一种基于风力发电机组的在线监测系统

技术领域

本发明涉及风力发电机组技术领域，具体的说是一种基于风力发电机组的在线监测系统。

背景技术

公知的，风力发电机组是将风的动能转换为电能的系统，风力发电机组包括风轮、发电机；风轮中含叶片、轮毂、加固件等组成；它有叶片受风力旋转发电、发电机机头转动等功能。风力发电电源由风力发电机组、支撑发电机组的塔架、蓄电池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电池组等组成。

在工业设备中，振动有时是正常运行的一部分，但是有时也是故障的前兆，在机器监控中，我们一般处理两种类型的振动，推力振动或者径向振动，风力发电机组的振动需要采用振动加速度传感器来进行监测，振动加速度传感器是测量振动或者结构运动加速度的设备，振动加速度传感器上有一个换能器，可以利用压电效应将振动或者运动变化引起的机械力转换为电流，进而实时监测风力发电机组的振动，以有效监测风力发电机组可能发生的故障。

如公开号为CN116428125A，公开日为2023年03月30日，名称《曝气装置》的专利申请，该发明提供一种风力发电机组偏航监测系统及风力发电机组，属于风力发电机组监测技术领域。系统包括：传感器组，设置在风力发电机组上，用于获取风力发电机组在偏航过程中的润滑脂温度值、卡钳振动值、塔顶应力值和偏航电机扭矩值；数据传输装置，设置在风力发电机组上，与传感器组通信连接以实现数据传输；服务器，与数据传输装置通信连接，用于基于风力发电机组在偏航过程中的润滑脂温度值、卡钳振动值、塔顶应力值和偏航电机扭矩值，确定风力发电机组在偏航过程中的运行状态。本发明实现了多参量采集，从多角度对风力发电机组的偏航过程进行监测，保证风力发电机组安全可靠运行。

现有技术中，在风力发电机组上安装振动加速度传感器时大都采用螺纹连接，但是风力发电机组在发生振动时，振动加速度传感器的螺纹连接可能发生松动以及移动，进而导致振动加速度传感器的检测结果不准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于风力发电机组的在线监测系统，以解决现有技术中的上述问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于风力发电机组的在线监测系统，包括风力发电机组本体以及监测单元，所述监测单元设置在风力发电机组本体上，所述监测单元包括振动加速度传感器本体以及螺纹杆，所述振动加速度传感器本体底端固定设置有螺纹杆，所述风力发电机组本体上开设有螺纹槽，螺纹槽端部开设有与螺纹槽相连接的六边形槽，所述六边形槽内滑动设置有螺母，所述螺纹槽和螺母均与螺纹杆之间螺纹连接。

上述的，所述风力发电机组本体包括塔架、机舱、轴承座、风轮、主轴、齿轮箱、发电机以及变压器，所述塔架上设置有机舱，机舱内依次设置有轴承座、齿轮箱、发电机以及变压器，轴承座上转动安装有主轴，主轴上位于机舱外部一端安装有风轮。

上述的，所述主轴上位于机舱内部一端设置在齿轮箱内且连接有主动齿轮，发电机的旋转轴上安装有从动齿轮，且主动齿轮和从动齿轮相互啮合，主动齿轮的规格比从动齿轮的规格大。

上述的，所述机舱内设置有刹车系统，所述刹车系统用于对主轴进行制动处理。

上述的，所述监测单元至少安装在轴承座8、齿轮箱11和发电机12中的一者上，以便检测单元对主轴、齿轮箱和发电机的旋转轴进行振动监测。

上述的，所述轴承座、齿轮箱和发电机上的安装位置均开设有安装圆槽，各个所述安装圆槽内各安装有一圆台件，各个所述圆台件上各开设有一所述螺纹槽，各个所述圆台件上位于螺纹槽的底端各开设有一六边形槽，各个所述六边形槽内各滑动安装有一螺母，各个所述螺母底端和六边形槽底端内壁之间均通过一第一弹性件相连接。

上述的，所述振动加速度传感器本体的底端沿着螺纹杆的轴向方向上均匀安装有多个直杆，各个所述直杆底端各安装有一方型箱。

上述的，各个所述方型箱内各活动安装有一滚珠，各个所述方型箱上靠近圆台件的一端为开口部，且滚珠通过开口部抵紧在圆台件的外壁上。

上述的，各个所述方型箱上远离圆台件的一侧内壁上都对称安装有两个第二弹性件，各个所述方型箱内的两个所述第二弹性件之间通过抵紧板相连接，且抵紧板在第二弹性件的弹力作用下抵紧在滚珠上。

上述的，各个所述圆台件上各安装有一防滑出单元，所述防滑出单元用于防止直杆和螺纹杆滑出安装圆槽。

本发明的有益效果在于：通过将螺纹杆安装在螺纹槽内，使得螺纹杆将振动加速度传感器本体安装在风力发电机组本体上，在螺纹杆向螺纹槽内拧进的过程中，螺纹杆和螺母螺纹配合，使得螺母向六边形槽顶端滑动，使得螺母抵紧在六边形槽顶端并且对螺纹杆进行二次螺纹配合，使得螺纹杆在受到风力发电机组本体的振动时不会发生松动。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明图1的剖面结构示意图；

图3为本发明图2的A处的局部放大剖面结构示意图；

图4为本发明图3的B处的局部放大剖面结构示意图；

图5为本发明图3的C处的局部放大剖面结构示意图；

图6为本发明一个实施例的剖面结构示意图；

图7为本发明再一个实施例的剖面结构示意图；

图8为本发明图7的D处的局部放大剖面结构示意图。

附图标记说明：

1、振动加速度传感器本体；2、螺纹杆；3、螺纹槽；4、六边形槽；5、螺母；6、塔架；7、机舱；8、轴承座；9、风轮；10、主轴；11、齿轮箱；12、发电机；13、变压器；14、旋转轴；15、安装圆槽；16、圆台件；17、第一弹性件；18、直杆；19、U型架；20、抵紧圆球；21、方型箱；22、滚珠；23、第二弹性件；24、抵紧板；25、连接杆；26、滑动杆；27、穿槽；28、楔形块；29、方板；30、承托板；31、从动块；32、楔形槽；33、第三弹性件；34、辅助块；35、辅助板；36、定位板；37、旋转环。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

本发明各实施例中，基于描述和理解的方便而非权利的限制，本实施例中的方位词：“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”、“横向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至图8所示，本发明实施例提供的一种基于风力发电机组的在线监测系统，包括风力发电机组本体以及监测单元，所述监测单元设置在风力发电机组本体上，所述监测单元包括振动加速度传感器本体1以及螺纹杆2，所述振动加速度传感器本体1底端固定设置有螺纹杆2，所述风力发电机组本体上开设有螺纹槽3，螺纹槽3端部开设有与螺纹槽3相连接的六边形槽4，所述六边形槽4内滑动设置有螺母5，所述螺纹槽3和螺母5均与螺纹杆2之间螺纹连接。

具体的，振动加速度传感器本体1是测量风力发电机组上振动结构运动加速度的设备，如传动齿轮、驱动电机等等会振动的振动结构，振动加速度传感器上有一个换能器，可以利用压电效应将振动或者运动变化引起的机械力转换为电流，进而实时监测风力发电机组的振动，通过振动加速度传感器对机组传动链部件(也就是后文提到的主轴10、齿轮箱11和发电机12的旋转轴14等等振动结构，为便于描述和理解，下文统一称之为风力发电机组本体)的数据进行采集，由统一集成化的数据采集器接受传感器采集到的信号，并通过稳定的光纤通讯将数据传输到升压站服务器，并对其数据进行分析处理，从而对机组传动链部件的运行状态、健康状态进行判断，并对其运行状态进行识别，作出正常、预警等判断，以有效监测风力发电机12组可能发生的故障，通过对振动信号的分析可以确定风机传动链部件的故障部位、故障根源以及劣化模式，当对振动加速度传感器本体1进行安装时，将振动加速度传感器本体1底端的螺纹杆2拧进风力发电机组本体上设置的螺纹槽3内，当螺纹杆2和螺母5相互啮合时，继续转动螺纹杆2，使得螺纹杆2和螺母5相互啮合，由于螺母5在六边形槽4的抵紧作用下不会发生转动，使得螺纹杆2和螺母5啮合转动时，螺母5在六边形槽4内无法转动而被迫向其顶端滑动，直至螺母5抵紧在六边形槽4的顶端，同时振动加速度传感器本体1抵紧在风力发电机组本体上，使得螺纹槽3对螺纹杆2进行螺纹定位，同时螺母5对螺纹杆2进行二次螺纹定位，通过螺纹杆2和螺母5对螺纹杆2进行两次螺纹定位，使得螺纹杆2在受到风力发电机组本体的振动时不会发生松动以及脱落的现象，现有技术中，在风力发电机12组上安装振动加速度传感器时大都采用螺纹连接，但是风力发电机12组在发生振动时，振动加速度传感器的螺纹连接可能发生松动以及移动，进而导致振动加速度传感器的检测结果不准确，本实施例中，通过将螺纹杆2安装在螺纹槽3内，使得螺纹杆2将振动加速度传感器本体1安装在风力发电机组本体上，在螺纹杆2向螺纹槽3内拧进的过程中，螺纹杆2和螺母5螺纹配合，使得螺母5向六边形槽4顶端滑动，使得螺母5抵紧在六边形槽4顶端并且对螺纹杆2进行二次螺纹配合，也就是螺纹杆2先和螺纹槽3进行初次螺纹配合，然后抵紧到螺母5上后再和螺母5进行二次螺纹配合，直至螺母5抵紧在六边形槽4顶端，使得螺纹杆2在受到风力发电机组本体的振动时不会发生松动以及脱落，提高了振动加速度传感器本体1安装的稳定性，提高了振动加速度传感器本体1对风力发电机组本体振动检测的稳定性。

进一步的，所述风力发电机组本体包括塔架6、机舱7、轴承座8、风轮9、主轴10、齿轮箱11、发电机12以及变压器13，所述塔架6上设置有机舱7，机舱7内依次设置有轴承座8、齿轮箱11、发电机12以及变压器13，轴承座8上转动安装有主轴10，主轴10上位于机舱7外部一端安装有风轮9；所述主轴10上位于机舱7内部一端设置在齿轮箱11内且连接有主动齿轮，发电机12的旋转轴14上安装有从动齿轮，且主动齿轮和从动齿轮相互啮合，主动齿轮的规格比从动齿轮的规格大；所述机舱7内设置有刹车系统，所述刹车系统用于对主轴10进行制动处理。

具体的，塔架6固定安装在地面，通过塔架6将机舱7安装在高空中，使得风轮9受到外部风力的影响进而发生转动，风轮9带动主轴10和主动齿轮转动，主动齿轮带动从动齿轮转动，由于主动齿轮的规格比从动齿轮的规格大，使得从动齿轮的转速加快，使得发电机12的旋转轴14转速增大，进而通过发电机12和变压器13的配合进行发电，当主轴10的转速过快或者需要停机检查时，通过刹车系统对主轴10进行制动，以防止主轴10的转动影响检查或者维修，以上均为本领域的公知常识，不赘述。

进一步的，所述监测单元至少安装在轴承座8、齿轮箱11和发电机12中的一者上，也即前述的风力发电机组本体，以便检测单元对主轴10、齿轮箱11和发电机12的旋转轴14进行振动监测，具体的，将监测单元分别安装在轴承座8、齿轮箱11以及发电机12上是为了对机组传动链部件进行多组监测，从而对机组传动链部件的运行状态、健康状态进行判断，以防止产生较大的安全隐患，此为本领域的公知常识，不赘述。

进一步的，所述轴承座8、齿轮箱11和发电机12上的安装位置均开设有安装圆槽15，各个所述安装圆槽15内各安装有一圆台件16，各个所述圆台件16上各开设有一所述螺纹槽3，各个所述圆台件16上位于螺纹槽3的底端各开设有一六边形槽4，各个所述六边形槽4内各滑动安装有一螺母5，各个所述螺母5底端和六边形槽4底端内壁之间均通过一第一弹性件17相连接，具体的，轴承座8、齿轮箱11和发电机12上的安装位置也就是便于振动加速度传感器本体1对其振动的监测准确无误的位置，可以是轴承座8侧壁、齿轮箱11内壁或者侧壁以及发电机12外壳，只要能够对轴承座8、齿轮箱11和发电机12上的振动监测准确的位置都可以，当需要将振动加速度传感器本体1安装在合适的安装位置时，将振动加速度传感器本体1上的螺纹杆2拧进到圆台件16上的螺纹槽3内，当螺纹杆2和螺母5相互啮合时，继续转动螺纹杆2，使得螺纹杆2和螺母5相互啮合，由于螺母5在六边形槽4的抵紧作用下不会发生转动，由于螺纹杆2上的螺纹长度(或者螺纹个数)比圆台件16上的螺纹槽3的螺纹长度长，并且螺纹杆2上的螺纹长度适配螺母5的螺纹长度以及螺母5和六边形槽4之间的间距，使得螺纹杆2和螺母5啮合转动时，螺母5在六边形槽4内向其顶端滑动，螺母5在滑动过程中对第一弹性件17(第一弹性件17是能够进行伸缩复位的元件，优选为弹簧)进行拉伸作业，使得第一弹性件17处于拉伸状态，直至螺母5抵紧在六边形槽4的顶端，同时振动加速度传感器本体1抵紧在风力发电机组本体上，使得螺纹槽3对螺纹杆2进行螺纹定位，同时螺母5对螺纹杆2进行二次螺纹定位，第一弹性件17对螺母5进行一定的拉力作用，减少螺纹杆2自行转动松动的概率，并且对第一弹性件17提供一定的缓冲作用，进而减小风力发电机组本体在振动时减小对螺母5的影响，通过螺纹杆2和螺母5对螺纹杆2进行螺纹定位，使得螺纹杆2在受到风力发电机组本体的振动时不会发生松动的现象。

本发明提供的一个实施例中，所述振动加速度传感器本体1的底端沿着螺纹杆2的轴向方向上均匀安装有多个直杆18，各个所述直杆18底端各安装有一U型架19，各个所述U型架19的U型腔内各滚动安装有一抵紧圆球20，具体的，在振动加速度传感器本体1底端的螺纹杆2在向螺纹槽3内拧进的过程中，振动加速度传感器本体1带动其底端的直杆18向安装圆槽15内(转动的同时)滑动，由于圆台件16的顶面半径比地面半径小，所以在直杆18向安装圆槽15底端运动的过程中，U型架19上的抵紧圆球20逐渐与圆台件16的侧壁相互抵接，并且随着圆台件16的外壁半径逐步增大，并且在螺母5在抵紧到六边形槽4的顶端位置时，使得抵紧圆球20完全抵紧在圆台件16的外壁上，并且在受到风力发电机组本体产生的振动时不会向安装圆槽15底端运动，即使振动加速度传感器本体1受到振动继续向安装圆槽15底端运动时，也会受到抵紧圆球20和圆台件16的更大阻力(因为抵紧圆球20越往安装圆槽15底端运动，圆台件16外壁的半径越大，使得U型架19和直杆18受到的挤压力越大，对振动加速度传感器本体1的阻力也就越大)，使得振动加速度传感器本体1越向安装圆槽15底端运动安装的越紧，进一步防止振动加速度传感器本体1在安装位置发生滑动或者移动，进而影响振动加速度传感器本体1对风力发电机组本体振动的监测。

本发明提供的另一个实施例中，所述振动加速度传感器本体1的底端沿着螺纹杆2的轴向方向上均匀安装有多个直杆18，各个所述直杆18底端各安装有一方型箱21；各个所述方型箱21内各活动安装有一滚珠22，各个所述方型箱21上靠近圆台件16的一端为开口部，且滚珠22通过开口部抵紧在圆台件16的外壁上；各个所述方型箱21上远离圆台件16的一侧内壁上都对称安装有两个第二弹性件23，各个所述方型箱21内的两个所述第二弹性件23之间通过抵紧板24相连接，且抵紧板24在第二弹性件23的弹力作用下抵紧在滚珠22上。

具体的，在振动加速度传感器本体1底端的螺纹杆2在向螺纹槽3内拧进的过程中，振动加速度传感器本体1带动其底端的直杆18向安装圆槽15内滑动，由于圆台件16的顶面半径比地面半径小，所以在直杆18向安装圆槽15底端运动的过程中，方型箱21内的滚珠22逐渐与圆台件16的侧壁相互抵接，由于第二弹性件23(第二弹性件23是能够进行伸缩复位的元件，优选为弹簧)对抵紧板24提供一定的弹力，使得第二弹性件23将抵紧板24抵紧在滚珠22的外壁上，并且随着圆台件16的外壁半径逐步增大，并且在螺母5在抵紧到六边形槽4的顶端位置时，第二弹性件23压缩到一定的程度，使得滚珠22完全抵紧在圆台件16的外壁上，并且在受到风力发电机组本体产生的振动时不会向安装圆槽15底端运动，即使振动加速度传感器本体1受到振动继续向安装圆槽15底端运动时，也会受到滚珠22和圆台件16的更大阻力(因为滚珠22越往安装圆槽15底端运动，圆台件16外壁的半径越大，使得方型箱21和直杆18受到的挤压力越大，对振动加速度传感器本体1的阻力也就越大)，使得振动加速度传感器本体1越向安装圆槽15底端运动安装的越紧，进一步防止振动加速度传感器本体1在安装位置发生滑动或者移动，进而影响振动加速度传感器本体1对风力发电机组本体振动的监测。

本发明提供的再一个实施例中，所述振动加速度传感器本体1的底端转动安装有一旋转环37，直杆18均匀安装在旋转环37的底端，使得振动加速度传感器本体1在带动螺纹杆2转动时，旋转环37和直杆18不会随着振动加速度传感器本体1和螺纹杆2一起转动，直杆18只能进行轴向运动而不会随着螺纹杆2转动，各个所述圆台件16上各安装有一防滑出单元，所述防滑出单元用于防止直杆18和螺纹杆2滑出安装圆槽15，所述防滑出单元包括连接杆25以及滑动杆26，各个所述圆台件16的底端都沿其周向方向均匀开设有多个穿槽27，各个所述螺母5底端均沿其周向方向均匀安装有多个连接杆25，各个所述连接杆25底端各安装有一滑动杆26，且各个所述滑动杆26分别滑动安装在与其对应的穿槽27内，各个所述滑动杆26位于圆台件16外部一端安装有楔形块28，各个所述方型箱21的底端各安装有一方板29，各个所述方板29上靠近安装圆槽15内壁一侧的侧壁上均对称安装有两个承托板30，各个所述承托板30上均开设有一滑槽，各个同一方板29上的两个所述承托板30的滑槽内共同滑动安装有一从动块31，各个所述从动块31底端开设有一楔形槽32，且各个所述楔形槽32均与其对应的楔形块28之间相互楔形配合，各个所述从动块31和滑槽内壁之间均通过第三弹性件33相连接，各个所述从动块31上靠近安装圆槽15内壁一侧的侧壁上各安装有一辅助块34，各个所述辅助块34上且位于承托板30外部一端各安装有一辅助板35，各个辅助板35上均转动安装有一定位板36，各个所述定位板36上靠近安装圆槽15内壁一端都均匀设置有防滑齿，各个所述安装圆槽15底端内壁均为环形斜面，且各个所述环形斜面上都均匀设置有多个防滑圆环，且防滑圆环和防滑齿之间相互配合使用。

具体的，当螺母5在和螺纹杆2螺纹啮合后并向六边形槽4的顶端滑动时，螺母5带动连接杆25向安装圆槽15顶部一端(也就是安装圆槽15的开口一端)滑动，连接杆25带动滑动杆26在方槽内向其顶端滑动，滑动杆26带动楔形块28向从动块31一端滑动，此时楔形块28和从动块31底端的楔形槽32相互抵紧，通过楔形块28和楔形槽32的相互抵紧配合，使得楔形块28通过楔形槽32带动从动块31在承托板30上的滑槽内向靠近安装圆槽15的内壁一端滑动，使得从动块31对第三弹性件33(第三弹性件33是能够进行伸缩复位的元件，优选为弹簧)进行挤压，从动块31带动辅助块34向靠近安装圆槽15的内壁一端滑动，辅助块34带动定位板36向靠近安装圆槽15的内壁一端滑动，由于安装圆槽15底端内壁均为环形斜面，且环形斜面的顶端圆面的半径小于其底端圆面的半径，使得定位板36的顶端先抵紧在环形斜面的顶部一端，定位板36在受到环形斜面的抵紧后，定位板36发生旋转，当螺母5和六边形槽4的顶端相互抵紧后，使得定位板36上的防滑齿与防滑圆环之间相互啮合抵紧，能够有效防止定位板36、辅助块34、从动块31和方板29和承托板30向安装圆槽15顶端滑动，由于安装圆槽15的底端为环形斜面，使得定位板36能够有效防止方板29、方型箱21和直杆18向安装圆槽15的顶端滑动，即使振动加速度传感器本体1受到振动继续向安装圆槽15顶端运动时，也会受到方型箱21、直杆18和定位板36的限位，并且定位板36受到防滑圆环的挤压力会越来越紧，进而有效防止振动加速度传感器本体1在受到振动时向安装圆槽15顶端运动，防止振动加速度传感器本体1在受到振动后与风力发电机组本体脱离，从而影响振动加速度传感器本体1对风力发电机组本体的振动监测，同时，由于第三弹性件33处于挤压状态对从动块31提供一个弹力，从动块31上的楔形槽32和楔形块28相互抵接，使得从动块31对楔形块28提供一个朝向穿槽27底端的拉力，使得楔形块28通过连接杆25和滑动杆26将从动块31提供的拉力作用在螺母5上，为螺母5提供一个向下的作用力，使得楔形块28和第一弹性件17一起为螺母5提供拉力作用，减少螺纹杆2自行转动松动的概率。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。