CN102788694A

CN102788694A - 一种刚柔耦合支撑的缩尺度风电设备传动链仿真试验系统

Info

Publication number: CN102788694A
Application number: CN2012102482692A
Authority: CN
Inventors: 王辉
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2032-07-17
Also published as: CN102788694B

Abstract

刚柔耦合支撑的缩尺度风电设备传动链仿真试验系统，包括依次相互连接的电动机、主传动轴、主齿轮箱和陪试齿轮箱，在电动机和主齿轮箱间连接有主传动轴，电动机通过刚性连接件和主传动轴连接，主传动轴通过主轴-主齿轮箱刚性连接件和主齿轮箱连接；电动机通过两个弹性支撑件固定在基础台架上，主齿轮箱通过两个弹性支撑体固定在基础台架上，陪试齿轮箱通过弹性件固定在基础台架上，主传动轴通过主轴基座固定在基础台架上，主齿轮箱通过刚性联轴件和陪试齿轮箱连接；该系统有针对性的对风电设备主传动链关键组件进行了缩尺度重建，并采用刚柔耦合的连接、支撑方式，较完整的模拟了高空安装的风力发电设备主传动链的实际运行状态。

Description

一种刚柔耦合支撑的缩尺度风电设备传动链仿真试验系统

技术领域

本发明涉及一种双馈式风力发电设备的齿轮传动链的试验系统，具体涉及一种刚柔耦合支撑的缩尺度风电设备传动链仿真试验系统。

背景技术

确保长服役周期下高可靠性既是当代世界风电装备发展的方向，也是对风电装备传动链的设计、制造及运行技术的重大挑战。统计表明，风电传动链上关键机械零部件的失效故障是影响风电系统可靠性的重大问题，亟待解决；近年来国际国内在关键零部件损伤失效机理、零部件的精度-性能一体化分析等方面开展了一系列的基础研究工作，对风电齿轮箱系统的先进设计、制造、运行技术的研究与发展具有重要的意义。对于这些研究开发工作而言，开展风电传动链的仿真运行试验工作是一项不可或缺的基础性技术工作，这就对风电传动链试验系统提出了迫切的需求。开发建造全尺寸、全功率的大型兆瓦级风电传动链系统不仅尺寸大（十多米）、结构重（近百吨），而且设计开发成本高昂、运行维护也过于困难。因此，建设风电传动链的小型缩尺度的试验系统已成为开展风电设备“设计-制造-运行”一体化研究工作的重要试验设施。

目前，针对风电传动链系统开展较多的是齿轮箱系统的试验工作。试验系统的主要结构原理如图1所示，由包括一个基础安装台架1、一台电动机2、电动机刚性安装系统3、电动机-齿轮箱刚性连接部件4（包括一个减速机构）、主齿轮箱5、主齿轮箱刚性安装系统6、主齿轮箱-陪试齿轮箱的刚性连接系统7、陪试齿轮箱8、陪试齿轮箱的刚性安装系统9等构成。其中电动机2模拟了风机输入风轮的动态载荷；由电动机2通过刚性连接机构4来驱动主齿轮箱5，陪试齿轮箱8作为主齿轮箱的负载；主齿轮箱的输入运动模拟了风力发电增速箱的输入要求，从而整个系统用以开展风电齿轮箱的性能仿真实验研究工作。现有技术下，设备整体性能存在着显著的不足：

1)实际风电系统中的风轮在高空中受到交变风载的影响，其所具有的载荷特征、动态特性等，并不能通过在基础台架上刚性安装的电动机模拟出来。

2)能开展基本的风电齿轮箱性能试验，但是作为风电主传动链的关键组件、对风电齿轮箱的安装及运动有较大影响的主传动轴系统的作用被忽略了。

3)未能反映出实际风机齿轮箱的弹性支撑技术状态。

4)整体的装配形式、运动学及动力学特性与实际高空中齿轮箱的运行技术状态差距过大，使得模拟试验的结果对风电齿轮箱的技术研究指导意义降低。

5)主要用于进行风机齿轮箱而非整体传动链的运行试验研究。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种刚柔耦合支撑的缩尺度风电设备传动链仿真试验系统，该系统有针对性的对主传动链关键组件采用了缩尺度重建，并采用刚柔耦合的连接、支撑方式，较完整的模拟了实际高空安装的风力发电设备传动链的运行状态；一方面，大幅消除了传统上采用刚性安装、定位的风电齿轮箱试验系统产生的运行失真结果，同时，也能够更完整的进行整机主传动链的原理结构的运行模拟试验；试验结果更准确，从而更真实地模拟出风机传动链上的载荷、运动学及动力学特性，以及这些因素对传动链可靠性的作用和影响，能够为双馈式风电传动链的原理试验、可靠性分析、结构设计等提供更准确、可靠的试验依据。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种刚柔耦合支撑的缩尺度风电设备传动链仿真试验系统，包括依次相互连接并固定在基础台架10上的电动机11、主传动轴14、主齿轮箱18和陪试齿轮箱20，其特征在于：在电动机11和主齿轮箱18间连接有主传动轴14，所述电动机11通过刚性连接件13和主传动轴14连接，主传动轴14通过主轴-主齿轮箱刚性连接件16和主齿轮箱18连接。

所述电动机11通过两个弹性支撑件12固定在基础台架10上，所述主齿轮箱18通过两个弹性支撑体17固定在基础台架10上，所述陪试齿轮箱20通过弹性件21固定在基础台架10上，所述主传动轴14通过主轴基座15固定在基础台架10上，所述主齿轮箱18通过刚性联轴件19和陪试齿轮箱20连接。

所述刚性连接件13还包括一个减速机构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是:

1、本发明的主要回转系由电动机11、主传动轴14、主齿轮箱18、陪试齿轮箱20组成；在电动机11和主齿轮箱18间连接有主传动轴14，所述电动机11通过刚性连接部件13和主传动轴14连接，主传动轴14通过主轴-主齿轮箱刚性连接部件16和主齿轮箱18连接；主传动轴14通过双向的刚性连接实现了对电动机11和主齿轮箱18的安装定位，更准确的反映了风电主传动结构的装配方式。

2、由于电动机11和主齿轮箱18均采用了双弹性支撑部件，这样采用双轴承精密安装的主轴系统就发挥了对作为载荷发生源的电动机和传动链核心的齿轮增速箱的定位基准的作用。因此，这种刚柔耦合的装配连接结构设计方式更精准的模拟了风轮组件在空中的柔性安装和主齿轮箱的三点支撑方式，较大地消除了传统试验系统上的全紧固装配对模拟风机运动学和动力学特性的不利影响，使结构运行状态更为真实。从而使试验较真实地模拟出高空风载对传动链的动力学作用和影响，为风电传动结构的设计和开发给出更科学可靠的试验依据。

3、陪试齿轮箱20通过输入端的刚性连接件与主齿轮箱18装配，通过双弹性支撑件完成了在基础台架上的安装，采用这种刚柔耦合的安装形态，能够效地反映出实际传动链负载结构的运动学和动力学特性。

总之，本发明系统能够实现对风电设备主传动链的运行过程仿真，并通过刚柔耦合结构实现了对作为传动链核心的回转系组件（电动机、主传动轴、主齿轮箱、陪试齿轮箱等）的近真实安装模拟，进一步，通过测量系统的配置可以获得交变载荷下风机组件的振动特性、零件的损伤失效历程等关键数据，且本发明系统比现有的风电齿轮箱全功率试验系统的尺寸、重量等要小很多，费效比显著提升。

附图说明

图1是现有的风电齿轮箱地面试验系统结构示意图。

图2是本发明实施例的整体结构示意图。

图3是本发明实施例基于刚柔耦合方式的传动链装配、支撑结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，现有的风电齿轮箱地面试验系统包括基础安装台架1，电动机2，电动机2通过电动机刚性安装系统3固定在基础安装台架1上，并通过电动机-齿轮箱刚性连接部件4和主齿轮箱5连接，主齿轮箱5通过主齿轮箱刚性安装系统6固定在基础安装台架1上，并通过主齿轮箱-陪试齿轮箱的刚性连接系统7和陪试齿轮箱8，陪试齿轮箱8通过陪试齿轮箱的刚性安装系统9固定在基础安装台架1上。

如图2和图3所示，本发明是一种刚柔耦合支撑的缩尺度风电设备传动链仿真试验系统，以基础台架10为整个系统的安装固定基础，电动机11通过两个弹性支撑件12固定在基础台架10上，并通过刚性连接件13和主传动轴14连接，主传动轴14通过主轴基座15固定在基础台架10上，并通过主轴-主齿轮箱刚性连接件16和主齿轮箱18连接，主齿轮箱18通过两个弹性支撑体17固定在基础台架10上，并通过刚性联轴件19和陪试齿轮箱20连接，陪试齿轮箱20通过弹性件21固定在基础台架10上。

优选的，所述刚性连接件13还包括一个减速机构。

本发明的工作原理为：电动机11通过刚性连接件13传递运动及载荷到主传动轴14上，主传动轴14通过主轴-主齿轮箱刚性连接件16将运动及载荷传递到主齿轮箱18上，最后主齿轮箱18通过刚性联轴件19带动模拟负载的陪试齿轮箱20转动。

对照图1、图2、图3可知，本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、由于在电动机11和主齿轮箱18间连接有主传动轴14，主传动轴14通过双向的刚性连接实现了对电动机11和主齿轮箱18的安装定位，更准确的反映了风电主传动结构的装配方式。

2、由于电动机11、主齿轮箱18和陪试齿轮箱20均采用了双弹性支撑部件，这样采用双轴承精密安装的主轴系统就发挥了对作为载荷发生源的电动机和传动链核心的齿轮增速箱的定位基准的作用。因此，这种刚柔耦合的装配连接结构设计方式更精准的模拟了风轮组件在空中的柔性安装和主齿轮箱的三点支撑方式，较大地消除了传统试验系统上的全紧固装配对模拟风机运动学和动力学特性的不利影响，使结构运行状态更为真实。从而使试验较真实地模拟出高空风载对传动链的动力学作用和影响，为风电传动结构的设计和开发给出更科学可靠的试验依据。

本发明系统能够实现对风电设备主传动链的运行过程仿真，并通过刚柔耦合结构实现了对作为传动链核心的回转系组件（电动机、主传动轴、主齿轮箱、陪试齿轮箱等）的近真实安装模拟，进一步，通过测量系统的配置可以获得交变载荷下风机组件的振动特性、零件的损伤失效历程等关键数据，且本发明系统比现有的风电齿轮箱全功率试验系统的尺寸、重量等要小很多，费效比显著提升。

Claims

1.一种刚柔耦合支撑的缩尺度风电设备传动链仿真试验系统，包括依次相互连接并固定在基础台架（10）上的电动机（11）、主传动轴（14）、主齿轮箱（18）和陪试齿轮箱（20），其特征在于：在电动机（11）和主齿轮箱（18）间连接有主传动轴（14），所述电动机（11）通过刚性连接件（13）和主传动轴（14）连接，主传动轴（14）通过主轴-主齿轮箱刚性连接件（16）和主齿轮箱（18）连接。

2.根据权利要求1所述的刚柔耦合支撑的缩尺度风电设备传动链仿真试验系统，其特征在于：所述电动机（11）通过两个弹性支撑件（12）固定在基础台架（10）上，所述主齿轮箱（18）通过两个弹性支撑体（17）固定在基础台架（10）上，所述陪试齿轮箱（20）通过弹性件（21）固定在基础台架（10）上，所述主传动轴（14）通过主轴基座（15）固定在基础台架（10）上，所述主齿轮箱（18）通过刚性联轴件（19）和陪试齿轮箱（20）连接。

3.根据权利要求1或2所述的刚柔耦合支撑的缩尺度风电设备传动链仿真试验系统，其特征在于：所述刚性连接件（13）还包括一个减速机构。