CN101726377B - 风力发电机联轴器试验台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力发电机联轴器的试验台及方法，试验台包括底座，该底座上布置有一对用于安装联轴器的左、右支座，所述左支座是一个轴承座，座内有一根扭矩输入轴，该轴的一端有法兰，用于与联轴器的输入节对接；所述右支座由扭矩传感器和托板组成，托板布置在底座上，扭矩传感器固定在托板上，扭矩传感器与联轴器的输出段对接，右支座配有轴向、径向和角位移调整结构；一个布置在底座上的驱动装置，联接左支座的扭矩输入轴，驱动该轴转动；扭矩输入轴上装有角度传感器，用于测量该轴的角位移量；一个显示器，用于显示试验的设定参数和测量参数。它可对风电联轴器进行打滑力矩标定和最大负荷试验。

Description

风力发电机联轴器试验台及试验方法

技术领域

本发明涉及风力发电机联轴器，具体涉及对该联轴器的扭矩进行标定检测的试验台及试验方法。

背景技术

风力发电机螺旋桨的转速较低，需用齿轮变速箱增速后再与发电机联接，齿轮箱输出轴与发电机主轴用联轴器联接。联轴器具有一个扭矩输入节和一个扭矩输出节，在输入节和输出节之间有一个力矩限制器。因为风速是变化的，螺旋桨的输入功率也随之变化，而发电机的容量是确定的，因此，该联轴器采用摩擦滑差联轴器。当螺旋桨的输入功率大于电机的额定功率时，联轴器打滑，将多余能量变成摩擦能消耗掉，从而有效防止了机械损坏和停机损失。另外，由于风力发电机的轴系相对于塔架是悬臂结构，且要随风向不断摆动，使螺旋桨迎风，当联轴器工作时，联轴器的输入节和输出节将发生相对位移，使风机的工作状况变得恶劣。

为保证联轴器在出厂前的各项指标符合要求，联轴器装配时，要进行调试，内容包括：标定打滑力矩，使输入功率满足电机的额定功率；最大负荷试验，以检验风机在联轴器两端发生相对位移的情况下的载荷能力。

但是，目前我国尚没有以上内容的试验装置。国外虽有该类试验装置，但其技术对外保密，其试验方法和装置结构不得而知。

发明内容

本发明目的在于提供一种对风力发电机联轴器的扭矩进行标定检测的试验台和试验方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种风力发电机联轴器试验台，所述联轴器是摩擦滑差联轴器，具有一个扭矩输入节和一个扭矩输出节，其扭矩输入节和扭矩输出节之间有一个力矩限制器；所述试验台包括底座，该底座上布置有一对用于安装联轴器的左、右支座，所述左支座是一个轴承座，座内有一根扭矩输入轴，该轴的一端有法兰，用于与联轴器的输入节对接；所述右支座由扭矩传感器和托板组成，托板布置在底座上，扭矩传感器固定在托板上，扭矩传感器与联轴器的输出节对接；一个布置在底座上的驱动装置，联接左支座的扭矩输入轴，驱动该轴转动；一个显示器，用于显示试验的设定参数和测量参数。

所述托板与底座活动配合，底座上设有托板的位置调整机构，该机构包括：一套轴向布置的螺杆调节器，用于驱动托板轴向移动，使联轴器产生轴向压缩或拉伸，以此模拟联轴器工作时输入节、输出节的轴向相对位移；一套径向布置的螺杆调节器，用于驱动托板径向移动，使联轴器的输入节、输出节产生平行错位，以此模拟联轴器工作时输入节、输出节的径向相对位移；一组倾角不同楔形垫块，其中一块垫在底座与托板之间，使托板轴向倾斜，形成左、右支座的相对角位移，通过选用不同角度的楔形垫块，调整该角位移量，以此模拟联轴器工作时输入节、输出节的相对角位移。

所述联轴器工作时输入节、输出节的轴向相对位移量≤4mm，径向相对位移量≤12mm，相对角位移量≤0.2°；所述轴向螺杆调节器的行程＞4mm，径向螺杆调节器的行程＞12mm。

所述驱动装置是液压缸，该液压缸相对于扭矩输入轴垂直布置，它的缸体铰接在底座上，它的活塞杆通过摆动块与扭矩输入轴联接，摆动块的一端固接扭矩输入轴、另一端铰接活塞杆；通过活塞杆的伸缩运动，带动摆动块摆动，进而带动扭矩输入轴转动，向联轴器传递扭矩。

一种风力发电机联轴器的试验方法，包括打滑力矩标定、最大负荷试验、扭转角位移测试。

所述打滑力矩标定的具体步骤是：

①.准备步骤：

-在右支座下垫等高垫块，并调整轴向螺杆调节器和径向螺杆调节器，使左、右支座同心；

-将联轴器安装在试验台的左、右支座上，安装时，卸掉联轴器力矩限制器的弹簧膜片，使力矩限制器与右支座成刚性连接。

②.试验步骤：

A.把紧力矩限制器上的紧固螺钉，使各个螺钉的压紧力一致；

B.在力矩限制器的锥套、摩擦法兰结合部周面上画一条轴向刻度线；

C.点动液压缸的启动按钮，待液压缸的油压升至满足打滑扭矩标定值所需的压力值时，停止点动，锁紧液压系统的溢流阀，保持系统油压稳定在该值，再次点动启动按钮，活塞杆伸出，向联轴器输入扭矩；

D.观察力矩限制器锥套、摩擦法兰结合部周面上的刻度线是否错位，若错位，表明力矩限制器发生打滑，则中止试验，增大紧固螺钉的压紧力，重复步骤A至C，如此反复，直到不打滑为止，此时，扭矩传感器检测到的扭矩值即为打滑扭矩标定值；若不错位，表明力矩限制器没有打滑，则中止试验，减小紧固螺钉的压紧力，重复步骤A至C，如此反复，直到力矩限制器打滑为止，此时，扭矩传感器检测到的扭矩值即为打滑扭矩标定值。

所述最大负荷试验的具体步骤是：

A.将联轴器整体安装在试验台上，将0.2°的楔形垫块13垫在底座与托板之间，使右支座发生轴向倾斜；再调整径向调整螺栓，使右支座沿联轴器径向移动12mm；调整轴向调整螺栓，使右支座沿联轴器轴向移动4mm，然后把紧支座锁紧螺钉；

B.将力矩限制器上的紧固螺钉的压紧力增大，使其大于打滑力矩标定试验中紧固螺钉的压紧力，把紧力矩限制器上的锁紧螺钉；

C.点动液压缸的启动按钮，待扭矩传感器输出数据达到所要求的最大负荷时，锁紧液压系统的溢流阀，保持系统油压稳定在该值＞10分钟，观察联轴器是否损坏，若无损坏，则表明联轴器满足最大负荷试验要求。

本发明的技术效果：

本试验台的结构合理、操作简便，测量精度高，获得的试验数据真实可靠，为风力发电机联轴器制造提供了必要装备，实现了风力发电机组完全国产化。

附图说明

图1为本试验台主视图；

图2为本试验台左视图；

图3为本试验台俯视图视图；

图4为本试验台液压系统的结构、原理图。

图中代号含义：1-摆动块，2-左支座，3-扭矩输入轴，4-弹簧膜片，5-联轴器，6-输入节，7-输出节，8-力矩限制器，9-紧固螺钉，10-扭矩传感器，11-右支座，12-托板，13-垫块，14-T型落地工作台，15-活塞杆，16-液压缸，17-油管，18-油管，19-油箱，20-轴向调节螺杆，21-径向调节螺杆，22-压力传感器，23-电磁换向阀，24-溢流阀。

具体实施方式

本风力发电机联轴器是摩擦滑差联轴器，具有一个扭矩输入节和一个扭矩输出节，其扭矩输入节和扭矩输出节之间有一个力矩限制器。本发明是该联轴器的一种扭矩标定检测试验台，试验台包括底座，底座是一个T型落地工作台，T型落地工作台上水平布置有驱动装置、传动装置及测试系统。

测试系统包括扭矩传感器、压力传感器和控制柜，控制柜上具有PLC控制器和文本显示器，PLC控制器向液压系统发出信号，同时接收扭矩传感器和压力传感器传来的信号，再将传感器测得的数据可在文本显示器上精确显示。

如图1、图2、图3所示：传动装置包括T型落地工作台14，T型落地工作台14上布置有一对用于安装联轴器5的左支座2和右支座11，所述左支座2是一个轴承座，座内有一根扭矩输入轴3，该轴的一端有法兰，用于与联轴器5的输入节6对接；所述右支座11包括扭矩传感器10和托板12，托板12布置在T型落地工作台14上，扭矩传感器10固定在托板12上，扭矩传感器10与联轴器5的输出节7对接；一个布置在T型落地工作台14上的驱动装置，联接左支座2的扭矩输入轴3，驱动该轴转动；一个显示器，用于显示试验的测量参数。

托板12与T型落地工作台14活动配合，T型落地工作台14上设有托板12的位置调整机构。由于，联轴器5的输入节6和输出节7的相对位移，可以分解成为：轴向相对位移、 径向相对位移和相对角位移。所谓轴向相对位移指的是输入节6与输出节7在轴向上的相向或反向位移，径向相对位移指的是输入节6与输出节7的平行位移，相对角位移指的是输入节6与输出节7中心线相对倾斜。因此，该位置调整机构设计成：一套轴向布置的轴向调节螺杆20，用于驱动托板12轴向移动，模拟联轴器5工作时输入节6、输出节7的轴向相对位移；一套径向布置的径向调节螺杆21，用于驱动托板12径向移动，使联轴器5的输入节6、输出节7产生平行错位，以此模拟联轴器5工作时输入节6、输出节7的径向相对位移；一组倾角不同的垫块13，其中一块垫在T型落地工作台14与托板12之间，使托板12轴向倾斜，形成左支座2、右支座11的相对角位移，通过选用不同角度的垫块13，调整该角位移量，以此模拟联轴器5工作时输入节6、输出节7的相对角位移。

如图2、图4所示：驱动装置是液压缸16，该液压缸16相对于扭矩输入轴3垂直布置，它的缸体铰接在T型落地工作台14上，它的活塞杆15通过摆动块1与扭矩输入轴3联接，摆动块1的一端固接扭矩输入轴3，另一端铰接活塞杆15；通过活塞杆15的伸缩运动，带动摆动块1摆动，进而带动扭矩输入轴3转动，向联轴器5传递扭矩。

液压系统的油箱19里装有抗磨液压油，油温不大于40℃。在液压泵站的控制下，油箱19通过油管17向液压缸16供油，通过油管18回油至油箱19，压力传感器22安装在液压泵站的油路上。液压泵站具有油温检测、可视油位等功能液。压泵站的电子线路上设置有溢流阀24和电磁换向阀23。通过调节溢流阀24，可以改变液压缸的工作油压，从而使液压缸输出相应推力。通过调节电磁换向阀23，可以实现液压缸进行往复运动，对联轴器5进行疲劳扭转试验。液压泵站的油路上设置有管路过滤器、回油过滤器、吸油过滤器和空气滤清器，以保证油质的清洁度。液压系统外安置有金属隔离墙，以隔离液压系统，确保操作人员距离液压系统2m以上，防止高压液压油射出伤人。

本发明对风电联轴器5的扭矩进行标定检测的试验过程为：

首先，检查液压系统是否正常，仪器、仪表是否安装正确，动力电源是否满足试验要求，油温是否正常。将溢流阀24和调速阀开关开启到最大，检查油管路各接头是否旋紧到位。

其次，将联轴器5的输入节6安装在左支座2上，与旋转主轴固定连接，另一端通过适当地调节轴向调节螺杆20、径向调节螺杆21，移动右支座11，将联轴器5的输出节7安装在右支座11上。调整联轴器5的安装直线度和角位移。安装直线度通过检测棒和等高 垫块来检测。当调整符合试验要求后，再将右支座11通过螺栓固定锁死在T型落地工作台14上。

安装完成后，通过PCL控制器给出一定的压力指令，发送至液压系统。液压系统开始启动，将液压油通过油管17送入液压缸，从而推动活塞杆15，同时，使液压缸另一侧的液压油通过油管18回到油箱19。从而使活塞杆15向前移动，活塞杆15推动连接杆使其通过左支座2中的滚动轴承而使联轴器5发生扭转。右支座11上的扭矩传感器10测得扭矩信号，两者将扭转角度信号和扭矩信号传递给PCL控制器，从而很快得出扭转角度值和扭矩值，并在文本显示器上显示出来。

再调节溢流阀24，使扭矩值标定在设定值，当确定扭矩值合格后可通过电磁换向阀23，将液压缸中送油和回油的路线改变，即油液压油通过油管17回入油箱19，通过油管18进入油箱19，利用反作用力将活塞杆15退回，使联轴器5恢复原状。通过反复操作控制柜上的伸，缩按钮，使电磁换向阀23不断的改变方向，将使活塞杆15前进，后退。从而使连接板往复摆动，从而实现联轴器5的扭转疲劳试验。

压力传感器22测得液压系统的压力，传递给PCL控制器，从而将液压系统的压力在文本显示器上显示出来。

现以1.5MW风电机组为例，说明风力发电机联轴器试验台的试验方法，待测试的联轴器5的打滑力矩设计值为20.8kNm±20％，允许联轴器5的输入节6和输出轴相对位移的轴向相对位移分量≤4mm，径向相对位移分量≤12mm，相对角位移量≤0.2°。

例一：打滑力矩测试

打滑力矩标定的具体步骤是：

1.准备步骤：

-在右支座11下垫等高的垫块13，并调整轴向调节螺杆20和径向调节螺杆2，使左支座2、右支座11同心；

-将联轴器5安装在试验台的左支座2、右支座11上，安装时，卸掉联轴器5力矩限制器8一端的弹簧膜片4，使联轴器5的输出节7与力矩限制器8成刚性连接。

2.试验步骤：

A.将力矩扳手的拧紧力矩设定为140Nm，把紧力矩限制器8上的紧固螺钉9，使各个紧固螺钉9的压紧力一致；

B.在力矩限制器8的锥套、摩擦法兰结合部周面上画一条轴向刻度线；

C.点动液压缸16的启动按钮，待扭矩传感器10检测到的扭矩值达到打滑扭矩标定值20.8kNm时，停止点动，锁紧液压系统的溢流阀24，保持系统油压稳定在该扭矩值所对应的油压值。在本例中，该油压值为4.6Mpa，扭矩值与系统油压的换算关系式如下：

液压油的压力P＝F/(π×D²/4)

式中：F为液压缸16的推力；

D为液压缸16的内径。

液压缸16的推力F＝μ·M/R

式中：μ为考虑系统各部件间的摩擦力等产生的附加力而引入的系数；

M为打滑力矩；

R为液压缸16推力F的回转半径。

本实施例中，如需产生20.8kNm的力矩，μ＝1.1，R＝0.323m，D＝140mm，液压缸16需要的得到液压油的压力计算如下：

液压缸16的推力F＝1.1×20800÷0.323＝70838.9N

液压油的压力P＝70838.9/(π×140²/4)＝4.6Mpa

D.再次点动启动按钮，活塞杆15伸出，向联轴器5输入扭矩，观察联轴器5有无较大振动，联轴器5与右支架的刻线有无错位，如果扭矩传感器10检测到的扭矩值还未达到打滑扭矩标定值20.8kNm，就明显感觉联轴器5有振动，并伴有“嘣”的一声，同时联轴器5与右支架的刻线错位。说明力矩限制器8发生打滑，则停止试验，将力矩扳手的拧紧力矩设定为145Nm，重新把紧力矩限制器8上的10颗紧固螺钉9，重复步骤A至C，如此反复，力矩扳手的拧紧力矩递增，直到力矩限制器8不打滑为止，此时，扭矩传感器1010检测到的扭矩值即为打滑扭矩标定值。若扭矩传感器10检测到的扭矩值达到打滑扭矩标定值20.8kNm，刻线不错位，表明力矩限制器8没有打滑，则中止试验，减小力矩扳手的拧紧力矩值，重复步骤A至C，如此反复，力矩扳手的拧紧力矩递减，直到力矩限制 器8打滑为止，此时，扭矩传感器10检测到的扭矩值即为打滑扭矩标定值，并通过文本显示器显示出来。

例二：最大负荷测试

最大负荷试验的具体步骤是：

A.将联轴器5整体安装在试验台上，将0.2°的楔形垫块13垫在T型落地工作台14与托板12之间，使右支座11发生轴向倾斜；再调整径向调整螺栓，使右支座11沿联轴器5径向移动12mm；调整轴向调整螺栓，使右支座11沿联轴器5轴向移动4mm，然后将右支座11锁紧在T型落地工作台上14；

B.将扳手拧紧力矩在打滑力矩的基础上再增加20Nm，把紧力矩限制器8上的紧固螺钉9；

C.点动液压缸16的启动按钮，待扭矩传感器10输出数据达到所要求的最大负荷时，锁紧液压系统的溢流阀24，保持系统油压稳定在该值＞10分钟，观察联轴器5是否损坏，若无损坏，则表明联轴器5满足最大负荷试验要求。

在上述实验中使用的力矩扳手是一种具有特殊功能的扳手，该扳手对紧固螺钉9的拧紧力矩可以预设。因此，可以保证各个紧固螺钉9的压紧力一致，而且，该压紧力是一个确定的值。

注意事项：

试验过程中应注意，每次力矩扳手的拧紧力矩设定以5Nm递减或递增。

在测试过程中，如出现任何异常情况，应立刻停止试验，分析原因，找出原因后或经设计人员认可，方能继续进行试验。试验过程中，应随时注意液压缸16活塞杆15的伸出长度，不能超出液压缸16的行程极限。

Claims (5)

1.一种风力发电机联轴器试验台，所述联轴器是摩擦滑差联轴器，具有一个扭矩输入节和一个扭矩输出节，其扭矩输入节和扭矩输出节之间有一个力矩限制器；所述试验台包括底座，该底座上布置有一对用于安装联轴器的左、右支座，所述左支座是一个轴承座，座内有一根扭矩输入轴，该轴的一端有法兰，用于与联轴器的输入节对接；所述右支座由扭矩传感器和托板组成，托板布置在底座上，扭矩传感器固定在托板上，扭矩传感器与联轴器的输出节对接；一个布置在底座上的驱动装置，联接左支座的扭矩输入轴，驱动该轴转动；一个显示器，用于显示试验的设定参数和测量参数。

2.根据权利要求1所述的风力发电机联轴器试验台，其特征在于，所述托板与底座活动配合，底座上设有托板的位置调整机构，该机构包括：一套轴向布置的螺杆调节器，用于驱动托板轴向移动，使联轴器产生轴向压缩或拉伸，以此模拟联轴器工作时输入节、输出节的轴向相对位移；一套径向布置的螺杆调节器，用于驱动托板径向移动，使联轴器的输入节、输出节产生平行错位，以此模拟联轴器工作时输入节、输出节的径向相对位移；一组倾角不同楔形垫块，其中一块垫在底座与托板之间，使托板轴向倾斜，形成左、右支座的相对角位移，通过选用不同角度的楔形垫块，调整该角位移量，以此模拟联轴器工作时输入节、输出节的相对角位移。

3.根据权利要求1所述的风力发电机联轴器试验台，其特征在于，所述联轴器工作时输入节、输出节的轴向相对位移量≤4mm，径向相对位移量≤12mm，相对角位移量≤0.2°；所述轴向螺杆调节器的行程＞4mm，径向螺杆调节器的行程＞12mm。

4.根据权利要求1所述的风力发电机联轴器试验台，其特征在于，所述驱动装置是液压缸，该液压缸相对于扭矩输入轴垂直布置，它的缸体铰接在底座上，它的活塞杆通过摆动块与扭矩输入轴联接，摆动块的一端固接扭矩输入轴、另一端铰接活塞杆；通过活塞杆的伸缩运动，带动摆动块摆动，进而带动扭矩输入轴转动，向联轴器传递扭矩。

5.一种风力发电机联轴器的试验方法，包括打滑力矩标定、最大负荷试验、扭转角位移测试；其特征在于：

所述打滑力矩标定的具体步骤是：

①.准备步骤：

-在右支座下垫等高垫块，并调整轴向螺杆调节器和径向螺杆调节器，使左、右支座同心；

-将联轴器安装在试验台的左、右支座上，安装时，卸掉联轴器力矩限制器的弹簧膜片，使力矩限制器与右支座成刚性连接；

②.试验步骤：

A.把紧力矩限制器上的紧固螺钉，使各个螺钉的压紧力一致；

B.在力矩限制器的锥套、摩擦法兰结合部周面上画一条轴向刻度线；

C.点动液压缸的启动按钮，待液压缸的油压升至满足打滑扭矩标定值所需的压力值时，停止点动，锁紧液压系统的溢流阀，保持系统油压稳定在该值，再次点动启动按钮，活塞杆伸出，向联轴器输入扭矩；

D.观察力矩限制器锥套、摩擦法兰结合部周面上的刻度线是否错位，若错位，表明力矩限制器发生打滑，则中止试验，增大紧固螺钉的压紧力，重复步骤A至C，如此反复，直到不打滑为止，此时，扭矩传感器检测到的扭矩值即为打滑扭矩标定值；若不错位，表明力矩限制器没有打滑，则中止试验，减小紧固螺钉的压紧力，重复步骤A至C，如此反复，直到力矩限制器打滑为止，此时，扭矩传感器检测到的扭矩值即为打滑扭矩标定值；

所述最大负荷试验的具体步骤是：

A.将联轴器整体安装在试验台上，将0.2°的楔形垫块垫在底座与托板之间，使右支座发生轴向倾斜；再调整径向调整螺栓，使右支座沿联轴器径向移动12mm；调整轴向调整螺栓，使右支座沿联轴器轴向移动4mm，然后把紧支座锁紧螺钉；

B.将力矩限制器上的紧固螺钉的压紧力增大，使其大于打滑力矩标定试验中紧固螺钉的压紧力，把紧力矩限制器上的锁紧螺钉；

C.点动液压缸的启动按钮，待扭矩传感器输出数据达到所要求的最大负荷时，锁紧液压系统的溢流阀，保持系统油压稳定在该值＞10分钟，观察联轴器是否损坏，若无损坏，则表明联轴器满足最大负荷试验要求。 

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