[发明专利]风力涡轮机中部件的经调整的操作时间

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型旋转系统。特别地，本发明涉及一种确定大型旋转系统中部件的操作时间的方法及系统。

背景技术

连接到主轴带有叶片的大型旋转系统已经使用了很长时间。大型旋转系统的技术领域的示例是水平轴风力涡轮机的领域。此外，已知的是在操作过程中控制叶片的桨距(纵向旋转状态)，以便优化旋转系统的操作效率。

对于给定的风力条件，控制桨距可以用来控制风力涡轮机的负荷和转速。反过来，风力涡轮机的负荷和转速决定了风力涡轮机中部件比如轴、轴承、齿轮箱和发电机的磨损的量。

为了提高例如风力涡轮机的可用性/运行时间和寿命，可以监测各个系统和轴承相关参数，例如比如旋转速度、振动、润滑剂压力、润滑剂质量、润滑剂温度和轴承负荷。

虽然在本领域中目前所描述的监测有助于在出现故障之前对它们进行预测和定期维修，且从而可以提高风力涡轮机和其它类似旋转系统的可用性，但仍可能存在未被及时检测到的故障模式。

发明内容

鉴于例如风力涡轮机的上述期望的性质，本发明的目的是提供一种通过确定旋转系统中部件的经调整的操作时间来监测部件的改进方法。

根据本发明的第一方面，因此提供了一种确定旋转系统中部件的经调整的操作时间的方法，所述方法包括以下步骤：在所述旋转系统的操作过程中，测量部件的操作特性的值达预定时间段；确定所述预定时间段的所述操作特性的所述测量值的平均；确定所述平均和所述操作特性的最大值的比率；以及将经调整的操作时间确定为所述比率和所述预定时间段的乘积。

本发明基于的认识在于，有利的是确定旋转系统中部件的经调整的操作时间，以便更准确地确定是否需要维护或更换部件。此外，经调整的工作时间(其不同于实际操作时间)可能有助于确定为什么不同系统中部件的使用寿命是不同的，即使实际操作时间看起来相同。基于影响部件使用寿命的操作特性来确定经调整的操作时间。由此，经调整的操作时间不仅考虑到操作时间，而且还考虑到部件以及系统作为整体的特定操作条件。操作特性的最大值(其可被认为是容限)通常可以是基于仿真、建模或经验数据的预定值。因此，经调整的操作时间基于就特定特性与部件容限有关的部件实际操作条件。作为示例，如果操作特性的值被确定为具有一小时操作时间的其最大值的50％的平均，则经调整的操作时间为0.5小时。

根据本发明的一实施例，所述方法还可以包括以下步骤：在所述旋转系统的操作过程中，测量部件第二操作特性的值达所述预定时间段；确定所述预定时间段的所述第二操作特性的所述测量值的第二平均；将第二比率确定为所述第二平均和所述第二操作特性的最大值的比率；以及将经调整的操作时间确定为所述第一比率、所述第二比率和所述预定时间段的乘积。通过同时测量多个操作特性，并且通过基于部件每个循环的多个操作特性来确定经调整的操作时间，经调整的操作时间会更准确地反映该部件在“现实”操作条件下的实际使用寿命。

在本发明的一实施例中，所述方法还可以包括的步骤是通过将所确定的经调整的操作时间添加到之前确定的经调整的操作时间来确定所述部件的累计的经调整的操作时间。

根据本发明的各个实施例，所述操作特性可以是部件的旋转速度、机械负荷或振动。存在影响大型旋转系统部件磨损的若干操作特性，其中上述操作特性更为重要。使用风力涡轮机中的主轴承作为示例，主轴的旋转速度、主轴承上的负荷以及系统中的整体振动影响轴承的使用寿命。因此，重要的是能够尽可能精确地确定轴承的操作条件，并且能够预测轴承何时接近使用寿命的终点。由此，轴承可以在失效前被更换，从而可以避免昂贵费时的修理。同样，可以通过避免仅基于实际操作时间而过早更换部件来实现成本的降低。相关部件的其它示例包括轴、转子叶片、齿轮箱和发电机。

在本发明的一实施例中，部件操作特性的所述值可以在所述旋转系统的操作过程中被连续地测量。可替代地，可以在预定时间间隔测量或采样特性的值。

根据本发明的第二方面，提供了一种确定旋转系统中部件的经调整的操作时间的装置，所述系统包括：传感器，其配置成检测部件操作特性的值；和控制单元，其连接到所述传感器并且配置成：在所述旋转系统的操作过程中，从所述传感器获取部件所述操作特性的值达预定时间段；确定所述预定时间段的所述操作特性的所述获取值的平均；确定所述平均和所述操作特性的最大值的比率；以及将经调整的操作时间确定为所述比率和所述预定时间段的乘积。