一種風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統的製作方法
2024-01-23 17:45:15 1
一種風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統，包括風動力模擬單元、主軸、模擬葉片、多自由度風載模擬單元及發電機阻力模擬單元；所述的風動力模擬單元與主軸的一端連接，主軸的另一端與發電機阻力單元連接；所述的模擬葉片固定安裝在主軸上；所述的多自由度風載模擬單元用於將軸向和/或徑向載荷加載在主軸上。本實用新型結構簡單，安裝和維護方便，成本低；本實用新型能模擬不同風載下的風電機組傳動鏈所受的各種徑向力、軸向力和扭矩；而且能模擬整個風電機組傳動鏈在各種工作狀況下的動力學特性，能夠對風電機組進行實驗研究，為風電機組的設計提供有力的技術支持。
【專利說明】
一種風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統
技術領域
[0001]本實用新型屬於風電技術領域，特別是涉及一種風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統。
【背景技術】
[0002]風力發電概念已深入人心，風力發電在所有用電中的比例也日益增加，在風力發電機組所有故障中，傳動鏈的故障佔主導地位，其維修成本也異常高，主要包括發電機組增速齒輪箱故障，其中故障停機源於高速級輸出軸兩端軸承(簡稱高速軸承)的過早失效。高速軸承居高不下的故障率表明實際運行中高速軸承真實動載遠高於設計值，現場振動測試與故障分析表明齒輪箱高速軸與發電機主軸之間的變載作用力是造成高速軸承動載增大的主要原因。根據傳動鏈結構特點，發電機組葉片由風能傳過來的軸向和徑向載荷以及轉矩是研究發電機組傳動鏈動力學特性的主要關注對象。也是造成軸系動態不平衡的本質原因。同時，柔性聯軸器將產生較大變形與載荷來補償軸系不對中，這也將激勵起風電機組的各種動力學特性的變化。因此，模擬風電機組傳動鏈獨特的結構特點和複雜的外載特性，開展實驗研究風載、主軸、聯接和增速齒輪等關鍵特徵參數對傳動鏈軸系動力學特性的影響，這對於風電機組傳動鏈軸系的研究和設計具有重要的意義。
[0003]公開號為CN104535353A的實用新型專利批露了一種傾斜安裝角度可調的風電組動力學特性模擬實驗裝置，該裝置採用驅動系統、模擬風輪系統、齒輪箱傳動系統、發電機系統、負載水慄、水平固定工作平臺和傾斜角度可調工作平臺等組成，能夠對不同傾斜角度和機艙部分不同支撐剛度下風電機組的運行狀態和動力學特性進行模擬，但該專利不能模擬實際風場對發電機組的不同軸向力以及其作用方向的影響，也不能模擬實際風場對發電機組的不同徑向力以及其作用方向的影響。公開號為CN105464908A的實用新型專利批露了風電機組齒輪箱彈性支撐結構及彈性體更換方法。該專利包括底板，橫梁以及支撐立柱，機架、底板、支撐立柱，活動板，螺栓等組成，實現了齒輪箱彈性支撐更換時不需要斷開聯軸器等功能，該實用新型專利並未涉發電機組傳動鏈在多自由度風載的影響下所做的模擬。
【實用新型內容】
[0004]為了解決上述技術問題，本實用新型是提供一種結構簡單，成本低的風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統。
[0005]本實用新型採用的技術方案是:一種風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統，包括風動力模擬單元、主軸、模擬葉片、多自由度風載模擬單元及發電機阻力模擬單元;所述的風動力模擬單元的輸出端與主軸的一端連接，主軸的另一端與發電機阻力單元連接;所述的模擬葉片固定安裝在主軸上;所述的多自由度風載模擬單元用於將軸向載荷和徑向載荷加載在主軸上。
[0006]上述的風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統中，所述的風動力模擬單元包括電機、電機安裝座、行星減速機、行星減速機安裝座；電機安裝在電機安裝座上，行星減速機安裝在行星減速機安裝座上，電機與行星減速機連接，行星減速機與主軸的一端連接。
[0007]上述的風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統中，所述的多自由度風載模擬單元包括徑向油缸固定圈、油缸作用環、圓錐滾子軸承、風載模擬片、軸向油缸固定圈、徑向油缸及軸向油缸;所述的風載模擬片固定安裝在主軸上，油缸作用環通過圓錐滾子軸承安裝在風載模擬片上，所述的徑向油缸固定圈(501)固定安裝在地面上，與油缸作用環位於同一平面內；所述的徑向油缸固定圈的內側壁上設有燕尾槽，徑向油缸的一端安裝在燕尾槽內；另一端朝向油缸作用環;所述的軸向油缸固定圈固定安裝在地面上，與油缸作用環平行，軸向油缸固定圈朝向油缸作用環的端面上設有環形燕尾槽，軸向油缸的一端安裝在軸向油缸固定圈的燕尾槽內；另一端朝向油缸作用環。
[0008]上述的風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統中，所述的風動力模擬單元通過萬向聯軸節與主軸的一端連接;主軸的另一端與行星增速機的輸入軸連接;行星增速機的輸出軸通過柔性聯軸器與發電機阻力模擬單元連接。
[0009]上述的風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統中，所述的主軸通過支撐軸承組件支撐;支撐軸承組件包括軸承、軸承座和軸承座固定架;所述的軸承安裝在軸承座內，軸承座安裝在軸承座固定架上。
[0010]上述的風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統中，所述的發電機阻力模擬單元包括電磁力矩器和電磁力矩器架，電磁力矩器通過電磁力矩器架安裝在地面上。
[0011 ]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0012]本實用新型採用風動力模擬單元、萬向聯軸器、模擬葉片、主軸、多自由度風載模擬單元、支撐軸承組件、行星增速機、柔性聯軸器、發電機阻力模擬單元聯合控制，來模擬不同風載作用下發電機組傳動鏈動力學特性及其運行狀況，為研究和設計風電機組傳動鏈提供科學試驗，也能為教學提供試驗平臺。本實用新型具有如下有益效果:
[0013]I)本實用新型結構簡單，安裝和維護方便，成本低。
[0014]2)本實用新型能模擬不同風載下的風電機組傳動鏈所受的各種徑向力、軸向力和扭矩;能模擬不同發電機在運行狀態下對傳動鏈系反作用的影響；而且能模擬整個風電機組傳動鏈在各種工作狀況下的動力學特性，能夠對風電機組進行實驗研究，為風電機組的設計提供有力的技術支持。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統的結構示意圖。
[0016]圖2為本實用新型的風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統的多自由度風載模擬單元結構示意圖。
[0017]圖中所示標記如下:I一風動力模擬單元、2—萬向聯軸器、3—模擬葉片、4一主軸、5—多自由度風載模擬單元、6—支撐軸承組件、7—行星增速機組件、8—柔性聯軸器、9一發電機阻力模擬單兀、101--電機、102—電機安裝座、103—行星減速機、104—行星減速機安裝座、501—徑向油缸固定圈、502—油缸作用環、503—圓錐滾子軸承、504—風載模擬片、505—軸向油缸固定圈、506—油路塊、507—回油過濾器Π、508—油慄Π、509—吸油過濾器Π、510—回油過濾器1、511—油慄1、512—吸油過濾器1、513—油箱、514—電磁換向閥1、515—壓力調節閥1、516—電磁換向閥Π、517—壓力調節閥Π、518—軸向油缸、519—徑向油缸、601—軸承座、602—軸承、603—軸承座固定架、701—行星增速機架、702—行星增速機、901—電磁力矩器、902—電磁力矩器架。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
[0019]本實用新型的核心是提供風電機組傳動鏈軸系在多自由度風載下的動力學模擬系統，通過對風電機組傳動鏈加載不同的扭矩、軸向力、徑向力分析傳動鏈軸系的動力學特性。該系統可以用來作科學試驗用，也可以作教學試驗使用。為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型的技術方案，下面結合附圖1、附圖2及具體實施方法對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0020]如圖1所示，本實用新型的風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統包括風動力模擬單元1、萬向聯軸節2、模擬葉片3、主軸4、多自由度風載模擬單元5、支撐軸承組件6、行星增速機組件7、柔性聯軸器8及發電機阻力模擬單元9;所述的風動力模擬單元I包括電機101、電機安裝座102、行星減速機103、行星減速機安裝座104，電機101安裝在電機安裝座102上，行星減速機103安裝在行星減速機安裝座104上，電機101與行星減速機103連接，行星減速機103通過萬向聯軸節2與主軸4的一端連接。支撐軸承組件6包括軸承602、軸承座601和軸承座固定架603;所述的軸承602安裝在軸承座601內，軸承座601安裝在軸承座固定架603上。支撐軸承組件6用於支撐主軸4。
[0021 ] 行星增速機組件7包括行星增速機702和行星增速機架701，行星增速機702安裝在行星增速機架701上。所述的發電機阻力模擬單元9包括電磁力矩器901和電磁力矩器架902，電磁力矩器901通過電磁力矩器架902安裝在地面上。主軸4的另一端與行星增速機702的輸入軸連接;行星增速機702的輸出軸通過柔性聯軸器8與發電機阻力模擬單元9的電磁力矩器901連接。
[0022]如圖1、2所示，所述的多自由度風載模擬單元5包括徑向油缸固定圈501、油缸作用環502、圓錐滾子軸承503、風載模擬片504、軸向油缸固定圈505、徑向油缸519及軸向油缸518。所述的風載模擬片504固定安裝在主軸4上，油缸作用環502通過圓錐滾子軸承503安裝在風載模擬片504上，所述的徑向油缸固定圈501固定安裝在地面上，與油缸作用環502位於同一平面內；所述的徑向油缸固定圈501內側壁上設有燕尾槽，徑向油缸519的一端安裝在燕尾槽內，另一端朝向油缸作用環502。所述的軸向油缸固定圈505固定安裝在地面上，與油缸作用環502平行，軸向油缸固定圈505朝向油缸作用環502的端面上設有環形燕尾槽，軸向油缸518的一端安裝在軸向油缸固定圈505的燕尾槽內；另一端朝向油缸作用環502。[0023 ]如圖2所示，所述的徑向油缸519和軸向油缸518分別設有獨立的控制油路。徑向油缸519的控制油路包括回油過濾器1510、油慄1511、吸油過濾器1512、電磁換向閥1514及壓力調節閥1515;所述的油慄1511的入口端通過管道與油箱13連通，該管道上設有吸油過濾器1512，所述的油慄1511的出口端通過進油管與電磁換向閥1514的進油孔連接，電磁換向閥1514的第一出油孔通過管道與徑向油缸519的無杆腔連接;徑向油缸519的有杆腔通過管道與電磁換向閥1514的第二出油孔連接;所述的電磁換向閥1514的回油孔通過回油管與油箱513連接;回油管與進油管之間設有壓力調節閥1515;回油管上設有回油過濾器1510。
[0024]軸向油缸518的控制油路包括回油過濾器Π 507、油慄Π 508、吸油過濾器Π 509、電磁換向閥Π 516及壓力調節閥Π 517;所述的油慄Π 507的入口端通過管道與油箱13連通，該管道上設有吸油過濾器Π 508，所述的油慄Π 507的出口端通過進油管與電磁換向閥Π 516的進油孔連接，電磁換向閥Π 514的第一出油孔通過管道與軸向油缸518的有杆腔連接;軸向油缸518的無杆腔通過管道與電磁換向閥Π 516的第二出油孔連接;所述的電磁換向閥Π516的回油孔通過回油管與油箱513連接；回油管與進油管之間設有壓力調節閥Π 517;回油管上設有回油過濾器Π507。
[0025]本實用新型的風載發電機組傳動鏈力學特性模擬方法，包括如下步驟:
[0026]I)啟動風動力模擬單元I的電機101，經行星減速機103將轉速降低，模擬實際野外風電機組承受的風速及驅動力，主軸4經萬向聯軸節2，在行星減速機103的驅動下旋轉，帶動模擬葉片3旋轉，模擬實際風場作用於風機主軸的旋轉力矩。主軸4另側過支撐軸承組件6帶動行星增速機702工作，在柔性聯軸器8的作用下，電磁力矩器901開始工作，模擬實際發電機發電所受的阻力矩。
[0027]2)開啟油慄Π 508、壓力調節閥Π 517電磁鐵DT6、電磁換向閥Π 516電磁鐵DT3，液壓壓力油由油箱513經吸油過濾器Π 509、油慄Π 508、油路塊506、壓力調節閥Π 517、電磁換向閥Π 516到達軸向油缸518，輸出力作用於油缸作用環502，給主軸4加載軸向載荷。調節壓力調節閥Π 517的壓力，可改變軸向油缸518的輸出力，從而改變主軸4承受的軸向力，模擬不同風速下風電機組主軸所承受的不同軸向力。然後開啟油慄Π 508、壓力調節閥Π 517電磁鐵DT6、電磁換向閥Π 516電磁鐵DT4，液壓壓力油進入軸向油缸518另一側，撤掉主軸4承受軸向載荷。
[0028]3)開啟油慄1511、壓力調節閥1515的電磁鐵DT5、電磁換向閥1514的電磁鐵DTl，液壓壓力油由油箱513經吸油過濾器1512、油慄1511、油路塊506、壓力調節閥1515、電磁換向閥1514到達徑向油缸519，徑向油缸519輸出力作用於油缸作用環502，給主軸4加載徑向載荷。調節壓力調節閥1515的壓力，可改變徑向油缸519的輸出力，從而改變主軸4承受的徑向力，以模擬不同風速下風電機組主軸所承受的不同徑向力。然後開啟油慄1511、壓力調節閥1515電磁鐵DT5、電磁換向閥1514電磁鐵DT2，液壓壓力油進入徑向油缸519另一側，撤掉主軸4承受徑向載荷。
[0029]4)調節風動力模擬單元I的電機101的轉速，模擬不同風速下風電機組所達到的轉速和所承受的轉矩。
[0030]5)調節電磁力矩器901的阻力矩，模擬不同功率發電機組在發電情況下主軸所受的阻力矩。
【主權項】
1.一種風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統，包括風動力模擬單元(I)、模擬葉片(3)、主軸(4)、多自由度風載模擬單元(5)、發電機阻力模擬單元(9);其特徵在於:風動力模擬單元(I)的輸出端與主軸(4)的一端相連，主軸(4)的另一端與發電機阻力模擬單元(9)連接;所述的模擬葉片(3)固定安裝在主軸(4)上;所述的多自由度風載模擬單元(5)用於將軸向載荷和徑向載荷加載在主軸(4)上。2.根據權利要求1所述的風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統，其特徵在於:所述的風動力模擬單元(I)包括電機(101)、電機安裝座(102)、行星減速機(103)、行星減速機安裝座(104)，電機(101)安裝在電機安裝座(102)上，行星減速機(103)安裝在行星減速機安裝座(104)上，電機(101)與行星減速機(103)連接，行星減速機(103)與主軸(4)的一端連接。3.根據權利要求1所述的風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統，其特徵在於:所述的多自由度風載模擬單元(5)包括徑向油缸固定圈(501)、油缸作用環(502)、圓錐滾子軸承(503)、風載模擬片(504)、軸向油缸固定圈(505)、徑向油缸(519)及軸向油缸(518);所述的風載模擬片(504)固定安裝在主軸(4)上，油缸作用環(502)通過圓錐滾子軸承(503)安裝在風載模擬片(504)上，所述的徑向油缸固定圈(501)固定安裝在地面上，與油缸作用環(502)位於同一平面內；所述的徑向油缸固定圈(501)的內側壁上設有燕尾槽，徑向油缸(519)的一端安裝在燕尾槽內，另一端朝向油缸作用環(502);所述的軸向油缸固定圈(505)固定安裝在地面上，與油缸作用環(502)平行，軸向油缸固定圈(505)朝向油缸作用環(502)的端面上設有環形燕尾槽，軸向油缸(518)的一端安裝在軸向油缸固定圈(505)的燕尾槽內；另一端朝向油缸作用環(502)。4.根據權利要求1所述的風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統，其特徵在於:所述的風動力模擬單元(I)通過萬向聯軸節(2)與主軸(4)的一端連接;主軸(4)的另一端與行星增速機(702)的輸入軸連接;行星增速機(702)的輸出軸通過柔性聯軸器(8)與發電機阻力模擬單元(9)連接。5.根據權利要求1所述的風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統，其特徵在於:所述的主軸(4)通過支撐軸承組件(6)支撐;支撐軸承組件(6)包括軸承(602)、軸承座(601)和軸承座固定架(603);所述的軸承(602)安裝在軸承座(601)內，軸承座(601)安裝在軸承座固定架(603)上。6.根據權利要求1所述的風載發電機組傳動鏈力學特性模擬系統，其特徵在於:所述的發電機阻力模擬單元(9)包括電磁力矩器(901)和電磁力矩器架(902)，電磁力矩器(901)通過電磁力矩器架(902)安裝在地面上。
【文檔編號】G01M13/02GK205691335SQ201620638130
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月24日 公開號201620638130.2, CN 201620638130, CN 205691335 U, CN 205691335U, CN-U-205691335, CN201620638130, CN201620638130.2, CN205691335 U, CN205691335U
【發明人】沈意平, 李學軍, 王送來, 王廣斌, 賓光富, 郭帥平
【申請人】湖南科技大學