[发明专利]通过旋转系统的轴承检测电流的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及大规模旋转系统。特别是，本发明涉及用于确定在这种大规模旋转系统中的杂散电流。

背景技术

具有连接于主轴的桨片的大规模旋转系统已经有很长的应用，例如具有大规模旋转系统的技术领域是水平轴线风轮机领域。已知的是，为了最优化旋转系统的运行效率，在运行期间控制桨片的桨距(纵向旋转状态)。

在例如风轮机的旋转系统中，连接主轴与固定结构—风轮机的发动机舱—的主轴承在运行期间受到相当大的并且变化的力。

为了改进例如风轮机的可用性/可用时间/使用寿命，可以监控各种轴承相关的参数，例如振动、润滑压力、润滑质量、润滑温度和轴承负载。

虽然目前在现有技术中描述的监控在失效发生之前帮助安排维修以及预测，并且从而可以改进风轮机和其它类似旋转系统的可用性，但是无法及时检测到的失效模式仍然存在。

发明内容

由于例如风轮机的上述所期望的特征，本发明的目的是提供用于确定轴承相关参数的改进的方法。

根据本发明的第一方面，因此提供一种检测经过旋转系统的主轴承的电流的方法，该旋转系统包括：轮毂；数个连接于轮毂的桨片；至少一个布置在轮毂的电动机；附连于轮毂并且围住用于给至少一个电动机提供电力的电缆的主轴；附连于用作电接地的金属结构的轴承壳体；以及具有附连于主轴的内环和附连于轴承壳体的外环的主轴承，所述方法包括以下步骤：提供第一测量设备，用于确定表示在主轴承的面对轮毂的一侧上的第一位置的主轴中的电流的测量值；提供第二测量设备，用于确定表示在主轴的背离轮毂的一侧上的第二位置的主轴中的电流的测量值；确定表示在第一位置的流过主轴的第一电流和在第二位置的流过主轴的第二电流之间的差的测量值，这个差表示流过主轴承的电流。

本发明基于这种认识，即，轴承电流会出现在支撑旋转系统中的主轴的主轴承中。

已知产生在电机的轴上的电压会导致从轴流到连接于轴的轴承的放电电流。这种放电电流会依次导致轴承环中或滚动元件中的火花痕迹、点蚀和焊接，从而损坏轴承。最终，放电电流会导致轴承失效。

在例如发动机的电机中的轴电压通常归因于“变频器”(VFD)，提供通过变频脉冲宽度调制(PWM)AC电压调整机器速度的可能性。VFD的转换会导致位于电动机的转子和定子之间的寄生电容的放电，引起转子轴中的电压。

由于轴承电流出现周知的问题，用在电机中的轴承通常接地，以避免放电电流。

由于旋转系统中的主轴承不一定是发动机的一部分，在这种系统中，主轴中电荷的累积并不是期望的。因此，不应有电流通过主轴承。

但是，由于旋转系统中的主轴可围住用于提供电力给一个或更多个布置在轮毂的电动机的电缆，部分电流可能选择电缆外部的不同路径。原因可能是，例如，安装在轮毂中的设备可能具有对于轮毂和/或轴的电容耦合。此外，可能有取决于在轮毂上的接地导体的构造的地电位。因此，轴电压可导致经过轴承流到地面的电流。轴可电阻性地和/或电容性地联接于轴承，或者导致通过轴承的阻性电流或者导致电荷的电容性的累积从而产生放电电流。此外，由于控制变桨发动机的系统可以是用电容性联接于地面的开关偏置的给变距引擎提供动力的开关系统，具有高频泛音的电流会流经轴承。相比具有更低频的电流这种泛音可能对于轴承的损害更大，因为从轴到轴承以及从轴承到地面的电容性联接的阻抗由于增加的频率而减小。

因此，发明人认识到，同样在轴承并不布置成电动机一部分的情况下，需要测量流经主轴承的电流。

支撑主轴的主轴承包括在联接于金属结构的轴承壳体中，所述金属结构接地。

因此，通过测量表示在主轴承各侧上的两个位置的主轴中的电流的参数，并且确定两个表示电流的参数之间的差，任何观测到的两个轴电流之间的差代表流经轴承的电流量。

在本文中，主轴承应当理解成适于用在旋转系统中的任何类型的轴承，例如单排或双排圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承、球形滚子轴承或滚珠轴承。轴承还包括布置在外环和内环之间的用于使滚动元件保持在位的保持器。例如，保持器可由金属材料制成，比如黄铜或钢，或者由聚合物制成，例如聚醚醚酮(PEEK)或类似聚合物为基的材料。

根据本发明的一个实施方式，第一和第二测量设备的每一个可以是围绕主轴布置的线圈，用来确定流经主轴的电流。