变桨轴承在线监测装置及风电机组的制作方法

1.本实用新型涉及风电机组监测技术领域，具体而言，涉及一种变桨轴承在线监测装置及风电机组。


背景技术：

2.变桨轴承为风力发电机的一个重要部件，变桨轴承的环内设有啮合齿、外环区域设有螺栓孔，其中啮合齿用于与驱动齿轮啮合连接、螺栓孔通过螺栓与叶片连接；运行时，驱动齿轮驱动变桨轴承转动，控制叶片与风向之间的夹角，以实现对风能的高效利用。由于啮合齿和螺栓孔之间的环形薄弱区域容易产生裂纹并扩展，因此需要定期对变桨轴承的该环形薄弱区域进行检测，现有检测一般通过人工攀爬至塔筒顶端进行扫查，操作便捷度及安全性较差，且扫查过程需要使风电机组停机，对风电机组的使用寿命造成损耗。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的包括提供一种变桨轴承在线监测装置及风电机组，以解决现有检测一般通过人工攀爬至塔筒顶端进行扫查，操作便捷度及安全性较差，且扫查过程需要使风电机组停机，对风电机组的使用寿命造成损耗的技术问题。
4.为解决上述问题，本实用新型提供一种变桨轴承在线监测装置，包括监测组件和控制组件，所述监测组件包括载座、连接件和连接于两者之间的连接轴，所述连接件用于与风电机组本体连接，且所述连接件连接于风电机组本体时，所述载座与风电机组本体的轮毂相对固定，且所述载座与待测变桨轴承的待测区域相对应；所述载座朝向待测区域的一侧安装有探头和位于所述探头上游的喷嘴，所述喷嘴连接有上油管，所述上油管安装有泵体；
5.所述控制组件包括超声相控阵板卡和连接于所述超声相控阵板卡的控制器，所述探头与所述超声相控阵板卡连接。
6.可选地，所述连接件包括卡环，所述卡环与待测变桨轴承的驱动齿轮的中心固定螺栓或中心轴相匹配。
7.可选地，所述载座为中空的壳体，所述壳体朝向待测区域的一侧设有供探头伸出的第一开口和供喷嘴伸出的第二开口，所述第一开口位于所述探头下游的一侧边缘为下游边缘，所述下游边缘与所述探头之间留有回收间隙，且所述下游边缘连接有刮片，所述刮片背离所述下游边缘的一端用于与待测区域抵接。
8.可选地，沿背离所述下游边缘的方向，所述刮片朝向所述探头倾斜并呈外扩状；所述刮片沿待测区域径向的两侧边缘均设有朝向所述探头延伸的挡边。
9.可选地，所述壳体朝向待测区域的一侧设有两条第一导流肋，两条所述第一导流肋位于所述喷嘴沿待测区域径向的两侧且均沿所述壳体的上下游方向延伸，两条所述第一导流肋之间形成缩口状的第一导流通道，所述第一导流通道的缩口端位于所述探头的上游且朝向所述探头。
10.可选地，所述连接轴转动连接有支撑轮，所述支撑轮用于与待测区域滚动连接。
11.可选地，所述支撑轮为两个，沿待测区域的径向，两个所述支撑轮位于所述载座的两侧；
12.和/或，所述支撑轮为永磁体。
13.可选地，所述连接轴内部中空形成中空通道，所述连接轴的第一端部设有与所述中空通道连通的第一通孔、第二端部设有与所述中空通道连通的第二通孔及第三通孔，所述上油管以及连接于所述探头与所述超声相控阵板卡之间的导线经所述第一通孔进入所述中空通道，所述上油管经所述第二通孔穿出，所述导线经所述第三通孔穿出。
14.可选地，所述监测组件为三组，所述控制组件为一组，三组所述监测组件的探头均与所述控制组件的超声相控阵板卡连接。
15.本实用新型还提供了一种风电机组，包括风电机组本体和上述监测装置，所述监测装置的连接件连接于所述风电机组本体。
16.本实用新型提供的监测装置能够对待测变桨轴承进行在线监测，监测过程中无需对风电机组本体进行停机操作，操作便捷且能够保持风电机组本体的连续运行，从而大大减少风电机组本体停机造成的使用寿命损耗；此外，操作人员仅需首次安装监测装置，后续无需攀爬塔筒进行其他操作，在确保对待测变桨轴承有效监测的基础上，降低监测装置的劳动量耗费并提高监测装置的使用便捷性及安全性。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型提供的风电机组的局部示意图；
19.图2为本实用新型提供的监测装置中载座为第一形式时的局部示意图；
20.图3为本实用新型提供的监测装置中载座为第二形式时的局部示意图。
21.附图标记说明：
22.10-待测变桨轴承；11-待测区域；12-螺栓孔；13-啮合齿；20-驱动齿轮；30-中心固定螺栓；100-载座；110-第一开口；111-下游边缘；120-第二开口；130-刮片；140-挡边；150-第一导流肋；151-第一导流通道；160-第二导流肋；161-第二导流通道；200-连接件；300-连接轴；410-夹具；420-探头；430-导线；510-喷嘴；520-泵体；530-上油管；540-储油罐；600-超声相控阵板卡；700-控制器；800-支撑轮；900-辅助导管。
具体实施方式
23.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
24.本实施例提供一种变桨轴承在线监测装置，如图1所示，包括监测组件和控制组件，监测组件包括载座100、连接件200和连接于两者之间的连接轴300，连接件200用于与风
电机组本体连接，且连接件200连接于风电机组本体时，载座100与风电机组本体的轮毂相对固定，且载座100与待测变桨轴承10的待测区域11相对应；载座100朝向待测区域11的一侧安装有探头420和位于探头420上游的喷嘴510，喷嘴510连接有上油管530，上油管530安装有泵体520；控制组件包括超声相控阵板卡600和连接于超声相控阵板卡600的控制器700，探头420与超声相控阵板卡600连接。
25.本实施例还提供一种风电机组，包括风电机组本体和上述监测装置，监测装置的连接件200连接于风电机组本体。
26.本实施例提供的变桨轴承在线监测装置及风电机组，其中，监测装置的监测组件用于对运行中的待测变桨轴承10进行监测、控制组件用于远程控制监测组件的运行以及接受监测组件的监测结果；其中，风电机组包括用于将风能转换为电能的风电机组本体以及上述能够对运行过程中的待测变桨轴承10进行监测的监测装置。
27.首先对风电机组本体的结构进行简要介绍：风电机组本体包括用于支撑的塔筒，塔筒的顶端转动连接有轮毂，轮毂安装有变桨轴承、用于驱动变桨轴承转动的驱动齿轮20以及用于带动驱动齿轮20转动的齿轮驱动件，变桨轴承连接有叶片。风电机组本体运行前以及运行过程中，根据风向需要对叶片进行变桨操作，齿轮驱动件通过驱动齿轮20带动变桨轴承转动，从而调节叶片的安装角度；无需变桨操作时，风力带动叶片转动，轮毂随叶片同步转动进行发电。
28.安装监测装置时，将连接件200连接于风电机组本体的某一部件，连接轴300和载座100相应安装于风电机组本体且相对轮毂固定，并且载座100位于风电机组本体中待测变桨轴承10的待测区域11(图1中虚线围成的区域)；将上油管530背离喷嘴510的一端与储油罐540连接，该储油罐540可以固定于风电机组本体，也可以位于地面，以便于操作人员对储油罐540内耦合剂余量的监控及对耦合剂的更换操作；超声相控阵板卡600和控制器700可以位于地面，以便于操作人员对其使用操作，以及通过控制器700获取探头420对待测变桨轴承10检测所得的信号。
29.监测组件安装于风电机组本体后，风电机组本体能够正常运行，其中，无需变桨时，叶片在风力作用下带动轮毂和待测变桨轴承10转动，监测组件随轮毂和待测变桨轴承10同步转动，三者相对静止；需要变桨时，待测变桨轴承10转动以调节叶片的角度，载座100及其上的喷嘴510、探头420相对轮毂静止不动，则待测变桨轴承10相对喷嘴510和探头420转动，相应地，待测变桨轴承10上位于螺栓孔12和啮合齿13之间的环形待测区域11沿其周向连续经过喷嘴510和探头420所在位置，如图1视角所示，待测变桨轴承10沿逆时针方向转动，沿逆时针方向，喷嘴510位于探头420的上游位置，喷嘴510向待测区域11转动至其底部的目标区域喷出耦合剂，目标区域得到耦合剂继续向下游转动到达探头420所在位置，探头420在耦合剂的耦合作用下对经过其探照区域的目标区域进行超声声束检测，并将检测到的信号传递至超声相控阵板卡600进行处理，处理后的检测信号反馈至控制器700，控制器700根据接收的检测信号判断探照区域是否存在裂缝等缺陷。
30.则上述监测装置能够对待测变桨轴承10进行在线监测，监测过程中无需对风电机组本体进行停机操作，操作便捷且能够保持风电机组本体的连续运行，从而大大减少风电机组本体停机造成的使用寿命损耗；此外，操作人员仅需首次安装监测装置，后续无需攀爬塔筒进行其他操作，在确保对待测变桨轴承10有效监测的基础上，降低监测装置的劳动量
耗费并提高监测装置的使用便捷性及安全性。
31.具体地，控制器700可以与齿轮驱动件连接，当齿轮驱动件处于关闭状态时，表示风电机组本体处于正常发电状态，叶片在风力作用下带动轮毂以及检测组件随其同步转动，控制器700接收到齿轮驱动件的关闭信号，相应控制关闭探头420和泵体520，喷嘴510停止对待测区域11喷射耦合剂，以减少对耦合剂的耗费以及耦合剂流淌对风电机组本体其他部件造成的污染；当齿轮驱动件开启时，表示待测变桨轴承10处于转动状态，控制器700接收到齿轮驱动件的开启信号，相应控制开启探头420和泵体520，泵体520将储油罐540内的耦合剂输送至喷嘴510处，喷嘴510向待测区域11喷射耦合剂，探头420对待测区域11进行连续检测，并将检测信号通过超声相控阵板卡600反馈至控制器700，从而完成对变桨轴承的有效检测。
32.可选地，本实施例中，连接件200可以包括卡环，卡环与待测变桨轴承10的驱动齿轮20的中心固定螺栓30或中心轴相匹配。驱动齿轮20通过与其共轴线的中心固定螺栓30或中心轴进行径向限位，齿轮驱动件带动驱动齿轮20转动的过程中，中心固定螺栓30及中心轴固定不动，将卡环紧固地套设于中心固定螺栓30或中心轴，从而通过连接轴300将载座100固定连接于中心固定螺栓30或中心轴，相应实现载座100与轮毂的相对固定连接。较佳地，连接轴300可以为直轴，连接轴300的轴向与待测变桨轴承10的径向一致，则待测变桨轴承10周向转动的过程中，载座100能够始终位于其待测区域11，且连接轴300结构简单，对驱动齿轮20一起风电机组本体其他部件造成的干涉几率较小。
33.具体地，本实施例中，如图2所示，载座100为中空的壳体，壳体朝向待测区域11的一侧设有供探头420伸出的第一开口110和供喷嘴510伸出的第二开口120，第一开口110位于探头420下游的一侧边缘为下游边缘111，下游边缘111与探头420之间留有回收间隙，且下游边缘111连接有刮片130，刮片130背离下游边缘111的一端用于与待测区域11抵接。这里是载座100的一种具体形式，载座100为中空的壳体，在作为探头420、喷嘴510等载体的基础上，壳体内形成用于容纳耦合剂的回收腔室，待测变桨轴承10变桨过程中，喷嘴510喷向待测区域11的耦合剂随待测变桨轴承10移动至探头420所在位置，且经过探头420后到达刮片130处，刮片130与待测变桨轴承10待测区域11的壁面抵紧，则刮片130对经过的壁面进行刮扫将其上的耦合剂经回收间隙刮扫回收至回收腔室内，从而实现对待测区域11壁面上耦合剂的回收，不仅能够减少耦合剂随待测变桨轴承10转动而流动滴落对其他部件造成污染情况的发生，而且回收的耦合剂还能够重复利用以降低资源的浪费。具体地，探头420可以通过夹具410连接于壳体，夹具410与下游边缘111之间形成上述回收间隙；耦合剂可以选用机油。
34.较佳地，本实施例中，如图2所示，沿背离下游边缘111的方向，刮片130朝向探头420倾斜并呈外扩状；刮片130沿待测区域11径向的两侧边缘均设有朝向探头420延伸的挡边140。以图1中视角为基准，沿朝向待测区域11的方向，刮片130向上倾斜逐渐靠近探头420，且刮片130左右方向的宽度逐渐向两侧增大近似呈等腰梯形状，并且刮片130左右两侧的边缘均朝向探头420一侧凸出有挡边140；一方面，相较耦合剂沿竖直面流动容易从刮片130两侧流出，该实施例中的刮片130呈倾斜状态，其朝向耦合剂的一面为倾斜的坡面，被刮扫的耦合剂能够沿该倾斜坡面挤入壳体内，从而减少耦合剂从刮板两侧的流出量；另一方面，两条挡边140呈缩口状延伸，刮片130对耦合剂进行刮扫回收的过程中，两条挡边140形
成导流通道的扩口端能够对更大宽度的区域进行刮扫，以减少耦合剂的遗漏量；并且到达刮片130的耦合剂能够在挡边140的导流作用下经回流间隙流至壳体内，从而减少耦合剂在刮板上的掉落量，相应提高刮板对耦合剂的回收效率。
35.可选地，本实施例中，如图2所示，壳体朝向待测区域11的一侧设有两条第一导流肋150，两条第一导流肋150位于喷嘴510沿待测区域11径向的两侧且均沿壳体的上下游方向延伸，两条第一导流肋150之间形成缩口状的第一导流通道151，第一导流通道151的缩口端位于探头420的上游且朝向探头420。变桨过程中，两条第一导流肋150与待测区域11的壁面抵接或留有较小的间隙，喷嘴510喷出的耦合剂位于第一导流通道151内，随着待测区域11朝向探头420移动，其上的耦合剂在第一导流通道151的导流作用下汇聚至其缩口端并到达探头420的上游位置，待测区域11继续移动，汇聚的耦合剂到达探头420所在位置，探头420通过耦合剂向待测区域11发射超声声束对其进行有效检测，则第一导流肋150的设置能够使耦合剂有效地到达探头420位置，从而确保耦合剂的有效使用。
36.具体地，如图3所示，壳体朝向待测区域11的一侧还可以设有两条第二导流肋160，两条第二导流肋160一一对应连接于两条第一导流肋150与刮片130的两端之间，则两条第二导流肋160能够对第一导流肋150与刮片130之间的开口进行封堵，两条第二导流肋160之间形成第二导流通道161，第二导流通道161的一端与第一导流通道151连通，第二导流通道161的另一端被刮片130封堵，则变桨检测过程中，随着待测变桨轴承10的转动，耦合剂能够经第一导流通道151的扩口端流入其内，然后经第一导流通道151流入第二导流通道161内，进而经第二导流通道161流至刮片130处，随后经刮片130全部流至壳体内，从而进一步提高监测装置对耦合剂的回收，减少耦合剂对其他部件造成的污染以及耦合剂的耗费；此外，第二导流肋160位于探头420的两侧，流至第二导流通道161内的耦合剂能够被第二导流肋160限制于其内，从而进一步确保耦合剂对探头420的耦合辅助，减少耦合剂在探头420两侧外流情况起不到耦合作用的发生。
37.可选地，本实施例中，连接轴300转动连接有支撑轮800，支撑轮800用于与待测区域11滚动连接。监测组件通过连接件200连接至风电机组本体时，载座100与待测区域11相对应，且支撑轮800支撑于待测区域11的壁面，待测变桨轴承10相对载座100转动的过程中，待测区域11的壁面与支撑轮800滚动连接，在确保载座100及其上探头420相对待测区域11位置精确度的基础上，有效减小载座100与待测区域11壁面之间的摩擦，从而减小载座100受待测变桨轴承10摩擦力较大发生转动而影响其监测效果情况的发生，并且还能够减小驱动齿轮20对待测变桨轴承10的驱动负荷。此外，连接轴300在作为载座100与风电机组本体之间连接结构的基础上，还能够同时作为支撑轮800的安装座，从而提高监测组件的紧凑性。
38.具体地，本实施例中，如图1所示，支撑轮800为两个，沿待测区域11的径向，两个支撑轮800位于载座100的两侧。两个支撑轮800对载座100的两侧进行支撑，从而提高载座100相对待测区域11的稳定性，相应确保安装于载座100的探头420相对待测区域11的位置精确度，进而确保探头420对待测区域11的有效检测。较佳地，支撑轮800为永磁体，支撑轮800磁吸于待测区域11的壁面，且待测变桨轴承10转动的过程中，支撑轮800能够相对待测区域11的壁面转动，从而提高支撑轮800与待测区域11的连接牢固度，进一步确保支撑轮800对载座100的支撑稳定性。
39.可选地，本实施例中，如图1所示，连接轴300内部中空形成中空通道，连接轴300的第一端部设有与中空通道连通的第一通孔、第二端部设有与中空通道连通的第二通孔及第三通孔，上油管530以及连接于探头420与超声相控阵板卡600之间的导线430经第一通孔进入中空通道，上油管530经第二通孔穿出，导线430经第三通孔穿出。连接于喷嘴510与储油罐540之间的上油管530以及连接于探头420与超声相控阵板卡600之间的导线430均自穿过连接轴300内部的中空通道，即连接轴300起到刚性线套的作用对柔性的上头管和导线430进行导向及保护，从而减少上油管530及导线430与待测变桨轴承10或其他部件缠绕干涉情况的发生，相应确保风电机组的正常运行。
40.较佳地，如图1所示，当连接件200连接至驱动齿轮20的中心固定螺栓30时，连接轴300沿驱动齿轮20的径向延伸，连接轴300的第一通孔处连通有中空的辅助导管900，辅助导管900为刚性管，且辅助导管900的轴向与连接轴300的轴向近似垂直，辅助导管900背离第一通孔的一端伸出驱动齿轮20所在区域，则上油管530和导线430首先穿过辅助导管900，然后经第一通孔进入连接轴300的中空通道，即辅助导管900能够对上油管530和导线430进行辅助导向及保护，将两者导至驱动齿轮20以外的区域，以减少驱动齿轮20转动对上油管530和导线430产生的牵挂甚至扯断情况的发生。
41.具体地，本实施例中，监测组件为三组，控制组件为一组，三组监测组件的探头420均与控制组件的超声相控阵板卡600连接。使用时，三组监测组件与轮毂上的三个待测变桨轴承10一一对应连接，则三组监测组件对各自对应的待测变桨轴承10进行在线监测，并且将各自的监测结果均反馈至同一超声相控阵板卡600，该超声相控阵板卡600将监测结果反馈至控制器700，控制器700能够识别该检测结果对应的待测变桨轴承10，从而实现对三个待测变桨轴承10的在线监测。
42.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
43.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。