CN207363829U - 一种风力发电机组高速轴轴向位移与窜动监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风力发电机组高速轴轴向位移与窜动监测装置，该装置包括位移传感器、接近开关、数据采集站、现场服务器和若干现场浏览器，位移传感器为2个，分别轴向固定安装在齿轮箱高速轴上刹车盘的同一侧，并在高速轴两侧对称设置，接近开关径向安装在刹车盘外侧，数据采集站分别与位移传感器和接近开关数据连接，并与现场服务器通过网络数据连接，现场浏览器与现场服务器通过网络数据连接。本实用新型可实现在线测量刹车盘的轴向位移和刹车盘的窜动波形，显示波形的幅值，相位和频率成分，可以及时发现轴承的早期故障，同时可诊断发电机轴和齿轮箱轴出现的主轴不对中故障。

Description

一种风力发电机组高速轴轴向位移与窜动监测装置

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电机组高速轴轴向位移与窜动监测装置。

背景技术

齿轮箱是风力发电机组中一个重要的机械传动部件，它的功能是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机。为了高效的捕捉风能并将其有效的转化成风力，齿轮箱的传动比基本在1:100以上。由于发动机内部空间狭小，齿轮箱一般设计成一级行星轮加上1～2级平行轴齿轮传动的结构。斜齿轮因传动平稳，冲击、振动和噪声较小等特点，适合工作在高速重载场合，在风力发电机的齿轮箱设计中得到广泛的采用。但是斜齿轮的自身特点，在运行的过程中不可避免的产生轴向力，因此，制造商常常在齿轮轴增加一个径向推力轴承用于平衡轴向力。

在齿轮箱的长期运行时，径向推力轴承可能会因为润滑不良、轴承温度过高或者长期冲击载荷等原因性能下降，开始反映推力死点向某个方向偏移，运行过程游隙偏大；如果不及时发现将发展为径向推力轴承彻底损坏，齿轮轴沿轴向大幅窜动，齿面部分接触导致应力过大而崩齿；如果齿轮轴此时作为输出轴，输出轴上的转动部件可能会出现动静部件的摩擦，造成进一步地损失。

风力发电机组齿轮箱的高速轴作为输出轴与发电机组通过挠性联轴器进行连接，目前齿轮箱制造商通常在齿轮箱的输出轴轴承附件机壳的轴向位置安装一只加速传感器，用于对高速轴轴向窜动的监测。但这种方式仍然存在以下问题：1)在径向推力轴承存在部分失效故障时，运动游隙增加，轴向窜动不能真实的反应在齿轮箱的机壳振动中；2)振动加速度反映的是轴向破坏力的大小，体现轴向窜动的诱因，但不能反映轴向窜动故障实际程度；3)不能测量高速轴向位移，而高速轴轴向位移的超标正是反映径向推力轴承故障损坏的直接证据。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供这样一种风力发电机组齿轮箱高速轴轴向位移与窜动在线监测装置。

本实用新型的为达到上述目的，具体通过以下技术方案得以实现的：

一种风力发电机组高速轴轴向位移与窜动监测装置，该装置包括位移传感器、接近开关、数据采集站、现场服务器和若干现场浏览器，位移传感器为2个，分别轴向固定安装在齿轮箱高速轴上刹车盘的同一侧，并在高速轴两侧对称设置，接近开关安装在刹车盘外侧，数据采集站分别与位移传感器和接近开关通信连接，并与现场服务器通过网络数据连接，现场浏览器与现场服务器通过网络数据连接。

进一步地，位移传感器通过支架固定安装在齿轮箱外壳上，支架位于高速轴刹车盘的同一侧并在高速轴两侧对称设置。

进一步地，位移传感器指向高速轴刹车盘平面。

进一步地，位移传感器采用非接触式电涡流位移传感器。

进一步地，接近开关采用霍尔式接近开关。

通过采用本实用新型的技术方案，可实现在线测量刹车盘的轴向位移，并直观显示径向推力轴承故障，提示用户及时停机检修，避免齿轮箱内部齿轮以及由于高速轴回转造成齿轮箱外部部件的严重损坏；另一方面，本实用新型还可在线测量刹车盘的窜动波形，显示波形的幅值，相位和频率成分，可以及时发现轴承的早期故障，同时可诊断发电机轴和齿轮箱轴出现的主轴不对中故障。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图中，1、位移传感器；2、接近开关；3、数据采集站；4、现场服务器；5、现场浏览器；6、齿轮箱；61、高速轴；62、刹车盘；7、发电机组；8、联轴器。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，风力发电机组齿轮箱6的高速轴61作为输出轴与发电机组7通过挠性联轴器8进行连接，图中本实用新型的一种风力发电机组高速轴轴向位移与窜动监测装置，该装置包括位移传感器1、接近开关2、数据采集站3、现场服务器4和若干现场浏览器5。其中，位移传感器1为2个，优选地，位移传感器1采用非接触式电涡流位移传感器,分别轴向固定安装在齿轮箱高速轴61上刹车盘62的同一侧，并在高速轴61两侧对称设置，位移传感器1指向高速轴刹车盘62平面。优选地，位移传感器1通过支架固定安装在齿轮箱6体上，支架位于高速轴61上刹车盘62的同一侧，并在高速轴62两侧对称设置。

接近开关2安装在刹车盘62外侧，可径向安装在刹车盘62的外侧，也可安装在刹车盘的高速轴转速测量盘上，用于测量高速轴61的转速，优选地，接近开关2采用霍尔式接近开关。数据采集站3分别与位移传感器1和接近开关2数据连接，数据采集站3向传感器提供电源，并且实时采集传感器输出的模拟信号，完成模数转换，并进一步对数据加工处理。数据采集站3与现场服务器4通过网络数据连接，具体地通过风场内部网络向现场服务器4传递数据。现场服务器用于储存高速轴61轴向位移和窜动数据，现场浏览器5与现场服务器4通过网络数据连接，具体地通过IE访问现象服务器的IP地址，浏览高速轴61轴向位移和窜动的实时数据和历史数据。

本实用新型数据处理和故障识别方式为，2只位移传感器1输出的信号的直流部分，代表刹车盘62左右两边的轴向位移。如果两边的轴向位移超过设定的允许值，则表示径向推力轴承已经损坏，机组应该尽快停机检修；如果两边的轴向位移变化数值不相等，说明高速轴的偏离了原有轴线位置。

2只位移传感器1输出的信号的交流部分，代表运行时刹车盘62左右两边的窜动值。按照相同的采样频率同步采集左右两个通道的窜动值，可以画出这两个通道的波形图；正常的情况这2个波形应该是同样幅值，同样相位并且与高速轴61同频率，如果幅值和相位不一致，则说明高速轴61发生的不是平行窜动；对波形数据进行FFT，得到频率成分，主要成分应该是与高速轴61转速同频的1倍频，如果出现2倍频，则说明发电机轴和齿轮箱6轴出现了轴不对中，实际运行时可以重点观测2倍频的变化发展。

本实用新型可实现在线测量刹车盘62的轴向位移，并直观显示径向推力轴承故障，提示用户及时停机检修，避免齿轮箱6内部齿轮以及由于高速轴61回转造成齿轮箱6外部部件的严重损坏；另一方面，本实用新型还可在线测量刹车盘62的窜动波形，显示波形的幅值，相位和频率成分，可以及时发现轴承的早期故障，尤其是径向推力轴承的早期故障，同时可诊断发电机轴和齿轮箱轴出现的主轴不对中故障。

本实用新型中的具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种风力发电机组高速轴轴向位移与窜动监测装置，其特征在于，该装置包括位移传感器(1)、接近开关(2)、数据采集站(3)、现场服务器(4)和若干现场浏览器(5)，位移传感器为2个，分别轴向固定安装在齿轮箱高速轴(61)上刹车盘(62)的同一侧，并在高速轴两侧对称设置，接近开关安装在刹车盘外侧，用于测量刹车盘转速，数据采集站分别与位移传感器和接近开关通信连接，并与现场服务器通过网络数据连接，现场浏览器与现场服务器通过网络数据连接。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组高速轴轴向位移与窜动监测装置，其特征在于，位移传感器通过支架固定安装在齿轮箱(6)外壳上，支架位于高速轴刹车盘的同一侧并在高速轴两侧对称设置。

3.根据权利要求1所述的风力发电机组高速轴轴向位移与窜动监测装置，其特征在于，位移传感器指向高速轴刹车盘平面。

4.根据权利要求1所述的风力发电机组高速轴轴向位移与窜动监测装置，其特征在于，位移传感器采用非接触式电涡流位移传感器。

5.根据权利要求1所述的风力发电机组高速轴轴向位移与窜动监测装置，其特征在于，接近开关采用霍尔式接近开关。