[发明专利]风力发电机组增速传动系统故障模拟实验台

说明书

技术领域

本发明涉及机械传动系统故障模拟实验技术领域，具体涉及一种风力发电机组增速传动系统的故障模拟装置。

背景技术

风力发电具有低碳环保、资源可再生等优点，受到了世界各国的高度重视。我国风力发电迅猛发展，2010年我国新增风电装机容量达到18927.99MW，累计装机容量达到44733.29MW，双居全球第一。风力发电机组作为风能发电的关键设备，其自动化程度高，价格昂贵，结构复杂，运行环境恶劣，机舱离地较高，一旦发生故障或损伤，将造成巨大经济损失，甚至可能引发灾难性事故。陆地上一台1.5MW的大型风机，塔架高达70m左右，齿轮箱重15t左右，如果齿轮箱发生故障，仅拆装费用就高达70万元以上，如果再加上运输和维修费用，则至少高达100万元，这相当于风机生产总成本的10％～20％，而且还会导致风机停机数月之久，给风场的生产带来巨大的损失。海上风机由于拆装的困难，维护需要出动大型轮船和坦克吊车，甚至调动直升机，其维护成本至少是陆地的2倍以上。据统计，由传动系统造成的故障占风力发电机组故障总次数的50％左右。然而，风力发电机组不但受随机的空气动力载荷、惯性力以及不同运行状态引起的动态载荷等的作用；而且其内部是集机械、电子、电气、液压于一体的复杂机电系统，这使得风力发电机组的传动系统损伤检测，特别是行星齿轮箱的故障识别尤为困难。因此，研究风力发电机组增速传动系统的状态监测和故障诊断方法对保证风力发电机组的安全可靠运行具有重要的意义。

风力发电机组通过叶轮将风能转换为机械能，再借助行星齿轮增速将低转速提高到发电机所需的高转速，从而实现机械能到电能的转换。增速传动系统是影响风力发电机正常运行的关键部件，目前使用的行星齿轮增速箱多为“一行星两平行”结构。由于风力发电机组齿轮箱采用行星齿轮传动，复杂的内部结构和复合的传递运动使得故障特征相互调制和耦合，给故障识别带来难度，而目前尚缺乏增速行星齿轮系统的损伤机理及其相应的状态监测方法等理论研究。所以，在缺少相应的理论依据和技术支持的前提下，简单地照搬现有的这些故障诊断方法去“诊断”行星齿轮增速箱的故障，难免不会出现“盲人摸象”的现象，结论往往难以令人信服。因此需要针对行星齿轮增速箱的结构特点研究其故障机理和失效准则，研究变载、变转速下的振动信号处理与特征提取方法，准确识别和定位故障源。

在对风力发电机组行星齿轮增速系统的故障机理和诊断方法理论进行研究的同时，需要对理论分析结果进行实验验证。而现有的一些机械传动系统的故障模拟装置，很少涉及齿轮增速传动，更没有涉及到行星齿轮增速。换言之，目前尚未有风力发电组行星增速传动系统的故障模拟实验装置用于研究分析，因此本发明的提出，弥补了行星齿轮增速传动系统实验装置的空白，并且克服了在大增速比下，行星齿轮增速箱容易“自锁”的缺陷，并通过合理配置增速传动系统的拓扑结构，弥补了传动比分配不合适所造成的行星齿轮受力情况苛刻，更易发生损伤的不足，而且通过变频器可以控制变频减速电机的输出转速在10r/min～22.5r/min范围内间断或连续变化，不但可以模拟风力发电机组正常运行时叶轮转子的输入转速，而且可以模拟变桨变速风力发电机组的变速运转状态，并且通过磁粉制动器模拟风力发电机组运行时的动态负载，从而使得模拟实验台的运行状态最大程度的接近风力发电机组增速传动系统的实际运转情况。

本发明提供的风力发电机组增速传动系统故障模拟实验台对研究增速行星齿轮箱的故障机理和失效准则，研究变载、变转速下的振动信号处理与特征提取方法，准确识别和定位故障源，具有重要的工程应用价值，为风力发电机组行星齿轮增速箱的状态监测和故障诊断提供理论依据和技术支持。

发明内容

本发明的目的在于针对风力发电机组行星齿轮增速箱状态监测和故障识别存在的不足提供一种风力发电机组增速传动系统故障模拟实验台，用于模拟风力发电机组增速箱行星增速部分行星轮、太阳轮、行星架、轴承的单独或复合故障，平行轴增速部分齿轮、轴承的单独或复合故障以及行星增速部分和平行轴增速部分齿轮、轴承的耦合故障，研究风力发电机组行星增速箱故障损伤机理和失效准则，研究变载、变转速下振动信号处理与特征提取方法，形成一整套关于风力发电机组行星增速箱故障信号采集、故障识别、定位故障源及定量诊断等方法，为风力发电机组状态监测提供理论依据及技术指导，保证风力发电机组的安全可靠运行，避免恶性事故的发生，提高经济和社会效益。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：