[发明专利]用于检测旋转机器中的损坏的系统及方法

说明书

一种用于检测旋转机器的构件中的损坏的方法包括经由一个或多个传感器收集关于构件的振动数据。该方法还包括识别指示损坏构件的至少一个区域内的至少一个谐波或边带系列的能量，以及识别排除至少一个谐波或边带系列的至少一个区域内的能量。此外，该方法包括基于指示损坏构件的至少一个区域内的至少一个谐波或边带系列的能量和排除至少一个谐波或边带系列的至少一个区域内的能量确定至少一个损坏比。此外，该方法包括至少根据至少一个损坏比来计算构件的损坏因子。此外，该方法包括将损坏因子与预定损坏阈值相比较，其中超过预定损坏阈值的损坏因子指示损坏构件。

技术领域

本公开内容大体上涉及旋转机器(rotary machine，有时也称为回转机器)，且更具体地涉及用于检测此类旋转机器中的损坏的系统及方法。

背景技术

风力被认作是目前可用的最清洁的、最环境友好的能源之一，且就此而言，风轮机(wind turbine，有时也成为风力涡轮机)已经得到增加的关注。现代风轮机通常包括塔架(tower)、发电机、变速箱、机舱、和一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的箔片原理(foil principle)捕获风的动能。转子叶片传送以旋转能的形式的动能，以便转动将转子叶片联接到变速箱(或如果未使用变速箱，则直接地联接到发电机)的低速主轴。例如，发电机可联接到低速主轴，使得轴的旋转驱动发电机。例如，发电机可包括高速发电机轴，其经由变速箱可旋转地联接到主轴。发电机然后将来自转子的机械能转化成电能，该电能可配置至公用电网(utility grid)。

此外，现代的风轮机包括多个高速轴承和低速轴承，以提供其各种构件的旋转。例如，低速主轴通常包括安装在其前端和后端处的一个或多个主轴承，以允许低速主轴围绕轴线旋转。此外，变速箱大体上包括变速箱壳体，其包含除经由轴和轴承连接的平行齿轮外的经由一个或多个行星托架(carrier)和轴承连接的多个齿轮(例如，行星齿轮、环形齿轮和/或太阳齿轮)，以用于将转子轴的低速、高转矩输入转换成用于发电机的高速低转矩输出。

检测风轮机(或任何旋转机器)中的损坏构件在最小化涡轮的非计划停机时间(downtime)和提高涡轮的可用性中是必不可少的。针对变速箱齿轮损坏(确切地说，环形齿轮、行星齿轮和低速中间级齿轮)的当前的检测算法并未以与健康齿轮的足够分离来一致地趋势化(trend)齿轮损坏能量。从健康到损坏的齿轮的趋势中缺乏分离导致故障构件的错误诊断，且提高了健康构件的假阳性事件的概率。故障齿轮的边带和谐波能量模式(sideband and harmonic energy pattern)的视觉检测已证明在定位损坏构件中是成功的；然而，此途径依靠频谱的一致手动检测。此检测本身是耗时的，且可导致故障构件的漏掉检测。此外，尽管已经成功地使用了手动检测方法，但此方法并未提供可扩展的选项，且导致监测效率降低。

至少出于前述原因，已经证明旋转机器的构件损坏的检测难以使用常规的检测分析和/或趋势技术来自动化。因此，本领域中将期望用于检测此旋转机器中的损坏的改进的系统及方法。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐明，或可从描述中清楚，或可通过实践本发明理解到。

一方面，本公开内容针对一种用于检测旋转机器的构件中的损坏的方法。该方法包括经由一个或多个传感器收集关于构件的振动数据。该方法还包括识别振动数据内的至少一个低能量区域。该方法还包括识别指示损坏构件的至少一个区域内的至少一个谐波或边带系列的能量，以及识别排除至少一个谐波或边带系列的至少一个区域内的能量。此外，该方法包括基于指示损坏构件的至少一个区域内的至少一个谐波或边带系列的能量和排除至少一个谐波或边带系列的至少一个区域内的能量确定至少一个损坏比(damageratio)。此外，该方法包括至少根据至少一个损坏比来计算构件的损坏因子。此外，该方法包括将损坏因子与预定损坏阈值相比较，其中超过预定损坏阈值的损坏因子指示损坏构件。