[发明专利]齿轮箱模型式诊断方法、工具以及计算机可读取存储介质

说明书

本申请是申请日为2009年4月29日、国际申请号为：PCT/EP2009/055237、国家申请号为：200980115694.0、名称为“齿轮箱模型式诊断方法、工具以及计算机可读取存储介质”的进入中国国家阶段的国际申请的分案申请。

技术领域

本发明的实施方式涉及用于齿轮箱的齿轮箱故障诊断与状态监控系统。

背景技术

齿轮箱使用过程中发生故障的情况很常见，牵涉到高额维修费用。对齿轮箱状态的持续监控能够预先识别可能的故障。这可向使用者或操作者发出警告，使得他们在造成巨大损失或灾难性后果的故障发生前就采取挽救措施。

齿轮箱能够从使用状态监控中获益的一个例子是风机中的齿轮箱。在运行过程中，风机承受作用于其结构和转子叶片上的载荷。这些载荷可以施加在任意方向，并且在风机上的载荷可能不对称。因此在转子叶片轮毂上的载荷可能是任意方向的力和绕任意轴线的力矩。这些力和力矩会导致齿轮箱内部部件的变形，从而影响齿轮箱中单个部件的受损程度。

风机所受的载荷实质上是随机的，因此很难预测，这个事实使得问题更为复杂。

机器操作者(如风机操作者)必须为系统选择最合适的维护方案。通常，方案可包括运行至失效、定期维护和/或根据状态(主要是可靠性)进行维护。状态监控在工程上是已确立的实践方法，对根据状态进行维护的方案来说也是极其重要的因素。一般认为，当机器满足以下一个或多个条件时，使用根据状态进行维护：

.机器很昂贵；

.备用件定货交付期很长；

.中断运行会导致较大经济损失；

.停机维修昂贵，需要专业人员；

.需要减少专业维护人员的数量；

.监控方法的成本可以接受；

.故障具有危险性；

.设备为远程设备；

.故障不是通过常规操作输出退化的方式显现；和/或

.继发损坏可能导致较大经济损失。

风机可以满足以上很多条件，因此很适用根据状态进行维护。然而，风机操作者通常无法采用根据状态进行维护的策略，原因是他们无法在任意时间点精确预测或测量风机的状态。

现有的状态监控方法包括：振动分析；声学监控；油质分析；温度监控；以及电力发电机监控。这些方法的缺点是，无法将测量得到的或监控得到的数据与齿轮箱的单个部件的剩余寿命关联起来。同样，这些方法也无法将测量得到的数据与给定时间段内的失效概率关联。现有的状态监控系统都有这个缺点。

风机操作者想要知道到下一次计划内维护为止这一给定时间段内的失效概率。对风机、尤其是海上风机进行一次计划外维护的成本相当高昂。

目前对齿轮箱状态监控多采用振动分析。然而，现有振动分析方法通常依靠在每个需要监控的部件附近放置传感器来进行。例如，在齿轮箱的行星齿系附近安装传感器。传感器的定位方式使得信噪比最大化。然而，不必使得有关给定齿轮箱设计的最多信息的传输最优化。传感器放置的位置应当能够提供好的故障区分度。然而目前并没有已成形的实践方案来实现这一点，这主要是由于缺乏足够详细的模型所导致的。

这里所用的术语“故障区分度”指的是使用一个或多个传感器记录数据时，能够区分系统内的不同的故障。传感器在系统内放置的位置使得单个传感器的输出或多个传感器的输出能够对系统故障进行区分。

在现有振动分析方法中，当传感器提供的测量值超过预定的阈值时，用户会得到警报：部件某处可能有故障或制造误差。然而，用户无法得知故障或误差的实质。这一方法也很有可能导致误报。首先，无法区分与故障或损伤有关的振动，和与他们无关的振动。其次，在振动分析系统中，阈值水平的选择对于系统能够可靠检测故障或损伤是很关键的。但阈值水平并不一定是恒定的，可能随着频率(和速度)而变化。震动和外来振动的存在要求阈值水平必须设定得足够高，以使误报的风险最小化。另外，阈值还必须设得足够高，已应对在整个寿命期间内传感器性能蠕变可能产生的负面效应。

因此，振动分析不光很有可能导致误报，而且也无法在相应振动值低于阈值水平的时候检测到关键的损伤或失效。对于齿轮箱操作者来说，要确定现有的振动分析状态监控系统(CMS)所发出的警报是真实的还是误报，通常是非常困难甚至不可能的。