本發(fā)明涉及一種確定風(fēng)力渦輪機(jī)的至少一個(gè)軸承的損傷/劣化/磨損的貢獻(xiàn)的方法及相應(yīng)的布置。進(jìn)一步地，本發(fā)明涉及一種估計(jì)風(fēng)力渦輪機(jī)的軸承的磨損指標(biāo)的方法及相應(yīng)的布置。進(jìn)一步地，本發(fā)明涉及一種控制包括至少一個(gè)軸承的風(fēng)力渦輪機(jī)的方法及相應(yīng)的布置。更進(jìn)一步地，本發(fā)明涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)。

背景技術(shù)：

1、us2014288855?a1公開了在風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)壽命期間不時(shí)地提升所述風(fēng)力渦輪機(jī)的額定功率的控制策略，所述控制策略包括：在風(fēng)力渦輪機(jī)以設(shè)計(jì)額定速度和設(shè)計(jì)額定扭矩運(yùn)行時(shí)，測(cè)量風(fēng)力渦輪機(jī)的部件的運(yùn)行參數(shù)；以及基于所述運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量值來計(jì)算所述部件的實(shí)際累積損傷量。

2、us2022228559?a1公開了用于控制連接到電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，所述方法包括經(jīng)由控制器來接收所述風(fēng)力渦輪機(jī)的狀態(tài)估計(jì)。所述方法還包括：經(jīng)由所述控制器，使用至少所述狀態(tài)估計(jì)來確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)的當(dāng)前條件，所述當(dāng)前條件定義所述風(fēng)力渦輪機(jī)的條件參數(shù)的集合。

3、us2021123416?a1公開了運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)的方法。所述風(fēng)力渦輪機(jī)根據(jù)控制策略在運(yùn)行時(shí)期內(nèi)運(yùn)行。在所述運(yùn)行時(shí)期內(nèi)，從測(cè)量所述渦輪機(jī)的運(yùn)行參數(shù)的傳感器接收傳感器信號(hào)?；谒鰝鞲衅餍盘?hào)，使用模型來獲得模型化疲勞值。

4、風(fēng)力渦輪機(jī)包括多個(gè)軸承，所述軸承可旋轉(zhuǎn)地支撐例如旋轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子葉片。葉片軸承被設(shè)計(jì)為可旋轉(zhuǎn)地支撐所述轉(zhuǎn)子葉片并允許根據(jù)需要來調(diào)節(jié)葉片槳距角度。

5、在所述風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行期間，一個(gè)或多個(gè)軸承或經(jīng)受磨損和/或劣化和/或至少局部損傷。所述軸承經(jīng)受機(jī)械應(yīng)力，所述機(jī)械應(yīng)力由于通過沖擊風(fēng)力產(chǎn)生的力或由于部件的運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致。葉片槳距軸承可在下述假設(shè)下被設(shè)計(jì)并運(yùn)行：所有軸承將經(jīng)歷設(shè)計(jì)仿真中所呈現(xiàn)的條件。傳統(tǒng)地，可設(shè)計(jì)葉片軸承，并且可基于設(shè)計(jì)仿真來計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)模型。

6、現(xiàn)實(shí)中，與設(shè)計(jì)仿真中的那些條件相比，所述軸承在許多時(shí)間或許多情況下可能經(jīng)歷不太嚴(yán)苛的條件或者可能經(jīng)歷更嚴(yán)苛的條件。這種差異的結(jié)果可能是：在設(shè)計(jì)渦輪機(jī)壽命末期，所述葉片軸承可能仍具有剩余容量；或者在另一種情況中，所述轉(zhuǎn)子葉片軸承在設(shè)計(jì)渦輪機(jī)壽命末期之前具有增加的失效風(fēng)險(xiǎn)。

7、傳統(tǒng)地，預(yù)測(cè)的失效率可能僅與回顧性實(shí)際失效率相比較，并且基于此，對(duì)保修成本/支出的預(yù)測(cè)進(jìn)行持續(xù)更新。然而，從這類程序中獲得的知識(shí)可能僅影響未來風(fēng)力渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)壽命的估計(jì)。

8、傳統(tǒng)地，仿真可能在原型風(fēng)力渦輪機(jī)上進(jìn)行校準(zhǔn)/驗(yàn)證，但不會(huì)考慮每臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)的獨(dú)立的風(fēng)力條件和運(yùn)行小時(shí)數(shù)(有時(shí)客戶會(huì)停用渦輪機(jī)，在此時(shí)期中所述軸承將經(jīng)歷顯著地減少的磨損)。

9、然而已觀察到的是，所述軸承的仿真剩余壽命并非在所有情況或環(huán)境下都反映所述軸承的真實(shí)剩余壽命。

10、因此，可能需要確定風(fēng)力渦輪機(jī)的至少一個(gè)軸承的磨損貢獻(xiàn)的方法及相應(yīng)的布置，可能需要估計(jì)風(fēng)力渦輪機(jī)的軸承的磨損指標(biāo)的方法，可能需要考慮軸承的磨損指標(biāo)來控制風(fēng)力渦輪機(jī)的方法及相應(yīng)的布置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的實(shí)施例可以使得能夠考慮單獨(dú)地經(jīng)歷的外部條件(例如風(fēng)力條件，特別是考慮尾流與自由風(fēng)的對(duì)比、給定側(cè)的平均風(fēng)等)來確定對(duì)磨損的貢獻(xiàn)。本發(fā)明的實(shí)施例可以使得能夠以比傳統(tǒng)已知方法更高的可靠性來確定軸承的剩余壽命。

2、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種確定風(fēng)力渦輪機(jī)的至少一個(gè)軸承的磨損(損傷/劣化/)貢獻(xiàn)的方法，所述方法包括：跨越預(yù)定的仿真時(shí)間窗口針對(duì)所述風(fēng)力渦輪機(jī)的多個(gè)給定的運(yùn)行條件中的每個(gè)，執(zhí)行包括所述軸承的風(fēng)力渦輪機(jī)的至少部分的機(jī)械行為的計(jì)算仿真；基于所述仿真，跨越所述仿真時(shí)間窗口來確定至少一個(gè)機(jī)械力矩(例如，載荷)，特別是用于葉片槳距軸承的兩個(gè)機(jī)械力矩，所述機(jī)械力矩作用于所述軸承上；基于跨越所述仿真時(shí)間窗口的所述機(jī)械力矩來確定跨越所述仿真時(shí)間窗口的至少一個(gè)力相關(guān)參量(例如，滾動(dòng)體元件力，滾珠力)時(shí)間序列；基于所述力相關(guān)參量時(shí)間序列(以及特別是基于槳距位置)來確定跨越所述仿真時(shí)間窗口的應(yīng)力相關(guān)參量(例如，接觸壓力)時(shí)間序列；以及評(píng)估所述應(yīng)力相關(guān)參量(例如，接觸壓力)時(shí)間序列，以便獲得與各自運(yùn)行條件和仿真持續(xù)時(shí)間相關(guān)的磨損貢獻(xiàn)(例如，ncyc)。

3、所述方法可適用于一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片槳距軸承。對(duì)于每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片槳距軸承，特別是可確定兩個(gè)力矩。

4、所述方法可通過軟件和/或硬件實(shí)施，并且可由用于確定磨損貢獻(xiàn)的相應(yīng)布置執(zhí)行或控制。所述磨損貢獻(xiàn)可指示在各自的運(yùn)行條件下運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)時(shí)，軸承所經(jīng)受了多少程度的磨損和/或損傷和/或劣化。所述磨損還可指示應(yīng)力，且所述磨損貢獻(xiàn)可指示風(fēng)力渦輪機(jī)軸承所經(jīng)受的應(yīng)力的貢獻(xiàn)。例如，所述磨損貢獻(xiàn)可被指示為標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力循環(huán)的次數(shù)。

5、所述軸承可被設(shè)計(jì)成承受特定量的累積磨損或特定量的累積(標(biāo)準(zhǔn)或等效)應(yīng)力循環(huán)。所述應(yīng)力循環(huán)可涉及例如所述軸承所經(jīng)受的接觸壓力的分布，或者特別是所述軸承的滾道所經(jīng)受的接觸壓力的分布。所述應(yīng)力循環(huán)可能是由于所述軸承內(nèi)的滾動(dòng)體元件接觸所述軸承的滾道而產(chǎn)生的。所述磨損貢獻(xiàn)可以被賦予不同的物理單位，或僅作為數(shù)值，例如，所經(jīng)歷的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力循環(huán)的次數(shù)。所述給定的應(yīng)力循環(huán)(例如，指示跨越時(shí)間的接觸壓力)可轉(zhuǎn)換為特定數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)或等效應(yīng)力循環(huán)，如本領(lǐng)域已知的。所述標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力循環(huán)可以是這樣的循環(huán)，所述循環(huán)具有特定值(諸如3000mpa)的接觸壓力的最大值。

6、所述軸承可包括轉(zhuǎn)子葉片槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)軸承，或例如風(fēng)力渦輪機(jī)的主軸或副軸的軸承。所述槳距軸承可允許大致圍繞轉(zhuǎn)子葉片的縱向軸線旋轉(zhuǎn)，以便調(diào)節(jié)葉片槳距角度。

7、所述計(jì)算仿真可利用例如仿真軟件包。

8、所述渦輪機(jī)的行為和載荷可例如在bhawc中進(jìn)行仿真。對(duì)于軸承計(jì)算，可使用ansys、julia和/或matlab，但也可采用其他軟件。

9、通過考慮例如所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片和所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片軸承的幾何/材料構(gòu)造，可仿真所述機(jī)械行為。

10、多個(gè)給定的運(yùn)行條件可包括風(fēng)力渦輪機(jī)的外部運(yùn)行條件和/或內(nèi)部運(yùn)行條件，如下文將解釋的。

11、預(yù)定的仿真時(shí)間窗口可根據(jù)具體適用進(jìn)行設(shè)置，并且可例如設(shè)置在10分鐘至15分鐘的范圍內(nèi)。所述仿真時(shí)間窗口可被采樣或細(xì)分為多個(gè)仿真時(shí)間步長，所述仿真時(shí)間步長具有例如介于0.01秒至0.1秒之間的持續(xù)時(shí)間。

12、正常運(yùn)行時(shí)間序列可例如以25赫茲進(jìn)行仿真，這意味著每個(gè)時(shí)間步長的持續(xù)時(shí)間為1秒/25＝0.04秒。在一些特殊事件中，頻率可例如達(dá)100赫茲，從而得到0.01秒的時(shí)間步長的持續(xù)時(shí)間。

13、所述機(jī)械力矩可從由沖擊風(fēng)產(chǎn)生的力以及所述轉(zhuǎn)子葉片和所述葉片軸承的幾何構(gòu)型計(jì)算得出。特別是，可確定兩個(gè)機(jī)械力矩，例如，一個(gè)沿x方向，一個(gè)沿y方向，其中，所述x方向和y方向可跨接這樣的平面，所述平面對(duì)應(yīng)于或平行于由所述軸承圈所跨接或定義的平面。所述軸承可包括：內(nèi)滾道、與所述內(nèi)滾道接觸的滾動(dòng)體元件以及外滾道，所述滾動(dòng)體元件亦與外滾道接觸。例如，所述滾動(dòng)體元件可包括一個(gè)或多個(gè)滾動(dòng)體滾珠或滾動(dòng)體圓柱體。所述內(nèi)滾道可設(shè)置在內(nèi)圈處，且同樣地所述外滾道設(shè)置在外圈處。所述機(jī)械力矩可作用于其中一個(gè)滾道上(相對(duì)于另一個(gè)滾道)。所述滾動(dòng)體元件布置在所述滾道之間并與所述滾道接觸。

14、例如，所述力相關(guān)參量可對(duì)應(yīng)于由滾動(dòng)體元件所經(jīng)歷或施加的力，例如，作用在所述各自的滾動(dòng)體元件與內(nèi)滾道和/或外滾道之間的滾珠力?？纱_定并考慮作用于內(nèi)滾道上的力以及作用于外滾道上的力。特別是，應(yīng)單獨(dú)地考慮由在所述兩個(gè)滾道之間的所有滾動(dòng)體元件傳遞或施加或經(jīng)歷的力關(guān)于所述力對(duì)所述內(nèi)滾道和外滾道的作用。主要地，所述力可被考慮為影響所述滾道的(結(jié)構(gòu))完整性。所述滾動(dòng)體元件可被考慮為未由所述風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行而劣化。

15、所述力相關(guān)參量時(shí)間序列可對(duì)應(yīng)于與作用于內(nèi)滾道和/或外滾道上的力相關(guān)(的參量)的時(shí)間序列(多個(gè)時(shí)間步長)。所述各自的力可基于所確定的機(jī)械力矩及轉(zhuǎn)子葉片和/或所述各自的軸承的幾何構(gòu)造被推導(dǎo)得出。所述計(jì)算仿真可能需要輸入數(shù)據(jù)，所述輸入數(shù)據(jù)與被仿真的風(fēng)力渦輪機(jī)的部分的幾何構(gòu)造的定義有關(guān)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括軸承，并且特別是還包括可連接或耦合至風(fēng)力渦輪機(jī)的主軸的轉(zhuǎn)子葉片或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片。所述力相關(guān)參量時(shí)間序列可對(duì)應(yīng)于與跨越多個(gè)時(shí)間步長的力相關(guān)的參量的值，所述多個(gè)時(shí)間步長形成仿真時(shí)間窗口。

16、所述力相關(guān)時(shí)間序列可特別是與對(duì)應(yīng)的槳距位置(時(shí)間序列)結(jié)合考慮以便確定應(yīng)力相關(guān)參量時(shí)間序列。所述應(yīng)力相關(guān)參量可例如指示所述滾道和/或滾動(dòng)體元件跨越仿真時(shí)間窗口內(nèi)的多個(gè)時(shí)間步長所經(jīng)受的機(jī)械應(yīng)力或應(yīng)變，特別是接觸壓力和/或次表面應(yīng)力或應(yīng)變。在執(zhí)行仿真期間，可對(duì)軸承內(nèi)的滾動(dòng)體元件的運(yùn)動(dòng)和/或內(nèi)滾道和/或外滾道的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模型化。由于與滾動(dòng)體元件的初始定位有關(guān)的不確定性，可對(duì)一個(gè)給定的運(yùn)行條件執(zhí)行多個(gè)仿真，其中，采用了滾動(dòng)體元件的不同初始位置。

17、所述應(yīng)力相關(guān)參量時(shí)間序列可例如包括一個(gè)或多個(gè)應(yīng)力循環(huán)，所述應(yīng)力循環(huán)具有相同或不同的最大應(yīng)力值，特別是接觸壓力值和/或次表面應(yīng)力或應(yīng)變。所述多個(gè)應(yīng)力循環(huán)(特別是具有不同高度的應(yīng)力循環(huán))可被組合以及轉(zhuǎn)換為例如表示磨損貢獻(xiàn)的(單個(gè))參量或數(shù)。

18、最終結(jié)果可表示或指示失效率和/或風(fēng)險(xiǎn)分布。所述模型可創(chuàng)建應(yīng)力循環(huán)“markov矩陣”，所述矩陣可用于計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)分布。所述markov矩陣是含有平均應(yīng)力和應(yīng)力范圍的給定的組合的循環(huán)或出現(xiàn)次數(shù)的簡單矩陣。

19、特別是，所述應(yīng)力相關(guān)參量(特別是，接觸壓力)的所述時(shí)間序列可以被轉(zhuǎn)換或評(píng)估以得到多次標(biāo)準(zhǔn)或等效應(yīng)力循環(huán)。此次數(shù)可以反映所述軸承在完成具有如所定義的運(yùn)行條件的運(yùn)行之后被仿真為已經(jīng)經(jīng)受的磨損或損傷或劣化。所述等效應(yīng)力循環(huán)可以用于可視化和快速評(píng)估。

20、當(dāng)以如上所述的方式確定所述磨損貢獻(xiàn)時(shí)，所述磨損貢獻(xiàn)可以有利地被利用以便估計(jì)風(fēng)力渦輪機(jī)在跨越特定運(yùn)行間隔運(yùn)行之后所述風(fēng)力渦輪機(jī)的軸承已經(jīng)經(jīng)受的各自的累積磨損。隨后通過利用組合，特別是所述磨損貢獻(xiàn)的求和，例如可以確定風(fēng)力渦輪機(jī)軸承的剩余壽命。

21、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述力相關(guān)參量指示作用在軸承的滾道的至少一個(gè)位置處的機(jī)械力，特別是滾動(dòng)體元件力或滾珠力，其中，所述應(yīng)力相關(guān)參量指示在軸承的滾道的至少一個(gè)位置處的應(yīng)力，特別是接觸壓力；并且/或者所述方法進(jìn)一步包括：將所述應(yīng)力相關(guān)參量時(shí)間序列與由所述軸承支撐的轉(zhuǎn)子葉片的槳距角度位置一同評(píng)估，以采用循環(huán)計(jì)數(shù)(特別是雨流計(jì)數(shù))的方法。

22、可以確定作用在軸承的內(nèi)滾道上和外滾道上的所述滾動(dòng)體元件力。在仿真時(shí)間間隔期間的運(yùn)行期間，所述滾動(dòng)體元件力作用所在的位置可能改變。所述仿真可以考慮所述力作用在所述滾道上所處的各自的位置。在此意義上，所述仿真可以確定滾道上的位置相關(guān)力，并基于所述位置相關(guān)力也可確定所述各自的應(yīng)力相關(guān)參量也是位置特定的。由此，所述仿真結(jié)果可以更加可靠。

23、所述雨流計(jì)數(shù)算法可用于計(jì)算軸承的疲勞壽命，以便將軸承應(yīng)力的載荷次序(例如，接觸壓力時(shí)間序列)轉(zhuǎn)換為恒定幅度應(yīng)力反轉(zhuǎn)的等效集合，特別是導(dǎo)致特定次數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力循環(huán)。所述方法可從所述次序中順序地提取較小的中斷循環(huán)，所述次序建模了利用應(yīng)力-應(yīng)變滯后循環(huán)觀察到的材料記憶效應(yīng)。所述雨流計(jì)數(shù)算法由tatsuo?endo和n.matsuishi于1968年開發(fā)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可利用所述雨流計(jì)數(shù)算法。

24、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，評(píng)估所述應(yīng)力相關(guān)參量(例如，接觸壓力)的時(shí)間序列包括：將所述時(shí)間序列中所述應(yīng)力相關(guān)參量的不同值分配至不同區(qū)間；對(duì)每個(gè)區(qū)間中的出現(xiàn)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)；考慮相關(guān)區(qū)間，組合所述出現(xiàn)次數(shù)，特別是求和以區(qū)間號(hào)加權(quán)的出現(xiàn)的次數(shù)，以便獲得所述磨損貢獻(xiàn)。

25、跨越所述仿真時(shí)間窗口的所述應(yīng)力相關(guān)參量特別是可被評(píng)估以獲得單一值，以便簡化結(jié)果數(shù)據(jù)庫。所述區(qū)間劃分允許對(duì)所述應(yīng)力相關(guān)參量的不同值進(jìn)行分類，從而簡化所述方法，特別是減少存儲(chǔ)的需求量。通過求和以區(qū)間號(hào)(例如，指示所述應(yīng)力相關(guān)參量的各自的值的等級(jí))加權(quán)的每個(gè)區(qū)間中的出現(xiàn)的次數(shù)，可獲得所述磨損貢獻(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)化。概述程序可假定的是：具有第一強(qiáng)度或高度的第一次數(shù)應(yīng)力循環(huán)的磨損或損傷或劣化與具有第二高度或強(qiáng)度的第二次數(shù)應(yīng)力循環(huán)的磨損或損傷或劣化基本上等效。由此可更簡便地累積由不同強(qiáng)度或應(yīng)力(特別是接觸壓力)的量引起的磨損或損傷或劣化的貢獻(xiàn)。

26、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述軸承是用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的槳距角度的葉片槳距角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的軸承系統(tǒng)的至少部分；和/或其中，所述風(fēng)力渦輪機(jī)的所述部分包括以下中的至少一者：至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片；葉片槳距角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的軸承系統(tǒng)；至少一個(gè)軸承的至少一個(gè)滾道；至少一個(gè)軸承的至少一個(gè)滾動(dòng)體元件或滾動(dòng)體滾珠；和/或其中，所述仿真時(shí)間窗口介于5分鐘至15分鐘之間，特別是，大致為10分鐘。

27、根據(jù)其他實(shí)施例，在所述仿真期間可以考慮風(fēng)力渦輪機(jī)的更多部件。其他實(shí)施例可以允許建模風(fēng)力渦輪機(jī)的其他部件，特別是其他軸承。所述滾動(dòng)體元件(特別是滾動(dòng)體滾珠)可以布置在軸承的外滾道與內(nèi)滾道之間，所述外滾道可以由外圈的內(nèi)表面形成，并且所述內(nèi)滾道可以由內(nèi)圈的外表面形成。

28、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述運(yùn)行條件含有值，所述值指示以下中的至少一者：所述被考慮的風(fēng)力渦輪機(jī)所經(jīng)受的至少一個(gè)外部的或環(huán)境的參數(shù)，特別是包括以下中的至少一者：風(fēng)速，特別是跨越所述仿真時(shí)間窗口的最小值和/或最大值和/或平均值和/或標(biāo)準(zhǔn)差；湍流，特別是跨越所述仿真時(shí)間窗口的最小值和/或最大值和/或平均值和/或標(biāo)準(zhǔn)差。

29、外部的參數(shù)和環(huán)境的參數(shù)均會(huì)影響作用于所仿真的元件的不同部分上的力。當(dāng)還考慮跨越不同參數(shù)的最小值和/或最大值和/或平均值和/或標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)，還可以獲得所述仿真結(jié)果的各自分布，所述分布可以被有利地利用以用于在稍后將所述仿真結(jié)果用于評(píng)估實(shí)際風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行時(shí)期。風(fēng)速和/或湍流兩者均可能顯著地影響作用于不同部件上的力。在其他實(shí)施例中，諸如對(duì)于海上風(fēng)力渦輪機(jī)，還可以考慮波浪參數(shù)，例如諸如波高、波頻率或波波長。

30、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述運(yùn)行條件含有值，所述值指示以下中的至少一個(gè)：與被考慮的風(fēng)力渦輪機(jī)相關(guān)的至少一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)部的運(yùn)行參數(shù)，特別是包括以下中的至少一個(gè)：控制設(shè)定；控制方案；旋轉(zhuǎn)速度；包括所述軸承的轉(zhuǎn)子葉片的槳距角度；轉(zhuǎn)子葉片載荷，特別是襟翼方向力矩和/或邊緣方向力矩；風(fēng)力渦輪機(jī)功率輸出。

31、所述風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)部的運(yùn)行參數(shù)可包括所述風(fēng)力渦輪機(jī)的所有運(yùn)行參數(shù)，所述參數(shù)不同于外部運(yùn)行參數(shù)，比如環(huán)境參數(shù)。所述控制設(shè)定可例如包括額定功率輸出的定義、額定旋轉(zhuǎn)速度、額定風(fēng)速、旋轉(zhuǎn)速度-功率曲線等。所考慮的控制設(shè)定還可能影響在仿真時(shí)間窗口期間風(fēng)力渦輪機(jī)的控制，從而也影響所產(chǎn)生的力。所述控制方案例如可包括正常運(yùn)行的定義、限制運(yùn)行的定義等。所述控制設(shè)定和/或控制方案還可指示在滿載荷運(yùn)行對(duì)比部分載荷運(yùn)行(例如，低于額定風(fēng)速)下風(fēng)力渦輪機(jī)的控制在何種程度上變化。所述控制設(shè)定和/或控制方案可涉及一個(gè)或多個(gè)參考曲線(諸如，功率-旋轉(zhuǎn)速度曲線、風(fēng)速-槳距角度曲線等)的定義。

32、由此，風(fēng)力渦輪機(jī)的典型運(yùn)行條件可被捕捉，并被考慮用于仿真。

33、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，跨越所述仿真時(shí)間窗口，所述槳距角度和/或旋轉(zhuǎn)速度保持恒定，或由于根據(jù)多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)控制方案中的一個(gè)的風(fēng)力渦輪機(jī)的仿真控制而變化。

34、盡管特定的內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)(比如，特別是槳距角度和/或旋轉(zhuǎn)速度)可能在給定運(yùn)行條件的仿真期間變化，但至少與風(fēng)速和/或風(fēng)湍流有關(guān)的外部運(yùn)行條件可保持恒定。由此，所述仿真可反映依賴于至少外部環(huán)境條件的風(fēng)力渦輪機(jī)的更真實(shí)的行為。

35、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述磨損貢獻(xiàn)指示損傷的程度和/或劣化的程度和/或磨損的程度和/或剩余壽命和/或已消耗的壽命，其中，所述磨損貢獻(xiàn)特別地表示為軸承的標(biāo)準(zhǔn)(或等效)應(yīng)力循環(huán)的次數(shù)(ncyc)，所述標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力循環(huán)特別地依賴于至少風(fēng)速和風(fēng)湍流。

36、所述標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力循環(huán)的次數(shù)可例如對(duì)應(yīng)于在軸承的至少一個(gè)滾道處的至少一個(gè)位置經(jīng)受的具有3000mpa高度的應(yīng)力循環(huán)的次數(shù)，由此將仿真的輸出與例如用于表達(dá)部件壽命的傳統(tǒng)地使用的參量進(jìn)行比較，可簡化分析。

37、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述仿真針對(duì)一個(gè)或多個(gè)滾動(dòng)體元件或滾動(dòng)體滾珠的位置的不同初始值對(duì)于每個(gè)各自的運(yùn)行條件運(yùn)作多次，以便獲得與所述各自的運(yùn)行條件及仿真持續(xù)時(shí)間相關(guān)的磨損貢獻(xiàn)的分布，其中，特別是確定所述磨損貢獻(xiàn)的分布的統(tǒng)計(jì)的參量，特別是平均值和/或最小值和/或最大值和/或標(biāo)準(zhǔn)差。

38、考慮滾動(dòng)體元件的不同初始值可提高所得到的估計(jì)磨損貢獻(xiàn)的準(zhǔn)確性。進(jìn)一步地，所述統(tǒng)計(jì)的參量(例如，統(tǒng)計(jì)的力矩)可有利地被使用以用于同樣提供關(guān)于所述得到的磨損貢獻(xiàn)的分布的想法。

39、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述方法包括：將與所述各自的運(yùn)行條件(例如，仿真持續(xù)時(shí)間和/或關(guān)于風(fēng)力渦輪機(jī)的構(gòu)造細(xì)節(jié))相關(guān)的磨損貢獻(xiàn)(ncyc)儲(chǔ)存在電子存儲(chǔ)裝置中，特別是作為可基于感興趣運(yùn)行條件的輸入請(qǐng)求的仿真結(jié)果。

40、所述電子存儲(chǔ)裝置可以是例如風(fēng)力渦輪機(jī)控制器的存儲(chǔ)裝置或風(fēng)電場控制器的存儲(chǔ)裝置或一些其他單獨(dú)實(shí)體的存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)裝置可由風(fēng)電場的所有風(fēng)力渦輪機(jī)訪問或至少可由風(fēng)電場控制器訪問。所述仿真結(jié)果可以以簡化的方式表示數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)可被訪問以用于估計(jì)在實(shí)際風(fēng)力渦輪機(jī)的特定運(yùn)行時(shí)期之后至少一個(gè)軸承已經(jīng)受的磨損或特別是標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力循環(huán)的次數(shù)。

41、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種估計(jì)風(fēng)力渦輪機(jī)的軸承的磨損指標(biāo)(ncyc)的方法，所述方法包括：在跨越多個(gè)運(yùn)行持續(xù)時(shí)間間隔的風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行期間記錄運(yùn)行條件；對(duì)于各自的運(yùn)行條件，從儲(chǔ)存的仿真結(jié)果中檢索或插值用于每個(gè)運(yùn)行持續(xù)時(shí)間間隔的損傷貢獻(xiàn)，特別是根據(jù)前述實(shí)施例之一獲得的損傷貢獻(xiàn)；以及對(duì)所述損傷貢獻(xiàn)求和，以便獲得磨損相關(guān)指標(biāo)。

42、所述方法可以例如由風(fēng)力渦輪機(jī)的部分(例如，風(fēng)力渦輪機(jī)控制器或風(fēng)力渦輪機(jī)評(píng)估模塊)執(zhí)行。在其它實(shí)施例中，所述方法可由風(fēng)電場監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或風(fēng)電場控制器執(zhí)行。所述運(yùn)行條件可被記錄在例如風(fēng)力渦輪機(jī)電子存儲(chǔ)裝置或風(fēng)電場監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)裝置中。

43、當(dāng)所述風(fēng)力渦輪機(jī)在至少一個(gè)運(yùn)行持續(xù)時(shí)間間隔期間以各自的實(shí)際的運(yùn)行條件(所述實(shí)際的運(yùn)行條件與所儲(chǔ)存的仿真結(jié)果中包括的任何運(yùn)行條件不同)運(yùn)行時(shí)，各自的磨損貢獻(xiàn)可從對(duì)應(yīng)于包含在所述仿真結(jié)果中的運(yùn)行條件的相鄰磨損貢獻(xiàn)中插值。由此，可以以非?？焖俚姆绞焦烙?jì)所述磨損指標(biāo)。

44、所述磨損指標(biāo)可特別地指示所述軸承或所述軸承的至少一個(gè)滾道上的至少一個(gè)位置已經(jīng)受的標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)的次數(shù)。

45、所述磨損指標(biāo)(例如，ncyc)可在跨越所有滾道(均勻地)分布的許多獨(dú)立點(diǎn)中被計(jì)算，所述磨損指標(biāo)用于計(jì)算軸承在每個(gè)點(diǎn)處的失效的風(fēng)險(xiǎn)。通過計(jì)算作為“系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)”的組合的失效風(fēng)險(xiǎn)，可確定完整軸承的失效風(fēng)險(xiǎn)。所述失效風(fēng)險(xiǎn)可隨后基于接受的失效率被轉(zhuǎn)換為理論的壽命或磨損。

46、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種控制風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括至少一個(gè)軸承，特別是槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)軸承，所述方法包括：根據(jù)前述實(shí)施例估計(jì)所述軸承的磨損指標(biāo)；調(diào)節(jié)所述風(fēng)力渦輪機(jī)的控制以便根據(jù)所估計(jì)的磨損相關(guān)指標(biāo)來增加或減少軸承使用。

47、當(dāng)以精確的方式估計(jì)所述軸承的磨損指標(biāo)時(shí)，可調(diào)節(jié)所述風(fēng)力渦輪機(jī)的控制，特別是以便增加功率輸出和/或減少載荷或所述風(fēng)力渦輪機(jī)的磨損的劣化，或者以便達(dá)成此類目標(biāo)的組合。

48、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述方法進(jìn)一步地包括將所估計(jì)的磨損指標(biāo)與設(shè)計(jì)磨損指標(biāo)進(jìn)行比較；調(diào)節(jié)控制包括：如果估計(jì)的磨損指標(biāo)指示比設(shè)計(jì)磨損指標(biāo)更少的磨損，則調(diào)節(jié)所述風(fēng)力渦輪機(jī)的控制以增加軸承使用，特別是包括增加功率輸出；和/或，如果估計(jì)的磨損指標(biāo)指示比設(shè)計(jì)磨損指標(biāo)更多的磨損時(shí)，調(diào)節(jié)所述風(fēng)力渦輪機(jī)的控制以減少軸承使用，特別是包括減少功率輸出。

49、所估計(jì)的磨損指標(biāo)可被給定為例如估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)的次數(shù)，所述設(shè)計(jì)磨損指標(biāo)也可被給定為所述軸承已經(jīng)受的標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)的設(shè)計(jì)次數(shù)。

50、增大軸承使用可能涉及以更高的速率來變化槳距角度和/或比正常情況更頻繁地施加槳距角度的變化。減少軸承使用可能涉及以更小的速率來變化槳距角度和/或比正常情況更不頻繁地施加槳距角度的變化。

51、應(yīng)當(dāng)理解的是，單獨(dú)地或以任何組合方式針對(duì)用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)的至少一個(gè)軸承的磨損貢獻(xiàn)的方法所公開、描述、說明或提供的特征，同樣可以單獨(dú)地或以任何組合方式適用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)的至少一個(gè)軸承的磨損貢獻(xiàn)的布置，反之亦然。

52、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)的至少一個(gè)軸承的磨損貢獻(xiàn)的布置，所述布置包括：處理器，所述處理器適用于跨越預(yù)定的仿真時(shí)間窗口針對(duì)所述風(fēng)力渦輪機(jī)的多個(gè)給定的運(yùn)行條件中的每個(gè)執(zhí)行包括所述軸承的風(fēng)力渦輪機(jī)的至少部分的機(jī)械行為的計(jì)算仿真；所述處理器適用于基于所述仿真跨越所述仿真時(shí)間窗口來確定至少一個(gè)機(jī)械力矩，特別是兩個(gè)機(jī)械力矩，所述機(jī)械力矩作用于所述軸承上；所述處理器適用于基于跨越所述仿真時(shí)間窗口的所述機(jī)械力矩來確定跨越所述仿真時(shí)間窗口的至少一個(gè)力相關(guān)參量(例如，滾珠力)時(shí)間序列；所述處理器適用于基于所述力相關(guān)參量時(shí)間序列(以及特別是基于槳距位置)來確定跨越所述仿真時(shí)間窗口的應(yīng)力相關(guān)參量(例如，接觸壓力)時(shí)間序列；所述處理器適用于評(píng)估所述應(yīng)力相關(guān)參量(例如，接觸壓力)時(shí)間序列，以便獲得與各自運(yùn)行條件和仿真持續(xù)時(shí)間相關(guān)的磨損貢獻(xiàn)(例如，ncyc)；所述布置還包括：電子存儲(chǔ)裝置，所述電子存儲(chǔ)裝置用于儲(chǔ)存與所述各自運(yùn)行條件相關(guān)的磨損貢獻(xiàn)(例如，ncyc)。

53、所述布置可例如通過計(jì)算系統(tǒng)被實(shí)施，所述計(jì)算系統(tǒng)可能不是風(fēng)力渦輪機(jī)的部分。所述仿真可離線執(zhí)行，并且除了運(yùn)行條件外可能還需要其他輸入，比如建模部件的機(jī)械/幾何/材料/設(shè)計(jì)構(gòu)造。

54、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括：至少一個(gè)軸承，特別是槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)軸承；監(jiān)測(cè)設(shè)備，所述監(jiān)測(cè)設(shè)備用于跨越多個(gè)運(yùn)行持續(xù)時(shí)間間隔在風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行期間監(jiān)測(cè)運(yùn)行條件(特別是，用于記錄所述運(yùn)行條件的記錄設(shè)備)；檢索設(shè)備，所述檢索設(shè)備用于對(duì)于各自的運(yùn)行條件從儲(chǔ)存的仿真結(jié)果中檢索或插值每個(gè)運(yùn)行持續(xù)時(shí)間間隔的損傷貢獻(xiàn)；處理器，所述處理器適于求和所述損傷貢獻(xiàn)以便獲得磨損指標(biāo)；控制器，所述控制器適用于根據(jù)所估計(jì)的磨損指標(biāo)來調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)的控制以便增大或減少軸承使用。

55、本發(fā)明的上文定義的各方面以及進(jìn)一步方面從下文將描述的實(shí)施例的示例中顯而易見，并且參考實(shí)施例的示例被解釋。本發(fā)明將參考實(shí)施例的示例在下文中更詳細(xì)地被描述，但本發(fā)明并不限于所述實(shí)施例的示例。