CN103134680B

CN103134680B - 偏航轴承测试装置和方法

Info

Publication number: CN103134680B
Application number: CN201110396818.6A
Authority: CN
Inventors: 王敬芝; 姜鹏飞; 金宝年; 卜忠林; 王永安
Original assignee: Sinovel Wind Group Co Ltd
Current assignee: Sinovel Wind Group Co Ltd
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2031-12-02
Also published as: CN103134680A

Abstract

本发明提供一种偏航轴承测试装置和方法，偏航轴承测试装置包括被测轴承、陪测轴承、多组加载装置、加载臂、过渡段、底座和驱动装置；所述多组加载装置与所述加载臂连接，用于为所述被测轴承提供轴向加载力、径向加载力和翻转力矩；所述加载臂的下端部与陪测轴承的内圈连接，所述陪测轴承的外圈与所述过渡段上端部连接，所述过渡段的下端部与所述被测轴承的外圈连接，所述被测轴承的内圈与所述底座连接；所述驱动装置的输出齿轮与所述被测轴承的外圈齿啮合，用于为所述被测轴承提供旋转驱动力。本发明提供的偏航轴承测试装置和方法，能够降低设备成本且能够提高测试精度。

Description

偏航轴承测试装置和方法

技术领域

本发明涉及风力发电机组技术，尤其涉及一种偏航轴承测试装置和方法。

背景技术

如图1所示，风力发电机组的塔筒2a与叶轮1a之间通过偏航轴承3a连接，通过偏航轴承3a调节叶轮2a的方向时刻朝向风向，为叶轮2a提供最大的风动能。如果偏航轴承3a出现问题，需将风力发电机组吊装至地面后更换偏航轴承3a，影响风力发电机组的正常工作。因此对偏航轴承3a的性能测试是研发过程中的一个重要环节，必须通过偏航轴承测试装置实验模拟偏航轴承3a实际工况载荷，进而检验偏航轴承3a的各项技术指标，检验偏航轴承3a是否满足实际要求。

现有技术中的偏航轴承测试装置主要是对小功率风力发电机组的偏航轴承3a进行实际工况载荷的模拟测试，而对大功率风力发电机组(兆瓦级)的偏航轴承3a的模拟测试，主要通过多个加载装置对偏航轴承3a施加加载力，模拟偏航轴承3a在实际工况下的受力情况。

但是，由于加载装置能够提供的额定加载力与其精度呈反比关系，也就是说，加载装置的额定加载力越高，则控制该加载装置的精度就越低。为了保证加载装置的精度和额定加载力载荷满足测试要求。

现有技术中，当偏航轴承3a所需加载力超过加载装置的额定加载力时，一种方法是，增加加载装置的数量以提高加载力，此种方式势必会提高偏航轴承测试装置的成本和劳动强度；另一种方法是，更换额定载荷较高的加载装置，这种方式也会增加偏航轴承测试装置的成本和劳动强度，同时由于加载装置的额定加载力提高，也会降低偏航轴承测试装置的测试精度。

发明内容

本发明提供一种偏航轴承测试装置和方法，用以解决现有技术中的偏航轴承测试装置的成本高、测试精度低和工作强度大的技术缺陷。

本发明提供一种偏航轴承测试装置，包括被测轴承、陪测轴承、多组加载装置、加载臂、过渡段、底座和驱动装置；

所述多组加载装置与所述加载臂连接，用于为所述被测轴承提供轴向加载力、径向加载力和翻转力矩；

所述加载臂的下端部与陪测轴承的内圈连接，所述陪测轴承的外圈与所述过渡段上端部连接，所述过渡段的下端部与所述被测轴承的外圈连接，所述被测轴承的内圈与所述底座连接；

所述驱动装置的输出齿轮与所述被测轴承的外圈齿啮合，用于为所述被测轴承提供旋转驱动力。

如上所述的偏航轴承测试装置，所述多组加载装置为多组液压缸或多组气缸；

如上所述的偏航轴承测试装置，所述加载臂的上部为长板状；

所述多组液压缸具体为五组，第一组液压缸和第二组液压缸分别与所述加载臂下表面靠近长度方向两端的位置连接，用于为所述被测轴承提供翻转力矩和轴向加载力；

第三组液压缸与所述加载臂下表面靠近宽度方向的一端连接，用于为所述被测轴承提供翻转力矩和轴向加载力；

第四组液压缸与所述加载臂长度方向上的一个侧端面连接，用于为所述被测轴承提供翻转力矩和径向加载力；

第五组液压缸与所述加载臂宽度方向上的一个侧端面连接，用于为所述被测轴承提供翻转力矩和径向加载力。

如上所述的偏航轴承测试装置，所述第一组液压缸的数量为四个；所述第二组液压缸和第三组液压缸的数量为三个；所述第四组液压缸的数量为一个；所述第五组液压缸的数量为两个。

如上所述的偏航轴承测试装置，所述过渡段的上端部和下端部具有法兰盘。

本发明还提供一种偏航轴承测试方法，包括：

按原加载坐标系计算出各组加载装置的加载力，若加载力满足测试要求，则控制各组加载装置向加载臂施加加载力；若加载力超出加载装置的加载极限，则确定出无法满足加载要求的一组加载装置；

参照提供的载荷数值表，确定可以提供足够加载力的一组加载装置，对加载坐标系进行变换；

确定变换后的加载坐标系，在变换后的加载坐标系下计算出各组加载装置的加载力，以满足测试要求；

按变换后的加载坐标系控制加载装置提供加载力以满足加载要求。

如上所述的风机偏航轴承测试方法，所述确定出无法满足加载要求的一组加载装置具体包括：

获取被测轴承的各方向所需加载力大小和每组加载装置可提供的最大加载力；

将被测轴承所需加载力与加载装置可提供最大加载力比较，确定无法满足加载要求的一组加载装置。

如上所述的偏航轴承测试方法，所述加载臂的上部为长板状；

所述多组加载装置为五组液压缸，第一组液压缸和第二组液压缸分别与所述加载臂下表面靠近长度方向两端的位置连接，用于为所述被测轴承提供翻转力矩和轴向加载力；

如上所述的偏航轴承测试方法，所述第一组液压缸的数量为四个；所述第二组液压缸和第三组液压缸的数量为三个；所述第四组液压缸的数量为一个；所述第五组液压缸的数量为两个。

本发明提供的偏航轴承测试装置和方法，可以模拟偏航轴承的实际工况，可以对兆瓦级风力发电机组的偏航轴承提供轴向加载力、径向加载力和翻转力矩，降低偏航轴承测试装置的成本、提高测试精度低。

附图说明

图1为现有的风力发电机组中的偏航轴承的实际受力图；

图2为本发明第一实施例提供的偏航轴承测试装置的主视图；

图3为图2中的偏航轴承测试装置的俯视图；

图4为本发明第二实施例提供的偏航轴承测试方法的流程图；

图5为本发明第二实施例中被测轴承在原加载坐标系的受力分析图；

图6为本发明第二实施例中被测轴承在变换90度后的加载坐标系的受力分析图；

图7为本发明第二实施例中被测轴承在变换180度后的加载坐标系的受力分析图。

具体实施方式

参考图2和图3，图2为本发明第一实施例提供的偏航轴承测试装置的主视图；图3为图2中的偏航轴承测试装置的俯视图。

如图1和2所示，本实施例提供的偏航轴承测试装置提供包括被测轴承1、陪测轴承2、多组加载装置3、加载臂4、过渡段6、底座7和驱动装置8。

多组加载装置3与加载臂4连接，用于为被测轴承1提供轴向加载力、径向加载力和翻转力矩。

加载臂4的下端部与陪测轴承2的内圈连接，陪测轴承2的外圈与过渡段6上端部连接，过渡段6的下端部与被测轴承1的外圈连接，被测轴承1的内圈与底座7连接。

驱动装置8的输出齿轮与被测轴承1的外圈齿啮合，用于为被测轴承1提供旋转驱动力。

具体地，多组加载装置3为多组液压缸或多组气缸或多组直线电机。

进一步地，加载臂4上部为长方板；多组加载装置3具体为五组液压缸，第一组液压缸31和第二组液压缸32分别与加载臂4下表面靠近长度方向两端的位置连接，用于为被测轴承1提供翻转力矩和轴向加载力；

第三组液压缸33与加载臂4下表面靠近宽度方向的一端连接，用于为被测轴承1提供翻转力矩和轴向加载力；

第四组液压缸34与加载臂4长度方向上的一个侧端面连接，用于为被测轴承1提供翻转力矩和径向加载力；

第五组液压缸35与加载臂4宽度方向上的一个侧端面连接，用于为被测轴承1提供翻转力矩和径向加载力。

其中，第一组液压缸31的数量为四个；第二组液压缸32和第三组液压缸33的数量为三个；第四组液压缸34的数量为一个；第五组液压缸35的数量为两个。过渡段6的上部和下部安装有法兰盘，便于安装和拆卸。

本发明第一实施例提供的偏航轴承测试装置，可以模拟偏航轴承的实际工况载荷，可以对兆瓦级风力发电机组的偏航轴承提供轴向加载力、径向加载力和翻转力矩，降低偏航轴承测试装置的成本、提高测试精度低。

参考图4，图4为本发明第二实施例提供的偏航轴承测试方法的流程图。

如图4所示，本发明第二实施例提供的偏航轴承测试方法，包括：

步骤10，按原加载坐标系计算出各组加载装置的加载力，若加载力满足测试要求，则控制各组加载装置向加载臂施加加载力；若加载力超出加载装置的加载极限，则确定出无法满足加载要求的一组加载装置；

具体地，步骤10中的确定出无法满足加载要求的一组加载装置包括：

步骤101，获取被测轴承的各方向所需加载力大小和每组加载装置可提供的最大加载力；

步骤102，将被测轴承所需加载力与加载装置可提供最大加载力比较，确定无法满足加载要求的一组加载装置。

步骤20，参照提供的载荷数值表，确定可以提供足够加载力的一组加载装置，对加载坐标系进行变换；

具体地，参考提供的载荷数值表，对该坐标进行分析，寻找可以满足加载力要求的加载变换坐标系。

步骤30，确定变换后的加载坐标系，在变换后的加载坐标系下计算出各组加载装置的加载力，以满足测试要求；

具体地，将可提供足够加载力的一组加载装置的作为目标变换方向，同时校核其它各组加载装置能够提供足够的加载力，如满足所有加载要求则进行坐标变换，将原加载坐标变换成目标坐标。

步骤40，按变换后的加载坐标系控制加载装置提供加载力，以满足加载要求。

具体地，根据新的加载坐标系，分别控制各组加载装置的输出力，以满足加载要求。

在本实施例中，应用本发明上述实施例提供的偏航轴承测试装置，其中，加载臂4上部为长方板；

加载装置3为五组液压缸，第一组液压缸31和第二组液压缸32分别与加载臂4下表面靠近长度方向两端的位置连接，用于为被测轴承1提供翻转力矩和轴向加载力；第三组液压缸33与所述加载臂4下表面靠近宽度方向的一端连接，用于为被测轴承1提供翻转力矩和轴向加载力；

第四组液压缸34与加载臂4长度方向上的一个侧端面连接，用于为被测轴承1提供翻转力矩和径向加载力；第五组液压缸35与加载臂4宽度方向上的一个侧端面连接，用于为被测轴承1提供翻转力矩和径向加载力。具体地，第一组液压缸31的数量为四个；第二组液压缸32和第三组液压缸33的数量为三个；第四组液压缸34的数量为一个；第五组液压缸35的数量为两个。

下面以多组液压缸作为多组加载装置3为例，对本实施例提供的偏航轴承测试方法的应用作具体说明：

如图5所示，在原始加载坐标系中，第一组液压缸31提供轴向加载力F₁，第二组液压缸32提供轴向加载力F₂，第三组液压缸33提供轴向加载力F₃，第四组液压缸34提供径向加载力F₄，第五组液压缸35提供径向加载力F₅。

被测轴承1通过上述加载装置模拟轴向力F_z，径向力F_x、径向力F_y、绕X轴翻转力矩M_x和绕Y轴的翻转力矩M_y。

该偏航轴承测试装置可以兼顾多种风力发电机组的偏航轴承测试，如1.5MW、3MW和5MW的风力发电机组。为了兼顾低兆瓦级(如1.5MW)风力发电机组测试载荷的精度要求，应在满足精度要求的前提下，选用内径较小的液压缸。但当在测试高兆瓦级(如3MW、5MW)风力发电机组时，某些组液压缸可能无法提供较大施加力，无法模拟实际工况载荷。

以原加载坐标系中第四组液压缸34提供径向加载力F₄加以说明，若兼顾低兆瓦级的偏航轴承测试，则需选择内径相对较小的液压缸，但是当在测试高兆瓦级风力发电机组偏航轴承时，第四组液压缸34中的一个液压缸所提供的加载力远远达不到要求。

当按原加载坐标系计算出各个液压缸的受力数值，若施加加载力F₄的第四组液压缸34过载，将给定载荷表中的过载工况的F_x和F_y值进行比较，若|Fy|＜|Fx|，为满足F₄加载力的要求将坐标系变换90度，然后，按变换90度的加载坐标系列力学方程，计算得出各个液压缸的加载力，最后，按变换90度坐标系，计算的加载力(不过载的情况)加载到各个液压缸上。

根据图4中的坐标系可以列出力学方程：

\{\begin{matrix} F_{1} + F_{2} + F_{3} - G = F_{z} \\ F_{1} L_{1} - F_{2} L_{2} + F_{4} h = M_{y} \\ - F_{3} L_{3} - F_{5} h = M_{X} \\ F_{4} = F_{x} \\ F_{5} = F_{y} \end{matrix} &RightArrow; \{\begin{matrix} F_{1} = \frac{F_{z} l_{2} + M_{y} - F_{3} l_{2} + {Gl}_{2} - F_{4} h}{l_{1} + l_{2}} \\ F_{2} = \frac{F_{z} l_{1} - M_{y} + F_{4} h - F_{3} l_{1} + G l_{1}}{l_{1} + l_{2}} \\ F_{3} = \frac{- (M_{x} + F_{5} h)}{l_{3}} \\ F_{4} = F_{x} \\ F_{5} = F_{y} \end{matrix}

将坐标系变换(旋转)90度后得到的力学方程：

\{\begin{matrix} F_{1} + F_{2} + F_{3} - G = F_{z} \\ F_{1} L_{1} - F_{2} L_{2} + F_{4} h = M_{x} \\ F_{3} L_{3} + F_{5} h = M_{y} \\ F_{4} = - F_{y} \\ F_{5} = F_{x} \end{matrix} &RightArrow; \{\begin{matrix} F_{1} = \frac{F_{z} l_{2} + M_{x} - F_{3} l_{2} + {Gl}_{2} - F_{4} h}{l_{1} + l_{2}} \\ F 2 = \frac{F_{z} l_{1} - M_{x} + F_{4} h - F_{3} l_{1} + G l_{1}}{l_{1} + l_{2}} \\ F_{3} = \frac{(M_{y} - F_{5} h)}{l_{3}} \\ F_{4} = {- F}_{y} \\ F_{5} = F_{x} \end{matrix}

F_z为轴向加载力；F_x为X轴方向的径向加载力；F_y为Y轴方向的径向加载力；M_x为对X轴的翻转力矩；M_y为对Y轴的翻转力矩；

L₁、L₂和L₃分别为力F₁、F₂和F₃到加载坐标系原点的力臂长；

h为F₄和F₅到加载坐标系原点的力臂长。

另外，当按原加载坐标系计算出各个液压缸的受力数值，若施加力F₄的第四组液压缸34过载，为满足F₄加载力的要求，还可以将原加载坐标系变换180度，然后，按变换180度的加载坐标系列力学方程，计算得出各个液压缸的加载力，最后，按变换180度的加载坐标系，计算得出的加载力(不过载的情况)加载到各个液压缸上。

根据图5中的坐标系可以列出力学方程：

\{\begin{matrix} F_{1} + F_{2} + F_{3} - G = F_{z} \\ F_{1} L_{1} - F_{2} L_{2} + F_{4} h = M_{y} \\ - F_{3} L_{3} - F_{5} h = M_{X} \\ F_{4} = F_{x} \\ F_{5} = F_{y} \end{matrix} &RightArrow; \{\begin{matrix} F_{1} = \frac{F_{z} l_{2} + M_{y} - F_{3} l_{2} + {Gl}_{2} - F_{4} h}{l_{1} + l_{2}} \\ F_{2} = \frac{F_{z} l_{1} - M_{y} + F_{4} h - F_{3} l_{1} + G l_{1}}{l_{1} + l_{2}} \\ F_{3} = \frac{- (M_{x} + F_{5} h)}{l_{3}} \\ F_{4} = F_{x} \\ F_{5} = F_{y} \end{matrix}

将坐标系变换(旋转)180度后得到的力学方程：

\{\begin{matrix} F_{1} + F_{2} + F_{3} - G = F_{z} \\ F_{1} L_{1} - F_{2} L_{2} + F_{4} h = M_{y} \\ - F_{3} L_{3} - F_{5} h = {- M}_{x} \\ F_{4} = {- F}_{x} \\ F_{5} = {- F}_{y} \end{matrix} &RightArrow; \{\begin{matrix} F_{1} = \frac{F_{z} l_{2} - M_{y} - F_{3} l_{2} + {Gl}_{2} - F_{4} h}{l_{1} + l_{2}} \\ F 2 = \frac{F_{z} l_{1} + M_{y} + F_{4} h - F_{3} l_{1} + G l_{1}}{l_{1} + l_{2}} \\ F_{3} = \frac{M_{x} - F_{5} h}{l_{3}} \\ F_{4} = - F_{x} \\ F_{5} = - F_{y} \end{matrix}

其中：F_z为轴向加载力；F_x为X轴方向的径向加载力；F_y为Y轴方向的径向加载力；M_x为对X轴的翻转力矩；M_y为对Y轴的翻转力矩；

H为F₄和F₅到原点的力臂长。

坐标变换后可以进行方程的组对比，可以明显的看出对x轴和对y轴的载荷情况的变化。将坐标变换后，每组液压缸施加的加载力状态可以改变，可由拉力变为推力，由于液压缸活塞杆的原因，液压缸受拉和受推的横截面积不同，所以液压缸可提供相对较大的推力。可以通过尝试这种坐标变换解决原坐标系中第四组液压缸34提供的径向力F₄过载的情况。而不用单独为此种工况的测试更换内径较大的液压缸或增加液压缸的数目，因而，本实施例提供的偏航轴承测试方法，能够降低设备成本且提供测试精度。

本专利中只将径向力力F₄进行分析说明，在偏航轴承测试过程中，可以根据具体实际情况，其它各组液压缸的加载力(过载时)均可采用坐标变换的方法进行分配调节。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种偏航轴承测试方法，其特征在于，应用于一种偏航轴承测试装置，其中，所述偏航轴承测试装置包括：被测轴承、陪测轴承、多组加载装置、加载臂、过渡段、底座和驱动装置；

所述驱动装置的输出齿轮与所述被测轴承的外圈齿啮合，用于为所述被测轴承提供旋转驱动力；

其中，所述多组加载装置为多组液压缸或多组气缸；

所述加载臂的上部为长板状；

所述多组液压缸具体分为五组，第一组液压缸和第二组液压缸分别与所述加载臂下表面靠近长度方向两端的位置连接，用于为所述被测轴承提供翻转力矩和轴向加载力；

第五组液压缸与所述加载臂宽度方向上的一个侧端面连接，用于为所述被测轴承提供翻转力矩和径向加载力；

所述第一组液压缸的数量为四个；所述第二组液压缸和第三组液压缸的数量为三个；所述第四组液压缸的数量为一个；所述第五组液压缸的数量为两个；

所述过渡段的上端部和下端部具有法兰盘；

所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的偏航轴承测试方法，其特征在于，所述确定出无法满足加载要求的一组加载装置具体包括：