一种风力发电机组齿轮油水含量实时可调预警装置及方法

技术领域

本发明涉及风力发电机组齿轮油水含量检测的技术领域，尤其是指一种风力发电机组齿轮油水含量实时可调预警装置及方法。

背景技术

齿轮箱是风力发电机组的重要组成部分，它的运行状态决定着发电机组的可靠性与安全性。齿轮箱主要依靠齿轮油进行润滑和冷却，因此齿轮油的品质检测对于齿轮箱的平稳运行和故障预警有着非常重要的作用。

现有的油品检测主要包括其含水量、粘度、介电常数等，其中水含量的检测最为普遍，因为齿轮油中的水分会造成油品中添加剂的水解、绝缘性能下降、油液乳化、引起油品性能的劣化等，造成齿轮油润滑性能的失效，最终导致齿轮箱的磨损加剧，影响风力发电机组的使用寿命。因此对油液中的水含量进行持续、准确的检测，就变得尤为重要。

目前油液中的水含量检测方法主要包括离线和在线检测两种主要途径，前者检测准确，但存在周期性长，无法及时提供检测数据供维护人员参考。后者可以实时监测齿轮油含水量，为现场维护人员提供维护依据，提高齿轮油的使用效率，降低维护成本，但现在市场上通用的齿轮油在线含水量检测装置，主要为进口产品，且需要专门的通讯协议进行数据通讯和主控系统进行数据分析和预警，因而成本较高。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种风力发电机组齿轮油水含量实时可调预警装置，不仅可以调节水含量的预警阈值，还因为传输信号为开关量信号，可以无需处理信号直接报警。

本发明的第二目的在于提供一种风力发电机组齿轮油水含量实时可调预警方法。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种风力发电机组齿轮油水含量实时可调预警装置，包括：探头检测部件、阈值调节部件、电压放大部件、壳体、锁紧头和电缆；所述探头检测部件安装在壳体前端，用于检测齿轮油中水含量；所述阈值调节部件安装在壳体上，用于对齿轮油的预警值进行调节；所述电压放大部件安装在壳体内部，并分别与探头检测部件和阈值调节部件连接，用于将阈值调节部件输出的电压放大至所需电压值后输出开关量信号；所述锁紧头安装在壳体后端，用于锁住电缆和防止外部杂质顺着电缆进入壳体内部；所述电缆的一端与电压放大部件连接，其另一端从锁紧头伸出，用于提供电源和向外输出电压放大部件的开关量信号。

进一步，所述探头检测部件内置有由感湿材料制作而成的检测电阻，并与齿轮油中的水含量达到动态平衡。

进一步，所述阈值调节部件包括可调电阻和旋钮装置，所述可调电阻安装在壳体内部，所述旋钮装置安装在壳体外侧，所述旋钮装置与可调电阻连接，通过旋钮装置改变可调电阻的阻值，所述可调电阻与检测电阻连接，构成一个分压回路，所述检测电阻的阻值远大于可调电阻的阻值，通过改变可调电阻的阻值来调节可调电阻的回路输出电压，从而达到水含量报警阈值调节的功能。

进一步，所述电缆外接开关量报警装置。

进一步，所述壳体上提供对外的安装接口。

进一步，所述旋钮装置为手动调节旋钮装置。

进一步，所述壳体为金属件。

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种风力发电机组齿轮油水含量实时可调预警方法，利用上述的风力发电机组齿轮油水含量实时可调预警装置实时检测齿轮油中的含水量，并能够根据现场实际运行情况调节报警阈值，在水含量超过阈值时，自动向风力发电机组的主控发出报警信号；其具体执行以下操作：

将壳体安装在需要检测的油路或齿轮箱上，保证探头检测部件完全浸没在齿轮油中，同时确保安装位置的齿轮油的流动性，电缆接入开关量报警装置，并设定预先调定的电压值作为预警值，开关量报警装置根据预警值自动进行判定是否齿轮油中的水含量超过阈值：当电压放大部件的输出电压低于预警值时，开关量报警装置输出高电平，此时齿轮油中的水含量没有超过阈值，当电压放大部件的输出电压高于预警值时，开关量报警装置输出低电平，此时齿轮油中的水含量超过阈值并报警；其中，在输出电压不变的情况下，增大可调电阻的阻值，相应地，检测电阻的阻值也需要增大，感湿材料电阻率增大，感湿材料脱水，反应至齿轮油就是含水量减少，因此减小可调电阻的阻值，能够增大齿轮油含水量的报警阈值，反应在旋钮装置上，就是顺时针转动旋钮装置，反之就是减小齿轮油含水量的报警阈值。

进一步，随着齿轮油中含水量的增多，检测电阻进行吸水，检测电阻的电阻率随之减小，相应的阻值减小，原理见公式(1)：

式中，R

进一步，所述检测电阻与可调电阻为串联连接构成的分压回路，根据公式(2)，当检测电阻的阻值减小，可调电阻的回路分压增大，为保证可调电阻的回路分压始终与检测电阻阻值成反比的线性关系，检测电阻的阻值需远大于可调电阻的阻值；

式中，U

进一步，安装位置的齿轮油的流速范围为0.5-2m/s。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本发明能很好满足现在风电行业对于齿轮油含水量在线监测的需求，相较于现存市场上的水分检测装置，其阈值调节结构简单可靠，方便操作；其输出信号为开关量信号，无需主控处理即可以直接报警；又因其省去了信号处理及阈值判定元件，整体成本较低。总之，本发明可以实时检测齿轮油中的含水量，并可根据现场实际运行情况调节报警阈值，在水含量超过阈值时，自动向风力发电机组主控发出报警信号，提示现场维护人员对风力发电机组齿轮箱润滑油进行维护，具有实际应用价值，值得推广。

附图说明

图1为风力发电机组齿轮油水含量实时可调预警装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，本实施例公开了一种风力发电机组齿轮油水含量实时可调预警装置，包括：探头检测部件1、阈值调节部件、电压放大部件3、金属壳体4、锁紧头5和电缆6。

探头检测部件1安装在金属壳体4前端，其是齿轮油中水含量检测的主体，检测时需将探头检测部件1深入到齿轮油中，使它与齿轮油充分接触。探头检测部件1中的主要检测部分是由一块感湿材料制作而成的检测电阻(图中未画出)，它可以与齿轮油中的水含量达到动态平衡；即当齿轮油中水含量增加时，检测电阻中的感湿材料吸水，造成感湿材料的电阻率减小，检测电阻的阻值会相应减小；当齿轮油中的水含量减少时，检测电阻中的感湿材料脱水，造成感湿材料的电阻率增大，检测电阻的阻值会相应增大；利用感湿材料吸水和脱水的动态平衡，造成检测电阻的电阻率和阻值发生变化的这一特性，即可用来标定齿轮油当前的含水量。

阈值调节部件是对齿轮油的预警值进行调节的部件，主要由两个部分组成，一个是可调电阻21，一个是手动调节旋钮装置22，可调电阻21安装在金属壳体4内部，手动调节旋钮装置22安装在金属壳体4外侧，手动调节旋钮装置22与可调电阻21连接，通过手动调节旋钮装置22正反向旋转来改变可调电阻21的阻值；可调电阻21与检测电阻连接，构成一个分压回路，为保证可调电阻21回路的分压始终与检测电阻阻值成反比的线性关系，检测电阻的阻值需远大于可调电阻21的阻值，通过改变可调电阻21的阻值，增大或减小可调电阻21的电压值，进而影响可调电阻21的回路输出电压，达到水含量报警阈值调节的功能。操作时，使用一字螺丝刀顺时针调节手动调节旋钮装置22，即可减小可调电阻21的阻值，进而增大水含量的报警阈值，反之就可以降低报警阈值。

电压放大部件3安装在金属壳体4内部，并分别与探头检测部件1和阈值调节部件连接，它的功能主要是将阈值调节部件输出的电压放大至所需的电压值，并将放大后的电压信号通过电缆6进行向外输出。由于检测电阻的阻值要远大于可调电阻21的阻值，这样会导致可调电阻21回路的电压变化量非常微小，可调电阻21回路分到的电压值很低，因此需要一个电压放大回路，将微小变化量进行放大，这就引入了电压放大部件3，电压放大部件3将电压放大并驱动开关电路，输出开关量信号。

金属壳体4主要是为了保护和安装探头检测部件1、阈值调节部件和电压放大部件3，同时提供对外的安装接口。

锁紧头5是为了防止外部杂质顺着电缆6进入金属壳体4内部，同时锁住电缆6，防止电缆6拖拽时从金属壳体4内部断裂。

电缆6主要是负责提供电源和向外传输信号，其一端直接与电压放大部件3连接，另一端从锁紧头5伸出，可外接开关量报警装置(图中未画出)，开关量报警装置根据预先设定的预警值自动进行判定是否齿轮油中的水含量超过阈值并报警。

实施例2

本实施例公开了一种风力发电机组齿轮油水含量实时可调预警方法，利用实施例1所述的风力发电机组齿轮油水含量实时可调预警装置实时检测齿轮油中的含水量，并能够根据现场实际运行情况调节报警阈值，在水含量超过阈值时，自动向风力发电机组的主控发出报警信号；其具体执行以下操作：

将金属壳体4安装在需要检测的油路或齿轮箱上，保证探头检测部件1完全浸没在齿轮油中，同时确保安装位置的齿轮油有一定的流动性，流速范围0.5-2m/s最佳；电缆6接入开关量报警装置，并设定预先调定的电压值作为预警值，开关量报警装置根据预警值自动进行判定是否齿轮油中的水含量超过阈值：当电压放大部件3的输出电压低于预警值时，开关量报警装置输出高电平，此时齿轮油中的水含量没有超过阈值，当电压放大部件3的输出电压高于预警值时，开关量报警装置输出低电平，此时齿轮油中的水含量超过阈值并报警；其中，在输出电压不变的情况下，增大可调电阻21的阻值，相应地，检测电阻的阻值也需要增大，感湿材料电阻率增大，感湿材料脱水，反应至齿轮油就是含水量减少，因此减小可调电阻21的阻值，能够增大齿轮油含水量的报警阈值，反应在手动调节旋钮装置22上，就是顺时针转动手动调节旋钮装置22，反之就是减小齿轮油含水量的报警阈值。

工作时，随着齿轮油中含水量的增多，探头检测部件1内部的检测电阻进行吸水，检测电阻的电阻率随之减小，相应的阻值减小，原理见公式(1)：

式中，R

由于检测电阻与可调电阻21为串联连接构成的分压回路，根据公式(2)：

式中，U

当检测电阻的阻值减小，可调电阻21的回路分压增大，为保证可调电阻21的回路分压始终与检测电阻阻值成反比的线性关系，检测电阻的阻值需远大于可调电阻的阻值，这样又会导致可调电阻21的回路电压变化量非常微小，因此需要一个电压放大回路，将微小变化量进行放大，这就引入了电压放大部件3，它可以将可调电阻21的回路分压放大几十几百倍，然后输出至外接的开关量报警装置，开关量报警装置根据预先设定的预警值自动进行判定是否齿轮油中的水含量超过阈值。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。