一種風力發電機變槳軸承摩擦力矩的測試方法與裝置及其用途的製作方法

2023-05-03 15:56:26 2

專利名稱：一種風力發電機變槳軸承摩擦力矩的測試方法與裝置及其用途的製作方法
技術領域：
本發明為一種風機部件的測試方法與裝置及其用途，尤其是指一種兆瓦級變槳距風力 發電機組變槳軸承摩擦力矩的測試方法和裝置及其用途，主要用於在地面實驗室模擬風力 發電機組實際運行中變槳軸承所承受的各種載荷下，檢測風力發電機組變槳軸承的摩擦力 矩。還可以用來進行輪轂的極限強度和疲勞試驗、變槳軸承的極限強度和疲勞試驗。
背景技術：
對於風力發電機變槳系統來說，精確的測量變槳軸承的摩擦力矩，對於變槳系統的型 式試驗、變槳驅動力矩的確定、變槳系統的校核等有極其重要的意義。變槳軸承的摩擦力 矩在空載荷和承受載荷的情況下是不同的，目前國內變槳軸承主要廠家並沒有精確考慮載 荷對變槳軸承摩擦力矩的影響，只是簡單的將由載荷引起的摩擦力矩以5%-10%左右的系 數形式來考慮。對於大型變槳距風力發電機組來說，由於其實際運行過程中變槳軸承所承 受的載荷相對較大(106 Nib數量級)，變槳軸承所承受的載荷對其摩擦力矩的影響相對較 大，因此模擬變槳軸承實際運行中的載荷，開展變槳軸承的摩擦力矩與載荷關係的測量研 究十分必要。
變槳軸承的摩擦力矩通常是隨載荷的增加而增加的，對於好的風力發電變槳軸承來 說，不僅需要在空載情況下變槳軸承的摩擦力矩較小，更重要的是希望在帶載荷情況下， 摩擦力矩受載荷的影響較小，變化較平穩。影響變槳軸承摩擦力矩隨載荷變化關係的主要 因素包括軸承的型式、材料、加工工藝以及加工精度等。風機在實際運行過程中，變槳軸 承主要承受的載荷包括軸向力、徑向力和傾覆力矩，其中大多數情況下，傾覆力矩最大， 對變槳軸承摩擦力矩影響最大的也是傾覆力矩，幾乎佔到整個摩擦力矩的80%以上。

發明內容
本發明旨在針對現有變槳軸承的摩擦力矩檢測所存在的不足，提供一種精確的測量變 槳軸承的摩擦力矩的方法，該方法可以模擬實際變槳軸承所承受的載荷，以測量變槳軸承 摩擦力矩。
本發明的另一目的在於提供一種實現本發明方法的模擬試驗裝置。
本發明的目的通過下述技術方案予以實現 一種精確的測量變槳軸承的摩擦力矩的方
法，在地面上設置一模擬試驗裝置，通過在地面的試驗測量變槳軸承摩擦力矩；所述的地
面試驗是對槳葉軸承安裝懸臂梁裝置，並在懸臂梁末端進行加載，來模擬實際風機運行中的載荷；並在負載情況下，通過啟動變槳系統並利用變槳驅動的測試設備，來實現對帶載 荷的變槳軸承摩擦力矩的測量；實際試驗過程可分三步進行。
第一步為空載情況下，即在軸承不帶任何載荷的情況下，測量軸承啟動摩擦力矩，這 可以驗證所採購的軸承是否滿足技術規範的要求。
第二步為帶懸臂梁加載的情況下，即將懸臂梁與變槳軸承通過螺栓連接到一起，並在 懸臂梁末端進行加載，來模擬實際風力發電機運行過程中的氣動載荷，通過依次加載(即 通過施加不同的配重)，啟動變槳系統，並讀出該載荷下變槳軸承的驅動力矩。
第三步為通過對測量的數據進行分析，獲得所試驗的風機變槳軸承的摩擦力矩，以及 摩擦力矩隨載荷變化的關係。
根據上述方法所提出的風力發電機變槳軸承摩擦力矩模擬試驗裝置是， 一種風力發電 機變槳軸承摩擦力矩模擬試驗裝置，包括一個固定工裝，固定工裝安裝在試驗臺上，固定 工裝上安裝有裝有待試驗變槳軸承的輪轂組裝系統，待試驗變槳軸承通過螺栓與一用於試 驗的懸臂梁連接，在懸臂梁的末端懸掛有加載裝置，加載裝置下掛有用於調整加載重量的 配重。
本發明主要用來精確的測量變槳軸承的摩擦力矩，但也可以用來進行輪轂的極限強度 和疲勞試驗、變槳軸承的極限強度和疲勞試驗。
本發明的優點在於1)能夠在地面試驗室模擬風力發電機組實際運行時變槳軸承所 承受的載荷，這樣能夠保證變槳軸承的狀態更接近實際風機運行時的狀態，從而保證試驗
得到的變槳軸承摩擦力矩數據更準確，結果更合理；2)由於實際風電機組運行中所承受 的載荷較大(幾千千牛米)，很難在地面實驗中加這麼大的載荷，利用本發明介紹的方法則 可以模擬該載荷。3)試驗數據通過數據線傳送給電腦，輸出準確，讀數接近實際。
利用該方法和設備可以在地面試驗室模擬風力發電機組實際運行中變槳軸承所承受 的各種載荷，更準確的測量實際風電機組運行中變槳軸承的摩擦力矩，從而為風力發電機 組變槳軸承的型式驗證、變槳驅動的確定以及變槳系統的可靠性分析等提供更好的技術支 持。


圖1為本發明的機械結構示意總圖； 圖2為本發明的機械結構示意總圖； 圖3為本發明的加載裝置結構示意圖； 圖4為本發明的配重結構示意圖。圖中1、輪轂組裝系統；2、固定工裝；3、懸臂梁；4、加載裝置；5、配重；6、變 槳軸承；7、前法蘭；8、圓筒；9、吊耳；10、後法蘭；11、軸；12、起吊板；13、深溝 球軸承；14、外圈卡環；15、內六角圓柱頭螺釘；16、平墊圈；17、圓柱銷；18、圓錐 銷；19、底座。
具體實施例方式
附圖給出了本發明的一種示意圖，下面將結合附圖對本發明作進一步的描述。
通過附圖l可以看出本發明為一種測試裝置，主要包括輪轂組裝系統l、固定工裝2、 懸臂梁3、加載裝置4、配重5和變槳軸承6等。該測試裝置為在地面精確的測量變槳軸 承6的摩擦力矩的模擬試驗裝置，它通過在的地面試驗測量變槳軸承6摩擦力矩；該測試 裝置測量變槳軸承的摩擦力矩的過程是將安裝有變槳軸承6的輪轂組裝系統1安裝固定 在固定工裝2上，再在變槳軸承6處安裝模擬懸臂梁3，並在懸臂梁3末端連接一施力的 加載裝置4，加載裝置4下連接有配重5;通過加載裝置4對懸臂梁3進行加載，並通過 配重5來改變加載的重量，以此來模擬實際風機運行中的載荷；並在負載情況下，通過啟 動變槳系統並利用變槳驅動的測試設備，來實現對帶載荷的變槳軸承摩擦力矩的測量；實 際試驗過程可分三步進行。
第一步為空載情況下，即在變槳軸承6不帶任何載荷的情況下(不帶懸臂梁3)，測量 槳葉軸承啟動摩擦力矩，這可以驗證所採購的槳葉軸承是否滿足技術規範的要求。
第二步為帶懸臂梁3加載的情況下，即將懸臂梁3與變槳軸承6通過螺栓連接到一起， 並在懸臂梁3末端進行加載，所加載的重量通過配重5進行調整，以此來模擬實際風力發 電機運行過程中的氣動載荷，通過依次加載(即通過施加不同的配重)，啟動變槳系統， 並讀出該載荷下變槳軸承6的驅動力矩。
第三步為通過對測量的數據進行分析，獲得所試驗的風機變槳軸承6的摩擦力矩，以 及摩擦力矩隨載荷變化的關係。
附圖2為懸臂梁3的具體結構，通過附圖可以看出，所述的懸臂梁3為前端與變槳軸
承相配的形狀，主要包括前法蘭7、圓筒8、吊耳9、後法蘭10及軸11。圓筒8是一個直
徑為1.6米，壁厚為8毫米的圓筒，長度10米左右，如果試驗空間允許，可以增加到15
米或更長，這樣加載會更大，圓筒8前端焊接一個法蘭，法蘭用於與變槳軸承進行連接，
試驗時前法蘭與變槳軸承通過M30的螺栓相連接；在圓筒8上設有吊耳9，主要是為吊裝
方便；懸臂梁3的後端焊接一個法蘭10和一個軸11，軸11與加載裝置的深溝球軸承裝配在一起。
附圖3可以看出加載裝置4的具體結構，主要包括起吊板12、深溝球軸承13、外圈卡
環14、內六角圓柱頭螺釘15、平墊圈16、圓柱銷17、圓錐銷18、底座19。加載裝置4
上半部與懸臂梁3之間通過一個深溝球軸承13連接；加載裝置4下半部是由一個圓杆和
一個底板焊接而成，深溝球軸承13外圈與起吊板12內孔配合，內圈與懸臂梁3的軸11
通過過渡配合連接起來；外圈卡環14通過內六角圓柱頭螺釘15、平墊圈16與起吊板12
連接在一起，主要起密封作用。底座19與起吊板12通過圓柱銷17和圓錐銷18連結固定。 附圖4為配重5的結構示意圖，配重5為不同重量的開口圓形塊，可將其很方便的掛
在加載裝置底座上。
在進行實驗時首先將固定工裝2固定到試驗檯面上，然後將組裝好的輪轂組裝系統1 通過螺栓固定到固定工裝2上，接好服務盒和電腦的數據線，旋轉變槳系統，即可測試空 載時變槳軸承的摩擦力矩，旋轉速度可在電腦程式中修改，旋轉方向和位置由服務盒控制。 可以多轉動幾次找一個平均值。
將懸臂梁3和變槳軸承6用螺栓連接起來，接上數據線，旋轉變槳系統，即可測試帶 有此種負載時軸承的摩擦力矩。
將加載裝置4通過一個深溝球軸承和懸臂梁3連接起來，這樣深溝球軸承與懸臂 梁3旋轉時，軸承內圈旋轉，外圈不動。然後將不同的配重5加到加載裝置4上， 一種重 量即可測出一組數據，這樣可以測出很多組摩擦力矩與負載之間的關係。通過軟體不僅可 以讀出驅動力矩，還可以讀出不同位置時變槳驅動電機的功率和溫升。
本發明其他用途與實現方式
本發明除了完成上述測量變槳軸承摩擦力矩以外，還可以用來進行輪轂的極限強度和 疲勞試驗、變槳軸承的極限強度和疲勞試驗。
具體實現方法都是按照上述加載方法對軸承進行逐步加載。
在懸臂梁末端的加載裝置上逐步加載，加到實際運行時變槳軸承所承受的極限載荷， 觀察輪轂與變槳軸承狀態，並旋轉變槳軸承，觀察其運行是否正常，即可完成輪轂與變槳 軸承的強度試驗；
同樣在懸臂梁末端的加載裝置上施加到規定的載荷，使變槳軸承處於旋轉狀態，保持 一定的時間，觀察輪轂與變槳軸承是否正常，即可完成輪轂與變槳軸承的疲勞試驗。
權利要求
1、一種風力發電機變槳軸承摩擦力矩的測試方法，其特徵在於在地面上設置一模擬試驗裝置，通過在地面的試驗測量變槳軸承摩擦力矩。
2、 如權利要求1所述的風力發電機變槳軸承摩擦力矩的測試方法，其特徵在於所述的地面試驗是對槳葉軸承安裝懸臂梁裝置，並在懸臂梁末端進行加載，來模擬實際風機運行中的載荷；並在負載情況下，通過啟動變槳系統並利用變槳驅動的測試設備，來實現對帶載荷的變槳軸承摩擦力矩的測量。
3、 如權利要求1所述的風力發電機變槳軸承摩擦力矩的測試方法，其特徵在於所述的地面試驗分三步進行第一步為空載情況下，即在軸承不帶任何載荷的情況下，測量軸承啟動摩擦力矩，這可以驗證所採購的軸承是否滿足技術規範的要求；第二步為帶懸臂梁加載的情況下，即將懸臂梁與變槳軸承通過螺栓連接到一起，並在懸臂梁末端進行加載，來模擬實際風力發電機運行過程中的氣動載荷，通過依次加載，即通過施加不同的配重，啟動變槳系統，並讀出該載荷下變槳軸承的驅動力矩；第三步為通過對測量的數據進行分析，獲得所試驗的風機變槳軸承的摩擦力矩，以及摩擦力矩隨載荷變化的關係。
4、 一種風力發電機變槳軸承摩擦力矩模擬試驗裝置，其特徵在於包括一個固定工裝，固定工裝安裝在試驗臺上，固定工裝上安裝有裝有待試驗變槳軸承的輪轂組裝系統，待試驗變槳軸承通過螺栓與一用於試驗的懸臂梁連接，在懸臂梁的末端懸掛有加載裝置，加載裝置下掛有用於調整加載重量的配重。
5、 如權利要求4所述的風力發電機變槳軸承摩擦力矩模擬試驗裝置，其特徵在於所述的加載裝置，包括起吊板、深溝球軸承、外圈卡環、內六角圓柱頭螺釘、平墊圈；圓柱銷、圓錐銷、底座，加載裝置上半部與懸臂梁之間通過一個深溝球軸承連接；加載裝置下半部是由一個圓杆和一個底板焊接而成，可以很方便的將配重掛到加載裝置上；通過增加配重的重量，可以將傾覆力矩加載到與實際狀態一致。
6、 如權利要求5所述的風力發電機變槳軸承摩擦力矩模擬試驗裝置，其特徵在於所述的深溝球軸承外圈與起吊板內孔配合，內圈與懸臂梁的軸通過過渡配合連接起來。
7、 如權利要求5所述的風力發電機變槳軸承摩擦力矩模擬試驗裝置，其特徵在於所述的外圈卡環通過內六角圓柱頭螺釘、平墊圈與起吊板連接在一起；底座與起吊板通過圓柱銷和圓錐銷連結固定。
8、 如權利要求4所述的風力發電機變槳軸承摩擦力矩模擬試驗裝置，其特徵在於所述的配重為不同重量的開口圓形塊，可將其很方便的掛在加載裝置底座上。
9、 一種風力發電機變槳軸承摩擦力矩模擬試驗裝置的用途，其特徵在於所述的模擬試驗裝置用於測量變槳軸承摩擦力矩。
10、 如權利要求7所述的風力發電機變槳軸承摩擦力矩模擬試驗裝置的用途，其特徵在於所述的模擬試驗裝置用於進行輪轂的極限強度和疲勞試驗或變槳軸承的極限強度和疲勞試驗。
全文摘要
一種風力發電機變槳軸承摩擦力矩的測試方法與裝置及其用途，在地面上設置一模擬試驗裝置，通過在地面的試驗測量變槳軸承摩擦力矩；所述的地面試驗是對槳葉軸承安裝懸臂梁裝置，並在懸臂梁末端進行加載，來模擬實際風機運行中的載荷；並在負載情況下，通過啟動變槳系統並利用變槳驅動的測試設備，來實現對帶載荷的變槳軸承摩擦力矩的測量；風力發電機變槳軸承摩擦力矩模擬試驗裝置包括一個固定工裝，固定工裝安裝在試驗臺上，固定工裝上安裝有裝有待試驗變槳軸承的輪轂組裝系統，待試驗變槳軸承通過螺栓與一用於試驗的懸臂梁連接，在懸臂梁的末端懸掛有加載裝置，加載裝置下掛有用於調整加載重量的配重。
文檔編號G01M99/00GK101526407SQ200910043010
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月1日 優先權日2009年4月1日
發明者宋建秀, 晏紅文, 李秀珍, 靛 王, 郭知彼 申請人:南車株洲電力機車研究所有限公司