值，并使用该比率值来识别并监测故障的进展。

Fault Identification Method of Gear System in Wind Turbine

The invention provides a method for identifying faults in gear systems of wind turbines. According to the vibration of gear system, the amplitude of the first central harmonic frequency (204) is determined, and the multiple sideband amplitudes of the first central harmonic frequency amplitude (205) are determined. In addition, the method calculates (206) average sideband amplitude based on multiple sideband amplitudes, and determines (207) the value indicating damage caused by gear system based on the first central harmonic frequency amplitude and average sideband amplitude. This method can be implemented by a controller, which can be used to control wind turbines or wind farms based on the value of indicated damage. This method can obtain the additional center harmonic frequency amplitude, which can be used to identify faults in gear system. The central harmonic frequency may be the meshing frequency of harmonic teeth, and the value indicating damage may be the ratio between the central harmonic frequency amplitude and the central harmonic frequency amplitude and the related average sideband amplitude, or vice versa. This method can analyze the value of any ratio obtained, and use the ratio value to identify and monitor the progress of faults.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】识别风力涡轮机中的齿轮系统中的故障的方法
本专利技术涉及识别齿轮系统中的故障的领域，尤其涉及识别风力涡轮机中的齿轮系统中的故障的领域。
技术介绍
风力涡轮机是可再生能源的来源，并且许多国家已经增加了对这些涡轮机的使用，以减少对有害化石燃料的依赖。实际上，作为减少污染的策略的一部分，全世界正在建造被称为风力发电厂的大型风力涡轮机阵列。因此，由于需要最小化任何故障涡轮机的停机时间，确保风力涡轮机的连续和平稳运行变得越来越重要。然而，随着运行中的风力涡轮机数量的快速增加，这变得越来越困难。风力涡轮机中的一种常见类型的故障是风力涡轮机齿轮箱内的故障。由于齿轮箱的复杂性和低信噪比，众所周知，难以诊断这些故障。相比于由小的齿轮缺陷产生的相对较弱的信号，齿轮运行产生较大噪音。因此，这种类型的故障通常导致长停机时间，并且是正在成为化石燃料的可行替代能源的风力涡轮机的主要问题。已经进行了各种尝试来克服该问题。例如，在专利文献US8171797B2中，公开了一种用于评估齿轮箱劣化的方法。该方法使用从运行中的齿轮箱获得的数据并使用该数据来提供劣化的指示。然而，这些方法没有考虑由齿轮故障引起的能量分布的真实表示。因此，这些方法不能提供齿轮进展的准确表示，并且可能将健康齿轮箱误诊为故障齿轮箱，或者可能提供误导性或不正确的诊断。
技术实现思路
我们已经意识到需要改进目前的现有系统和方法，并且已经相应地提供了一些专利技术实施方式，这些专利技术实施方式可以具有以下益处：诸如降低保修成本、延长机器寿命和可靠性、减少备件成本、以及减少由于维护和备用规划而增加的投产准备时间。本专利技术由独立权利要求限定，对该独立权利要求引用参考。优选特征在从属权利要求中列出。本专利技术提供了一种识别风力涡轮机中的齿轮系统中的故障的方法。该方法包括根据齿轮系统的振动确定第一中心谐波频率振幅并确定第一中心谐波频率振幅的多个边带振幅。此外，该方法包括根据多个边带振幅计算平均边带振幅。另外，该方法包括基于第一中心谐波频率振幅和平均边带振幅来确定指示由齿轮系统引起的损害的值。由于平均边带振幅给出了存储在边带中的能量的真实表示，因此这种方法是有利的。由于边带中包含的能量越多，对中心频率的调制越大，故障越严重，这进而给出了故障的性质和严重程度的准确指示。因此，该量和中心频率振幅之间的关系给出了齿轮状况的更真实的表示，并且跟踪其变化与齿轮故障进展直接成比例。可选地，该方法还包括确定一个或多个附加中心谐波频率振幅、确定每个附加中心谐波频率振幅的多个边带振幅、计算每个附加中心谐波频率振幅的平均边带振幅、以及基于每个附加中心谐波频率振幅和每个附加中心谐波频率振幅的相关平均边带振幅来确定指示由齿轮系统引起的损害的值。由于附加中心谐波频率振幅及其相关边带可以提供关于故障及其进展的附加补充信息，因此这是有利的。可选地，中心谐波频率振幅是中心谐波齿啮合频率振幅。可选地，齿轮系统是多级齿轮系统，其中每个中心谐波频率振幅与齿轮之间的啮合相关。此外，该方法可选地包括基于特定中心谐波频率的指示损害的值来确定齿轮系统内的特定齿轮啮合中的故障。由于允许风力涡轮机或风电场的控制器、或替代的或附加的操作者来确定齿轮系统哪里出现故障，并且因此允许有效地解决故障，因此这是有利的。可选地，第一中心谐波频率振幅处于齿轮系统的基本谐波频率。可选地，附加中心谐波频率振幅中的每个是第一频率振幅的谐波。可选地，确定所述值包括计算中心谐波频率振幅与中心谐波频率振幅和相关平均边带振幅之间的差的比率，或反之亦然。可选地，将该比率与阈值进行比较，以识别齿轮系统中是否存在故障。此外，当该比率在阈值内时，可选地重复计算该比率以获得多个比率值，并且如果计算出的比率值在阈值之外或超过阈值，则可选地输出指示已经在齿轮系统中识别出故障的数据。这允许通过实施本专利技术的系统来监测齿轮系统的健康状况，以便在需要涉及故障的措施时发出建议。可选地，当与特定齿轮啮合相关的特定中心谐波频率的比率值超过阈值时，确定在齿轮系统内的特定齿轮啮合中的故障。可选地，该方法还包括在预定时间段内重复计算该比率以获得多个比率值。可选地，比率值用于跟踪故障的进展。可选地，通过将每个连续计算出的比率值与阈值进行比较来跟踪故障。或者，通过将多个比率值的每个比率值与多个比率值的一个或多个其它比率值进行比较来跟踪故障。由于它允许跟踪中心频率振幅和平均边带振幅之间的高度的减小，因此这是有利的。如上所述，由于这种跟踪与齿轮故障进展直接成比例，因此这是有利的。可选地，每个中心谐波频率振幅的任一侧上的至少六个边带振幅用于计算相应的平均边带振幅。可选地，该方法还包括基于指示损害的值来控制风力涡轮机。本专利技术的实施方式还提供了一种用于控制风力涡轮机或风力发电厂的控制器，该控制器被构造成执行本文所述的任何方法。本专利技术还提供了包括这种控制器的风力涡轮机或风力发电厂。本专利技术的实施方式还提供了一种计算机程序，当在控制器上执行该计算机程序时，该计算机程序致使控制器执行本文所述的任何方法。附图说明将参考附图以示例方式更详细地描述本专利技术，其中：图1是实施本专利技术的系统的主要功能部件的图；图2是实施本专利技术的方法的主要功能步骤的流程图；图3示出了根据本专利技术的第一具体实施方式的健康齿轮系统的快速傅立叶变换频谱；图4示出了根据本专利技术的第一具体实施方式的故障齿轮系统的快速傅立叶变换频谱；图5示出了根据本专利技术的第一具体实施方式的齿轮系统的第一中心谐波频率振幅的MI(调制冲击)趋势图；图6示出了根据本专利技术的第一具体实施方式的齿轮系统的第二中心谐波频率振幅的MI趋势图；图7示出了根据本专利技术的第一具体实施方式的齿轮系统的另一中心谐波频率振幅的MI趋势图；图8示出了根据本专利技术的第一具体实施方式的齿轮系统的三个中心谐波频率的MI比率趋势图。图9示出了根据本专利技术的第二具体实施方式的健康齿轮系统的快速傅立叶变换频谱。图10示出了根据本专利技术的第二具体实施方式的故障齿轮系统的快速傅立叶变换频谱。图11示出了根据本专利技术的第二具体实施方式的健康齿轮系统的第一中心谐波频率振幅原始时间波形的MI趋势图。图12示出了根据本专利技术的第二具体实施方式的健康齿轮系统的第二中心谐波频率振幅原始时间波形的MI趋势图。图13示出了根据本专利技术的第二具体实施方式的健康齿轮系统的另一中心谐波频率振幅原始时间波形的MI趋势图。图14示出了根据本专利技术的第二具体实施方式的齿轮系统的三个中心谐波频率的MI比率趋势图。具体实施方式本专利技术可以在用于识别风力涡轮机中的齿轮系统中的故障的各种方法和系统中实施。所描述的主要实施方式是根据本专利技术的、用于实施识别风力涡轮机中的齿轮系统中的故障的方法的控制器。将首先参考图1描述实施本专利技术的系统。然后将参考图2描述由实施系统实施的实施方法，随后转向两个具体示例以提供可以如何实施本专利技术的其它细节。图1示出了根据本专利技术的实施方式的系统100。系统100包括风力涡轮机101，其本身包括齿轮系统102和传感器103。风力涡轮机内的齿轮的一般设置和布置结构在本领域中是公知的，因此将不再详细描述。然而，为了帮助理解，应该注意的是，风力涡轮机中使用的齿轮系统通常是多级的，例如，低速级、中速级和高速级，以允许齿轮的旋转速度在适当时增速和减速。在本实施方式中，使用三级本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种识别风力涡轮机中的齿轮系统中的故障的方法，所述方法包括：根据所述齿轮系统的振动确定(204)第一中心谐波频率振幅；确定(205)所述第一中心谐波频率振幅的多个边带振幅；根据所述多个边带振幅计算(206)平均边带振幅；基于所述第一中心谐波频率振幅和所述平均边带振幅，确定(207)指示由所述齿轮系统引起的损害的值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.04 DK PA2016702941.一种识别风力涡轮机中的齿轮系统中的故障的方法，所述方法包括：根据所述齿轮系统的振动确定(204)第一中心谐波频率振幅；确定(205)所述第一中心谐波频率振幅的多个边带振幅；根据所述多个边带振幅计算(206)平均边带振幅；基于所述第一中心谐波频率振幅和所述平均边带振幅，确定(207)指示由所述齿轮系统引起的损害的值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：确定一个或多个附加中心谐波频率振幅；确定每个所述附加中心谐波频率振幅的多个边带振幅；计算每个所述附加中心谐波频率振幅的平均边带振幅；以及基于每个所述附加中心谐波频率振幅和每个附加中心谐波频率振幅的相关的平均边带振幅，确定指示由所述齿轮系统引起的损害的值。3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述中心谐波频率振幅是中心谐波齿啮合频率振幅。4.根据从属于权利要求2的权利要求3所述的方法，其特征在于，所述齿轮系统是多级齿轮系统，并且其中每个中心谐波频率振幅都与齿轮之间的啮合相关，所述方法还包括：基于特定中心谐波频率的指示损害的所述值来确定所述齿轮系统内的特定齿轮啮合中的故障。5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一中心谐波频率振幅是所述齿轮系统的基本谐波频率。6.根据权利要求2或从属于权利要求2的权利要求3或4中的任一项所述的方法，其特征在于，每个所述附加中心谐波频率振幅是所述第一频率振幅的谐波。7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，确定所述值包括计算所述中心谐波频率振幅与所述中心谐波频率振幅和相关的平均边带振幅之间的差的比率，或反之亦然。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将所述比率与阈值进行比较以识别在...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·T·拉马克里沙南，M·纳拉亚普尔，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK