CN103383305B - 风力发电变桨减速器的仿真模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明的风力发电变桨减速器的仿真模拟实验装置包括可旋转实验台架、呈对称设置并相互连接的被测变桨减速器和陪试减速器、驱动电机、加载电机、检测单元、控制单元、测试分析单元，其中，被测变桨减速器和陪试减速器固定设于可旋转实验台架上，可旋转实验台架由电动机驱动可进行360度旋转，加载电机与陪试减速器及控制单元连接，用于为被测变桨减速器提供真实的载荷谱输入，检测单元用于检测被侧减速器的各项参数，驱动电机与被测变桨减速器及测试分析单元连接，用于将转矩传递至测试分析单元进行分析，所述测试分析单元用于测试分析被测变桨减速器的工作状况和使用性能。本发明的实验装置可提高性能测试的准确性，且操作简单，易于实施。

Description

风力发电变桨减速器的仿真模拟实验装置

【技术领域】

本发明涉及风力发电变桨减速器，特别是涉及一种可模拟测试变桨减速器性能的风力发电变桨减速器的仿真模拟实验装置。

【背景技术】

风能作为一种可再生的环保能源，是我国及世界各国目前及将来发展的主要新能源之一。提高风能利用效率、改善风电质量、降低风电成本是发展风力发电技术的前提条件，而变桨系统是风力发电机组重要的组成系统之一，它可以改变风机叶轮的方向使叶轮始终处于迎风状态，从而充分利用风能，提高风能利用效率。变桨系统主要分为液压变桨和电动变桨，对于电动变桨，其主要是通过驱动电机控制变桨减速器，使变桨减速器可以随着风速的方向和大小来调节其输出转速，从而驱动变桨轴承转动，改变风机叶轮方向，实现变桨。由此可见，变桨减速器的性能直接关系到叶轮变桨的效果，其对风能利用效率具有重要的影响作用。变桨减速器一般是安装于风电机组的轮毂中，风电机组的轮毂在工作时是不间断旋转的，因此，变桨减速器工作时，其在传递动力的同时也会随着风机轮毂一起做不间断的360度旋转，因此，变桨减速器内部的浮动传动结构能否满足条件将直接关系到风机的安全性和稳定性。现有技术条件下，主要是通过搭建仿真模拟装置对变桨减速器的各项性能进行研究，通过在仿真模拟实验装置上确定变桨减速器的各种性能参数，为变桨减速器的性能优化和实际运用提供有力的数据分析和支持。现有的仿真模拟实验装置主要分为卧式安装和立式安装，对于卧式安装的实验装置，偏航减速器是固定安装的， 其无法模拟偏航减速器随着风机轮毂不间断旋转的真实情况，其试验的准确性不高，实际参考意义有限。且该卧式安装的仿真模拟试验装置对于各项性能参数的检测，如震动、噪音、温度、扭矩等性能参数，需要人工手持检测单元进行检测，其测量的准确性不高，且不够安全。对于立式安装的仿真模拟试验装置，虽然其可以模拟变桨减速器的实际工作状态，但其缺乏具体的试验装置结构及试验方法，尤其是对于变桨减速器的噪声、震动、功率、扭矩、效率等重要检测项目缺乏具体的试验方法和相应的实验装置，从而无法真正试验变桨减速器的工作性能。

【发明内容】

本发明旨在解决上述问题，而提供一种可模拟变桨减速器实际工作状况，并可测试、分析变桨减速器各项性能参数，以提高变桨减速器性能测试的准确性，为待测变桨减速器的性能优化和实际运用提供数据支持的风力发电变桨减速器的仿真模拟实验装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种风力发电变桨减速器的仿真模拟实验装置，其特征在于，该仿真模拟实验装置包括：可旋转实验台架、呈对称设置的被测变桨减速器和陪试减速器、加载电机、驱动电机、用于检测被测变桨减速器性能参数的检测单元、控制单元及检测分析单元，所述可旋转实验台架与电动机连接，在电动机驱动下作360度旋转；所述被测变桨减速器和陪试减速器分别固定设于可旋转实验台架上，所述陪试减速器的输出端与被测变桨减速器的输入端连接；所述加载电机分别与控制单元及陪试减速器连接；所述驱动电机分别与测试分析单元及被测变桨减速器连接；所述检测单元设于被测变桨减速器上，并与测试分析单元连接；所述控制单元与加载电机连接，用于控制加载电机的频率，为陪试减速器提供载荷谱，模拟被测变桨减速器实际工作状况；所述测试分析单元与检测单元及驱动电机连接；该仿真模拟实验装置通过电动机驱动可旋转实验 台架模拟风力发电机轮毂旋转，通过控制单元控制加载电机的频率，为被测变桨减速器提供实际的载荷谱输入，模拟被测变桨减速器的实际工作条件，通过检测单元检测被测变桨减速器在该模拟条件下的各项性能参数，最后通过测试分析单元分析被测变桨减速器的工作状况和使用性能。

所述可旋转实验台架由水平设置的输入转轴、连接器及水平设置的输出转轴依次连接而成，所述输入转轴及输出转轴的两端分别通过轴承座固定于水平平台上，所述输入转轴的端部还与电动机连接，所述水平平台固定于地面上。

所述连接器为中空的块状体，所述输入转轴和输出转轴的相对端分别固定于所述连接器相对的两侧。

所述被测变桨减速器和陪试减速器相对固定于所述连接器的两侧，且被测变桨减速器与陪试减速器在连接器的内部连接；所述被测变桨减速器与陪试减速器同轴，并与输入转轴及输出转轴的轴线垂直。

所述陪试减速器与被测变桨减速器结构相同，两者通过花键套连接。

所述检测单元包括温度传感器、扭矩传感器和加速度传感器，所述温度传感器设于被测变桨减速器的表面和/或内部，所述扭矩传感器设于被测变桨减速器的输入轴和/或输出轴上，所述加速度传感器设于被测变桨减速器需检测震动的部位，所述温度传感器、扭矩传感器及加速度传感器分别与测试分析单元连接。

在所述输出转轴上设有导电滑环，所述加载电机通过导电滑环与控制单元连接，所述驱动电机通过导电滑环与测试分析单元连接。

在所述输入转轴上设有电磁制动器，其与外部电源连接。

所述被测变桨减速器和陪试减速器通过法兰支架固定于所述连接器的相对两侧，所述电动机为变频电机。

所述测试分析单元为载有测试分析软件的测试分析模块，其可记录、显示并分析由检测单元输入的待测偏航减速器的性能参数；所述控制单元 为单片机，其与加载电机连接，输出载荷谱信号控制陪试减速器的频率。本发明的有益贡献在于，其为变桨减速器提供了一种有效的性能测试装置。本发明通过设置电动机驱动可旋转实验台架进行旋转，可真实模拟风力发电机轮毂的旋转，为被测变桨减速器提供真实的工作条件。此外，本发明通过控制单元控制加载电机的频率，为被测变桨减速器提供实际所受的载荷谱，模拟了被测变桨减速器的实际工作状况，并设置检测单元检测被测变桨减速器在该模拟条件下的各项性能参数，可分析出被测变桨减速器的工作状况和使用性能。本发明的风力发电变桨减速器的仿真模拟实验装置可提变桨减速器高性能测试的准确性，且操作简单，易于实施。

【附图说明】

图1是本发明的连接框图。

图2是本发明的结构示意图。

【具体实施方式】

下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。

如图1所示，本发明的风力发电变桨减速器的仿真模拟实验装置包括可旋转实验台架10、呈对称设置并相互连接的被测变桨减速器20和陪试减速器30、驱动电机40、加载电机50、检测单元60、控制单元70、测试分析单元80，其中，被测变桨减速器20和陪试减速器30固定设于可旋转实验台架10上，可随着可旋转实验台架10进行旋转。可旋转实验台架10由电动机90驱动可进行360度旋转，用于模拟轮毂旋转；加载电机50与陪试减速器30及控制单元70连接，用于驱动陪试减速器30，为被测变桨减速器20提供真实的载荷谱输入，模拟被测变桨减速器20的驱动运行状况；所述检测单元60用于检测被侧减速器的输入输出转矩、转速、功率、传动效 率、壳体温度、振动及油温等各项参数；所述驱动电机40与被测变桨减速器20及测试分析单元连接，用于将被测变桨减速器20所受的转矩传递至测试分析单元进行分析；所述测试分析单元80用于测试分析被测变桨减速器20的工作状况和使用性能。

具体地说，如图2所示，所述可旋转实验台架10由横向设置的输入转轴11、连接器12及横向设置的输出转轴13依次连接而成。所述连接器12为中空的矩形体，所述输入转轴11和输出转轴13分别固定于所述连接器12相对的两侧，即图中的左右两侧。所述输入转轴11和输出转轴13为空心轴，用于线路走线连接。所述输入转轴11和输出转轴13两端的端部分别通过轴承座14固定于水平平台15上，其中，所述输入转轴11的端部还与电动机90连接，该电动机90为变频电机，用于驱动可旋转实验台架10进行旋转。所述水平平台15用于支撑可旋转实验台架10，其固定与地面上。本例中，所述水平平台15为T型槽架。在输入转轴11上还设有电磁制动器120，其可以使可旋转台架在旋转过程中进行抱闸。所述电磁制动器120可为任意公知的电磁制动器120，其套设于位于连接器12与轴承座14之间的输入转轴11上，且其底部固定于水平平台15上。由于本实验装置需要模拟风电机组轮毂旋转，为防止各连接连缠绕，在输出转轴13上设有导电滑环110，该导电滑环110可为任意公知的导电滑环110，其定子固定与水平平台15上。本实施例中，需通过导电滑环110将连接线引出接线的器件有加载电机50和驱动电机40，所述加载电机50与控制单元70及外部电源连接走线需通过该导电滑环110，所述驱动电机40与测试分析单元及外部电源连接走线也需通过该导电滑环110。

所述被测变桨减速器20和陪试减速器30呈对称设置，其分别通过法兰支架固定与所述连接器12相对的两侧，且其连接端的端部均设于连接器12的内部。本实施例中，所述陪试减速器30的传动机构与被测变桨减速器20的传动结构一致，其连接端的端部均设有花键。所述被测变桨减速器20和 陪试减速器30的中心轴线位于同一直线上，并与输入转轴11及输出转轴13的轴线相垂直。所述被测变桨减速器20和陪试减速器30的连接端（即被测变桨减速器20的输入端与陪试减速器30的输出端）通过内花键套连接在一起，从而使得陪试减速器30的转矩可传递至被测变桨减速器20。所述陪试减速器30的输入端与加载电机50的输出端连接，所述加载电机50的输入端与控制单元70连接，由控制单元70控制输出变桨减速器实际所受的载荷谱给加载电机50，从而驱动陪试减速器30进而将转矩传递至被测变桨减速器20，模拟被测变桨减速器20的实际工作状况。所述控制单元70为单片机，其能输出变桨减速器实际所受载荷谱给陪试减速器，模拟变桨减速器受风力大小和风向影响时的实际工作状况。所述被测变桨减速器20与驱动电机40连接，该驱动电机40与测试分析单元连接，从而使得被测变桨减速器20达到实际所受的扭矩时（载荷谱模拟提供），所述驱动电机40可以接收到被测变桨减速器20在实际扭矩状态下的运行情况和所需测试的参数，如扭矩、传动效率、噪音、震动、温度等，然后由驱动电机40反馈至测试分析单元，进行具体的分析测试。

为检测被测变桨减速器20的各项性能参数，如变桨减速器的噪声、震动、功率、扭矩、效率、压力、壳体温度及油温等，在被测变桨减速器20上设有相应的检测单元60。本实施例中，所述检测单元60包括温度传感器、扭矩传感器和加速度传感器，其分别与测试分析单元80连接，为测试分析单元80提供性能参数输入，由测试分析单元80进行具体的性能数据分析。所述温度传感器包括壳体温度传感器和油温传感器，其均可为公知的温度传感器。所述壳体温度传感器设于被测变桨减速器20表面，用于测试被测变桨减速器20的壳体温度。所述油温传感器设于被测变桨减速器20内部，用于测试被测变桨减速器20内部的油温。所述加速度传感器设于被测变桨减速器20需要检测震动的部位，用于测试被测变桨减速器20的震动，其可为公知的加速度传感器。所述扭矩传感器设于被测变桨减速器20的输入轴 或输出轴上，本例中，其设于被测变桨减速器20的输出轴上，用于检测被测变桨减速器20的扭矩。所述检测单元60与测试分析单元80连接，为测试分析单元80提供性能分析用数据。所述测试分析单元80为载有测试分析软件的测试分析模块，其可以根据检测单元60提供的性能参数数据，对被测变桨减速器20进行性能分析，如输出功率分析、传动效率分析、噪音分析、振动性能分析、使用寿命分析等，从而为实际研究提供数据支持，利于人们找出被测变桨减速器20的性能缺陷，从而对其进行针对性的优化，提高偏航减速器的全面性能。所述测试分析单元80可为公知的测试分析模块80，具有性能参数记录、分析、显示和打印输出的功能，所述分析软件可为公知的分析软件。

藉此，本发明通过电动机90驱动可旋转实验台架10，模拟风电机组轮毂旋转场景，并通过控制单元70控制输入变桨减速器实际所受的载荷谱，为被测变桨减速器20搭建一个接近实际工作状态的仿真实验条件，然后通过检测单元60检测被测变桨减速器20在该模拟条件下的各项性能参数，最后通过测试分析单元80分析被测变桨减速器20的工作性能，以提高变桨减速器测试性能的准确性，为变桨减速器的性能优化和实际运用提供有力的数据支持。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种风力发电变桨减速器的仿真模拟实验装置，其特征在于，该仿真模拟实验装置包括：

可旋转实验台架(10)，其与电动机(90)连接，在电动机(90)驱动下作360度旋转，所述可旋转实验台架(10)由水平设置的输入转轴(11)、连接器(12)及水平设置的输出转轴(13)依次连接而成，所述输入转轴(11)及输出转轴(13)的两端分别通过轴承座(14)固定于水平平台(15)上，所述输入转轴(11)的端部还与电动机(90)连接，所述水平平台(15)固定于地面上，在所述输出转轴(13)上设有导电滑环(110)，在所述输入转轴(11)上设有电磁制动器(120)，其与外部电源连接；

呈对称设置的被测变桨减速器(20)和陪试减速器(30)，它们分别固定设于可旋转实验台架(10)上，所述陪试减速器(30)的输出端与被测变桨减速器(20)的输入端连接；

加载电机(50)，其分别与控制单元(70)及陪试减速器(30)连接；所述加载电机(50)通过导电滑环(110)与控制单元(70)连接；

驱动电机(40)，其分别与测试分析单元(80)及被测变桨减速器(20)连接；所述驱动电机(40)通过导电滑环(110)与测试分析单元(80)连接；

用于检测被测变桨减速器(20)性能参数的检测单元(60)，其设于被测变桨减速器(20)上，并与测试分析单元(80)连接；

控制单元(70)，其与加载电机(50)连接，用于控制加载电机(50)的频率，为陪试减速器(30)提供载荷谱，模拟被测变桨减速器(20)实际工作状况；

用于分析测试被测变桨减速器(20)工作状况和使用性能的测试分析单元(80)，该测试分析单元(80)为载有测试分析软件的测试分析模块， 其可记录、显示并分析由检测单元(60)输入的待测偏航减速器的性能参数，该测试分析单元(80)与检测单元(60)及驱动电机(40)连接；

该仿真模拟实验装置通过电动机(90)驱动可旋转实验台架(10)模拟风力发电机轮毂旋转，通过控制单元(70)控制加载电机(50)的频率，为被测变桨减速器(20)提供实际的载荷谱输入，模拟被测变桨减速器(20)的实际工作条件，通过检测单元(60)检测被测变桨减速器(20)在该模拟条件下的各项性能参数，最后通过测试分析单元(80)分析被测变桨减速器(20)的工作状况和使用性能。

2.如权利要求1所述的风力发电变桨减速器的仿真模拟实验装置，其特征在于，所述连接器(12)为中空的块状体，所述输入转轴(11)和输出转轴(13)的相对端分别固定于所述连接器(12)相对的两侧。

3.如权利要求1所述的风力发电变桨减速器的仿真模拟实验装置，其特征在于，所述被测变桨减速器(20)和陪试减速器(30)相对固定于所述连接器(12)的两侧，且被测变桨减速器(20)与陪试减速器(30)在连接器(12)的内部连接；所述被测变桨减速器(20)与陪试减速器(30)同轴，并与输入转轴(11)及输出转轴(13)的轴线垂直。

4.如权利要求3所述的风力发电变桨减速器的仿真模拟实验装置，其特征在于，所述陪试减速器(30)与被测变桨减速器(20)结构相同，两者通过花键套(100)连接。

5.如权利要求1所述的风力发电变桨减速器的仿真模拟实验装置，其特征在于，所述检测单元(60)包括温度传感器、扭矩传感器和加速度传感器，所述温度传感器设于被测变桨减速器(20)的表面和/或内部，所述扭矩传感器设于被测变桨减速器(20)的输入轴和/或输出轴上，所述加速度传感器设于被测变桨减速器(20)需检测震动的部位，所述温度传感器、扭矩传感器及加速度传感器分别与测试分析单元(80)连接。

6.如权利要求4所述的风力发电变桨减速器的仿真模拟实验装置，其 特征在于，所述被测变桨减速器(20)和陪试减速器(30)通过法兰支架固定于所述连接器(12)的相对两侧，所述电动机(90)为变频电机。

7.如权利要求1所述的风力发电变桨减速器的仿真模拟实验装置，其特征在于，所述控制单元(70)为单片机，其与加载电机连接，输出载荷谱信号控制陪试减速器(30)的频率。