CN105300689B - 风电齿轮箱的试验方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风电齿轮箱的试验方法，将风电齿轮箱设置在隔温的模拟机舱内，并与陪试齿轮箱连接，根据各对应的模拟机舱环境温度Xi下，风电齿轮箱各测点的轴承温度Ai、油池温度Bi及润滑油入口压力Ci的数据，建立该型号风电齿轮箱在不同环境温度X下出厂试验的轴承温度A的合格判定标准：a1X+a2‑ΔA<A<a1X+a2+ΔA，油池温度B的合格判定标准：b1X+b2‑ΔB<B<b1X+b2+ΔB，及润滑油入口压力C的合格判定标准为：c1X+c2‑ΔC<C<c1X+c2+ΔC。本发明能准确对各种型号的风电齿轮箱提供在不同环境温度下各性能判据，并能快速判定被测风电齿轮箱是否合格。
Description
技术领域
本发明涉及一种风电齿轮箱的试验方法及其装置，属于风电齿轮箱技术领域。
背景技术
风力发电作为一种可再生能源，近年来发展迅速，无论陆地还是海上的装机容量都在持续增长，为人类实现可持续发展提供源源不断的动力。
风电齿轮箱属于风电机组的关键零部件，有着高可靠性和长寿命的要求，风电齿轮箱的试验验证在风电齿轮箱生产过程中是非常重要的环节。现有的风电齿轮箱试验验证一般都是采用电封闭的背靠背加载试验台完成，风电齿轮箱完全暴露在厂房的环境温度中，环境温度随季节不同变化明显，而不能人为控制，在一定程度上影响了齿轮箱试验结果的准确性。由于风电机组实际工作过程中机舱环境温度及通风条件有限，其工作环境温度范围从-30℃到40℃，而常规工厂试验环境温度及通风条件一般都优于机组实际工作情况，因此导致了一些风电齿轮箱在风场实际运行过程中经常出现油温过高报警或压力低报警等情况，机组只能限功率发电，严重的情况更会导致机组故障停机，对机组发电量影响较大，另外增加了售后维护成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风电齿轮箱的试验方法及其装置，能准确对各种型号的风电齿轮箱提供在不同环境温度下各性能判据，并能快速判定被测风电齿轮箱是否合格。
本发明为达到上述目的的技术方案是：一种风电齿轮箱的试验方法，其特征在于：按以下步骤进行：
⑴、将风电齿轮箱设置在隔温的模拟机舱内，在模拟机舱的两端设有第一通孔及第二通孔，风电齿轮箱的输入端穿出第一通孔与陪试齿轮箱的输出侧连接、输出侧穿出第二通孔与加载电机连接，且陪试齿轮箱的输入侧与驱动电机连接，将风电齿轮箱和陪试齿轮箱背靠背连接在加载试验台上；
⑵、散热器安装在风电齿轮箱上方，且散热器的出风口对准模拟机舱上部的通风口，用于散热器与模拟机舱外部热交换；
⑶、在模拟机舱外部设有冷暖设备，且冷暖设备通过风管与模拟机舱内部相通，用于加热或冷却模拟机舱内部，在风电齿轮箱的各轴承外圈对应的轴承座安装孔处安装有用于测量轴承温度的轴承温度传感器，风电齿轮箱的油池内安装有用于测量油池温度的油温传感器，风电齿轮箱在润滑油入口处安装有用于测量润滑油入口压力油压传感器，所述的模拟机舱内安装有多个用于采集模拟机舱内部环境温度的机舱温度传感器；
⑷、启动冷暖设备，将模拟机舱环境温度从-30℃依次递增预热至40℃，各机舱温度传感器采集模拟机舱内部环境温度达到所设定Ni工况下的模拟机舱环境温度Xi，开启驱动电机和加载电机，分别让风电齿轮箱在额定转速和额定负载下运行达到温度平衡状态，数据采集器记录温度平衡后在各对应的模拟机舱环境温度Xi下，风电齿轮箱各测点的轴承温度Ai、油池温度Bi及润滑油入口压力Ci，当所有工况下风电齿轮箱的油池温度均小于85℃、轴承温度均小于95℃、且润滑油入口压力均大于0.5bar时，判断风电齿轮箱温度性能合格，并进入下一步数据分析，否则，结束试验；
⑸、采用最小二乘法对轴承温度Ai与模拟机舱环境温度Xi的离散测试数据进行直线拟合，并建立被测型号风电齿轮箱在不同环境温度X下出厂试验的轴承温度A的合格判定标准：a1X+a2-ΔA＜A＜a1X+a2+ΔA，
其中：
且ΔA为轴承温度判定区域范围，可取ΔA为0～5℃；
采用最小二乘法对油池温度Bi与模拟机舱环境温度Xi的离散测试数据进行直线拟合，建立被测型号风电齿轮箱在不同环境温度X下出厂试验的油池温度B的合格判定标准：b1X+b2-ΔB＜B＜b1X+b2+ΔB，
其中：
且ΔB为油池温度判定区域范围，可取ΔB为0～5℃；
采用最小二乘法对润滑油入口压力Ci与模拟机舱环境温度Xi的离散测试数据进行直线拟合，建立被测型号风电齿轮箱在不同环境温度X下出厂试验的润滑油入口压力C的合格判定标准为：c1X+c2-ΔC＜C＜c1X+c2+ΔC，
且ΔC为润滑油入口压力判定区域范围，可取ΔC为0～0.5bar。
其中：所述风电齿轮箱在额定转速和额定负载下连续运行1h，在任意一个工况下，风电齿轮箱的轴承温度Ai和油池温度Bi在5min内波动范围小于0.5℃为达到温度平衡的判断标准，否则延长运行时间直至温度达到平衡。
所述冷暖设备按每1～5℃将模拟机舱环境温度从-30℃进行依次递增预热至40℃。
包括风电齿轮箱和陪试齿轮箱，还具有用隔温材料制成的模拟机舱、冷暖设备、通风管、环境温度传感器及数据采集器，模拟机舱罩在风电齿轮箱上，模拟机舱的两端设有第一通孔及第二通孔，所述的风电齿轮箱的输入轴穿出第二通孔与陪试齿轮箱的输出轴连接，风电齿轮箱的输出轴穿出第一通孔与加载电机连接，且陪试齿轮箱的输入轴与驱动电机连接，模拟机舱外部设置有冷暖设备，冷暖设备与模拟机舱之间设置有通风管，数个环境温度传感器布置在模拟机舱的四周，在风电齿轮箱的轴承外圈对应的轴承座安装孔处安装有用于测量轴承温度的温度传感器，风电齿轮箱的油池内安装有用于测量油池温度的油温传感器，风电齿轮箱在润滑油入口处安装有用于测量润滑油入口压力的油压传感器，数据采集器用于接收风电齿轮箱上的油温传感器、轴承温度传感器、润滑油入口压力传感器以及环境温度传感器的数据。
所述模拟机舱顶部的通风口处安装有齿轮箱冷却风扇。
本发明能将不同型号风电齿轮箱放置于模拟机舱内进行测试，通过向模拟机舱内导入热风或冷风来模拟风电齿轮箱真实工作过程中的模拟机舱环境温度，并将在不同环境温度工况下测得风电齿轮箱在额定转速和额定负载下运转温度平衡后的油池温度、轴承温度及齿轮箱入口压力各数据，并采用最小二乘法对测得的轴承温度、油池温度及齿轮箱入口压力与模拟机舱环境温度的离散测试数据进行直线拟合，而分别建立风电齿轮箱在不同环境温度X下出厂试验的轴承温度A的合格判定标准以及出厂试验的油池温度B的合格判定标准和出厂试验的润滑油入口压力C的合格判定标准，通过该方法能准确提供各种型号风电齿轮箱在不同环境温度下各性能判据，因此能快速、准确的判断风电齿轮箱在不同环境温度是否合格。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。
图1是本发明风电齿轮箱的试验装置的结构示意图。
图2是图1的俯视结构示意图。
图3是本发明的模拟机舱的结构示意图。
图4是本发明轴承温度A随环境温度变化的判定合格范围。
图5是本发明油池温度B随环境温度变化的判定合格范围。
图6是本发明润滑油入口压力C随环境温度变化的判定合格范围。
其中：1—加载电机，2—联轴器，3—风电齿轮箱，4—模拟机舱，4-1—第一通孔，4-2—第二通孔，4-3—通风口，5—陪试齿轮箱，6—驱动电机。
具体实施方式
见图1～3所示，本发明的一种风电齿轮箱的试验方法，按以下步骤进行：
⑴、将风电齿轮箱3设置在隔温的模拟机舱4内，在模拟机舱4的两端设有第一通孔4-1及第二通孔4-2，风电齿轮箱3的输入端穿出第一通孔4-1与陪试齿轮箱5的输出侧连接、输出侧穿出第二通孔4-2与加载电机1连接，且陪试齿轮箱5的输入侧与驱动电机6连接，将风电齿轮箱3和陪试齿轮箱5背靠背连接在加载试验台上。
⑵、散热器安装在风电齿轮箱3上方，且散热器的出风口对准模拟机舱4上部的通风口4-3，用于散热器与模拟机舱4外部热交换，保证散热器与模拟机舱外部能进行热交换。
⑶、在模拟机舱4外部设有冷暖设备，且冷暖设备通过风管与模拟机舱4内部相通，用于加热或冷却模拟机舱4内部，根据需要可输出热风或冷风，并设置专用风管将热风或冷风导入模拟机舱4内部，对模拟机舱4内部实现加热或制冷效果。
本发明在风电齿轮箱3的各轴承外圈对应的轴承座安装孔处安装有用于测量轴承外圈温度的轴承温度传感器，风电齿轮箱3的油池内安装有用于测量油池温度的油温传感器，风电齿轮箱3在润滑油入口处安装有用于测量润滑油入口压力油压传感器，模拟机舱4内安装有多个用于采集模拟机舱内部环境温度的机舱温度传感器，可将机舱温度传感器安装在模拟机舱4的内壁四周，通过多个机舱温度传感器采集模拟机舱4内的温度。
⑷、启动冷暖设备，将模拟机舱环境温度从-30℃依次递增预热至40℃，该冷暖设备按每1～5℃将模拟机舱环境温度从-30℃进行依次递增预热至40℃，本发明冷暖设备可按每5℃将模拟机舱环境温度从-30℃进行依次递增预热至40℃，或可按每1℃将模拟机舱环境温度从-30℃进行依次递增预热至40℃，还或可按每2.5℃或按每4℃将模拟机舱环境温度从-30℃进行依次递增预热至40℃，各机舱温度传感器采集模拟机舱内部环境温度达到所设定Ni个工况下的机舱环境温度Xi，该i＝1…n，开启驱动电机和加载电机，分别让风电齿轮箱在额定转速和额定负载下运行达到温度平衡状态。本发明风电齿轮箱连续运行1h，在任意一个工况下，风电齿轮箱的轴承温度Ai和油池温度Bi在5min内波动范围小于0.5℃为达到温度平衡的判断标准，否则延长运行时间直至温度达到平衡。
数据采集器记录温度平衡后在各对应的模拟机舱环境温度Xi下，风电齿轮箱的各测点的轴承温度Ai、油池温度Bi及润滑油入口压力Ci，其中该i＝1…n，当所有工况下风电齿轮箱的油池温度均小于85℃、轴承温度均小于95℃、且润滑油入口压力均大于0.5bar时，判断风电齿轮箱温度性能合格，并进入下一步数据分析，否则，结束试验。
本发明可按照GB/T 19073“风力发电机组齿轮箱”中的要求，油池最高温度不得高于85℃，轴承外圈温度不得超过95℃，风电齿轮箱3在任一环境温度下运行温度是否满足要求，只有在判断风电齿轮箱3在所有环境温度下试验合格，才能继续进行以下数据统计分析。当油池温度、轴承温度以及润滑油入口压力任何一项超出范围，则终止试验。
⑸、采用最小二乘法对轴承温度Ai与模拟机舱环境温度Xi的离散测试数据进行直线拟合，并建立该型号风电齿轮箱在不同环境温度X下出厂试验的轴承温度A的合格判定标准：a1X+a2-ΔA＜A＜a1X+a2+ΔA。
其中：
且ΔA为轴承温度判定区域范围，可取ΔA为0～5℃，该ΔA可为1～4℃，如ΔA为2℃或3℃等。
采用最小二乘法对油池温度Bi与模拟机舱环境温度Xi的离散测试数据进行直线拟合，建立该型号风电齿轮箱在不同环境温度X下出厂试验的油池温度B的合格判定标准：b1X+b2-ΔB＜B＜b1X+b2+ΔB，
其中：
且ΔB为油池温度判定区域范围，可取ΔB为0～5℃，该ΔB可为1～4℃，如ΔB2℃或3℃等。
采用最小二乘法对润滑油入口压力Ci与模拟机舱环境温度Xi的离散测试数据进行直线拟合，建立该型号风电齿轮箱在不同环境温度X下出厂试验的润滑油入口压力C的合格判定标准为：c1X+c2-ΔC＜C＜c1X+c2+ΔC。
且ΔC为润滑油入口压力判定区域范围，可取ΔC为0～0.5bar，如该ΔC可为0.1～0.4bar，如该ΔC可为0.2bar或0.3bar等。
实施例1
本发明对型号一的风电齿轮箱进行测试。该型号一的风电齿轮箱3设置在隔温的模拟机舱4内，型号一的风电齿轮箱3的输入端穿出第一通孔4-1与陪试齿轮箱5的输出侧连接、输出侧穿出第二通孔4-2与加载电机1连接，陪试齿轮箱5的输入侧与驱动电机6连接，将型号一的风电齿轮箱3和陪试齿轮箱5背靠背连接在加载试验台上，并在型号一的风电齿轮箱3各轴承外圈对应的轴承座安装孔处安装轴承温度传感器、油池内安装油温传感器，润滑油入口处安装油压传感器，按设定的15种工况Ni，即Ni(i＝1…15)，将模拟机舱环境温度Xi，按每5℃依次递增，即将机舱环境温度从-30℃进行依次递增预热至40℃，使风电齿轮箱3在额定转速和额定负载下运行至温度平衡，数据采集器记录对应的风电齿轮箱3的轴承温度Ai、油池温度Bi及润滑油入口压力Ci，该i＝1…15，具体测量数据见表1所示。
表1
采用最小二乘法对轴承温度Ai与模拟机舱环境温度Xi的离散测试数据进行直线拟合，建立该型号一的风电齿轮箱在不同环境温度X下出厂试验的轴承温度A的合格判定标准：a1X+a2-ΔA＜A＜a1X+a2+ΔA，
经计算得到的a1和a2：
拟合得到的二者线性关系式为：A＝0.36X+59.533(-30℃≤X≤40℃)，并取ΔA＝5℃，建立该型号一的风电齿轮箱批量出厂试验轴承温度在不同环境温度下测试的合格判定标准为：0.36X+59.533-5＜A＜0.36X+59.533+5，也即0.36X+54.533＜A＜0.36X+64.533。
图4是按照该关系式绘制的轴承温度A在不同环境温度X下测试的判定合格区域范围，只有当实测的轴承温度位于阴影区域面积时才能判定该项点合格，否则为不合格。
采用最小二乘法对油池温度Bi与模拟机舱环境温度Xi的离散测试数据进行直线拟合，建立该型号一的风电齿轮箱3在不同环境温度X下出厂试验的油池温度B的合格判定标准：b1X+b2-ΔB＜B＜b1X+b2+ΔB，
经计算得到的b1和b2：
拟合得到的二者线性关系式为：B＝0.26X+49.496(-30℃≤X≤40℃)，取ΔB＝5℃，建立该型号一的电齿轮箱批量出厂试验油池温度B在不同环境温度X下测试的合格判定标准为：0.26X+49.496-5＜B＜0.26X+49.496+5，也即0.26X+44.496＜B＜0.26X+54.496。
图5是按照该关系式绘制的油池温度在不同环境温度下测试的判定合格区域范围，只有当实测的油池温度位于阴影区域面积时才能判定该项点合格，否则为不合格。
采用最小二乘法对润滑油入口压力Ci与模拟机舱环境温度Xi的离散测试数据进行直线拟合，建立该型号一的风电齿轮箱3在不同环境温度X下出厂试验的润滑油入口压力C的合格判定标准为：c1X+c2-ΔC＜C＜c1X+c2+ΔC，
计算得到的c1和c2：
拟合得到的二者线性关系式为：C＝-0.0314X+3.05(-30℃≤X≤40℃)，取ΔC＝0.3bar，建立该型号一的风电齿轮箱批量出厂试验润滑油入口压力C在不同环境温度X下测试的合格判定标准为：-0.0314X+3.05-0.3＜C＜-0.0314X+3.05+0.3，也即-0.0314X+2.75＜C＜-0.0314X+3.35。
图6是按照该关系式绘制的润滑油入口压力在不同环境温度下测试的判定合格区域范围，只有当实测的润滑油入口压力位于阴影区域面积时才能判定该项点合格，否则为不合格。
本发明通过对型号一的风电齿轮箱进行了模拟机舱环境温度模拟测试，并建立了该型号的风电齿轮箱轴承温度A的判定标准为：0.36X+54.533＜A＜0.36X+64.533，油池温度B的判定标准为：0.26X+44.496＜B＜0.26X+54.496，以及润滑油入口压力C的判定标准为：-0.0314X+2.75＜C＜-0.0314X+3.35。
对型号一的风电齿轮箱批量生产的5台风电齿轮箱进行了常规的出厂试验，且环境温度即为车间温度，分别将该型号各风电齿轮箱安装在试验台上，与陪试齿轮箱背靠背连接，在该型号各风电齿轮箱的轴承外圈对应的轴承座安装孔处安装轴承温度传感器、油池内安装油温传感器、润滑油入口处安装油压传感器，通过轴承温度传感器、各油温传感器以及油压传感器，在各风电齿轮箱在额定转速和额定扭矩下运行至温度平衡时进行测量，具体测量的数据见表2所示，其中编号为4号的风电齿轮箱的轴承温度不满足上述判定标准，温度偏高，因此判定其出厂试验不合格，其余4台风电齿轮箱满足判定要求。由此可以看出，这5台风电齿轮箱测量值虽然均在GB/T 19073规定的要求之内，如仅按照GB/T 19073的规定来判定出厂试验是否合格，该4号风电齿轮箱的异常问题是无法有效识别。
表2
| 试验项目 | 1号 | 2号 | 3号 | 4号 | 5号 |
| 环境温度(℃) | 17.5 | 8 | 21 | 14 | 25 |
| 轴承温度(℃) | 63.5 | 60.2 | 65.8 | 71.2 | 71.8 |
| 油池温度(℃) | 53.4 | 49.6 | 55.5 | 52.9 | 58.9 |
| 入口压力(bar) | 2.45 | 2.71 | 2.31 | 2.56 | 2.14 |
| 结论 | 合格 | 合格 | 合格 | 不合格 | 合格 |
实施例2
本发明对型号二的风电齿轮箱进行测试。将该型号二的风电齿轮箱3设置在隔温的模拟机舱4内，型号二的风电齿轮箱3的输入端穿出第一通孔4-1与陪试齿轮箱5的输出侧连接、输出侧穿出第二通孔4-2与加载电机1连接，陪试齿轮箱5的输入侧与驱动电机6连接，将型号二的风电齿轮箱3和陪试齿轮箱5背靠背连接在加载试验台上，在型号二的风电齿轮箱3的各轴承外圈对应的轴承座安装孔处安装轴承温度传感器、油池内安装油温传感器、润滑油入口处安装油压传感器，对型号二的风电齿轮箱按设定的19种工况Ni，即Ni(i＝1…19)进行测量，将模拟机舱环境温度Ai按每4℃依次递增，即将模拟机舱环境温度从-30℃进行依次递增预热至40℃，使型号二的风电齿轮箱3在额定转速和额定负载下运行至温度平衡，数据采集器记录对应的型号二的风电齿轮箱3的轴承温度Ai、油池温度Bi及润滑油入口压力Ci，且i＝1…19，表3为型号二的风电齿轮箱的具体测试数据。
表3
采用最小二乘法对轴承温度Ai与模拟机舱环境温度Xi的离散测试数据进行直线拟合，建立该型号二的风电齿轮箱在不同环境温度X下出厂试验的轴承温度A的合格判定标准：a1X+a2-ΔA＜A＜a1X+a2+ΔA，
经计算得到的a1和a2：
拟合得到的二者线性关系式为：A＝0.267X+62.79(-30℃≤X≤40℃)，并取ΔA＝3℃，建立该型号二的风电齿轮箱批量出厂试验轴承温度在不同环境温度下测试的合格判定标准为：0.267X+62.79-3＜A＜0.267X+62.79+3，也即0.267X+59.79＜A＜0.267X+65.79。
采用最小二乘法对油池温度Bi与模拟机舱环境温度Xi的离散测试数据进行直线拟合，建立的型号二的风电齿轮箱在不同环境温度X下出厂试验的油池温度B的合格判定标准：b1X+b2-ΔB＜B＜b1X+b2+ΔB，
经计算得到的b1和b2：
拟合得到的二者线性关系式为：B＝0.187X+49.16(-30℃≤X≤40℃)，取ΔB＝3℃，建立型号二的风电齿轮箱批量出厂试验油池温度B在不同环境温度X下测试的合格判定标准为：0.187X+49.16-3＜B＜0.187X+49.16+3，也即0.187X+46.16＜B＜0.187X+52.16。
采用最小二乘法对润滑油入口压力Ci与模拟机舱环境温度Xi的离散测试数据进行直线拟合，建立型号二的风电齿轮箱在不同环境温度X下出厂试验的润滑油入口压力C的合格判定标准为：c1X+c2-ΔC＜C＜c1X+c2+ΔC，
计算得到的c1和c2：
拟合得到的二者线性关系式为：C＝-0.024X+2.63(-30℃≤X≤40℃)，取ΔC＝0.5bar，建立型号二的风电齿轮箱批量出厂试验润滑油入口压力C在不同环境温度X下测试的合格判定标准为：-0.024X+2.63-0.5＜C＜-0.024X+2.63+0.5，也即-0.024X+2.13＜C＜-0.024X+3.13。
本发明对型号二的风电齿轮箱进行了模拟机舱环境温度模拟测试，建立了该种型号风电齿轮箱轴承温度A的判定标准为：0.267X+59.79＜A＜0.267X+65.79、油池温度B的判定标准为：0.187X+46.16＜B＜0.187X+52.16，润滑油入口压力C的判定标准为：-0.024X+2.13＜C＜-0.024X+3.13。
对型号二的风电齿轮箱批量生产的5台风电齿轮箱进行了常规的出厂试验，且环境温度即为车间温度下进行测试，分别将该型号各风电齿轮箱安装在试验台上，与陪试齿轮箱背靠背连接，在各风电齿轮箱的轴承外圈对应的轴承座安装孔处安装轴承温度传感器、油池内安装油温传感器、润滑油入口处安装油压传感器，通过轴承温度传感器、各油温传感器以及油压传感器，在该型号各风电齿轮箱在额定转速和额定扭矩下运行至温度平衡时进行测量，具体测量数据见表4所示，测试结果均满足上述判定标准。
表4
| 试验项目 | 1号 | 2号 | 3号 | 4号 | 5号 |
| 环境温度(℃) | 8 | 10 | 15 | 20 | 25 |
| 轴承温度(℃) | 65 | 66 | 68 | 70 | 72 |
| 油池温度(℃) | 52 | 51 | 52 | 54 | 55 |
| 入口压力(bar) | 2.5 | 2.4 | 2.2 | 2.1 | 1.9 |
| 结论 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 |
实施例3
本发明对型号三的风电齿轮箱进行测试。将该型号三的风电齿轮箱3设置在隔温的模拟机舱4内，将型号三的风电齿轮箱3的输入端穿出第一通孔4-1与陪试齿轮箱5的输出侧连接、输出侧穿出第二通孔4-2与加载电机1连接，陪试齿轮箱5的输入侧与驱动电机6连接，将型号三的风电齿轮箱3和陪试齿轮箱5背靠背连接在加载试验台上，在型号三的风电齿轮箱3的各轴承外圈对应的轴承座安装孔处安装轴承温度传感器、油池内安装有油温传感器、润滑油入口处安装油压传感器，对型号三的风电齿轮箱3按设定的21种工况Ni，即Ni(i＝1…21)，将模拟机舱环境温度Xi按每3.5℃依次递增，即将模拟机舱环境温度从-30℃进行依次递增预热至40℃，使型号三的风电齿轮箱3在额定转速和额定负载下运行至温度平衡，数据采集器记录对应的型号三的风电齿轮箱3的轴承温度Ai、油池温度Bi及润滑油入口压力Ci，该i＝1…21，表5为型号三的风电齿轮箱具体测试数据。
表5
采用最小二乘法对轴承温度Ai与模拟机舱环境温度Xi的离散测试数据进行直线拟合，建立型号三的风电齿轮箱在不同环境温度X下出厂试验的轴承温度A的合格判定标准：a1X+a2-ΔA＜A＜a1X+a2+ΔA，
经计算得到的a1和a2：
拟合得到的二者线性关系式为：A＝0.3X+67.6(-30℃≤X≤40℃)，并取ΔA＝4℃，因此可建立型号三的风电齿轮箱批量出厂试验轴承温度在不同环境温度下测试的合格判定标准为：0.3X+67.6-4＜A＜0.3X+67.6+4，也即0.3X+63.6＜A＜0.3X+71.6。
采用最小二乘法对油池温度Bi与模拟机舱环境温度Xi的离散测试数据进行直线拟合，建立的型号三的风电齿轮箱在不同环境温度X下出厂试验的油池温度B的合格判定标准：b1X+b2-ΔB＜B＜b1X+b2+ΔB，
经计算得到的b1和b2：
拟合得到的二者线性关系式为：B＝0.273X+52.83(-30℃≤X≤40℃)，取ΔB＝4℃，因此可建立型号三的风电齿轮箱批量出厂试验油池温度B在不同环境温度X下测试的合格判定标准为：0.273X+52.83-4＜B＜0.273X+52.83+4，也即0.273X+48.83＜B＜0.273X+56.83。
采用最小二乘法对润滑油入口压力Ci与模拟机舱环境温度Xi的离散测试数据进行直线拟合，建立的型号三的风电齿轮箱在不同环境温度X下出厂试验的润滑油入口压力C的合格判定标准为：c1X+c2-ΔC＜C＜c1X+c2+ΔC，
计算得到的c1和c2：
拟合得到的二者线性关系式为：C＝-0.0215X+2.38(-30℃≤X≤40℃)，取ΔC＝0.2bar，因此可建立型号三的风电齿轮箱批量出厂试验润滑油入口压力C在不同环境温度X下测试的合格判定标准为：-0.0215X+2.38-0.2＜C＜-0.0215X+2.38+0.2，也即-0.0215X+2.18＜C＜-0.0215X+2.58。
本发明对型号三的风电齿轮箱进行了模拟机舱环境温度模拟测试，并建立了该型号风电齿轮箱轴承温度A的判定标准为：0.3X+63.6＜A＜0.3X+71.6，油池温度B的判定标准为：0.273X+48.83＜B＜0.273X+56.83以及润滑油入口压力C的判定标准为：-0.0215X+2.18＜C＜-0.0215X+2.58。
对型号三的风电齿轮箱批量生产的5台风电齿轮箱进行常规的出厂试验，且试验的环境温度即为车间温度，分别将该型号的各风电齿轮箱安装在试验台上，与陪试齿轮箱5背靠背连接，在该型号各风电齿轮箱的轴承外圈对应的轴承座安装孔处安装有轴承温度传感器、油池内安装有油温传感器，润滑油入口处安装有油压传感器，通过轴承温度传感器、各油温传感器以及油压传感器，在该型号各风电齿轮箱在额定转速和额定扭矩下运行至温度平衡时进行测量，具体测量数据见表6所示，其中编号为2的风电齿轮箱轴承温度、油池温度、润滑油入口压力均不满足上述判定标准，因此判定其出厂试验不合格，其余4台风电齿轮箱满足判定要求。
表6
| 试验项目 | 1号 | 2号 | 3号 | 4号 | 5号 |
| 环境温度(℃) | 10 | 12 | 8 | 17 | 21 |
| 轴承温度(℃) | 71 | 77 | 69 | 73 | 74 |
| 油池温度(℃) | 55 | 63 | 53 | 56 | 59 |
| 入口压力(bar) | 2.1 | 1.6 | 2.2 | 2.0 | 1.9 |
| 结论 | 合格 | 不合格 | 合格 | 合格 | 合格 |
通过本发明的测试方法，能方便快速对风电齿轮箱作出准确的判断。
见图1～3所示，本发明用于风电齿轮箱试验方法的装置，包括风电齿轮箱3和陪试齿轮箱5，还具有用隔温材料制成的模拟机舱4、冷暖设备、通风管、机舱环境温度传感器及数据采集器，模拟机舱4罩在风电齿轮箱3上，通过模拟机舱4提供所需风电齿轮箱3试验时各工况下的环境温度。见图3所示，该模拟机舱可为矩形，也可采用其它形状，模拟机舱4的两端设有第一通孔4-1及第二通孔4-2，风电齿轮箱3的输入轴穿出第一通孔4-1与陪试齿轮箱5的输出轴连接，见图1、2所示，本发明的风电齿轮箱3的输出轴穿出第二通孔4-2后与联轴器2连接，再通过联轴器2与加载电机1连接，且陪试齿轮箱5的输入轴与驱动电机6连接，同样，陪试齿轮箱5的输入轴通过联轴器2与驱动电机6连接。
本发明在模拟机舱4外部设置有冷暖设备(图中未视出)，该冷暖设备采用现有设备，冷暖设备和模拟机舱4之间设置有通风管，通过冷暖设备及通风管将冷热风导入模拟机舱4内，使模拟机舱4在设定的温度下进行试验。
见图1、2所示，本发明将多个机舱环境温度传感器布置在模拟机舱4的内壁四周，可设置在模拟机舱4的四角，通过多个机舱环境温度传感器采集模拟机舱4内的温度，在设定的环境温度下进行各项试验。本发明在模拟机舱4顶部的通风口4-3，通风口4-3与散热器的出风口相通，本发明在通风口4-3处安装有齿轮箱冷却风扇(图中未视出)。
本发明在风电齿轮箱3的轴承外圈对应的轴承座安装孔处安装有用于测量轴承温度的温度传感器，而风电齿轮箱3的油池内安装有用于测量油池温度的油温传感器，风电齿轮箱3在润滑油入口处安装有用于测量润滑油入口压力油压传感器，数据采集器与机舱环境温度传感器、油温传感器以及轴承温度传感器和润滑油入口压力传感器连接，用于接收风电齿轮箱3上的油温传感器、轴承温度传感器、润滑油入口压力传感器以及环境温度传感器采集的数据，数据采集器以1Hz的频率进行实时记录，环境温度传感器测得模拟机舱温度，并通过冷暖设备将模拟机舱4达到设定试验的温度，根据试验要求，采集油温、轴承温度以及润滑油入口压力，实时记录。
Claims (5)
1.一种风电齿轮箱的试验方法，其特征在于：按以下步骤进行：
⑴、将风电齿轮箱设置在隔温的模拟机舱内，在模拟机舱的两端设有第一通孔及第二通孔，风电齿轮箱的输入端穿出第一通孔与陪试齿轮箱的输出侧连接、输出侧穿出第二通孔与加载电机连接，且陪试齿轮箱的输入侧与驱动电机连接，将风电齿轮箱和陪试齿轮箱背靠背连接在加载试验台上；
⑵、散热器安装在风电齿轮箱上方，且散热器的出风口对准模拟机舱上部的通风口，用于散热器与模拟机舱外部热交换；
⑶、在模拟机舱外部设有冷暖设备，且冷暖设备通过风管与模拟机舱内部相通，用于加热或冷却模拟机舱内部，在风电齿轮箱的各轴承外圈对应的轴承座安装孔处安装有用于测量轴承温度的轴承温度传感器，风电齿轮箱的油池内安装有用于测量油池温度的油温传感器，风电齿轮箱在润滑油入口处安装有用于测量润滑油入口压力的油压传感器，所述的模拟机舱内安装有多个用于采集模拟机舱内部环境温度的机舱温度传感器；
⑷、启动冷暖设备，将模拟机舱环境温度从-30℃依次递增预热至40℃，各机舱温度传感器采集模拟机舱内部环境温度达到所设定Ni工况下的模拟机舱环境温度Xi，开启驱动电机和加载电机，分别让风电齿轮箱在额定转速和额定负载下运行达到温度平衡状态，数据采集器记录温度平衡后在各对应的模拟机舱环境温度Xi下，风电齿轮箱各测点的轴承温度Ai、油池温度Bi及润滑油入口压力Ci，当所有工况下风电齿轮箱的油池温度均小于85℃、轴承温度均小于95℃、且润滑油入口压力均大于0.5bar时，判断风电齿轮箱温度性能合格，并进入下一步数据分析，否则，结束试验；
⑸、采用最小二乘法对轴承温度Ai与模拟机舱环境温度Xi的离散测试数据进行直线拟合，并建立被测型号风电齿轮箱在不同环境温度X下出厂试验的轴承温度A的合格判定标准：a1X+a2-ΔA＜A＜a1X+a2+ΔA，
其中：
且ΔA为轴承温度判定区域范围，可取ΔA为0～5℃；
采用最小二乘法对油池温度Bi与模拟机舱环境温度Xi的离散测试数据进行直线拟合，建立被测型号风电齿轮箱在不同环境温度X下出厂试验的油池温度B的合格判定标准：b1X+b2-ΔB＜B＜b1X+b2+ΔB，
其中：
且ΔB为油池温度判定区域范围，可取ΔB为0～5℃；
采用最小二乘法对润滑油入口压力Ci与模拟机舱环境温度Xi的离散测试数据进行直线拟合，建立被测型号风电齿轮箱在不同环境温度X下出厂试验的润滑油入口压力C的合格判定标准为：c1X+c2-ΔC＜C＜c1X+c2+ΔC，
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且ΔC为润滑油入口压力判定区域范围，可取ΔC为0～0.5bar。
2.根据权利要求1所述的风电齿轮箱的试验方法，其特征在于：所述风电齿轮箱在额定转速和额定负载下连续运行1h，在任意一个工况下，风电齿轮箱的轴承温度Ai和油池温度Bi在5min内波动范围小于0.5℃为达到温度平衡的判断标准，否则延长运行时间直至温度达到平衡。
3.根据权利要求1所述的风电齿轮箱的试验方法，其特征在于：所述冷暖设备按每1～5℃将模拟机舱环境温度从-30℃进行依次递增预热至40℃。
4.根据权利要求1所述的用于风电齿轮箱试验方法的装置，其特征在于：包括风电齿轮箱和陪试齿轮箱，还具有用隔温材料制成的模拟机舱、冷暖设备、通风管、环境温度传感器及数据采集器，模拟机舱罩在风电齿轮箱上，模拟机舱的两端设有第一通孔及第二通孔，所述的风电齿轮箱的输入轴穿出第二通孔与陪试齿轮箱的输出轴连接，风电齿轮箱的输出轴穿出第一通孔与加载电机连接，且陪试齿轮箱的输入轴与驱动电机连接，模拟机舱外部设置有冷暖设备，冷暖设备与模拟机舱之间设置有通风管，数个环境温度传感器布置在模拟机舱的四周，在风电齿轮箱的轴承外圈对应的轴承座安装孔处安装有用于测量轴承温度的温度传感器，风电齿轮箱的油池内安装有用于测量油池温度的油温传感器，风电齿轮箱在润滑油入口处安装有用于测量润滑油入口压力的油压传感器，与各传感器连接的数据采集器用于接收风电齿轮箱上的油温传感器、轴承温度传感器、润滑油入口压力传感器以及环境温度传感器的数据。
5.根据权利要求4所述的用于风电齿轮箱试验方法的装置，其特征在于：所述模拟机舱顶部的通风口处安装有齿轮箱冷却风扇。
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Address after: 213011 Wuyi Road, Jiangsu, Changzhou, No. 258 Applicant after: CRRC QISHUYAN INSTITUTE Co.,Ltd. Address before: 213011 Wuyi Road, Qishuyan District, Jiangsu, China, No. 258, No. Applicant before: CSR QISHUYAN INSTITUTE Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 213011 258 Wuyi Road, Changzhou, Jiangsu Patentee after: CRRC Qishuyan Locomotive and Rolling Stock Technology Research Institute Co.,Ltd. Address before: 213011 258 Wuyi Road, Changzhou, Jiangsu Patentee before: CRRC QISHUYAN INSTITUTE Co.,Ltd. |