CN101526407B

CN101526407B - 一种风力发电机变桨轴承摩擦力矩的测试方法与装置及其用途

Info

Publication number: CN101526407B
Application number: CN2009100430102A
Authority: CN
Inventors: 李秀珍; 王靛; 宋建秀; 晏红文; 郭知彼
Original assignee: CSR Zhuzou Institute Co Ltd
Current assignee: Hunan Huadian Chenzhou Wind Power Co ltd; CRRC Zhuzhou Institute Co Ltd
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2029-04-01
Also published as: CN101526407A

Abstract

一种风力发电机变桨轴承摩擦力矩的测试方法与装置及其用途，在地面上设置一模拟试验装置，通过在地面的试验测量变桨轴承摩擦力矩；所述的地面试验是对桨叶轴承安装悬臂梁装置，并在悬臂梁末端进行加载，来模拟实际风机运行中的载荷；并在负载情况下，通过启动变桨系统并利用变桨驱动的测试设备，来实现对带载荷的变桨轴承摩擦力矩的测量；风力发电机变桨轴承摩擦力矩模拟试验装置包括一个固定工装，固定工装安装在试验台上，固定工装上安装有装有待试验变桨轴承的轮毂组装系统，待试验变桨轴承通过螺栓与一用于试验的悬臂梁连接，在悬臂梁的末端悬挂有加载装置，加载装置下挂有用于调整加载重量的配重。

Description

一种风力发电机变桨轴承摩擦力矩的测试方法与装置及其用途

技术领域

本发明为一种风机部件的测试方法与装置及其用途，尤其是指一种兆瓦级变桨距风力发电机组变桨轴承摩擦力矩的测试方法和装置及其用途，主要用于在地面实验室模拟风力发电机组实际运行中变桨轴承所承受的各种载荷下，检测风力发电机组变桨轴承的摩擦力矩。还可以用来进行轮毂的极限强度和疲劳试验、变桨轴承的极限强度和疲劳试验。

技术背景

对于风力发电机变桨系统来说，精确的测量变桨轴承的摩擦力矩，对于变桨系统的型式试验、变桨驱动力矩的确定、变桨系统的校核等有极其重要的意义。变桨轴承的摩擦力矩在空载荷和承受载荷的情况下是不同的，目前国内变桨轴承主要厂家并没有精确考虑载荷对变桨轴承摩擦力矩的影响，只是简单的将由载荷引起的摩擦力矩以5％-10％左右的系数形式来考虑。对于大型变桨距风力发电机组来说，由于其实际运行过程中变桨轴承所承受的载荷相对较大(10⁶Nm数量级)，变桨轴承所承受的载荷对其摩擦力矩的影响相对较大，因此模拟变桨轴承实际运行中的载荷，开展变桨轴承的摩擦力矩与载荷关系的测量研究十分必要。

变桨轴承的摩擦力矩通常是随载荷的增加而增加的，对于好的风力发电变桨轴承来说，不仅需要在空载情况下变桨轴承的摩擦力矩较小，更重要的是希望在带载荷情况下，摩擦力矩受载荷的影响较小，变化较平稳。影响变桨轴承摩擦力矩随载荷变化关系的主要因素包括轴承的型式、材料、加工工艺以及加工精度等。风机在实际运行过程中，变桨轴承主要承受的载荷包括：轴向力、径向力和倾覆力矩，其中大多数情况下，倾覆力矩最大，对变桨轴承摩擦力矩影响最大的也是倾覆力矩，几乎占到整个摩擦力矩的80％以上。

发明内容

本发明旨在针对现有变桨轴承的摩擦力矩检测所存在的不足，提供一种精确的测量变桨轴承的摩擦力矩的方法，该方法可以模拟实际变桨轴承所承受的载荷，以测量变桨轴承摩擦力矩。

本发明的另一目的在于提供一种实现本发明方法的模拟试验装置。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：一种精确的测量变桨轴承的摩擦力矩的方法，在地面上设置一模拟试验装置，通过在地面的试验测量变桨轴承摩擦力矩；所述的地面试验是对桨叶轴承安装悬臂梁装置，并在悬臂梁末端进行加载，来模拟实际风机运行中的载荷；并在负载情况下，通过启动变桨系统并利用变桨驱动的测试设备，来实现对带载荷的变桨轴承摩擦力矩的测量；实际试验过程可分三步进行。

第一步为空载情况下，即在轴承不带任何载荷的情况下，测量轴承启动摩擦力矩，这可以验证所采购的轴承是否满足技术规范的要求。

第二步为带悬臂梁加载的情况下，即将悬臂梁与变桨轴承通过螺栓连接到一起，并在悬臂梁末端进行加载，来模拟实际风力发电机运行过程中的气动载荷，通过依次加载(即通过施加不同的配重)，启动变桨系统，并读出该载荷下变桨轴承的驱动力矩。

第三步为通过对测量的数据进行分析，获得所试验的风机变桨轴承的摩擦力矩，以及摩擦力矩随载荷变化的关系。

根据上述方法所提出的风力发电机变桨轴承摩擦力矩模拟试验装置是，一种风力发电机变桨轴承摩擦力矩模拟试验装置，包括一个固定工装，固定工装安装在试验台上，固定工装上安装有装有待试验变桨轴承的轮毂组装系统，待试验变桨轴承通过螺栓与一用于试验的悬臂梁连接，在悬臂梁的末端悬挂有加载装置，加载装置下挂有用于调整加载重量的配重。

本发明主要用来精确的测量变桨轴承的摩擦力矩，但也可以用来进行轮毂的极限强度和疲劳试验、变桨轴承的极限强度和疲劳试验。

本发明的优点在于：1)能够在地面试验室模拟风力发电机组实际运行时变桨轴承所承受的载荷，这样能够保证变桨轴承的状态更接近实际风机运行时的状态，从而保证试验得到的变桨轴承摩擦力矩数据更准确，结果更合理；2)由于实际风电机组运行中所承受的载荷较大(几千千牛米)，很难在地面实验中加这么大的载荷，利用本发明介绍的方法则可以模拟该载荷。3)试验数据通过数据线传送给电脑，输出准确，读数接近实际。

利用该方法和设备可以在地面试验室模拟风力发电机组实际运行中变桨轴承所承受的各种载荷，更准确的测量实际风电机组运行中变桨轴承的摩擦力矩，从而为风力发电机组变桨轴承的型式验证、变桨驱动的确定以及变桨系统的可靠性分析等提供更好的技术支持。

附图说明

图1为本发明的机械结构示意总图；

图2为本发明的机械结构示意总图；

图3为本发明的加载装置结构示意图；

图4为本发明的配重结构示意图。

图中：1、轮毂组装系统；2、固定工装；3、悬臂梁；4、加载装置；5、配重；6、变桨轴承；7、前法兰；8、圆筒；9、吊耳；10、后法兰；11、轴；12、起吊板；13、深沟球轴承；14、外圈卡环；15、内六角圆柱头螺钉；16、平垫圈；17、圆柱销；18、圆锥销；19、底座。

具体实施方式

附图给出了本发明的一种示意图，下面将结合附图对本发明作进一步的描述。

通过附图1可以看出本发明为一种测试装置，主要包括轮毂组装系统1、固定工装2、悬臂梁3、加载装置4、配重5和变桨轴承6等。该测试装置为在地面精确的测量变桨轴承6的摩擦力矩的模拟试验装置，它通过在的地面试验测量变桨轴承6摩擦力矩；该测试装置测量变桨轴承的摩擦力矩的过程是：将安装有变桨轴承6的轮毂组装系统1安装固定在固定工装2上，再在变桨轴承6处安装模拟悬臂梁3，并在悬臂梁3末端连接一施力的加载装置4，加载装置4下连接有配重5；通过加载装置4对悬臂梁3进行加载，并通过配重5来改变加载的重量，以此来模拟实际风机运行中的载荷；并在负载情况下，通过启动变桨系统并利用变桨驱动的测试设备，来实现对带载荷的变桨轴承摩擦力矩的测量；实际试验过程可分三步进行。

第一步为空载情况下，即在变桨轴承6不带任何载荷的情况下(不带悬臂梁3)，测量桨叶轴承启动摩擦力矩，这可以验证所采购的桨叶轴承是否满足技术规范的要求。

第二步为带悬臂梁3加载的情况下，即将悬臂梁3与变桨轴承6通过螺栓连接到一起，并在悬臂梁3末端进行加载，所加载的重量通过配重5进行调整，以此来模拟实际风力发电机运行过程中的气动载荷，通过依次加载(即通过施加不同的配重)，启动变桨系统，并读出该载荷下变桨轴承6的驱动力矩。

第三步为通过对测量的数据进行分析，获得所试验的风机变桨轴承6的摩擦力矩，以及摩擦力矩随载荷变化的关系。

附图2为悬臂梁3的具体结构，通过附图可以看出，所述的悬臂梁3为前端与变桨轴承相配的形状，主要包括前法兰7、圆筒8、吊耳9、后法兰10及轴11。圆筒8是一个直径为1.6米，壁厚为8毫米的圆筒，长度10米左右，如果试验空间允许，可以增加到15米或更长，这样加载会更大，圆筒8前端焊接一个法兰，法兰用于与变桨轴承进行连接，试验时前法兰与变桨轴承通过M30的螺栓相连接；在圆筒8上设有吊耳9，主要是为吊装方便；悬臂梁3的后端焊接一个法兰10和一个轴11，轴11与加载装置的深沟球轴承装配在一起。

附图3可以看出加载装置4的具体结构，主要包括起吊板12、深沟球轴承13、外圈卡环14、内六角圆柱头螺钉15、平垫圈16、圆柱销17、圆锥销18、底座19。加载装置4上半部与悬臂梁3之间通过一个深沟球轴承13连接；加载装置4下半部是由一个圆杆和一个底板焊接而成，深沟球轴承13外圈与起吊板12内孔配合，内圈与悬臂梁3的轴11通过过渡配合连接起来；外圈卡环14通过内六角圆柱头螺钉15、平垫圈16与起吊板12连接在一起，主要起密封作用。底座19与起吊板12通过圆柱销17和圆锥销18连结固定。

附图4为配重5的结构示意图，配重5为不同重量的开口圆形块，可将其很方便的挂在加载装置底座上。

在进行实验时首先将固定工装2固定到试验台面上，然后将组装好的轮毂组装系统1通过螺栓固定到固定工装2上，接好服务盒和电脑的数据线，旋转变桨系统，即可测试空载时变桨轴承的摩擦力矩，旋转速度可在电脑程序中修改，旋转方向和位置由服务盒控制。可以多转动几次找一个平均值。

将悬臂梁3和变桨轴承6用螺栓连接起来，接上数据线，旋转变桨系统，即可测试带有此种负载时轴承的摩擦力矩。

将加载装置4通过一个深沟球轴承和悬臂梁3连接起来，这样深沟球轴承与悬臂梁3旋转时，轴承内圈旋转，外圈不动。然后将不同的配重5加到加载装置4上，一种重量即可测出一组数据，这样可以测出很多组摩擦力矩与负载之间的关系。通过软件不仅可以读出驱动力矩，还可以读出不同位置时变桨驱动电机的功率和温升。

本发明其他用途与实现方式

本发明除了完成上述测量变桨轴承摩擦力矩以外，还可以用来进行轮毂的极限强度和疲劳试验、变桨轴承的极限强度和疲劳试验。

具体实现方法都是按照上述加载方法对轴承进行逐步加载。

在悬臂梁末端的加载装置上逐步加载，加到实际运行时变桨轴承所承受的极限载荷，观察轮毂与变桨轴承状态，并旋转变桨轴承，观察其运行是否正常，即可完成轮毂与变桨轴承的强度试验；

同样在悬臂梁末端的加载装置上施加到规定的载荷，使变桨轴承处于旋转状态，保持一定的时间，观察轮毂与变桨轴承是否正常，即可完成轮毂与变桨轴承的疲劳试验。

Claims

1.一种风力发电机变桨轴承摩擦力矩的测试方法，在地面上设置一模拟试验装置，通过在地面的试验测量变桨轴承摩擦力矩；即将安装有变桨轴承的轮毂组装系统安装固定在固定工装上，再在变桨轴承处安装模拟悬臂梁，并在悬臂梁末端连接一施力的加载装置，加载装置下连接有配重；通过加载装置对悬臂梁进行加载，并通过配重来改变加载的重量，以此来模拟实际风机运行中的载荷；并在负载情况下，通过启动变桨系统并利用变桨驱动的测试设备，来实现对带载荷的变桨轴承摩擦力矩的测量；所述的地面试验分三步进行：

第一步为空载情况下，即在轴承不带任何载荷的情况下，测量轴承启动摩擦力矩，这可以验证所采购的轴承是否满足技术规范的要求；

第二步为带悬臂梁加载的情况下，即将悬臂梁与变桨轴承通过螺栓连接到一起，并在悬臂梁末端进行加载，来模拟实际风力发电机运行过程中的气动载荷，通过依次加载，即通过施加不同的配重，启动变桨系统，并读出该载荷下变桨轴承的驱动力矩；

第三步为通过对测量的数据进行分析，获得所试验的风机变桨轴承的摩擦力矩，以及摩擦力矩随载荷变化的关系；

其特征在于：所述的悬臂梁为前端与变桨轴承相配的形状，包括前法兰、圆筒、吊耳、后法兰及轴；圆筒前端焊接一个前法兰，试验时前法兰与变桨轴承通过螺栓相连接；在圆筒上设有吊耳；悬臂梁的后端焊接一个后法兰和一个轴，轴与加载装置的深沟球轴承装配在一起；所述的加载装置包括起吊板、深沟球轴承、外圈卡环、内六角圆柱头螺钉、平垫圈、圆柱销、圆锥销、底座；加载装置上半部与悬臂梁之间通过一个深沟球轴承连接；加载装置下半部是由一个圆杆和一个底板焊接而成，深沟球轴承外圈与起吊板内孔配合，内圈与悬臂梁的轴通过过渡配合连接起来；外圈卡环通过内六角圆柱头螺钉、平垫圈与起吊板连接在一起；底座与起吊板通过圆柱销和圆锥销连结固定。

2.一种风力发电机变桨轴承摩擦力矩模拟试验装置，其特征在于：包括一个固定工装，固定工装安装在试验台上，固定工装上安装有装有待试验变桨轴承的轮毂组装系统，在变桨轴承处安装模拟悬臂梁，并在悬臂梁末端连接一施力的加载装置，加载装置下连接有配重；通过加载装置对悬臂梁进行加载，并通过配重来改变加载的重量；其特征在于：所述的悬臂梁为前端与变桨轴承相配的形状，包括前法兰、圆筒、吊耳、后法兰及轴；圆筒前端焊接一个前法兰，试验时前法兰与变桨轴承通过螺栓相连接；在圆筒上设有吊耳；悬臂梁的后端焊接一个后法兰和一个轴，轴与加载装置的深沟球轴承装配在一起；所述的加载装置包括起吊板、深沟球轴承、外圈卡环、内六角圆柱头螺钉、平垫圈、圆柱销、圆锥销、底座；加载装置上半部与悬臂梁之间通过一个深沟球轴承连接；加载装置下半部是由一个圆杆和一个底板焊接而成，深沟球轴承外圈与起吊板内孔配合，内圈与悬臂梁的轴通过过渡配合连接起来；外圈卡环通过内六角圆柱头螺钉、平垫圈与起吊板连接在一起；底座与起吊板通过圆柱销和圆锥销连结固定。

3.如权利要求2所述的风力发电机变桨轴承摩擦力矩模拟试验装置，其特征在于：所述的配重为不同重量的开口圆形块，可将其很方便的挂在加载装置底座上。

4.一种如权利要求2所述风力发电机变桨轴承摩擦力矩模拟试验装置的用途，其特征在于：所述的模拟试验装置用于测量变桨轴承摩擦力矩。

5.一种如权利要求2所述风力发电机变桨轴承摩擦力矩模拟试验装置的用途，其特征在于：所述的模拟试验装置用于进行轮毂的极限强度和疲劳试验或变桨轴承的极限强度和疲劳试验。