风力涡轮机的基于振动自动情况监测方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于风力涡轮机的基于振动自动情况监测方法和设备，该方法包括：确定风力涡轮机的一组振动测量数值；计算该组振动测量数值的频谱；计算频谱的倒频谱；选择倒频谱中的至少一个第一逆频；根据所选逆频处的倒频谱的幅值，检测报警情况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于风力涡轮机的基于振动自动情况监测方法和 设备以及一种风力涡轮机。
技术介绍
为了检测机械系统中的特定情况，公知的是测量和分析机械系统 中出现的振动的自动情况监测系统。为了以高度安全和最小数量的错 误报警来提供可靠的监测，这些错误报警是由于难以在故障频率背景 噪音和/或随机频率峰值之间进行清楚区分而造成的，希望的是优化这 种系统中所采用的自动评估方法。现有技术的自动振动监测系统通常基于以下方法之一非常常见的方法是按照IS010816进行rms (均方根)测量。这里 通常计算10-10000Hz频带的rm，因此获得可以与特定阈值连续比较的 纯量值。但是检测系统的不规则行为当前不能得到这种方法的支持， 并且不能详细确定损坏的类型。另 一方法是限定定位在特别感兴趣的频率处的多个不同的rms带。 例如，由FFT(快速傅立叶转换)或者包络上的包络FFT获得的频谱可 用作输入数据，并且输出结果是用于每个限定带的标量数值，可以与 阈值比较。这里损坏可在相对早期的阶段检测。但是，这种方法不能提供用于相互靠近的频率的可靠分离，使得 相邻影响显著损坏结果的可靠性以及这种系统的实用性。另外，这种 方法特别敏感于背景噪音的振动或显著频带中的随机出现信号。因此， 这些系统会形成错误报警，并因此只提供有限的特征。此外，在错误 振动信号的幅值大小大致等于系统的总体背景信号的幅值大小的环境 下，这种系统通常提供不令人满意的结果。另一种方法在于将频谱与报警时标比较。这种报警时标可以根据 机械系统的试车时的参考频谱限定。这里通常一个或多个报警时标施 加在参考频谱上。 一旦出现机械故障，例如齿轮齿损坏，将形成穿过 时标的旁带，并且触发报警。虽然这种方法用于在早于前面描述的方 法的阶段内检测故障，它总是具有与该方法相同的局限性。又一方法在公开的专利申请EP1548419A1中披露。这里，它提出 对于频语进行倒频谱分析，以便诊断轨道车辆轴的轴承单元的故障特 性。但是，由于其特定的结果形式，这种方法在数据处理过程中需要 显著的额外努力。同样，这种方法中的幅值评估难以复制。这里所提 供的幅值不能代表普通的频谱。以上描述的方法的局限性在风力涡轮机的自动情况监测中特别显 著，特别是风力涡轮机的齿轮或齿轮箱。在风力涡轮机中，具有多种 不同的振动部件。虽然这些部件的某些部件适用于检测，其它部件不 适合。特别是对于风力涡轮机齿轮箱中行星级中的齿损坏来说，由于 与正常操作部件的信号或背景噪音信号的内能相比，故障造成的振动信号具有低内能。同样在频域内，被监测部件的任何特定幅值的信号 以与其它部件的信号以及总体背景噪音混合的形式出现。特别是对于况，容易出现相邻效应。
技术实现思路
因此本专利技术的目的在于提供一种用于风力涡轮机的基于振动自动 情况监测的方法和设备，用于在风力涡轮机中常见的特定情况下可靠 监测，同时避免现有技术的局限性，本专利技术还提供一种风力涡轮机。此目的通过权利要求l、 13和25的主题来实现。按照权利要求1的本专利技术提出一种用于风力涡轮机的基于振动自 动情况监测方法，包括如下步骤确定风力涡轮机的一组振动测量数 值；计算该组振动测量数值的频谞；计算该频i普的倒频i普；在该倒频 谱中选择至少一个笫一逆频，并且根据倒频谱在所选频率的幅值，检 测报警情况。此外，损坏的检测另外取决于信号的存在，例如噪音程 度以上的显著幅值或谐波的存在。通过计算和分析风力涡轮机中测量的振动频谱的倒频谱，本专利技术 的构造产生高度精确和有倾向的数值。在风力涡轮机的环境下，其中 由于故障系统操作造成的振动特别难以检测，倒频谱的应用证明产生 良好的监测结果。在风力涡轮机中使用倒频谱因此克服了倒频谱分析不适用于在这 种环境下自动情况监测的倒频谱分析的通常接受的观点，其局限性通常如上所述为人所知。例如，在现有技术的所述系统中，其中轨道车辆轴的轴承被监测， 倒频谱分析只适用于可以清楚区分单个振动源以及规则和不规则振动 以特征方式表明其本身的的系统。相比之下，风力涡轮机包括多个监 测振动源，其中大多数具有类似的特性，并且定位在相互邻近的频率 范围内。因此，虽然风力涡轮机的监测比轨道车辆轴的轴承的监测更加复 杂，本专利技术提出付出另外的技术努力来计算倒频谱，并且令人吃惊地 提供了可靠和准确的风力涡轮机的监测结果。本专利技术的此方面的其它实施例的特征在于从属于权利要求1的权 利要求中提供的特征。在被监测的风力涡轮机具有可变的转子速度的情况下，该方法的该组振动测量数值的步骤。因此，本专利技术可用于具有恒定转子速度的风力涡轮机以及具有可 变转子速度的风力涡轮机，例如用于转子的转动速度通过制动或节距 控制来控制。通过转换该组测量数值，转换和分析的其它步骤可以没 有改变地进行。在一个实施例中，风力涡轮机的该组振动测量数值包括风力涡轮 机的至少一个齿轮的转动的测量数值。风力涡轮机的该组振动测量数 值还包括风力涡轮机的齿轮箱的振动的测量数值，和/或可包括或者包 含振动测量数值的时间序列。在这种复杂的机械情况下，可以最为有 利的实现本专利技术的潜力。但是这种实施例不局限于时间序列。该组振 动测量数值还可包括包络时间序列，可以按照转子转动速度来转换。该方法还体现为计算该组振动测量数值的频谱包括计算自乘谱。在一个实施例中，在倒频谱中选择至少一个第一逆频包括选择对 于被监测的机械部件来说是特征性的逆频。因此， 一个或多个部件(各 自具有单独的特征逆频)的状态可通过高度特定的方式检测。通常，该方法可体现为还包括进一步选择至少一个第二逆频的步 骤，该逆频位于所选笫一逆频附近的特定逆频间隔内。在一个实施例 中，可以选择整个特定逆频间隔。因此，使得该系统更加能够忍受所 述部件的振动频率的小变化。对于所有部件来说，都可以这样。在一个实施例中，根据所选逆频处的倒频谱幅值检测报警情况包 括将幅值转换成指示数值的步骤。此指示数值有助于进一步评估，并且可根据幅值的平均数值、rms数值(均方根数值或者峰值数值)。另 外，指示数值可在频域中计算，例如形成所述逆频基础的谐波功率， 因此提供更加精确的结果。本领域的普通技术人员将理解到如果如上所述选择整个逆频间 隔，整个特定间隔内的逆频幅值可以转换成指示数值。此外，该方法体现为包括选择与所选逆频相对应的至少一个阈值 的步骤。在这种实施例中，检测报警情况可包括将所选逆频处的倒频谱幅 值与相应的阈值比较。在其中指示数值由一个或一组幅值计算的实施 例中，检测报警情况可包括将所选逆频的倒频谱的指示数值与相应阈 值比较。另外，检测报警情况可包括从报警规则的存储库中选择并评估报 警规则表达式，所述报警规则根据所选逆频处的倒频谱的幅值和/或所 选逆频处的倒频谱指示数值来明确报警情况。因此，报警情况可以多 种灵活方式应用。另外该系统可在风力涡轮机的运行过程中定制或更 新。按照权利要求13的本专利技术提出 一组用于风力涡轮机的基于振动自 动情况监测的监测设备，包括处理单元和报警情况评估器，其中处理 单元构造成获得风力涡轮机的一组振动测量数值；处理单元还构造成 计算该组振动测量数值的频谱；处理单元还构造成计算该频谱的倒频 谱，并且报警情况评估器构造成选择倒频谱中的至少一个第一逆频并 且根据所选逆频处的倒频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于风力涡轮机（１）的基于振动自动情况监测方法，包括：　确定（１００）风力涡轮机的一组振动测量数值；　计算（２００）该组振动测量数值的频谱；　计算（３００）该频谱的倒频谱；　选择（４００）该倒频谱中的至少一个第一 逆频；　根据所选逆频处的倒频谱的幅值，检测（５００）报警情况。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AJ克里斯廷森，K革兰汉森，TK莫勒，
申请(专利权)人：革兰及朱尔有限公司，西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]