Способ выявления степени износа подшипников качения главного вала ветроэнергетической установки Российский патент 2024 года по МПК G01M13/04 

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для выявления степени износа подшипников качения главного вала ветроэнергетической установки.

Известен способ выявления степени износа подшипников качения главного вала ветроэнергетической установки, основанный на измерении его емкости относительно элементов ее конструкции и формировании сигнала о степени их износа (патент RU №2705560 С1, МПК H02K 11/20, H02K 15/16, опубл. 08.11.2019, Бюл. № 31).

Однако устройство по этому способу измеряет постоянную величину емкости измерительных датчиков, расположенных у одного из подшипников главного вала ветроэнергетической установки, при том, что вибрация этого вала относительно корпуса подшипников качения носит хаотичный порядок с амплитудой у каждого из этих подшипника, зависящей от степени его износа. В связи с этим это устройство обладает низкой чувствительностью к степени износа подшипников качения главного вала ветроэнергетической установки и может измерять износ только одного подшипника.

Технический результат - повышение чувствительности и расширения функциональных возможностей в случае использования подшипников качения.

Технический результат достигается тем, что емкости измеряют относительно главного вала в точках, расположенных попарно на вертикальной оси его симметрии в непосредственной близости от подшипников со стороны ветропривода и редуктора, выделяют в каждой из пар точек переменную составляющую емкости, сравнивают их между собой, и если их разница превысит первую заданную величину, то формируется сигнал о предельно допустимой степени износа одного их подшипников, а если их разность превысит вторую заданную величину, то формируется сигнал о необходимости вывода ветроэнергетической установки из работы.

Предлагаемый способ заключается в том, во время эксплуатации ветроэнергетической установки происходит износ подшипников качения ее главного вала, который сопровождается его вибрацией в изношенном подшипнике. При этом амплитуда этой вибрации возрастает по мере увеличения износа этого подшипника. Поэтому износ подшипника можно определить путем измерения переменной составляющей емкости этого главного вала относительно элементов ветроэнергетической установки непосредственно у каждого из его подшипников. Для этого выделяют переменные составляющие емкости у каждого подшипника, сравнивают их между собой и если их разница превысит первую заданную величину, то формируется сигнал о предельно допустимой степени износа одного их подшипников. Если их разность превысит вторую заданную величину, то формируется сигнал о необходимости вывода ветроэнергетической установки из работы.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного технического решения последовательностью операций.

Сравнение заявляемого технического решения с известным техническим решением показывает, что такие операции известны. Однако использование их таким образом проявляет в заявляемом способе новые свойства, например, измерять величину вибрации каждого подшипника и определять степень его износа.

Блок схема устройства для реализации предлагаемого способа изображена на фиг. 1. Это устройство представляет собой блоки 1 и 2 емкостных датчиков 3,4 и 5,6, которые через измерительные мосты 7 и 8, фильтры 9 и 10, а также выпрямители 11 и 12 присоединены к блоку сравнения 13. Выход блока 13 сравнения присоединен к входам пороговых элементов 14 и 15. При этом выход порогового элемента 14 подключен к блоку индикации 16, а выход порогового элемента 15 к блоку формирования отключающего сигнала 17. Питание измерительных мостов 7 и 8 осуществляется источником 18 постоянного тока.

Конструкция и крепление блоков 1 и 2 емкостных датчиков на корпусе ветроэнергетической установки 19 показано на фиг. 2. Блоки 1 и 2 для облегчения их изготовления и установки выполняются одинаково в виде основания 20 и хомута 21 изготовленные из диэлектрического материала, например, текстолита. Емкостные датчики 3,5 и 4,6 представляют собой металлические пластины, которые закрепляются, например, приклеиваются на основаниях 20 и хомутах 21 так, как показано на фиг. 2. Скрепляются основания 20 и хомуты 21 с помощью болта 22 и гаек 23. Крепление оснований 20 к корпусу ветроэнергетической установки 19 осуществляется болтами 24. Таким образом, одним электродом емкостных датчиков 3,5 и 4,6 изолированные пластины, а другим главный вал 25 ветроэнергетической установки. При этом главный вал 25 закрепляется на корпусе ветроэнергетической установки 19 с помощью подшипников качения 26 и 27.

В устройстве для реализации предлагаемого способа каждый из блоков 1 и 2 емкостных датчиков 3,4 и 5,6, регистрирует перемещение главного вала 25 только в том подшипнике, возле которого он расположен. Так блок 1 емкостных датчиков 3 и 4 предназначен только для контроля перемещения главного вала 25 в подшипнике 26. При этом блок 2 емкостных датчиков 5 и 6 предназначен только для контроля перемещения главного вала 25 в подшипнике 27. Величина емкостей емкостных датчиков 3,4 и 5,6 зависит от амплитуды вибрации главного вала 25 в подшипниках 26 и 27 соответственно.

Измерительные мосты 7,8, фильтры 9,10 и выпрямители 11,12 выполняются одинаково. Схема измерительного моста 7 приведена на фиг. 3. Измерительный мост 7 содержит два активных резистора 28 и 29, а также подстроечные резистор 30 и емкость 31. С помощью этих элементов осуществляется балансировка измерительного моста 7 перед введением устройства в работу таким образом, чтобы напряжения на выходе измерительного моста 7 было равно нулю. Конструкция измерительного моста 8, его подключение и балансировка выполняется аналогично. В этом случае напряжение на выходе измерительного моста 8 было равно нулю.

Фильтры 9 и 10 предназначены для выделения переменной составляющей из напряжений и на выходе измерительных мостов 7 и 8. Они могут выполняться в виде емкостей. Переменная составляющая напряжений на их выходе в виде напряжений и выпрямляется с помощью двухполупериодных выпрямителей 11,12 и поступает на первый и второй входы блока сравнения 13, который выполняется по схеме сравнения двух электрических величин. Пороговые элементы 14 и 15 представляют собой электронные или электромеханических реле. Пороги срабатывания этих пороговых элементов 14 и 15 принимается равными и , где и - напряжения на выходе блока сравнения 13. Величины и выбираются исходя из зависимости , где - величина смещения ротора по вертикали. При этом и выбираются так, чтобы было меньше .

Блок индикации 16 предназначен для отображения информации о достижении предельно допустимой степени износа подшипников качения главного вала ветроэнергетической установки. Он может выполняться, например, в виде табло на светодиодных индикаторах. Блок 17 формирования отключающего сигнала может быть выполнен в виде электрического или электронного реле.

Если износ подшипников и вибрация главного вала 25 ветроэнергетической установки относительно корпусов подшипников качения отсутствует, то в этом случае то емкости датчиков 3 и 4, а также 5 и 6 равны между собой. Следовательно, мосты 7 и 8 будут сбалансированы. При этом напряжения и на их выходе, на выходах фильтров 9,10 и выпрямителях 11 и 12, а также на первом и втором входах блока 13 сравнения и пороговых элементов 14, 15 будут равны нулю. В результате блок индикации 16 будет информировать об отсутствии износа подшипников, а сигнал на выходе блока 17 на отключение ветроэнергетической установки будет также отсутствовать.

Если главный вал 25 из-за износа, например, подшипника 26 при отсутствии износа подшипника 27 начинает вибрировать, то вследствие перемещения его по вертикали возникает изменение только величин емкостей емкостных датчиков 3 и 4. Что вызовет разбалансировку измерительного моста 7. В этом случае напряжения на его выходе, на выходе фильтра 9 и первом входе блока 13 сравнения будет не равно нулю. пороговых элементов 14, 15 будут равны нулю. При этом напряжение на выходе измерительного моста 8, на выходе фильтра 10 и втором входе блока 13 сравнения будет равно нулю. В результате на выходе блока сравнения 13 и входах пороговых элементов 14 и 15 появится напряжение. И если оно превысит порог напряжение порога срабатывания , то пороговый элемент 14 сформирует сигнал, а блок индикации 16 проинформирует о предельно допустимом износе подшипника. Если это напряжение превысит порог напряжение порога срабатывания , то сработает пороговый элемент 15, а блок 17 сформирует сигнал на отключение ветроэнергетической установки 19.

В случае износа подшипника 26 устройства для реализации предлагаемого способа работает аналогично.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в возможности разработки устройства диагностики, которое позволяет с высокой чувствительностью надежно выявлять вибрации главного вала в ветроэнергетических установках, возникающие из-за износа подшипников качения, расположенных у ветродвигателя и редуктора, что позволяет своевременно выявить износ подшипников, значить сократить время и стоимость после аварийного ремонта.

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для выявления степени износа подшипников качения главного вала ветроэнергетической установки. В ходе реализации способа измеряется переменная составляющая емкостей этих датчиков, если ее величина превышает заданную величину, то формируется сигнал о смещении вала. Емкости измеряют относительно главного вала в точках, расположенных попарно на вертикальной оси его симметрии в непосредственной близости от подшипников со стороны ветропривода и редуктора. Далее выделяют в каждой из пар точек переменную составляющую емкости, сравнивают их между собой, и если их разница превысит первую заданную величину, то формируется сигнал о предельно допустимой степени износа одного их подшипников, а если их разность превысит вторую заданную величину, то формируется сигнал о необходимости вывода ветроэнергетической установки из работы. Технический результат заключается в повышении чувствительности и расширении функциональных возможностей в случае использования подшипников качения. 3 ил.

Способ выявления степени износа подшипников качения главного вала ветроэнергетической установки, основанный на измерении его емкости относительно элементов ее конструкции и формировании сигнала о степени их износа, отличающийся тем, что емкости измеряют относительно главного вала в точках, расположенных попарно на вертикальной оси его симметрии в непосредственной близости от подшипников со стороны ветропривода и редуктора, выделяют в каждой из пар точек переменную составляющую емкости, сравнивают их между собой, и если их разница превысит первую заданную величину, то формируется сигнал о предельно допустимой степени износа одного их подшипников, а если их разность превысит вторую заданную величину, то формируется сигнал о необходимости вывода ветроэнергетической установки из работы.