一种风力发电机齿轮传动箱故障模拟装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种风力发电机齿轮传动箱故障模拟装置，包括变频系统、减速齿轮系统、增速齿轮系统、负载加载系统、数据采集及分析系统，所述变频系统分别与减速齿轮系统和负载加载系统相连接，所述减速齿轮系统与增速齿轮系统通过万向联轴器（5）相连接，所述数据采集及分析系统可分别与减速齿轮系统、增速齿轮系统相连接。本发明在国内外首次实现了包括点蚀、剥落、裂纹、断齿等风力发电机常见故障的模拟、实际风力发电机齿轮传动箱的转速及负载模拟以及加速度信号的自动采集，并通过数据分析器对风力发电机各种故障的准确判断及定位，综上所述本装置对预防和排除风力机齿轮箱的故障具有显著的作用，因此具有广阔的应用前景。
【专利说明】一种风力发电机齿轮传动箱故障模拟装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及风力发电机【技术领域】，具体涉及一种风力发电机齿轮传动箱故障模拟
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【背景技术】
[0002]齿轮传动箱位于风力发电机的机舱内，是风力发电机传动链上的重要部件，是连接主轴和发电机的重要枢纽。齿轮箱一般由一级行星齿轮传动和两级平行齿轮传动构成，内部结构和受力情况较为复杂，尤其是在变工况、变载荷的情况下运行，容易发生故障，齿轮作为齿轮箱的关键部件，其失效常常会引起齿轮箱灾难性的破坏，从各种调查数据来看齿轮故障导致的停机时间占到了齿轮箱故障导致停机时间的30%以上。面对风力机齿轮箱故障的频繁发生以及造成的巨额损失，如何对其行星齿轮系统进行准确的状态监测与故障诊断是一项意义重大又极具挑战性的研究。
[0003]目前，对风力机齿轮箱的故障检测方法很多，主要有油样诊断法，声发射法、振动信号诊断法等。油样(液)分析是通过分析齿轮运行过程中润滑油中磨屑的成份与含量来判断齿轮的技术状况，包括理化分析、污染度测试、发射光谱分析、红外光谱分析及铁谱分析等。但这种方法可操作性、实时性差。声发射法是根据声音采集装置对齿轮箱系统发出的声音信号进行分析来判断故障是否存在，但风力发电机工作条件恶劣，受噪声干扰严重，声发射法实用性差。振动信号诊断法是通过对风力机齿轮箱箱体振动信号分析来进行故障诊断，由于风力机齿轮箱发生故障时会对系统产生冲击、刚度变化等影响，系统振动特性会发生变化，且振动系统通过加速度传感器采集，受环境影响小，所以，振动信号诊断法是最常用的一种方法。
[0004]但风力机齿轮箱中的`行星齿轮系统，由于行星轮既存在公转又存在自转，所以系统中的太阳轮、行星轮、齿圈的转频不一致，以往针对定轴齿轮系统的诊断方法已不适用。同时行星齿轮系统振动传递路径复杂，振动相互耦合，振动信号调制现象严重，也给振动信号的分析及故障诊断带来了巨大挑战。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、使用便捷，并能精确模拟风力发电机齿轮传动箱故障的装置。
[0006]为解决以上技术问题，本发明的技术方案是:1、一种风力发电机齿轮传动箱故障模拟装置，其特征在于:包括变频系统、减速齿轮系统、增速齿轮系统、负载加载系统、数据采集及分析系统，所述变频系统分别与减速齿轮系统和负载加载系统相连接，所述减速齿轮系统与增速齿轮系统通过万向联轴器相连接，所述数据采集及分析系统可分别与减速齿轮系统、增速齿轮系统相连接。
[0007]所述变频系统由变频器和变频电机组成。
[0008]所述减速齿轮系统由减速端行星级和减速端平行级组成。[0009]所述增速齿轮系统由增速端行星级和增速端平行级组成。
[0010]所述负载加载系统由加载器、冷却器、加载电机组成。
[0011]所述数据采集及分析系统由加速度传感器、数据采集线、数据采集器、数据分析器组成。
[0012]上述加速度传感器可设置在减速端行星级、减速端平行级、增速端行星级、增速端平行级上。
[0013]所述增速端行星级由行星轮、太阳轮、齿圈和框架组成，所述增速端平行级由两对定轴齿轮组成。
[0014]所述减速端行星级由行星轮、太阳轮、齿圈和框架组成，所述减速端平行级由两对定轴齿轮组成。
[0015]上述装置的使用方法如下:
1)通过将减速端行星级、减速端平行级、增速端行星级、增速端平行级内的各种齿轮用带有点蚀、剥落、裂纹、断齿问题的齿轮进行替换，实现了实际工作过程中各种齿轮缺陷对风力发电机影响的模拟；
2)通过变频器及变频电机对减速端平行级齿轮箱速度的控制，实现了实际工作过程中各种风速对风力发电机影响的模拟；
3)通过变频器及加载电机对增速端平行级齿轮箱负载的控制，实现了实际工作过程中各种风载对风力发电机影响的模拟；
4)通过设置在减速端行星级、减速端平行级、增速端行星级、增速端平行级上的加速度传感器，实现加速度信号的自动采集，并通过数据分析器对风力发电机各种故障的准确判断及定位。
[0016]本发明一种风力发电机齿轮传动箱故障模拟装置的有益效果是:1、装置实现了包括点蚀、剥落、裂纹、断齿等风力发电机常见故障的模拟；2、通过变频器和变频电机及加载电机实现了实际风力发电机齿轮传动箱的转速及负载模拟；3、实现了加速度信号的自动采集，并通过数据分析器对风力发电机各种故障的准确判断及定位，综上所述本装置对预防和排除风力机齿轮箱的故障具有显著的作用，因此具有广阔的市场空间。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为风力发电机齿轮传动箱故障模拟装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0019]一种风力发电机齿轮传动箱故障模拟装置，包括变频系统、减速齿轮系统、增速齿轮系统、负载加载系统、数据采集及分析系统，所述变频系统分别与减速齿轮系统和负载加载系统相连接，所述减速齿轮系统与增速齿轮系统通过万向联轴器5相连接，所述数据采集及分析系统可分别与减速齿轮系统、增速齿轮系统相连接。
[0020]所述变频系统由变频器I和变频电机2组成。
[0021]所述减速齿轮系统由减速端行星级4和减速端平行级3组成。
[0022]所述数据采集及分析系统由加速度传感器11、数据采集线、数据采集器、数据分析器组成。
[0023]所述负载加载系统由加载器10、冷却器9、加载电机8组成。
[0024]所述增速齿轮系统由增速端行星级6和增速端平行级7组成。
[0025]所述的变频电机2需连接220V电源，变频器I通过控制线与变频电机2连接，变频器I可以通过指令输出恒定电压以及波动电压来控制变频电机2的转速为恒定或波动，模拟风力发电机实际工作过程中风速变化。变频电机2带动减速箱平行级3及减速箱行星级4转动，通过万向联轴器5后，带动增速箱行星级6及增速箱平行级7转动。其中增速箱行星级6及增速箱平行级7为按实际风力发电机尺寸缩小后制成。增速箱行星级6由2K-H行星齿轮系统组成，包括行星轮、太阳轮、齿圈和框架，增速箱平行级7由两对定轴齿轮系统组成。增速箱行星级6及增速箱平行级7的齿轮均可以更换成各种故障齿轮，如:点蚀、裂纹、剥落、断齿等故障齿轮。加载电机10也由变频器I控制，将液压油泵入加载器8，给增速箱行星级6及增速箱平行级7提供负载，通过变频器I改变加载电机10的转速可以改变液压油的压力，从而提供不同的负载，模拟风力发电机实际工作过程中负载变化。液压油回油后通过冷却器9冷却后回到储油箱。加速度传感器11可以安装在增速箱行星级6、增速箱平行级7、减速端行星级4、减速端平行级3上，采集被测箱体的振动加速度信号。加速度信号为电压信号，通过数据线传递给数据采集器，数据采集器将电压信号转换为模拟信号传递给数据分析器，数据分析器内安装有含自编的数据分析及故障诊断软件，从而实现对振动信号的分析和故障诊断。
【权利要求】
1.一种风力发电机齿轮传动箱故障模拟装置，其特征在于:包括变频系统、减速齿轮系统、增速齿轮系统、负载加载系统、数据采集及分析系统，所述变频系统分别与减速齿轮系统和负载加载系统相连接，所述减速齿轮系统与增速齿轮系统通过万向联轴器(5)相连接，所述数据采集及分析系统可分别与减速齿轮系统、增速齿轮系统相连接。
2.根据权利要求1所述的风力发电机齿轮传动箱故障模拟装置，其特征在于:所述变频系统由变频器(I)和变频电机(2)组成。
3.根据权利要求1所述的风力发电机齿轮传动箱故障模拟装置，其特征在于:所述减速齿轮系统由减速端行星级(4)和减速端平行级(3)组成。
4.根据权利要求1所述的风力发电机齿轮传动箱故障模拟装置，其特征在于:所述增速齿轮系统由增速端行星级(6)和增速端平行级(7)组成。
5.根据权利要求1所述的风力发电机齿轮传动箱故障模拟装置，其特征在于:所述负载加载系统由加载器(10)、冷却器(9)、加载电机(8)组成。
6.根据权利要求1所述的风力发电机齿轮传动箱故障模拟装置，其特征在于:所述数据采集及分析系统由加速度传感器(11)、数据采集线、数据采集器、数据分析器组成。
7.根据权利要求1-6任一所述的风力发电机齿轮传动箱故障模拟装置，其特征在于:所述加速度传感器(11)可设置在减速端行星级(4)、减速端平行级(3)、增速端行星级(6)、增速端平行级(7)上。
8.根据权利要求7所述的风力发电机齿轮传动箱故障模拟装置，其特征在于:所述增速端行星级(6)由行星轮、太阳轮、齿圈和框架组成，所述增速端平行级(7)由两对定轴齿轮组成。
9.根据权利要求7所述 的风力发电机齿轮传动箱故障模拟装置，其特征在于:所述减速端行星级(6)由行星轮、太阳轮、齿圈和框架组成，所述减速端平行级(7)由两对定轴齿轮组成。
10.根据权利要求8或9所述的风力发电机齿轮传动箱故障模拟装置，其特征在于:其使用方法如下:1)通过将减速端行星级(4)、减速端平行级(3)、增速端行星级(6)、增速端平行级(7)内的各种齿轮用带有点蚀、剥落、裂纹、断齿问题的齿轮进行替换，实现了实际工作过程中各种齿轮缺陷对风力发电机影响的模拟；2)通过变频器(I)及变频电机(2)对减速端平行级(3)齿轮箱速度的控制，实现了实际工作过程中各种风速对风力发电机影响的模拟；3)通过变频器(I)及加载电机(8)对增速端平行级(7)齿轮箱负载的控制，实现了实际工作过程中各种风载对风力发电机影响的模拟；4)通过设置在减速端行星级(4)、减速端平行级(3)、增速端行星级(6)、增速端平行级(7 )上的加速度传感器(11)，实现加速度信号的自动采集，并通过数据分析器对风力发电机各种故障的准确判断及定位。
【文档编号】G01M13/02GK103604604SQ201310631053
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】褚福磊, 黄志诚, 桂勇, 李峥 申请人:清华大学, 景德镇陶瓷学院