用於測試風輪機設備的測試臺及方法
2023-09-23 05:59:30
專利名稱：用於測試風輪機設備的測試臺及方法
技術領域：
本發明涉及一種用於測試風輪機設備的測試臺以及一種用於測試風輪 才幾i殳備的方法。
背景技術：
輪機機艙。帶有數個風輪機葉片的風輪機轉子通過低速軸連接至機艙，如 圖1所示，低速軸伸出機艙前部。
大型現代風輪機一直變得越來越大，並且風輪機的諸如齒輪箱、發電 機、制動系統等的不同部件也變得越來越大。進一步地，技術發展使得部 件以及部件之間的相互作用越來越分化和複雜。對於風輪機的效率和輸出 來說，這當然是有利的，但是由於這些大型的風輪^i是昂貴的、且故障成 本非常高，所以重要的是確保風輪機部件的壽命、耐用性、質量、功率等 淨皮良好地記錄。
進行記錄的 一種方法是在運轉的風輪機上收集信息，以及然後以這些 數據的統計分析為基礎執行維護程序、對部件的選擇等等。但是這種方法
是相當低效的，原因在於如果數據顯示預期壽命為20年的部件僅僅持續 了 7年的平均壽命，則在這7年中製造的類似風輪機將也包含這些有缺陷 的部件；而且在大多數情況下所述數據不能揭露部件是否因為低下的質量 而出現故障一一如果其被錯誤地安裝或使用或如果數個相互作用的因素導 致壽命縮短。
在歐洲專利申請第EP 1 564 405 Al號中公開了解決此問題的另 一方 法。該申請公開了 一種用於對主要是機艙的結構構件以及機搶部件執行疲勞和載荷測試的測試臺。但是測試機艙結構構件的強度的主要目的在於減 少材料的使用或者對這些結構構件的設計進行優化，由此降低構件的成本 和重量以及確保它們能夠耐受在風輪機正常工作期間作用於其上的載荷。 這對於部件的選擇、部件的相互作用以及可防止故障和降低部件成本的其 它方面將不會提供有用的信息。
因此，本發明的目的是提供一種用於測試風輪機設備的有利和有效的 技術。
特別地，本發明的目的是提供一種用於測試風輪機設備的技術，其提 供更為真實的載荷類型。
發明內容
本發明提供一種用於測試風輪機設備的測試臺。所述測試臺包括一 個或多個載荷施加裝置，其將載荷直接地或間接地施加至所述設備；所述 測試臺的驅動裝置，其用於至少部分測試期間旋轉所述設備的輸入軸；以 及才莫擬裝置，其用於建立類似於風輪機的狀態或條件(facility)。
通過在測試期間旋轉所述i殳備的輸入軸、並同時將載荷施加至輸入軸， 可以模擬在風輪機正常運行期間以及極端情況下作用在所述設備上的載 荷，由此使得可以在相同正常載荷情況下對不同設備進行比較以及進行加 速壽命測試。這是有利的，其原因在於，由此可以對設備進行更有效的測 試，〗吏得能夠動態地調節載荷類型和大小，例如如果需要則調節為與現實 基本相同，或者如果需要則施加過載。
進一步地，有利的是，所述測試臺進一步包括模擬裝置，用於例如通 過使得風輪機部件能夠在安裝於其真實懸架結構中時被測試、使得所述設 備能夠在與其風輪機內的正常操作角相對應的角度下被測試、使得所述設 備能夠在溫度、氣壓、溼度等的"仿真"環境中被測試、使得所述設備能 夠在受到振動時被測試來建立類似於風輪機的狀態或條件，或者用於針對 被測試的設備建立任何其它狀態、情形或條件一一所述狀態、情形或條件 模擬或至少在一定程度上產生類似於風輪機的狀態、情形或條件，因為通過建立這些類似於風輪機的狀態或條件，測試臺能夠進行更真實和/或有效 的測試。
需要強調的是，術語"軸"應該理解為任何類型的杆、棒、管、管子、 環、聯結器、套管、套筒或其它能夠傳遞旋轉的裝置。軸並不限於實心， 而是例如也能夠是形成風輪機齒輪箱的行星架或齒圏或與之附接的中空環 或套管。
在本發明的一個方面，所述設備是諸如主軸承、齒輪箱和發電機的風 輪機傳動系部件，以及其中所述發電機連接至公共電網或公共電網模擬裝 置。
風輪機的傳動系部件都包括旋轉部分，並且它們幾乎通常都設置在機
艙中，使得對之進行維修和更換是非常困難的與高成本的。進一步地，不 同傳動系部件之間的集成、以及不同傳動系部件和不同控制系統和軟體之
間的集成是非常複雜的，並且當然是與風輪機的有效性相關的重要問題。
因此有利的是，特別是傳動系部件在包括如下裝置的測試臺上測試所述 裝置用於旋轉輸入軸並將載荷施加至所述部件。
在本發明的一個方面，所述公共電網或公共電網模擬裝置是所述測試 臺的間接載荷施加裝置。
通過將發電機連接至公共電網或公共電網模擬裝置而將載荷間接地施 加至所述設備，有可能更精確地模擬實際風輪機的載荷情形、或例如通過 建立永久過載情形或變化載荷情形來執行加速壽命測試。
在本發明的一個方面，所述公共電網模擬裝置包括用於動態地調節電 網電壓和電網頻率的裝置。
通過使得能夠在測試期間動態地調節電網電壓和電網頻率，可以模擬 設備的正常工作情形以及電網的極端情形或故障情形，由此利於進行更有 效和/或更真實的測試。
在本發明的一個方面，所述公共電網模擬裝置包括轉換器。
使得所述公共電網模擬裝置包括轉換器是有利的，其原因在於，轉換 器提供用於動態地調節不同電網參數的裝置，從而使得能夠進行更有效的測試。
在本發明的一個方面，所述公共電網模擬裝置包括用於測試所述設備 是否符合各種公共電網法規的裝置。
公共電網法規原則上是各種風輪機在公共電網中的各種差異一一諸如 電壓或頻率差異一一下如何應對的規則。這些電網法規可能根據國家或區 域而不同。因此，有利的是提供的公共電網模擬裝置具有測試所述設備是 否依照不同公共電網法規工作的能力，由此測試所述被測試的設備對於所 述法規是否是有效的。
在本發明的一個方面，所述一個或多個載荷施加裝置中的至少一個包 括用於將軸向和/或徑向載荷施加至所述輸入軸的裝置。
在實際風輪機中，在設備的正常工作期間，設備的輸入軸將始終一一 至少在一定程度上一 一受到軸向和/或徑向力的影響。因此有利的是在測試 期間施加這些載荷以實現更有效和/或更真實的測試。
在本發明的一個方面，所述一個或多個載荷施加裝置包括兩個或多個 用於將基本上徑向的載荷施加至所述輸入軸的徑向載荷裝置，所述兩個或 多個徑向載荷裝置軸向地隔開。
通過對被測試設備的輸入軸提供兩個軸向隔開的徑向載荷裝置，可以 在被測試設備上作用更有效和/或更真實的載荷情形。例如，可以使用徑向
載荷裝置之一來模擬轉子4上的大致靜態的重力，以及使用另 一個來模擬 由轉子頂部和底部處的風載荷差所產生的扭矩，或者模擬動態地或循環地
變化的載荷一一諸如轉子的不穩定性、甚至是源自葉片5或葉片5可能的 傾角機構(pitch mechanism)的振動。兩個徑向載荷裝置還能夠作用兩個
不同的靜載荷(例如沿不同方向上的載荷，由此在所述設備上作用扭矩)， 或兩個徑向載荷都能夠^=莫擬不同的動態變化的載荷。這在某種形式上也可 通過僅僅一個徑向載荷裝置而非通過^f吏用兩個徑向載荷裝置來實現，這更 容易且更簡單地模擬例如同時包括靜態和動態載荷的複雜載荷和載荷狀 況。
在本發明的一個方面，所述設備的所述輸入軸是風輪機齒輪箱的輸入軸或風力發電機的輸入軸。
風輪機的齒輪箱和發電機的功能對於風輪機的效率是至關重要的，並 且，由於這些部件非常複雜和昂貴以及由於它們通常位於風輪機的機艙內， 所以難以對它們進行維修和更換，從而，有利的是，提供的測試臺能夠旋 轉齒輪箱和/或發電機的輸入軸以及同時對之施加載荷。
需要再次強調的是，術語"軸"在上下文中應該理解為能夠將旋轉傳 遞至設備的任何種類的機械連接裝置，諸如風輪機齒輪箱、發電機或機搶 上的能夠連接至旋轉設備並將旋轉傳遞至風輪機齒輪箱、發電機或機搶的 任何種類的機械連接裝置。
在本發明的一個方面，所述驅動裝置是包括齒輪箱的電動馬達。
易於非常精確地控制電動馬達的旋轉速度以及特別是扭矩，並且，通 過對馬達提供齒輪箱，可以將馬達的額定旋轉速度降低至適於模擬風輪機 轉子的旋轉速度的程度。這是有利的，原因在於由此可以對風輪機設備執 行更有效、更精確和/或更真實的測試。
在本發明的一個方面，所述測試臺是固定的。
用於對諸如機搶的設備進行測試的風輪機測試臺能夠容易地重達500 公噸，因此有利的是使得測試臺固定。
在本發明的一個方面，所述模擬裝置包括用於對所述設備的至少一部 分周圍的諸如溫度、溼度和氣壓的一個或多個氣候參數進行充分控制的空 調裝置。
氣候參數對於運轉風輪機而言是非常重要的應力因素，特別是非常高 或非常低的溫度或溫度的不停變化有可能損壞風輪機設備。通過提供帶有 空調裝置的測試臺，可以充分控制一個或多個氣候參數，由此使得能夠對 設備進行更有效和/或更真實的測試。與其它因素一起，這將使得能夠實現 設備的HALT (高加速壽命測試)，高加速壽命測試為一種在與設備的期
高效方式。
在本發明的一個方面，所述空調裝置是封閉所述設備或所述設備至少一部分的至少一個空調箱。
以空調箱基本封閉所述設備或所述設備的至少一部分，這提供了 一種 較簡單和廉價的方式以在所述設備周圍建立受控的環境。進一步地，基本
封閉設備的空調箱將還有具有吸音的輔助效果，由此降低從測試臺發出的 噪音。
在本發明的一個方面，所述模擬裝置包括用於至少在所述測試期間將
所述設備相對於水平面定位在限定角度的裝置，所述限定角度不同於o。。
大型現代風輪機上的轉子因為各種原因而成角度地設置，使得轉子面 不垂直於地面。這使得大多數風輪機中的傳動系與轉子面垂直地定位而不 平行於地面的水平面。由於傳動系和傳動系部件是風輪機非常重要的部件，
所以有利的是在測試臺上一一尤其是在能夠以相對於水平面不為0。的角
度對設備進行測試的測試臺上一一對這些部件進行測試。
在本發明的一個方面，所述限定角度對應於所述設備的正常操作角，
例如機搶相對於塔體的角度。
這是有利的，原因在於，由此可以提供可執行更有效和/或更真實測試
的測試臺。
在本發明的一個方面，所述測試臺包括在所述測試期間對所述設備和/ 或所述測試臺進行監測的監測系統。
測試所述設備是為了提取設備的重要信息，諸如設備壽命、耐用性、 效率和總容量及質量。因此有利的是，提供的測試臺具有監測系統，以收 集這些或其它信息以用於對被測試的設備進行分析。
在本發明的一個方面，所述一個或多個載荷施加裝置包括用於對所述 設備的齒輪箱的 一個或多個輸出軸的旋轉運動提供抵抗的旋轉抵抗裝置。
通過對測試臺提供旋轉抵抗裝置，可以對受測齒輪箱的輸出軸的旋轉 提供與發電機一一在工作的風輪機中特定類型的齒輪箱通常連接至所述發 電機一一所能夠作用的抵抗相比較大(或較小)的抵抗。這是有利的，其 原因在於，由此可以對測試臺提供如下的載荷施加裝置，其能夠不僅將正 常工作載荷施加至被測試齒輪箱、而且能夠施加普通發電機不能夠產生或在產生時將被嚴重損壞的極端的、意外的或其它種類的載荷。
在本發明的一個方面，所述旋轉抵抗裝置包括所述測試臺的測試臺發 電機。
對測試臺提供用於抵抗被測試齒輪箱的至少 一個輸出軸的旋轉的發電 機是有利的，其原因在於，在過載情形下，由試圖抵抗風輪機齒輪箱旋轉 的任何設備產生的能量將是可觀的，並且大多數可能的機械系統將該能量 轉化成熱，由此更難以使得測試有效和/或真實。通過使用發電機，可以將 該能量中的大部分轉化回電能，該電能能夠有利地被傳回公共電網。
在本發明的 一個方面，所述測試臺的測試臺發電機連接至公共電網或 公共電網模擬裝置。
如杲所述測試臺發電機連接至公共電網，則可以模擬齒輪箱的正常工 作，並且，這提供了用於移除所產生的能量的裝置，並且，如果所述發電 機連接至公共電網模擬裝置，進一步地可以模擬公共電網的不同的、特殊 的、故障的或異常的模式。這是有利的，其原因在於，可以執行更真實和/ 或更有效的測試。
在本發明的一個方面，所述一個或多個載荷施加裝置將載荷施加至所 述輸入軸和/或輸出軸。
包括旋轉部分的風輪機在真實工作狀況下基本上主要受到其輸入軸或 輸出軸上或兩個軸上的載荷的影響。因此有利的是，在測試狀況下在這些 軸上提供載荷以提供更真實和/或更有效的測試。
在本發明的一個方面，所述模擬裝置包括用於通過其真實懸架結構安 裝風輪機部件的裝置。
通過在風輪機部件被安裝或懸置在懸架結構中(在真實風輪機結構中， 風輪機部件將被安裝或懸置在懸架結構中)時對其進行測試，可以執行真 實得多和/或有效得多的測試，其原因在於，除了懸架結構自身能夠在真實 環境下被測試之外，這還使得對風輪機部件的測試能夠變得更加真實，以 及能夠測試懸架結構和部件的設計和/或特定組合之間的相互作用。
本發明進一步提供一種用於測試風輪機設備的方法。所述方法包括以下步驟將所述設備定位在測試臺中、測試臺上、或測試臺處；通過所述 測試臺的驅動裝置旋轉所述設備的輸入軸；以及藉助於所述測試臺的載荷 施加裝置將載荷直接地和/或間接地施加至所述i殳備。
通過在同一時間將載荷施加至所述設備而使所述設備產生應力的同時 旋轉所述設備的輸入軸是有利的，其原因在於由此可以執行更有效和/或更 真實的測試。
在本發明的一個方面，通過將所述設備的發電機連接至公共電網或公 共電網模擬裝置而將載荷施加至所述設備。
在本發明的一個方面，能夠在所述測試期間動態地調節所述公共電網 模擬裝置的電網電壓和電網頻率。
在本發明的 一個方面，在測試期間將軸向和/或徑向載荷施加至所述設 備的輸入軸。
在本發明的一個方面，在測試期間對所述設備的至少一部分周圍的諸 如溫度、溼度和氣壓的一個或多個氣候參數進行控制。
在本發明的一個方面，至少在所述測試期間將所述設備相對於水平面 定位在限定角度，所述限定角度不同於0。。
在本發明的一個方面，在所述測試期間所述角度是固定的或動態可調的。
在本發明的 一個方面，所述角度設置為基本上對應於所述設備的正常 操作角，例如機搶中傳動系相對於塔體的角度。
在本發明的一個方面，在測試期間所述設備和/或所述測試臺由監測系 統監測。
在本發明的一個方面，所述方法進一步包括下述步驟抵抗所述i殳備 的齒輪箱的 一個或多個輸出軸的旋轉運動。
在本發明的一個方面，所述測試還對所述設備的懸架結構和/或一個或 多個風輪機部件與所述懸架結構之間的相互作用進行測試。
在本發明的一個方面，所述方法進一步包括下述步驟藉助於模擬裝 置建立類似於風輪機的狀態或條件。
下面將結合附圖描述本發明，在所述附圖中 圖l示出從正面觀察的、現有技術中已知的大型現代風輪機； 圖2示出從側面觀察的、現有技術中已知的簡化機搶的實施方式的截 面圖3示出從側面觀察的、對風輪機機搶進行測試的測試臺的局部剖視
圖4示出載荷施加裝置的實施方式的立體圖5示出對才幾搶進行測試的測試臺的實施方式的立體圖6示出進行齒輪箱測試的測試臺的立體圖7示出對風輪機齒輪箱的另一實施方式進行齒輪箱測試的測試臺的 立體圖；以及
圖8示出從側面觀察的、對風力發電機進行測試的測試臺的另一實施 方式。
具體實施例方式
圖1示出現代風輪機1，其包括設置在基礎上的塔體2和位於塔體2 頂部的風輪機機搶3。包括三個風輪機葉片5的風輪機轉子4通過伸出機 艙3前部的低速軸連接到機艙3。
機搶3具有多種變型和構造，但在大多數情況下機搶3中的傳動系14 幾乎總是包括如下部件中的一個或多個齒輪6、聯結器(未圖示)、某 種類型的制動系統7及發電機8。現代風輪機1的機搶3還可以包括轉換 器9 (也稱為逆變器)及另外的外圍設備一一例如另外的動力操縱設備、 控制拒、液壓系統、冷卻系統等。
包括機搶部件6、 7、 8、 9的整個機艙3的重量由承載結構IO承載。 部件6、 7、 8、 9通常設置在此共用承載結構10上和/或連接到此共用承載 結構10。在此簡化實施方式中，承載結構10僅沿機艙3的底部延伸——例如呈連接有一些或所有部件6、 7、 8、 9的基架的形式。在另一實施方式 中，承載結構10可以包括將轉子4的載荷傳遞到塔體2的鐘形齒輪(gear bell)，或者，承載結構10可以包括數個互相連接的部件，例如桁架13。
在本發明的此實施方式中，傳動系14形成為相對於與^荅體2垂直的平 面、穿過#2的中心軸線及水平面呈8°的正常操作角NA。傳動系14 傾斜的原因是使得轉子4能夠相應地傾斜以例如確保葉片5不會碰到塔體 2，平衡轉子4頂部和底部處的風速差，等等。
圖3示出從側面觀察的、對風輪機機艙3進行測試的測試臺12的局部 剖視圖。
在本發明的此實施方式中，測試臺12包括驅動裝置12，驅動裝置12 的形式為在其間設置有制動系統17的電動馬達15和齒輪箱16。
測試臺齒輪箱16的輸出軸連接至測試臺的柔性聯結器18,該柔性聯 結器連接至測試臺12的呈徑向載荷裝置20形式的載荷施加裝置，這將在 下文對圖4的說明中更詳細地描述。
包括軸適配器24的徑向載荷裝置20連接至機艙3的輸入軸21，其在 此例子中是風輪機齒輪箱6的輸入軸21，該輸入軸21通過制動系統7和 聯結器(未式出)連接至機搶3內的發電機8。在此實施方式中，機搶3 進一步包括轉換器9。
在此實施方式中，風輪機設備22(其形式為機艙3中的傳動系部件6、 7、 8)處在相對於水平面成6。的角度A的位置，其中機搶3的塔體連接 凸緣23剛性地連接至測試臺12的基本水平的連接凸緣。由於機艙3在現 實中將連接至位於風輪機塔體2頂部處的基本水平的連接凸緣，所以該角 度A對應於這些特定傳動系部件6、 7、 8、 9在位於正常操作的風輪機1 中時的角度NA。
在本發明的另一實施方式中，測試臺12的連接凸緣能夠相對於水平面 成一角度、或者整個測試臺12能夠成一角度或包括用於控制測試臺12和/ 或設備22的角度的裝置。
在本發明的另 一 實施方式中，測試臺12的連接凸緣還能夠包括用於將載荷提供至所述設備的裝置一一例如某種將載荷施加至風輪機1的偏轉機
構(未示出)、機艙3的承載結構10或被測試設備22的輸入軸21的載荷 施加裝置19,或者以任何其它方式將載荷施加至被測試設備22以例如增 加測試的有效性和/或真實性。
在本發明的此實施方式中，徑向載荷裝置20至少在原理上是測試臺 12的將直接載荷施加至設備22輸入軸21的唯一載荷施加裝置19,但是在 測試臺12的另一實施方式中，其能夠包括另外的載荷施加裝置19,以用 於沿諸如軸向、對角線方向的任何其它可行方向或從不同的方向將載荷施 加至設備22的輸入軸21或者設備22的任何其它部分。特別地，軸向栽荷 可以是令人感興趣的，其原因在於所有的工作風輪機l必須能夠應付來自 作用於轉子4上的風載荷的可觀軸向載荷。
在本發明的此實施方式中，機艙3內的發電機8連接至電網模擬裝置， 使得在測試期間發電機8間接地能夠用作測試臺12的載荷施加裝置，原因 在於可以獨立地或協同地模擬諸如極端過載情況、故障情況短路、不對稱 的相位幅值和角度或其它的各種電網情況，等等。電網的不同情況將由此 通過發電機8間接地將不同的載荷情況施加在被測試的設備22上。
在另一實施方式中，發電機8能夠簡單地以與在工作風輪機l中相同 的方式連接至公共電網。
在本發明的此實施方式中，測試臺12包括降噪裝置28，降噪裝置28 的形式為基本上封閉測試臺12的驅動裝置13的吸音箱28,從而使得特別 是由驅動裝置13產生的噪音能夠^皮箱28吸收，由此降低測試臺12發出的 噪音。
在另一實施方式中，整個測試臺12能夠由吸音箱28封閉，或者測試 臺12的各個產生噪音的部分能夠各自裝備有降噪裝置28。在此實施方式 中，降噪裝置28是被動式的，但是在另一實施方式中，裝置28能夠是主 動式的，例如提供反相的噪音等。
在本發明的此實施方式中，測試臺12進一步包括呈空調裝置29形式 的模擬裝置。空調裝置29藉助於基本封閉在測試臺12上進行測試的風輪機設備22或設備22的至少一部分的空調箱29提供。
在此實施方式中，空調箱29使得箱29內的溫度在設備22不工作以及 不運行時能夠在-45。C和55。C之間被自由地調節和控制，以及使得箱29內 的溫度在設備22運行期間能夠在-40'C和卯。C之間被自由地調節和控制。 在本發明的該實施方式中，這些溫度範圍足以對被測試設備22提供有效的 和/或真實的環境，但是在另一實施方式中，測試臺12能夠包括用於將設 備22的環境溫度控制在不同範圍內的裝置，並且空調裝置29能夠進一步 包括用於控制諸如溼度和/或氣壓的其它氣候參數的裝置。
圖4示出栽荷施加裝置19的一實施方式的立體圖。
在本發明的此實施方式中，載荷施加裝置19形成為兩個在軸適配器上 軸向隔開地設置的徑向載荷裝置20，其中所述適配器製造為匹配例如才幾搶 齒輪箱6的輸入軸21或其它風輪機設備22的輸入軸。
每個徑向栽荷裝置20包括有大的徑向載荷軸承25，徑向載荷軸承25 包括連接至軸適配器24的內環或直接在軸適配器24的外表面上滾動的球 或輥子，以及其上附連有四個均勻間隔開的線性致動器26的外環。
在此實施方式中，線性致動器26是四個液壓缸26，液壓缸的內缸直 徑為350毫米，活塞杆的外直徑為120毫米，在175巴的油壓下工作；但 是在其它實施方式中，所述缸當然能夠設計成不同的尺寸。在其它實施方 式中，線性致動器26還能夠是馬達驅動軸、氣壓缸等。
在另一實施方式中，徑向載荷裝置20能夠包括其它數量的線性致動器 26, i^如一個、兩個、三個或更多的線性致動器，所述線性致動器26能夠 不同地設置和隔開。
線性致動器26在另 一端剛性地連接至測試臺12的基本為剛性的結構， 4吏得在線性致動器26伸出或縮進時，載荷能夠基本上全部傳遞至軸適配器 24所安裝或連接的輸入軸21。
液壓缸26能夠各自連接至例如比例閥或伺服控制閥，使得可以控制由 各缸26各自作用的載荷。
在本發明的另 一實施方式中，軸適配器24可包括僅僅一個徑向載荷裝置20或兩個以上的徑向載荷裝置20，且所述徑向載荷裝置能夠直接作用 在機艙3的輸入軸21上、直接作用在主軸、低速軸和/或高速軸上，或作 用在諸如發電機、齒輪箱、制動系統聯結器等的其它風輪機i殳備的輸入和/ 或輸出軸21、 27上。
圖5示出對機艙3進行測試的測試臺12的實施方式的立體圖。 在本發明的此實施方式中，測試臺12的承載結構由通常焊接的金屬管 或梁的桁架製成，其間焊接有呈四邊形型材板形式的多個加強構件。四邊 形型材板是如此形成的板 一直的部分，隨後是兩個例如沿相反方向的45 。彎曲，然後是與第一直部分隔開的另一直部分，然後再兩個45。，等等。 通過對桁架的開口區域提供這些型材板，測試臺12的承載結構變得非常堅 固和剛性。
在本發明的另 一 實施方式中，測試臺12的承載結構能夠以多種不同的 方式製造，諸如主要由螺栓、螺釘或鉚釘的緊固裝置連接的結構，其能夠 部分地或完全地以鑄鐵或混凝土模製，其能夠是上述技術或任何其它能夠 確保測試臺12足夠剛性以令人滿意地在所需位置處傳遞所需量的所需載 荷、從而確保測試結果儘可能可靠的技術的任何組合。
在本發明的此實施方式中，測試臺12的承載結構包括一結構，該結構 基本上包圍風輪機設備和測試臺測試設備(特別是徑向載荷裝置20 )之間 的聯接裝置。這是為了提供一堅固並剛性的結構，以用於將徑向載荷裝置 20懸置在其內。在另一實施方式中，徑向載荷裝置20的懸置當然能夠以 多種不同的方式實現，諸如剛性地連接至測試臺12其餘部分的獨立懸架 等。
在本發明的此實施方式中，測試臺12的承載結構進一步包括數個振動 緩衝裝置，形式為策略性地設置在測試臺12承載結構的鋼管之間的橡膠 板，並且，通過對地面連接點或支撐點提供振動緩衝裝置，基本上防止測 試臺12的任何振動被傳遞至地面。
在本發明的另一實施方式中，通過給測試臺12提供振動緩衝貯液器， 通過給測試臺12提供策略地設置的振動吸收器等，測試臺12能夠包括諸如主動緩衝裝置的其它種類的振動緩衝裝置。
圖6示出進行齒輪箱測試的測試臺12的立體圖。
在本發明的此實施方式中，如此地建立類似於風輪機的環境此實施 方式的風輪機齒輪箱6通過其原有的懸架結構31剛性地連接至測試臺12 的連接凸緣。通過測試懸置在其原有和真實懸架結構31中的齒輪箱6 (以 及就此而言的所有其它風輪機設備22)，在所述測試期間還可以測試設備 31的懸架結構31。進一步地，通過建立這些類似於風輪機的環境，能夠測 試特定風輪^/L部件(6、 7、 8、 9)及其真實懸架結構31之間的相互作用， 由此能夠在非常真實的條件下測試所示的齒輪6。
在另一實施方式中，模擬裝置能夠包括用於提供附加剛度的振動緩衝 懸架或安裝i殳備、外部結構或框架，或者包括風輪機部件6、 7、 8、 9在真
此使得能夠以更有效和/或真實的方式測試風輪機設備22 。
在此實施方式中，懸架結構31進一步包括機艙3的主軸承，使得能夠 以有效和/或真實的方式測試此或此等軸承。
齒輪箱6的輸入軸21連接至驅動裝置13、以及直接或間接地連接至 徑向載荷裝置20,且齒輪箱的輸出軸27連接至測試臺12的發電機30。
通過控制發電機30，可以將載荷施加至輸出軸27,這將試圖抵抗軸 27的旋轉，由此使得可以例如在齒輪箱上作用極端過載、故障狀況或其它 否則不易模擬的狀況。
圖7示出對風輪機齒輪箱6的另一實施方式進行齒輪箱測試的測試臺 12的立體圖。
在本發明的此實施方式中，風輪機齒輪箱6的另一實施方式通過其原 有懸架結構31剛性地連接至測試臺12的連接凸緣，在該實施方式中結構 31包括鐘形齒輪。齒輪箱6在此實施方式中是行星齒輪箱，其中輸入軸21 原則上由齒輪箱的行星架組成。在此實施方式中，機艙3的主軸承結合在 齒輪箱6中，由此在齒輪箱6測試中也得以測試。
在此實施方式中，連接齒輪箱6的輸出軸27和測試臺發電機30的輸入軸的聯結裝置被移除，由此露出齒輪箱6的輸出軸27,並且在此實施方 式中，齒輪箱6僅僅包括一根輸出軸27，但是在另一實施方式中，齒輪箱 6能夠包括兩根輸出軸27或甚至更多，例如用於連接至風輪機機艙3中的 兩個或多個獨立的發電機8。
圖8示出側視的、對風力發電機8進行測試的測試臺12的另一實施方式。
測試臺12構造成測試風力發電機8。由於發電機6製造成在與大多數 電動馬達15的額定轉速大致相同的轉速下最優地產生電力，所以該測試臺 12的驅動裝置13不包括齒輪箱16,使得測試臺馬達15的輸出軸通過測試 臺12的聯結器18和制動系統17而大致直接地耦聯至發電機8的輸入軸 21。
由於在沒有承載結構10——其能夠限定發電機在機搶內的朝向一一 的情況下對發電機8進行測試，從而測試臺12在此實施方式中設置有呈傾 斜裝置32形式的模擬裝置，從而能夠實現類似於風輪機的情形，其中發電 機能夠在角度A下測試——角度A對應於當發電機安裝在工作的風輪機1 中時相對於水平面的角度NA。
在此實施方式中，發電機8連接至將間接載荷施加至發電機8輸入軸 21的電網模擬裝置，其中，當連接至這些電網模擬裝置時，可以模擬發電 機產生電力、使得發電機8的轉子抵抗旋轉從而將載荷施加至輸入軸21 的不同情況。
在另一實施方式中，測試臺12還能夠設置有其它的載荷施加裝置 19一一諸如將基本上軸向的載荷施加至發電機8的輸入軸21的裝置。
上文結合測試臺12、風輪機設備22、載荷施加裝置19等的特定例子 對本發明進行了說明。但是，應該理解的是，本發明不限於上述的具體例 子，而是可以在權利要求書中所指定的發明範圍內以多種不同的方式設計 和變化。列表
1風輪機
2》沐
3機搶
4轉子
5葉片
6齒輪箱
7制動系統
8發電機
9逆變器
10承載結構
11鐘形齒輪
12測試臺
13驅動裝置
14傳動系
15電動馬達
16測試臺齒輪箱
17測試臺制動系統
18測試臺聯結器
19載荷施加裝置
20徑向載荷裝置
21輸入軸
22風輪機設備
23塔體連接凸緣
24軸適配器
25徑向載荷軸承
26徑向載荷線性致動器
2227 輸出軸
28 降噪裝置
29 空調裝置
30 測試臺發電機
31 懸架結構
32 傾斜裝置
A 設備的角度
NA 正常操作角
權利要求
1. 一種用於測試風輪機設備(22)的測試臺(12)，所述測試臺(12)包括一個或多個載荷施加裝置(19)，其將載荷直接和/或間接地施加至所述設備(22)，所述測試臺(12)的驅動裝置(13)，其用於至少在部分測試期間旋轉所述設備(22)的輸入軸(21)，以及模擬裝置，其用於建立類似於風輪機的狀態或條件。
2. 如權利要求l所述的測試臺(12)，其中所述設備(22)是諸如主軸承、齒輪箱(6)和發電機(8)的風輪機傳動系(14)部件，以及其中所述發電機(8)連接至公共電網或公共電網模擬裝置。
3. 如權利要求2所述的測試臺(12)，其中所述公共電網或公共電網模擬裝置是所述測試臺(12)的間接載荷施加裝置。
4. 如權利要求2或3所述的測試臺(12)，其中所述公共電網模擬裝置包括用於動態地調節電網電壓和電網頻率的裝置。
5. 如權利要求2至4中任一項所述的測試臺(12),其中所述公共電網模擬裝置包括轉換器。
6. 如權利要求2至5中任一項所述的測試臺(12)，其中所述公共電網模擬裝置包括用於測試所迷設備(22)是否符合各種公共電網法規的裝置。
7. 如前述權利要求中任一項所述的測試臺(12)，其中所述一個或多個載荷施加裝置(19)中的至少一個包括用於將軸向和/或徑向載荷施加至所述輸入軸(21)的裝置。
8. 如前述權利要求中任一項所述的測試臺(12)，其中所述一個或多個載荷施加裝置(19)包括兩個或多個用於將基本上徑向的載荷施加至所述輸入軸(21)的徑向載荷裝置(20 )，所述兩個或多個徑向載荷裝置(20 )軸向地隔開。
9. 如前述權利要求中任一項所述的測試臺(12),其中所述設備(22)的輸入軸(21)是風輪機齒輪箱(6 )的輸入軸(21)和/或風力發電機(8 )的輸入軸(21)。
10. 如前述權利要求中任一項所述的測試臺(12),其中所述驅動裝置(13)是包括齒輪箱(16)的電動馬達(15)。
11. 如前述權利要求中任一項所述的測試臺(12)，其中所述測試臺(12)是固定的。
12. 如前述權利要求中任一項所述的測試臺(12),其中所述模擬裝置包括用於對所述設備(22)的至少一部分周圍的諸如溫度、溼度和氣壓的一個或多個氣候參數進行充分控制的空調裝置(29 )。
13. 如權利要求12所述的測試臺(12)，其中所述空調裝置(29)是至少一個封閉所述設備(22)或封閉所述設備(22 )至少一部分的空調箱。
14. 如前述權利要求中任一項所述的測試臺(12)，其中所述模擬裝置包括用於至少在所述測試期間將所述設備(22)相對於水平面定位在限定角度(A)的裝置，所述限定角度(A)不同於0。。
15. 如權利要求14所述的測試臺(12)，其中所述限定角度(A)對應於所述設備(22)的正常操作角(NA),例如機艙(3)中傳動系(14)相對於塔體(2)的角度。
16. 如前述權利要求中任一項所述的測試臺(12)，其中所述測試臺(12)包括在所述測試期間對所述設備(22)和/或所述測試臺(12)進行監測的監測系統。
17. 如前述權利要求中任一項所述的測試臺(12)，其中所述一個或多個載荷施加裝置(19)包括用於對所述設備(22 )齒輪箱(6)的一個或多個輸出軸(27 )的旋轉運動提供抵抗的旋轉抵抗裝置。
18. 如前述權利要求中任一項所述的測試臺(12)，其中所述旋轉抵抗裝置包括所述測試臺(12)的測試臺發電機(8)。
19. 如前述權利要求中任一項所述的測試臺(12),其中所述測試臺(12)的測試臺發電機(8)連接至公共電網或公共電網模擬裝置。
20. 如前述權利要求中任一項所述的測試臺(12)，其中所述一個或多個載荷施加裝置(19)將載荷施加至所述i殳備的輸入軸(21)和/或輸出軸(27)。
21. 如前述權利要求中任一項所述的測試臺(12),其中所述模擬裝置包括用於通過其真實懸架結構(31)安裝風輪機部件(6、 7、 8、 9)的裝置。
22. —種用於測試風輪機設備(22)的方法，所述方法包括以下步驟將所述設備(22)定位在測試臺(12)中、測試臺(12)上、或測試 臺(12)處，通過所述測試臺(12)的驅動裝置(13)旋轉所述設備(22)的輸入 軸(21)，以及藉助於所述測試臺(12)的載荷施加裝置(19)將載荷直接和/或間接 地施加至所述設備(22 )。
23. 如權利要求22所述的方法，其中通過將所述設備(22)的發電機 (8 )連接至公共電網或公共電網模擬裝置而將載荷施加至所述設備(22 )。
24. 如權利要求23所述的方法，其中能夠在所述測試期間動態地調節 所述公共電網模擬裝置的電網電壓和電網頻率。
25. 如權利要求22至24中任一項所述的方法，其中在測試期間將軸 向和/或徑向載荷(26)施加至所述i殳備(22)的輸入軸(21)。
26. 如權利要求22至25中任一項所述的方法，其中在測試期間對所 述設備(22)的至少一部分周圍的諸如溫度、溼度和氣壓的一個或多個氣 候參數進行控制。
27. 如權利要求22至26中任一項所述的方法，其中至少在所述測試 期間將所述設備(22)相對於水平面定位在限定角度(A),所述限定角 度(A)不同於0。。
28. 如權利要求27所述的方法，其中在所述測試期間所述角度(A) 是固定的或動態可調的。
29. 如權利要求27或28所述的方法，其中所述角度(A)設置為基本上對應於所述設備(22)的正常操作角(NA),例如機艙(3)中傳動系 (14)相對於塔體(2)的角度。
30. 如權利要求22至29中任一項所述的方法，其中在測試期間所述 設備(22)和/或所述測試臺(12)由監測系統監測。
31. 如權利要求22至30中任一項所述的方法，其中所述方法進一步 包括下述步驟抵抗所述設備(22)的齒輪箱(6)的一個或多個輸出軸(27)的旋轉 運動。
32. 如權利要求22至31中任一項所述的方法，其中所述測試還對所 述設備(22)的懸架結構(31)和/或一個或多個風輪機部件(6、 7、 8、 9) 與所述懸架結構(31)之間的相互作用進行測試。
33. 如權利要求22至32中任一項所述的方法，其中所述方法進一步 包括下述步驟藉助於模擬裝置建立類似於風輪機的狀態或條件。
全文摘要
本發明涉及一種用於測試風輪機設備(22)的測試臺(12)。所述測試臺(12)包括一個或多個載荷施加裝置(19)，其將載荷直接地或間接地施加至所述設備(22)；所述測試臺(12)的驅動裝置(13)，其用於至少在部分測試期間旋轉所述設備(22)的輸入軸(21)；以及模擬裝置，其用於建立類似於風輪機的狀態或條件。本發明還涉及一種用於測試風輪機設備(22)的方法。所述方法包括以下步驟將所述設備(22)定位在測試臺(12)中、測試臺(12)上、或測試臺(12)處；通過所述測試臺(12)的驅動裝置(13)旋轉所述設備(22)的輸入軸(21)，以及藉助於所述測試臺(12)的載荷施加裝置(19)將載荷直接和/或間接地施加至所述設備(22)。
文檔編號F03D9/00GK101484695SQ200780025318
公開日2009年7月15日 申請日期2007年7月3日 優先權日2006年7月3日
發明者J·B·詹森 申請人:維斯塔斯風力系統有限公司