[发明专利]包括传动系统、齿轮箱和发电机的旋转机械的剩余使用寿命的确定

说明书

一种用于预测风力或水力涡轮机或其组件的剩余使用寿命的方法在步骤116确定针对涡轮机或其组件的EOH并且在步骤118将其与在步骤114所获得的EOH极限值进行比较。该方法提供了一个简单方式以估计剩余使用寿命，为涡轮机操作者给出对管理下的涡轮机或发电厂的状态的指示。

本发明涉及一种用于确定包括传动系统、齿轮箱以及发电机的旋转机械的剩余使用寿命的方法。该方法涉及确定针对机械的等效工作小时（Equivalent Operating Hours）限制并将其与针对机械的等效工作小时值比较。特别地，其涉及用于确定风力和水力涡轮机及其组件的剩余使用寿命的方法，以及使用这些数据来操作和管理涡轮机设备。

虽然风力涡轮机齿轮箱的设计寿命通常超过20年，然而风力涡轮机齿轮箱在四到五年内发生故障并不鲜见。这是因为剩余使用寿命（RUL）计算程序是基于假定的运行配置，而在运行中，实际的配置可能非常不同。

监测与风力或水力涡轮机或其组件相关的运行参数，并确定何时这些参数移到操作窗口外，可能表明需要某种维护或调查。被监测的运行参数可以包括润滑温度、润滑磨屑、振动以及功率输出。

振动通常由状态监测系统所测量。一般来说，相比基准的大的振动表示损害。

振动分析通常依赖于由传感器所提供的测量超过预定的阈值，如果阈值被设置得太低其容易出现假警报。阈值水平不一定是恒定的并可能会随频率（及因此的速度）发生变化。冲击和外来振动的存在意味着该阈值水平必须被设置得足够高以最小化假警报的风险。此外，该阈值必须足够高以避免传感器性能由在其生命周期内可能发生的“蠕变（creep）”所造成的任何负面影响。此外，与故障或损害相关的振动和那些不表明故障或损害的振动之间没有区别。

在运行期间发展的诸如转子的不平衡之类的故障可以在轴承上产生负荷，超过预期的负荷导致其设计寿命的减少。早期故障，诸如不平衡，可以从振动特征的分析中被检测到。这给出了不平衡的幅值，并且由不平衡导致的激振力是不平衡的幅值和速度的平方的函数。由故障导致的激振力因而可以从现场工作状态被计算并被用来计算单个组件的负载。与假定的运行配置的偏差可以通过使用通用风力模拟模型来确定涡轮机轴的负载而解决，其允许单独的组件基于现场工作状态的负载被计算。结合这些给出在每个组件中的总负载，其可以被用来评估单独的组件的剩余寿命和齿轮箱的寿命。

然而，风力模拟模型中的缺点意味着在涡轮机轴的负载可能并不可靠或准确地被确定。

等效工作小时（EOH），简单来说，将损害定义为等效于在额定工作状态下的风力或水力涡轮机或其组件运行一小时造成的损害。EOH等于与工作状态相关的权重因子（随后被称为EOH系数）乘以该状态下的持续时间（或频率）。针对导致的损害和在额定状态下预期的会导致的损害相同的任何操作，1小时后组件的EOH为1小时，权重因子为1.0。如果运行事件导致了更大的损害，那么EOH将相应被减少。因此，运行事件的在持续时间中0.2小时的期间内具有的加权因数为0.7，那么1小时后的EOH将是0.8×1+0.2×0.7=0.94。

根据第一个方面，本发明提供了一种用于预测风力或水力涡轮机或其组件的剩余使用寿命的方法，该方法包括步骤：获得针对风力或水力涡轮机或其组件的EOH极限值（limit value）；确定针对该风力或水力涡轮机或其组件的EOH；以及比较该EOH和该EOH极限值。

优选地，该确定EOH的步骤包括步骤：提供与一个或多个工作状态相关的数据；以及提供与一个或多个工作状态相关的一个或多个EOH系数。

优选地，该提供一个或多个EOH系数的步骤，包括步骤：评估该风力或水力涡轮机或其组件在额定工作状态下和在多种现场工作状态下的损害；从在额定状态下的该损害和在该多个现场工作状态下的损害中计算EOH系数；其中，该评估损害的步骤包括提供该风力或水力涡轮机或其组件的信息的步骤。