监视系统和监视方法 |
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| 申请号 | CN201480052585.X | 申请日 | 2014-09-22 | 公开(公告)号 | CN105579702A | 公开(公告)日 | 2016-05-11 |
| 申请人 | NTN株式会社; | 发明人 | 池田博志; 长谷场隆; 竹内彰利; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供的用于监视 风 力 涡轮 机的装置的状态的监视系统实现成本的进一步降低。用于 风力 涡轮机 的监视系统，包括：布置于 机舱 (30)内的用于获得声学数据的麦克风(90、91)，在该机舱(30)内收容有风力涡轮机(10)的 主轴 (50)、 齿轮 箱(60)、发 电机 (70)和主 轴承 (80)；数据收集设备(92)(数据收集单元)，该数据收集单元收集声学数据，并将其传输至互联网(102)上的 服务器 (101)；服务器(101)(比较诊断单元)，该比较诊断单元储存、比较和诊断被传输来的数据；和监视终端(100)(显示/监视单元)，该显示/监视单元显示和监视诊断结果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于监视风力涡轮机的装置的状态的监视系统，包括： |
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| 说明书全文 | 监视系统和监视方法技术领域背景技术[0002] 在风力涡轮机中，它的运转状态和其装置的恶化和损坏状态由远程地点的运转监视设备(监控和数据采集：SCADA)和状态监视系统(状态监视系统：CMS)进行监视。SCADA收集运转信息，如风车的转速、风速或风车的发电量，CMS监视装置的恶化和损坏状态，如风车的风叶、主轴承、齿轮箱或发电机。作为这种装置的状态监视的例子，例如，日本专利公开号2005-17128(下文称为专利文献1)提出了如铁路车辆设备的机械设备的状态监视方法。 [0003] 引用列表 [0004] 专利文献 [0005] 专利文献1：日本专利公开号2005-17128 发明内容[0006] 技术问题 [0007] 在传统的风力涡轮机的状态监视系统(CMS)中，装置的恶化和损坏的状态主要使用的振动传感器监视。因此，通常需要将传感器布置为靠近被监控的每个装置。因此，有必要布置多个传感器，这导致设备成本增加。 [0009] 本发明鉴于上述问题提出，本发明的目的是提供一种进一步减低成本的监视系统和使用监视系统的监视方法。 [0010] 问题的解决方案 [0011] 依据本发明的监视系统是用于监视风力涡轮机装置状态的监视系统。该监视系统包括：检测单元，该检测单元布置于收容装置的外壳的内部，以获得声音信息；数据收集单元，该数据收集单元收集检测单元获得的所述声音信息，并将声音信息传输至互联网上的服务器；比较分析单元(比较诊断单元)，该比较分析单元将数据收集单元传输来的声音信息保存在互联网上的服务器中，基于该声音信息执行与基准值(阈值)的比较和分析，并做出诊断；和监视终端，该监视终端显示和监视比较分析单元的比较和分析的结果(诊断结果)。 [0012] 在基于本发明的监视系统中，由检测单元获得布置于风力涡轮机的外壳内部的装置的运转所产生的声音信息。然后，数据收集单元收集获得的声音信息，并将该声音信息传输到互联网的服务器。传输后的声音信息保存于服务器，与基准值(阈值)进行比较并诊断。诊断的结果由设于风力涡轮机外的监视终端显示和监视。因此，基于检测单元获得的声音信息，装置损坏和恶化的状态可以在远离外壳的地点被诊断出来。进一步，通过使用检测单元，与传统振动传感器相比，可在更宽范围内获得装置的运转所产生的信息。因此，将要布置于外壳内的检测单元的数目可以进一步减少，并且其结果是监视系统的成本可以进一步减少。因此依据本发明的监视系统，可以提供实现成本的进一步降低的监视系统。 [0013] 在上述监视系统中，风力涡轮机可以包括由风力旋转的主轴，与主轴连接的的齿轮箱，布置于所述齿轮箱附近以支承主轴的主轴承，和在主轴承的相反侧与齿轮箱连接的发电机。进一步，检测单元包括布置于主轴承和齿轮箱之间的第一检测单元，和布置于齿轮箱和发电机之间的第二检测单元。 [0014] 由此，布置于外壳内的检测单元的数目可以进一步减少。因此，监视系统的成本可以进一步降低。 [0015] 如上所述的监视系统中，该检测单元可包括声音收集单元，该声音收集单元具有指向性并可动，使得高指向性的方向可以根据该装置改变以获得所述声音信息。 [0016] 由此，布置于外壳内的检测单元的数目可以更进一步减少。进一步，相对于装置的声音收集单元的方向可以与获得的声音信息相关联，因此，装置的恶化和损坏状态可以更可靠地被诊断。 [0017] 在上述监视系统中，风力涡轮机可以有高于500kW的额定输出功率。因此，该监视系统可以适合用于监视具有高额定输出的风力涡轮机装置。 [0018] 依据本发明的监视方法是用于监视风力涡轮机装置状态的监视方法。该监视方法包括下列步骤：确定基准运转条件，该基准运转条件是在风力涡轮机中用作基准的运转条件；在该基准运转条件下，由布置于收容装置的外壳的内部的检测单元基于装置正常时的运转，获得声音信息，并确定声音信息的基准值；和在风力涡轮机运转时由所述检测单元基于该装置的运转，获得另一声音信息，且当风力涡轮机的运转条件是基准运转条件的情况下，比较所述另一声音信息和基准值，并诊断该装置的状态。 [0019] 在基于本发明的监视方法中，先确定风力涡轮机的基准运转条件，在基准运转条件下确定装置运转产生的声音信息的基准值，在风力涡轮机的运转条件是基准运转条件的情况下将获得的声音信息与基准值进行比较。由此，在风力涡轮机的运转条件保持恒定的情况下，可以比较装置运转产生的声音信息。因此，甚至当由装置运转产生的声音信息被检测单元在宽范围内获得，在装置的诊断状态中，可以抑制风力涡轮机的运转条件的改变变为噪声。因此，可以以较高准确度来诊断装置的状态。因此，根据本发明依据的监视方法，可以以较高准确度来诊断风力涡轮机的装置的状态。 [0020] 发明的有益效果 [0022] 图1是示出基于第一实施例的风力涡轮机的部分的配置，和用于风力涡轮机的监视系统的示意图。 [0023] 图2是示出基于第一实施例的用于风力涡轮机的监视系统的部分的配置的示意图。 [0024] 图3是基于第一实施例的示意性地示出监视方法的流程图。 [0025] 图4是示出基于第二实施例的用于风力涡轮机的监视系统的部分的配置的示意图。 具体实施方式[0026] 在下文中，将参考附图描述本发明的各实施例。应当指出的是，在下面的附图中，相同或相应的部分将标注相同的标号，并且不再重复其说明。 [0027] (第一实施例) [0028] 首先，作为本发明实施例之一的第一实施例将被描述。首先，基于本实施例的风力涡轮机的配置将被描述。参考图1，基于本实施例的风力涡轮机10包括叶片20、机舱30(外壳)、支承柱40、主轴50、齿轮箱60、发电机70和主轴承80。 [0029] 机舱30内，主要布置有风力涡轮机10的装置(主轴50、齿轮箱60、发电机70和主轴承80)，麦克风90、91(检测单元)、数据收集设备92(数据收集单元)和摄像机93。基于风力涡轮机10的装置的运转的声学数据(声音信息)可以由麦克风90、91获得。进一步，布置于机舱30内的装置的图像信息可以有摄像机获得。基于之后描述的本实施例，麦克风90、91和数据收集设备92构成用于风力涡轮机的监视系统。 [0030] 机舱30布置于安装于地面(未示出)的支承柱40的顶部(即处于高位置)。机舱30可围绕支承柱40的轴旋转。叶片20与伸出机舱30的主轴50的一端连接。主轴50布置于机舱30内，并且可由叶片20接收的风力来旋转。 [0031] 齿轮箱60与主轴50在与连接叶片相反的另一端连接。齿轮箱60加速主轴50的旋转，并将加速后的主轴50的旋转通过输出轴61输出至发电机70。齿轮箱60由齿轮加速机制构成，该机制包括如行星齿轮或中间轴、高速轴等。 [0032] 发电机70与齿轮箱60在主轴承80的相反侧相连。发电机70通过输出轴61与齿轮箱60相连，并通过来自齿轮箱60的旋转输出产生电力。例如，发电机70为感应发电机。 [0033] 主轴承80布置于齿轮箱60附近，并支承主轴50以便使主轴50围绕主轴承80的轴进行旋转。主轴承80由例如自对准滚子轴承，锥形滚子轴承、圆柱形滚子轴承，或滚球轴承的滚动轴承形成。进一步，这种轴承可以是单列或多列轴承。 [0034] 虽然不具体限定风力涡轮机10的额定输出功率，但它为高于如500kW。 [0035] 接着，基于本实施例的风力涡轮机的运转将被描述。首先，参考图1，叶片20接收风力并旋转，因此连接于叶片20的主轴50在被主轴承80支承时旋转。主轴50的旋转传递至齿轮箱60并被加速，被转换成输出轴61的旋转。然后，输出轴61的旋转被传递至发电机70，电动势通过电磁感应作用在发电机70中产生。因此，风力涡轮机运转。 [0036] 接下来，基于本实施例的用于风力涡轮机的监视系统的配置将被描述。参考图1和2，基于本实施例的用于风力涡轮机的监视系统为用于监视风力涡轮机10的装置(主轴50、齿轮箱60、发电机70和主轴承80)的恶化和损坏状态的设备。 [0037] 用于风力涡轮机的该监视系统主要包括布置于机舱30内的麦克风90、91和数据收集设备92(图1)，互联网上102的服务器101(比较分析单元)和监视终端100(监视器终端)，该服务器101保存从数据收集设备92传输的声音信息，将该声音信息与基准值(阈值)作比较并做诊断，该监视终端与服务器101连接来显示和监视服务器101的诊断结果。 [0038] 参考图1，麦克风90、91为获得风力涡轮机10的装置运转产生的声学数据的设备。如图1所示，麦克风90(第一检测单元)布置成面朝主轴承80和齿轮箱60之间的主轴50的外周面(outer peripheral surface)。麦克风90布置于主轴50、齿轮箱60和主轴承80之间。用上述的排布，麦克风90可以获得主要由主轴50、主轴承80和齿轮箱60旋转运转产生的声学数据。 [0039] 如图1所示，麦克风91(第二检测单元)布置于齿轮箱60和发电机70之间。用上述的排布，麦克风91可以获得主要由齿轮箱60和发电机70运转产生的声学数据。 [0040] 麦克风90、91可以是全指向性(非指向性)或是指向性。进一步，虽然本实施例描述了安装的麦克风的数量是二的情况，但本实施例不限于此，并且只要安装多个麦克风(检测单元)即可。进一步，多个麦克风中的每一个为优选地布置于机舱30内部，以便靠近叶片20、主轴承80、齿轮箱60和发电机70中的每一个并同时与它们相隔开。另外，麦克风90、91获得的声学数据为声压的时序信号、声压的有效值等。 [0041] 数据收集设备92是用来收集麦克风90、91获得的声学数据，和将该数据传输至互联网102上的服务器101的设备。数据收集设备92通过线缆94、95与麦克风90、91相连。从而，数据收集设备92可以接收麦克风90、91获得的声学数据。 [0042] 数据收集设备92也可接收基于运转条件的信号，该信号指示主轴50、齿轮箱60和发电机70的转速，发电机70的发电量，机舱30的偏航转速，风速等。进一步，数据收集设备92将该数据传输至互联网102上的服务器101，监视终端100(图2)与互联网102上的服务器101相连。 [0043] 参考图1和2，监视终端100为用于显示和监视服务器101的分析结果的设备，该分析结果基于麦克风90、91获得的风力涡轮机10的装置运转产生的声学数据。监视终端100与互联网102上的服务器101连接。由此，布置于机舱30外部的监视终端100可以接收麦克风90、91获得的并被数据收集设备92收集的声学数据。进一步，监视终端100也与数据收集设备92连接，并与麦克风90、91连接，图像数据保存于互联网102上的服务器101，并且该数据可以在监视终端100上查看。 [0044] 如上所述，在基于本实施例的用于风力涡轮机的系统里，声学数据可以被麦克风90、91获得并输入至数据收集设备92，该声学数据由布置于风力涡轮机10的机舱30内的装置(主轴50、齿轮箱60、发电机70和主轴承80)的运转产生。这些数据保存于互联网102上的服务器101，与阈值进行比较和被诊断。这里的诊断结果可以在监视终端100处显示和监视。 装置的恶化和损坏状态可以基于麦克风90、91获得的声学数据，在地面上诊断。进一步，当与振动传感器进行比较时，通过使用麦克风90、91，装置的运转信息可以在更宽范围内获得。因此，将要排布于机舱30内的传感器数目可以进一步减少，并且其结果是监视系统的成本可以进一步减少。更进一步，安装和排布传感器所需的工序数量也可以进一步减少。另外，当使用振动传感器时，有必要从要监视的装置表面移除油漆，以确保安装振动传感器的平坦的表面，和执行螺纹孔加工等。然而，通过用麦克风90、91来替代振动传感器，这可以被避免。因此，基于本实施例的用于风力涡轮机的监视系统配置为达到进一步成本降低的监视系统。 [0045] 用于风力涡轮机的监视系统可以包括布置于主轴承80和齿轮箱60之间的麦克风90，和布置于齿轮箱60和发电机70之间的麦克风91。用上述的布置，由风力涡轮机10的装置的运转产生的声学数据可以通过更少数量的传感器获得。因此，监视系统的成本可以进一步降低。 [0046] 接下来，基于本实施例的监视方法将要被描述。基于本实施例的监视方法为监视风力涡轮机10的装置(主轴50、齿轮箱60、发电机70和主轴承80)的恶化和损坏状态的方法，基于本实施例它使用用于风力涡轮机的监视系统来执行。 [0047] 参考图3，首先，观察模式运转如步骤(S10)执行。在此步骤(S10)，参考图1，在监视风力涡轮机10的装置中充当基准的运转条件(即，基准运转条件)被确定。 [0048] 在此步骤(S10)，首先，基于运转条件的信号从运转监视设备(未示出)和传感器输入至监视系统的数据收集设备92，该信号指示主轴50、齿轮箱60和发电机70的转速，发电机70的发电量，机舱30的偏航转速，风速等。接着，在上述的转速、发电量、偏航转速和风速等中的运转条件在预定的范围内的运转条件，被确定为基准运转条件。例如当风力涡轮机10产生额定输出时，可以符合这个基准运转条件。此信息保存于互联网102上的服务器101。 [0049] 下一步，学习模式运转如步骤(S20)执行。在此步骤(S20)，参考图1，在正常运转期间，装置(主轴50、齿轮箱60、发电机70和主轴承80)的运转产生的声学数据被布置于机舱30内的麦克风90、91获得。此声学数据仅在风力涡轮机10的运转条件与在(S10)确定的基准运转条件匹配的情况下获得。因此，声学数据的基准值(阈值)在基准运转条件下被确定。此信息保存在互联网102上的服务器101，并且该基准值(阈值)由服务器101确定。 [0050] 下一步，操作模式运转如步骤(S30)执行。在此步骤(S30)，参考图1和2，当风力涡轮机10运转，装置(主轴50、齿轮箱60、发电机70和主轴承80)的运转产生的声学数据被布置于机舱30内的麦克风90、91周期性地获得。然后，数据收集设备92输入的声学数据保存于互联网102上的服务器101，由服务器101与基准值(阈值)进行比较和诊断，并在监视终端100上显示和监视。进一步，仅在风力涡轮机10的运转条件与在(S10)确定的基准运转条件匹配的情况下，获得的声学数据与在(S20)确定的基准值进行比较。然后，在获得的声学数据超出基准值(阈值)的情况下(例如，获得的有效值或频谱值超出作为基准值的有效值或频谱值)，互联网102上的服务器101向监视终端100发出警报(图3中的“是”)。另一方面，在获得的声学数据未超出基准值的情况下(例如，获得的有效值或频谱值未超出作为基准值的有效值或频谱值)，风力涡轮机10的装置的监视继续(图3中的“否”)。因此，风力涡轮机10的装置的状态被诊断。 [0051] 如上所述，在基于本实施例的监视方法中，首先确定风力涡轮机10的基准运转条件(S10)，在基准运转条件下确定装置运转产生的声学数据的基准值(阈值)(S20)，在风力涡轮机10的运转条件是基准运转条件的情况下将获得的声学数据与基准值进行比较。由此，在风力涡轮机10的运转条件保持恒定时，可以比较装置运转产生的声学数据。因此，甚至当由装置运转产生的声学数据被麦克风90、91在宽范围内获得，在装置的状态诊断中，可以抑制风力涡轮机10的运转条件的改变变成噪声。因此，可以以较高准确度来诊断装置的状态。因此，根据本实施例依据的监视方法，可以以较高准确度来诊断风力涡轮机10装置的状态。 [0052] (第二实施例) [0053] 接下来，作为本发明另一个实施例的第二实施例将被描述。基本上，基于本实施例的用于风力涡轮机的监视系统，相对于第一实施例，有相同的配置，以相同方式使用，并展现相同效果。然而，基于本实施例的用于风力涡轮机的监视系统，在检测单元的配置方面，与第一实施例不同。 [0054] 参考图2和4，正如第一实施例中的，基于本实施例的用于风力涡轮机的监视系统为用于监视风力涡轮机10的装置(主轴50、齿轮箱60、发电机70和主轴承80)的恶化和损坏状态的设备。用于风力涡轮机的监视系统主要包括：可动的麦克风97(图4)(布置于机舱30内)；数据收集单元，其收集获得的声音信息，并将声音信息传输至服务器；比较诊断单元，其将此声音信息保存至互联网上的服务器，将声音信息与基准值(阈值)进行比较并做出诊断；以及监视终端100(图2)，其显示和监视诊断结果并布置于机舱30外。 [0055] 麦克风97(声音收集单元)为具有指向性的麦克风，并可以获得风力涡轮机10的装置运转产生的声学数据(声音信息)。 [0056] 麦克风97为可动的。麦克风97可以通过操作可动的部分(图4中的虚线)相对于装置改变方向。因此，麦克风97的指向性高的方向可以相对于装置(如主轴50、齿轮箱60、发电机70和主轴承80)改变。 [0057] 如上所述，基于本实施例的用于风力涡轮机的监视系统包括麦克风97，该麦克风97具有指向性并可动，以便可以相对于装置改变指向性高的方向。因此，由风力涡轮机10的装置的运转产生的声学数据可以通过进一步更少数量的传感器获得。因此，监视系统的成本可以更进一步降低。另外，相对于装置的麦克风97的方向可以与获得的声学数据相关联以执行监视，因此，装置的恶化和损坏状态可以更可靠地被诊断。 [0059] 工业实用性 [0060] 本发明的监视系统和监视方法尤其有利地适用于用于风力涡轮机的监视系统和使用该风力涡轮机的监视系统的监视方法。 [0061] 附图标记列表 [0062] 10：风力涡轮机；20：叶片；30：机舱；40：支承柱；50：主轴；60：齿轮箱；61:输出轴；70：发电机；80：主轴承；90、91、97：麦克风；92：数据收集设备；93：摄像机；94、95、96：缆线(LAN缆线)；100：监视终端；101：服务器；102：互联网。 |
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