用于监测风力涡轮机的机械传动装置中的旋转部件的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种方法，该方法包括步骤：a）确定采集期间内表示旋转部件瞬时角速度的信号；b）以恒定角距对表示角速度的信号采样确定的样本数；c）对步骤b）中采样的表示角速度的信号进行离散傅里叶变换计算，以获得表示角速度的信号的阶频谱；d）基于表示角速度的信号的阶频谱检测旋转部件中缺陷出现的基本频率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于监测风力涡轮机的机械传动装置中旋转部件的方法，以及涉及一种用于监测风力涡轮机的机械传动装置中旋转部件的系统。
技术介绍
“旋转部件”特别地应该理解为:-风力涡轮机的轴系，-支承轴系的轴承，-风力涡轮机的增速齿轮的齿轮组中的齿轮，-风力涡轮机的发动机的转子/定子杆。特别地，监测旋转部件的目的是为了检测这些旋转部件的缺陷，在对风力涡轮机管理维护和供货服务时监测旋转部件是重要的问题。现有技术已知的实践是在待监测的旋转部件的壳体上安装加速度仪以获得具有恒定时间步长的振动的测量结果，所述振动由缺陷引发并且通过壳体经实体路径传递给加速度仪。待监测的旋转部件的缺陷产生周期性激励，激励出现的频率直接取决于旋转部件的角速度。此外，过滤这些缺陷的实体路径受众多参数的影响，所述参数包括施加于旋转部件的扭矩。仅在风力涡轮机运行条件稳定时采集与时间相关的测量结果，特别地，对于足够长的采集期间，旋转部件的角速度必须保持在预定的采集窗口，采集窗口被预先确定以使:-周期性激励不扩展到过宽的频带，频带的宽度取决于旋转部件的角速度，-采集期间足够长以获得缺陷发展趋势的可靠的统计学估计。应该注意的是，不可能去比较从不同采集窗口获得的观察结果。因为风力涡轮机的运行条件是靠风，所以风力涡轮机运行的稳定性极其受到自然条件的限制，因此也很难控制。换句话说，施加到旋转部件上的扭矩以及旋转部件的角速度这些条件通常不固定。此外，当要监测风力涡轮机的增速齿轮时，就要监测大量的频率，从一个到另一个，相距很远。与时间相关的测量采集则需要:-高采样频率以用于最快周期性激励，-高频分辨率以用于最慢周期性激励并用于区分出现频率很近的周期性激励。从加速度仪获得的振动信号是周期性激励的卷积，所述周期性激励由待监测的旋转部件通过壳体的传递作用产生。如今，壳体的传递作用对安装条件极其敏感。因此，对于两种不同安装条件的壳体，具有相同缺陷的同一部件以及具有同样运转速度的风力涡轮机，其监测结果明显不同。而且，旋转部件角速度的改变意味着周期性激励出现频率的位置的改变，也因此意味着加速度仪测量水平的修订。另外，这种与时间相关的测量采集并不能检测到出现在风力涡轮机速度过渡时(例如当风力涡轮机启动或停止时)的缺陷。在实践中，如前面所描述的，与时间相关的测量采集必须在风力涡轮机运转稳定时进行，速度过渡期本身是不稳定的。再者，将周期性激励向加速度仪传动的实体路径的阻尼不允许用单个加速度仪对整个轴系进行监测。特别地，通常的做法是用大约十个加速度仪进行监测整个轴系，这导致了高维护成本以及在管理待存储和处理的信号方面也存在困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决前面提到的所有或部分缺陷，本专利技术涉及一种，该方法是值得关注的，其包括如下步骤:-a)确定采集期间内表示旋转部件瞬时角速度的信号，-b)以恒定角距对表示瞬时角速度的信号采样确定的样本数，-c)对步骤b)采样的表示角速度的信号进行离散傅里叶变换计算，以获得表示角速度的信号的阶频谱(spectre d’ ordre),-d)基于表示角速度的信号的阶频谱检测旋转部件出现缺陷的基本频率。因此，如此的监测方法使得能够基于表示角速度信号的阶频谱利用称之为特征频率的缺陷的出现频率来检测旋转部件的缺陷。缺陷的特征频率通常通过初步的分析而得到，特别是通过旋转部件的几何分析而获得。由于出现的基本频率或许不同于特征频率，这种监测方法使得能够基于特征频率附近的阶频谱来检测出现的基本频率。之后，监测就容易获得了，例如通过跟踪出现的基本频率的阶频谱的振幅而获得。这样的监测方法使用以恒定角距采样的表示瞬时角速度的信号，使得能够对施加到旋转部件上的扭矩的状态缺陷以及旋转部件的角速度的状态(其是不固定的以适应风力涡轮机的过渡速度)缺陷进行检测，使用传统的加速度仪和时间相关采集系统对于进行振动监测是不可能的。根据一个实施方式，角速度信号的阶频谱呈现宽带型的频率分量，以及计算设备配置成将开窗口(w(i))应用到采样的表示角速度(ω (i))的信号，所述开窗口配置成去除宽带型的频率分量。因此，当旋转部件的角速度展示与时间相关的宏观变化时，所述宏观变化产生基于阶频谱的宽带型的频率分量。因此，尽管旋转部件的角速度出现与时间相关的宏观变化，这样的监测方法都能精确检测旋转部件的缺陷。根据一种实施方式，步骤b)包括如下步骤:-计算步骤a)中确定的在采集期间的表示瞬时角速度的信号的平均值，-对步骤a)中所确定的表示瞬时角速度的信号补充多个点，每个点具有与所计算的表示瞬时角速度的信号的平均值基本相等的值，点的数量被确定成使得样本的数目限定时间间隔，该时间间隔为缺陷出现基本期间的倍数。因此，在旋转部件的角速度宏观上稳定时，这样的监测方法能够克服对采样的表示角速度的信号进行离散傅里叶变换的称为“栅栏效应”(Picket Fence Effect)的效应。有利地，所述监测方法还包括步骤:-测量采集期间内的瞬时角速度信号的平均值，-测量采集期间内施加于旋转部件上的扭矩的平均值，-对在步骤a)中所确定的表示瞬时角速度的信号相对于表示参考角速度的信号进行归一化处理。因此，对于施加于旋转部件的扭矩的平均值和旋转部件角速度的平均值的相似条件、相对于表示参考角速度信号的表示瞬时角速度的信号、对应没有任何缺陷的旋转部件的表示参考角速度的信号，它们之间能够进行比较。于是，应用这样的方法就能够估算旋转部件的寿命。根据变型实施例，监测方法还包括步骤:-测量在采集期间施加的扭矩的平均值，-为在步骤d)中采集期间内检测的出现基本频率赋予至少一个指标，所述的指标优选与步骤c)中获得的出现的基本频率的阶频谱的振幅相对应，或者对应于出现的基本频率谐波的所述阶频谱的振幅的线性组合。-对采集期间内所获得的指标相对于参考指标进行归一化处理。因此，相对于施加于旋转部件的扭矩的平均值和旋转部件的角速度的平均值的相似条件、相对于参考指标的指标、对应于没有任何缺陷的旋转部件的参考指标，它们之间能够进行比较。应用这样的方法能够估算旋转部件的寿命。应注意的是，在赋予指标阶段，对出现的基本频率能进行调节。有利的是,步骤a)期间确定的表示瞬时角速度的信号具有最大频率，步骤b)包括选择少于两倍于最大频率的采样频率的步骤，以及步骤d)包括在步骤c)所获得的表示角速度的信号的阶频谱的假频区域检测旋转部件的缺陷出现的基本阶频谱的步骤。由此,这样的方法能够检测比Shannon频率高的旋转部件的缺陷出现的基本阶频率。根据一个实施例，在步骤a)确定的表示瞬时角速度的信号是以恒定时间步长采样的加速度信号，步骤a)包括在旋转部件的壳体上安装加速度仪的步骤。这样，以恒定角距对加速度信号重新采样能够克服与旋转部件(如风力涡轮机的轴系)的角速度变化影响相关的干扰。优选地,步骤b)包括对加速度信号插值的步骤。根据变型实施例，步骤a)确定的表示瞬时角速度的信号是瞬时角速度信号。因此，这样的监测方法能够克服旋转部件的壳体的表现影响。有利的是,步骤a)和步骤b )包括如下步骤:-在旋转部件上安装转速计的步骤，所述转速计传送表示旋转元件的瞬时角位置的一系列脉冲，-通过具有高频时钟的第一高频计数器来测量一系列脉冲的两个上升缘(特别是连续的)之间的时间间隔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.21 FR 10/586171.一种用于监测风力涡轮机的机械传动装置中的旋转部件的方法，所述方法的特征在于，其包含步骤: -a)确定采集期间内表示旋转部件的瞬时角速度(ω )的信号； -b)以恒定角距对表示瞬时角速度(ω )的信号采样确定的样本数； -c)对步骤b)中所采样的表示角速度(ω (i))的信号进行离散傅里叶变换计算，以获得表示角速度的信号的阶频谱； -d)基于表示角速度的信号的阶频谱检测旋转部件的缺陷出现的基本频率。2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述角速度信号的阶频谱展示了宽带型的频率分量，计算方式配置成对采样的表示角速度(ω (i))的信号应用开窗口(Ki))，所述开窗口配置成去除宽带型的频率分量。3.根据权利要求1或2所述的监测方法，其特征在于，其中的步骤b)包括步骤: -计算步骤a)中所确定的采集期间内表示瞬时角速度(ω )的信号的平均值； -对步骤a)中所确定的表示瞬时角速度的信号补充多个点，每个点具有与所计算的表示瞬时角速度(ω )的 信号的平均值基本相等的值，点的个数确定成使得样本的数目限定时间间隔，所述时间间隔为缺陷出现基本期间的倍数。4.根据权利要求1-3任一项所述的监测方法，其特征在于，所述方法还包括步骤: -测量采集期间内瞬时角速度(ω )信号的平均值； -测量采集期间内施加于旋转部件的扭矩的平均值； -对步骤a)所确定的表示瞬时角速度(ω )的信号相对于表示参考角速度的信号进行归一化处理。5.根据权利要求1-3任一项所述的监测方法，其特征在于，所述方法还包括步骤: -测量采集期间内施加的扭矩的平均值； -为采集期间内步骤d)中所检测的出现基本频率赋予至少一个指标，所述指标优选与步骤c )所获得的出现的基本频率的阶频谱的振幅相对应,或者对应于出现的基本频率谐波的阶频谱的振幅的线性组合， -对采集期间内所获得的指标相对于参考指标进行归一化处理。6.根据权利要求1-5任一项所述的监测方法，其特征在于，步骤a)中所确定的表示瞬时角速度(ω )的信号具有最大频率，步骤b)包括选择小于两倍所述最大频率的采样频率的步骤，步骤d)包括在步骤c)所获得的表示角速度的信号的阶频谱的假频区域内检测旋转部件的缺陷的出现基本阶频谱的步骤。7.根据权利要求1-6任一项所述的监测方法，其特征在于，步骤a)所确定的表示瞬时角速度(ω )的信号是以恒定时间步长采样的加速度信号，步骤a)包括在旋转部件的壳体上安装加速度仪的步骤。8.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于，所述步骤b)包括对加速度信号插值的步骤。9.根据权利要求1-6任一项所述的监测方法，其特征在于，步骤a)所确定的表示瞬时角速度(ω )的信号为瞬时角速度信号(ω )。10.根据权利要求9所述的监测方法，其特征在于，步骤a)和步骤b)包括步骤: -在旋转部件上安装转速计，所述转速计传送表示旋转部件的瞬时角速度(ω )的一系列脉冲， -通过具有高频时钟的第一高频计数器测量一系列脉冲中的两个上升缘之间的时间间隔，优选为两个连续的上升缘。11.根据权利要求10所述的监测方法，其特征在于，所述方法包括减去于采集期间内两个上升缘间测量的两个连续的时间间隔以获得表示瞬时角加速度的信号的步骤。12.根据权利要求10所述的监测方法，其特征在于，该方法包含步骤: -对采集期间内两个上升缘间测量的时间间隔进行求和以获得称为和信号的信号，-对和信号进行插值，优选通过三次样条插值，以获得角-时间函数，所述角-时间函数将旋转部件的每个瞬时角位置与时间步长关联起来，所述时间步长对应于采集期间内每个上升缘的交叉， -以恒定时间步长采样所述角位置， -对角-时间函数进行二次时间求导以获得瞬时角加速度信号， -在预定频带上过滤所述瞬时角加速度信号。13.根据权利要求10-12任一项所述的监测方法，其特征在于，步骤a)和步骤b)包括通过第二高频计数器测量第一上...

【专利技术属性】
技术研发人员：雨果·安德烈，迪迪尔·雷蒙德，
申请(专利权)人：迈亚风力公司，法国里昂国立应用科学院，
类型：
国别省市：