本實用新型屬于信息采集和處理技術領域，特別涉及一種風機主軸斷裂檢測系統(tǒng)。

背景技術：

由于國內(nèi)風力發(fā)電行業(yè)起步較晚，風力發(fā)電機組的制造技術還不成熟，風力發(fā)電機組在運行階段，經(jīng)常會不斷發(fā)生風力發(fā)電機組墜頭的事故，這是由輪轂與主軸連接螺桿斷裂造成的風機墜頭事故，或主軸斷裂造成的風機墜頭事故，而這些斷裂多為疲勞斷裂，斷裂振動往往從主軸表面某一局部開始，而不在中心位置，從初生裂紋開始到災難發(fā)生過程中，均會發(fā)生多次的振動沖擊，因此，有必要對主軸斷裂、連接螺桿斷裂等造成的斷裂振動進行檢測和預警。

目前，屬于大數(shù)據(jù)時代，信息爆炸、信息冗余度大，信息處理成本高，常規(guī)的監(jiān)控軸承振動的傳感器及遠程監(jiān)控系統(tǒng)，難以發(fā)現(xiàn)或分析檢測出這些信號，從而延誤最佳補救時機，造成更進一步地次生災害即造成塔筒倒塌的重大損失。

公開號為CN101393049A的中國專利文件，公開了一種風力發(fā)電機組振動監(jiān)測及故障診斷的方法，該方法通過傳感器采集風機振動信號，通過數(shù)據(jù)采集設備完成信號存儲，通過組件總線模塊將特征值數(shù)據(jù)發(fā)送到接收模塊，并存儲于數(shù)據(jù)中心，在數(shù)據(jù)中心設置閾值曲線，特征值數(shù)據(jù)持續(xù)增長，超過閾值時，接收模塊進行預警。

但是這種方法是對采集的所有的風機振動信號進行分析處理，沒有將風機的原始振動信號和振動沖擊信號進行分離，這勢必會對無用的冗余信息進行處理，不但處理起來比較復雜，而且存在檢測不準確的問題，造成預警系統(tǒng)誤報警。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種風機主軸斷裂檢測系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術中風力發(fā)電機主軸故障檢測冗余大，處理不及時、不準確的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案是：

一種風機主軸斷裂檢測系統(tǒng)，包括信號調(diào)制合成記錄儀、數(shù)據(jù)傳輸線路、預警裝置和至少三組傳感器，每組傳感器包括用于對稱設置在風機主軸旋轉(zhuǎn)中心的同心圓上的兩個傳感器，各傳感器用于采集風機運行時的振動信號，所述各傳感器與所述數(shù)據(jù)傳輸線路連接，所述數(shù)據(jù)傳輸線路用于通過中心滑環(huán)與所述信號調(diào)制合成記錄儀連接，所述信號調(diào)制合成記錄儀與預警裝置連接，所述信號調(diào)制合成記錄儀用于設置在風機機艙控制柜中。

進一步地，所述各組傳感器均勻設置在風機主軸的旋轉(zhuǎn)中心的同心圓上。

進一步地，所述各傳感器在設置時需保證每個風機葉片的根部至少有一個傳感器。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型提供的風機主軸斷裂檢測系統(tǒng)，通過將振動傳感器均勻設置在風機旋轉(zhuǎn)表面回轉(zhuǎn)中心的同心圓上，并呈對稱分布，有利于斷裂方位的檢測；利用該系統(tǒng)將采集的風機運行時的振動信號經(jīng)過取反和超前或滯后環(huán)節(jié)處理后得到合成信號，使得正常信號的幅值控制在0的水平，當合成信號的幅值大于超過設定的幅值閾值時，進行預警和/或?qū)L機停機，提高了對風機主軸等旋轉(zhuǎn)類零部件斷裂檢測的準確度，降低了對風機故障檢測的復雜度。

附圖說明

圖1為本實用新型的振動傳感器對稱陣列布局的示意圖；

圖2為風機主軸沿A組傳感器的剖面圖；

圖3為風機運行時的振動信號各處理環(huán)節(jié)的示意圖；

圖4為本實用新型的風力發(fā)電機組的故障檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步的說明：

依據(jù)張衡地動儀的陰陽八卦陣列，以及依據(jù)蜘蛛八條腿檢測八卦陣網(wǎng)的振動時序和方位原理，由于風機墜頭斷裂的部位在主軸的非中心部位，而張衡地動儀能有效地檢測周邊的地震狀況，從而可以依據(jù)其陣列布局。對于沒有發(fā)生振動的情況，因其地動儀的陰陽八卦關于中心對稱，而處于平衡狀態(tài)，沒有(地震)信息輸出，從而有效地減少信息量和信息處理成本。

本實用新型的風機主軸斷裂檢測系統(tǒng)，包括信號調(diào)制合成記錄儀、數(shù)據(jù)傳輸線路、預警裝置和至少三組傳感器，每組傳感器包括用于對稱設置在風機主軸旋轉(zhuǎn)中心的同心圓上的兩個傳感器(類似關于蜘蛛中心對稱的兩條腿)，各傳感器用于采集風機運行時的振動信號，各傳感器與數(shù)據(jù)傳輸線路連接，數(shù)據(jù)傳輸線路用于通過中心滑環(huán)與所述信號調(diào)制合成記錄儀連接，信號調(diào)制合成記錄儀與預警裝置連接，信號調(diào)制合成記錄儀設置在風機機艙控制柜中。

為了提高檢測性能，按照張衡地動儀的陰陽八卦陣列，將各組傳感器均勻設置在風機主軸的旋轉(zhuǎn)中心的同心圓上，且各傳感器在設置時需保證每個風機葉片的根部至少有一個傳感器。

本實施例中的預警裝置為風機的PLC和SCADA系統(tǒng)，由于檢測部位為旋轉(zhuǎn)的主軸端面，不同于通常SCADA系統(tǒng)中的齒輪箱等靜止表面，需要利用旋轉(zhuǎn)傳輸線路對拾取的振動信號進行特別的傳輸設計。在與輪轂連接的風機主軸端面，如圖1所示，關于風機主軸的旋轉(zhuǎn)中心對稱的同心圓上均勻布置3組，3組振動傳感器組成對稱分布的拾振陣列，1是A組振動傳感器、2是B組振動傳感器、3是C組振動傳感器，4是風機葉片，其中至少有一個振動傳感器位于某一風機葉片的根部附近，且本實施例采用常規(guī)的3葉片水平軸風力發(fā)電機組，則有3個傳感器在3個葉片的根部位置，如圖2所示，為沿A組傳感器的剖面圖，其中，5為檢測風機主軸與輪轂連接螺桿斷裂的傳感器，6為風機主軸與輪轂連接螺桿，7為風機主軸，8為風機中心滑環(huán)。

本實用新型的風機主軸斷裂檢測系統(tǒng)的檢測過程為：

1、設置三組傳感器，每組傳感器包括對稱分布在風機主軸旋轉(zhuǎn)中心同心圓上的兩個傳感器，每組傳感器采集風機運行時的振動信號，通常振動傳感器的輸出信號為電壓或電流信號，其中，電流大小為4-20mA。

2、對每組傳感器中的任一個傳感器采集的風機運行時的信號進行取反處理，并對每組傳感器中的任一個傳感器采集的風機運行時的信號進行超前或滯后處理，使每組中兩個傳感器采集的風機運行信號在時間上錯開，將經(jīng)上述處理的每組傳感器的信號進行調(diào)制合成，得到合成信號。

以其中一組傳感器A1和A2為例，如圖2中的1-1和1-2分別代表傳感器A1和傳感器A2，數(shù)據(jù)傳輸線路通過主軸中心和中心滑環(huán)系統(tǒng)將信號傳輸至風機機艙控制柜中；信號調(diào)制合成記錄儀可以將數(shù)據(jù)傳輸來的信號進行時域的連續(xù)信號進行調(diào)制合成，信號調(diào)制合成記錄儀設置在風機機艙控制柜中，如圖2和圖4所示。

該調(diào)制合成過程指將傳感器A1或A2采集的信號首先進行取反處理，得到信號A1′或A2′，為保證有用的斷裂沖擊信號不被處理，對每組傳感器的任一個傳感器采集的風機運行時的信號進行超前或滯后時效環(huán)節(jié)的處理，避免有用的信號被對沖湮滅，并且得到信號的二次確認，從而保證有用信號凸顯，并且每組傳感器采集風機運行時振動信號的時間間隔小于設定的時間閾值，如對信號A2′進行超前或滯后環(huán)節(jié)，得到信號A2″，再作相位和幅值的調(diào)整，即將傳感器的A1′信號與A2″信號相加，得到合成信號，如圖3所示。對合成信號中的幅值設置閾值，其中正常信號的幅值幾乎為0，或小于設定幅值閥值，從而消除正常運行中的振動信號，即消除了常規(guī)信號，因此對合成信號中的大部分信號進行了消減剔除；則合成信號中幅值大于設定幅值閾值的信號為振動沖擊信號，進行預警和/或?qū)L機停機，此時將預警前的設定時間的數(shù)據(jù)，比如僅把預警前10分鐘的數(shù)據(jù)進行保存，對保存的數(shù)據(jù)進行處理，分析發(fā)生主軸斷裂的原因，對低于設定幅值閾值的數(shù)據(jù)將僅保留10分鐘數(shù)據(jù)的信息進行循環(huán)刷新，從而有效減少信息量和信息處理成本。由于風機出現(xiàn)斷裂墜頭的振動沖擊信號被超前或滯后，而在時序上錯開，不能夠被消減，從而從時序上得到一強一弱或一弱一強或同等強度的兩個幅值相反的信號，從而指明斷裂的部位在表面的方位，和信號得到放大顯現(xiàn)的二次確認。

監(jiān)控采集比對的是三組或四組調(diào)制后的共同信號，當其中一組合成信號幅值突然增大時，再將該組信號中的兩個信道中的10分鐘記錄數(shù)據(jù)進行就地保存和上傳，其中幅值最大的那個傳感器的位置，就像張衡地動儀中銅球下落顯示的振動方位一樣，可以確定發(fā)生斷裂異常的部位；或者當出現(xiàn)兩組合成信號幅值突然增大或幾乎同時發(fā)生時，分離該2組信號中的4個信道中的的預警前的設定時間的數(shù)據(jù)，比如只把預警前10分鐘的數(shù)據(jù)進行就地保存和上傳，確定每組傳感器中信號幅值最大的傳感器，將確定的兩個傳感器之間的位置確定為發(fā)生斷裂異常的部位。

3、當從對稱的傳感器中采集、傳輸和比對控制后得到的信號幅值大于設定的閥值2次后，觸發(fā)風機的PLC和SCADA系統(tǒng)告警，并將風機停機，待人員登機確認屬于誤報后，方可增加觸發(fā)停機的頻次為3，并備案記錄。

4、根據(jù)上述步驟中得到的主軸可能發(fā)生的部位的診斷，對該部位的螺桿連接、主軸應力集中區(qū)等進行排查，必要時進行超聲波探傷或射線探傷、主軸裂紋處打磨裂紋或返廠等處理，預防風機墜頭的發(fā)生，減少進一步的人員安全和財產(chǎn)損失。

本實施例中，對風機運行時的信號的調(diào)制合成，也可以在A/D轉(zhuǎn)化后，采用專用的DSP數(shù)字信號處理器處理后，再對風機運行時的信號進行調(diào)制合成。

本實用新型與現(xiàn)有技術相比，能夠有效地對風力發(fā)電機組主軸斷裂或螺桿斷裂造成的風機墜頭事故進行防范和監(jiān)控；充分利用了主軸斷裂或螺桿斷裂往往從旋轉(zhuǎn)中心外側(cè)的表面開始發(fā)生，振動傳感器均勻設置在旋轉(zhuǎn)表面回轉(zhuǎn)中心的同心圓上，陰陽對稱，有利于斷裂方位的檢測；至少將一個振動傳感器放置在葉片根部位置，充分利用了風機葉片運行中上下載荷不平衡的特點，有利于對斷裂信號的可靠采集；通過對稱信號的時域上錯位和對沖消減，有利于常規(guī)信號的消減和2次凸顯斷裂振動信號和再確認，有利于可靠觸發(fā)報警系統(tǒng)及時分析和處理，以及提高振動傳感器的測量精度，從而降低成本；能夠與PLC和SCADA報警系統(tǒng)方便連接和及時處理。

上述實施例中，可只對每組傳感器中的任一個傳感器進行超前或滯后處理，或同時對A1和A2進行超前或滯后處理，但是要保證超前或滯后的時間存在時間間隔，該時間間隔要小于風輪最大轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)動半圈所需的時間。

以上給出了具體的實施方式，但本實用新型不局限于以上所描述的實施方式。本實用新型的基本思路在于上述基本方案，對本領域普通技術人員而言，根據(jù)本實用新型的教導，設計出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費創(chuàng)造性勞動。在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本實用新型的保護范圍內(nèi)。