CN105675293A - 用于风力发电机组的变桨齿形带的测试工装及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种用于风力发电机组的变桨齿形带的测试工装及系统。该测试工装包括测试台架、驱动系统和负荷加载系统；分别用于放置与被测试的齿形带适配的变桨盘、变桨轮组件的变桨盘工位和变桨轮工位；其中，齿形带绕过变桨轮组件，且两端固定在变桨盘上；驱动系统驱动变桨轮组件转动，负荷加载系统对齿形带施加负荷。通过测试工装可模拟风机变桨齿形带的变桨工况对齿形带进行测试，真实反映齿形带在风力发电机组变桨系统中的性能，并且其设计合理、结构紧凑、控制简单、安全可靠。

Description

用于风力发电机组的变桨齿形带的测试工装及系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术，尤其涉及用于风力发电机组的变桨齿形带的测试工装及系统。

背景技术

风机齿形带是应用于风力发电机组变桨系统上的重要部件，齿形带变桨是风力发电机组上一种变桨技术方案，所采用的齿形带是圆弧型带齿的同步齿形带。因风机的工作环境较为复杂，且变桨较为频繁，故对风机齿形带的要求也较高，一般要有不低于20年的寿命要求。齿形带的质量决定着整个风机的质量，所以对齿形带的性能要求较高。

为了鉴别齿形带的性能是否满足风机的要求，需要对齿形带进行疲劳测试来测试齿形带的疲劳寿命。

现有的测试齿形带疲劳寿命的实验方案通常包括三种。第一种为齿形带挂机实验。齿形带挂机试验，即把齿形带安装在风力发电机组上，整机在项目现场运行，通过运行后的测试结果来判断齿形带的特性，此种方法周期很长，且测试时因为载荷变化，无法定量确定齿形带性能。

参照图1，第二种方案是将齿形带安放在驱动轮4’上，齿形带两端挂上重物(图中左侧为涨紧重物1’，其用于将齿形带张紧，右侧为负载重物5’，其用于对齿形带施加负载)，为了保证可靠测试，齿形带两侧还分别设置有涨紧轮3’和导向轮2’。测试时，通过电机驱动齿轮正转和反转来使齿形带拉起和下放重物，齿轮通过正反不断循环运行来达到测试齿形带疲劳寿命的目的。这种方法因为要使用重物模拟载荷，只能对驱动轮施加单项载荷，在试验大规格齿形带时，重物重量会非常大，且重物的惯性载荷会给齿形带造成冲击，所以试验样带通常都窄于实际的齿形带，试验结果不能真实反映齿形带在风机变桨系统中的性能。

参照图2，第三种方案是使用部分宽度的同规格齿形带(如1/4带宽)，将其套设在负载轮6’和驱动轮4’上，再在其上下两侧设置涨紧轮3’，使其张紧，通过负载轮6’加载模拟齿形带载荷，这种加载方式，因几何关系限制，驱动轮包角和涨紧轮的位置都不能和实际齿形带驱动系统吻合，试验结果不能真实反映齿形带在风机变桨系统中的性能。

以上测试齿形带疲劳寿命的测试方案各有弊端，且都无法模拟较真实的风机齿形带变桨工况。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于风力发电机组的变桨齿形带的测试工装及系统，以解决现有的测试齿形带疲劳寿命的实验方案无法模拟较真实的风机齿形带变桨工况的问题。

根据本发明的一方面，提供一种用于风力发电机组的变桨齿形带的测试工装。该测试工装包括测试台架、驱动系统和负荷加载系统；分别用于放置与被测试的齿形带适配的变桨盘、变桨轮组件的变桨盘工位和变桨轮工位；其中，齿形带绕过变桨轮组件，且两端固定设置在变桨盘上；驱动系统驱动变桨轮组件转动，负荷加载系统对齿形带施加负荷。

优选地，变桨盘上设有固定齿形带两端的第一固定端和第二固定端，负荷加载系统包括第一液压油缸和第二液压油缸，第一液压油缸对第一固定端施加载荷和/或第二液压油缸对第二固定端施加载荷。

优选地，测试台架上设有第一固定支座，第一液压油缸一端与第一固定支座连接，另一端与第一固定端连接；测试台架上设有第二固定支座，第二液压油缸一端与第二固定支座连接，另一端与第二固定端连接。

优选地，测试工装中部还设有回转支承，回转支承的外圈与变桨盘之间设有连接部。

优选地，驱动系统包括液压马达及减速机。

优选地，在变桨盘工位上设置有变桨盘，在变桨轮工位上设置有变桨轮组件，变桨轮组件包括与被测试的齿形带啮合的驱动轮及压设在被测试的齿形带上的张紧轮组件，张紧轮组件与驱动轮位于被测试的齿形带的两侧。

根据本发明的另一方面，提供一种用于风力发电机组变桨齿形带的测试系统，包括上述实施例的用于风力发电机组变桨齿形带的测试工装，和控制器，控制器用于控制测试工装的驱动系统及负荷加载系统对被测试的齿形带执行测试操作。

优选地，测试系统还包括至少一个传感器：设置在驱动系统的转速传感器、旋向传感器、扭矩传感器、压力传感器和温度传感器，设置在负荷加载系统的压力传感器、温度传感器、接近开关及行程开关，以及设置在被测试的齿形带的固定端部的拉力传感器。

优选地，测试系统还包括与控制器连接的工控机，工控机包括用于通过传感器采集测试数据的数据采集模块。

优选地，控制器是可编程逻辑控制器。

根据本发明实施例提供的用于风力发电机组的变桨齿形带的测试工装及系统，通过测试工装可模拟风机变桨齿形带的变桨工况对齿形带进行测试，真实反映齿形带在风力发电机组变桨系统中的性能，并且其设计合理、结构紧凑、控制简单、安全可靠。

附图说明

图1是现有技术中齿形带安放在齿轮上进行测试的示意图；

图2是现有技术中负载轮加载模拟齿形带进行测试的示意图；

图3是本发明实施例一的变桨齿形带测试工装的示意图；

图4是本发明实施例二的变桨齿形带测试系统的示例性控制逻辑的示意图。

附图标记说明：

现有技术中：

1’、涨紧重物；2’、导向轮；3’、涨紧轮；4’、驱动轮；5’、负载重物；6’、负载轮；

本发明中：

2、测试台架；3、液压马达；4、齿形带；5、工控机的数据采集模块；6、驱动系统；7、控制器；8、负荷加载系统；11、第一液压油缸；12、第二液压油缸；21、变桨盘；22、变桨轮组件；23、连接部；25、回转支承。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的示例性实施例。

齿形带变桨是风力发电机组上一种常见的变桨技术方案，所采用的齿形带是圆弧型带齿的同步齿形带。通过模拟实际使用的工况或者采用加速疲劳测试的方法能够达到测试齿形带的疲劳寿命的目的。

实施例一

如图3所示，本发明的实施例提供一种用于风力发电机组的变桨齿形带4的测试工装。该测试工装包括测试台架2，测试台架2是齿形带4测试的实验基础底座，其底部设有若干支腿，用于承载测试工装上的零部件，为减轻台架整体重量，通常测试台架2设计成空心结构，其形状并无特殊规定。

测试工装还包括驱动系统6和负荷加载系统8，以及分别用于放置与被测试的变桨齿形带4(以下简称齿形带4)适配的变桨盘21、变桨轮组件22的变桨盘工位和变桨轮工位(用于在测试齿形带4时分别放置变桨盘21和变桨轮组件22)。其中，齿形带4绕过变桨轮组件22，且两端固定在变桨盘21上。使用时，驱动系统6驱动变桨轮组件22转动，从而带动齿形带4转动，此时，负荷加载系统8对齿形带4施加负荷，实现齿形带4疲劳寿命测试。

本发明实施例提供的测试工装因设有变桨盘工位和变桨轮工位，再加上用于驱动变桨轮组件22转动的驱动系统6以及对齿形带4施加负荷的负荷加载系统8，不仅可对全宽度齿形带4进行测试，而且能使测试工装能够较好的模拟风机齿形带4变桨工况。

为了进一步确保测试工装能够真实的模拟实际风机齿形带4变桨工况，在变桨盘工位上设置有与该齿形带4相适配的变桨盘21。在变桨轮工位上还设置有变桨轮组件22。变桨盘21的外缘用于放置齿形带4，并使齿形带4的两端固定在变桨盘21上。不同的齿形带4被测试时，可以根据需要在变桨盘工位和变桨轮工位上更换不同的变桨盘21和变桨轮组件22。

为节省成本，简化设计结构，测试工装上的变桨盘21可以不必要使用实际风力发电机组的变桨轴承，只需按照实际变桨轴承的外形尺寸设计半圆形变桨盘21模具即可，使用时使齿形带4的两端固定在变桨盘21模具的外缘表面。变桨轮组件22包括与被测试的齿形带4啮合的驱动轮及压设在齿形带4上的张紧轮组件，张紧轮组件与驱动轮位于齿形带4的两侧。驱动轮用于驱动齿形带4转动，张紧轮组件可以是一个张紧轮，也可以是多个张紧轮，主要用于将齿形带4更大程度地张紧。为确保测试效果，齿形带4与其接触部件(变桨盘21或变桨轮组件22)之间的角度、位置关系须和实际风力发电机组变桨系统的情况相同。

为进一步简化设计，变桨轮组件22(驱动轮和张紧轮)可以集成至一个齿轮箱体中，使用时，只需让齿形带4穿过齿轮箱体即可。

为实现变桨盘21能模拟实际风机变桨轴承的转动，测试工装中部还设有回转支承25，回转支承25的外圈与变桨盘21之间设有连接部23。具体地，变桨盘21是中空半圆体，其凹面内缘与回转支承25的外圈之间设有多个加强筋板，实现变桨盘21可随回转支承25转动。

为达到齿形带4测试效果，变桨盘21外缘上设有用于固定齿形带4两端的第一固定端和第二固定端。优选地，第一固定端和/或第二固定端还可设置齿形带4张紧装置，确保齿形带4在进行加载测试时处于张紧状态。

负荷加载系统8包括第一液压油缸11和第二液压油缸12，通过第一液压油缸11对齿形带4的第一固定端施加载荷，并且通过和/或所述第二加载部第二液压油缸12对第二固定端施加载荷，从而从两侧对要测试的齿形带4施加载荷。齿形带4两端均设有加载部，可分别对齿形带4的两端施加负荷。优选地，第一加载部和/或第二加载部为液压油缸，使用液压油缸加载，体积小、载荷大、更容易控制且整个测试工装系统惯性小。由于本发明实施例的测试工装的负荷加载系统8能够对齿形带4提供较大载荷，所以被测试的齿形带4可以是真实风机用的全宽度齿形带4。

为使液压油缸较稳固地固定在测试台架2上，且能对齿形带4两端施加负荷，在测试台架2上远离齿形带4的第一固定端处设有第一固定支座。第一固定支座与第一液压油缸11的无杆腔端固定连接；第一液压油缸11的有杆腔端与齿形带4的第一固定端固定连接。同样，在测试台架2上，远离齿形带4的第二固定端处设有第二固定支座，第二固定支座与第二液压油缸12的无杆腔端固定连接，第二液压油缸12的有杆腔端与齿形带4的第二固定端固定连接。这样，当第一液压油缸11或第二液压油缸12回缩时，则可从两侧分别对齿形带4施加载荷。

进一步地，为实现对齿形带4加载的加载作用力更高效，齿形带4第一固定端处设有固定侧板，固定侧板上设有固定座。第一液压油缸11的有杆腔端固定连接在固定侧板上的固定座上，使得液压油缸的设置方向与齿形带4在第一固定端的切线方向大致平行，这样，液压油缸对齿形带4第一固定端加载时其作用力几乎全部作用于对齿形带4第一固定端的切线方向上的拉力，使加载效果更佳。齿形带4第二固定端处的设置同理参照第一固定端，不再重述。

当然，可以使用其他类型的执行件替代第一液压油缸和第二液压油缸，例如，气缸或者减震弹簧，只要能实现对齿形带4的固定端加载即可，又或者，还可以通过电机驱动测试工装中部的回转支承25转动(正转反转)，也能实现加载，实施例在此不做限定。

优选地，驱动系统6包括液压马达3及减速机。液压马达3连接减速机的一端，其另一端带动齿轮箱体中的驱动轮啮合着齿形带4，从而带动齿形带4转动。因齿形带4的两端固定在变桨盘21上，故变桨盘21随着齿形带4绕其回转支承25转动。驱动系统6使用液压马达3而非电机，因液压马达3转动惯性小于电机(液压马达3质量小于电机)，从而有效解决了现有技术中驱动系统6不能长时间大载荷地快速变换旋转方向的问题，使得整个测试工装系统惯性小，且使用寿命较长。

在对风力发电机组的齿形带4进行测试时，驱动系统6的液压马达3带动减速机转动，减速机带动变桨轮组件22转动，从而带动齿形带4转动。由于齿形带4固定在变桨盘21上，因此变桨盘21随着齿形带4绕其回转支承25转动。变桨盘21的转动导致负荷加载系统8的其中一个液压油缸的活塞杆伸出，另一个液压油缸的活塞杆相应地缩回。当液压油缸的活塞杆缩回时，负荷加载系统8会为其提供一定的回油背压，所以变桨盘21转动时会受到一定的阻力矩，则此时齿形带4拉动变桨盘21转动就会在齿形带4上加上载荷。

本发明实施例提供的用于风力发电机组的变桨齿形带4的测试工装，能够较好地模拟风机变桨齿形带4的工况，对风机变桨齿形带4的疲劳寿命测试更加准确快捷，并且设计合理，结构紧凑。

实施例二

本发明的实施例二提供一种用于风力发电机组变桨齿形带4的测试系统。测试系统包括上述实施例一示出的变桨齿形带4测试工装和控制器7，控制器7用于控制测试工装的驱动系统6及负荷加载系统8对被测试的齿形带4执行测试操作。

本发明实施例二提供的变桨齿形带的测试系统，因配备有上述实施例一示出的变桨齿形带4测试工装以及控制器7，可智能地控制测试工装的驱动系统6及负荷加载系统8对齿形带4执行测试操作，故而能够较好地模拟实际风机变桨齿形带4的工况，真实反映齿形带在风力发电机组变桨系统中的性能。

为实现对测试工装的智能控制，可设置多种用于采集测试数据的一个或多个传感器。

具体地，该测试系统可包括，但不限于，至少一个以下传感器：设置在驱动系统6的转速传感器、旋向传感器、扭矩传感器、温度传感器和压力传感器等，其分别用于检测驱动系统6的液压马达及减速机的转速、减速机的旋转方向、减速机转轴输出扭矩、驱动系统6的温度(如液压系统的液压油温)以及驱动系统6的系统压力等。这些传感器都是用来监测驱动系统6运行时各项重要参数的工作情况，一旦上述的某个传感器传来异常信号，则代表测试系统运行故障。

进一步地，该测试系统还可包括，但不限于，至少一个以下传感器：设置在负荷加载系统8的压力传感器、温度传感器、接近开关及行程开关等，其分别用于检测负荷加载系统8的系统压力、液压油温以及加载液压油缸的行程等。

相应地，该测试系统还可包括，但不限于，被测试的齿形带4的固定端部设有拉力传感器，主要用于检测齿形带4在测试过程中是否被拉断(一旦齿形带4被拉断，则实验结束)。

在上述负荷加载系统8和齿形带的传感器当中，负荷加载系统8的接近开关及行程开关可用于检测负荷加载系统8的第一液压油缸11和/或第二液压油缸12是否加载到位；负荷加载系统8的压力传感器、温度传感器以及被测试的齿形带4的固定端处的拉力传感器可用于监测测试系统是否处于正常工作状态，以保障测试系统的安全性。

除此之外，测试系统还包括与控制器7连接的工控机，工控机包括用于通过上述传感器采集测试数据的数据采集模块。具体地，测试系统所用的控制器7是PLC(可编程逻辑控制器)。

图4是本发明实施例二的变桨齿形带测试系统的示例性控制逻辑的示意图。

参照图4，工控机通过工控机的数据采集模块5与控制器7连接，并通过控制器7来控制对齿形带进行测试。工控机的数据采集模块5与驱动系统6连接，并采集液压马达的转速、旋向、压力、油温等，其与负荷加载系统8连接，并采集负荷加载系统的压力、油温等，其与齿形带4连接并采集齿形带上的拉力，是否拉断等，与加载部的第一液压油缸11和第二液压油缸12连接，并采集油缸行程等等。

控制器7为PLC控制器，其控制驱动系统6和负荷加载系统8如实施例一中所述，分别驱动齿形带以及对齿形带加载负荷。在此过程中，可通过前述设置的传感器从驱动系统6、负荷加载系统和/或齿形带采集各种测试数据，例如，一旦工控机根据前述传感器采集的数据检测到发生异常，出现系统运行故障，则工控机通过PLC控制器进行停机处理，从而实现对整个系统的保护。

优选地，测试系统的负荷加载系统的加载力大小可以通过改变液压油缸(加载部)的活塞杆伸出或缩回距离调节(调节接近开关在液压油缸处的位置)。齿形带4的运动快慢可通过控制液压马达3的液压油排量调节。

由于安装了大量的检测传感器，对测试工装的运行参数进行全面的监控，不仅能实现对测试工装的智能控制，而且具备较高的安全可靠性能，可实现无人看守实验。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于风力发电机组变桨齿形带的测试工装，其特征在于，包括测试台架(2)、驱动系统(6)和负荷加载系统(8)；

分别用于放置与被测试的齿形带(4)适配的变桨盘(21)、变桨轮组件(22)的变桨盘工位和变桨轮工位；

其中，所述齿形带(4)绕过所述变桨轮组件(22)，且两端固定在所述变桨盘(21)上；所述驱动系统(6)驱动所述变桨轮组件(22)转动，所述负荷加载系统(8)对所述齿形带(4)施加负荷。

2.根据权利要求1所述的测试工装，其特征在于，所述变桨盘(21)上设有固定所述齿形带(4)两端的第一固定端和第二固定端，所述负荷加载系统(8)包括第一液压油缸(11)和第二液压油缸(12)，所述第一液压油缸(11)对所述第一固定端施加载荷和/或所述第二液压油缸(12)对所述第二固定端施加载荷。

3.根据权利要求2所述的测试工装，其特征在于，

所述测试台架(2)上设有第一固定支座，所述第一液压油缸(11)一端与所述第一固定支座连接，另一端与所述第一固定端连接；

所述测试台架(2)上设有第二固定支座，所述第二液压油缸(12)一端与所述第二固定支座连接，另一端与第二固定端连接。

4.根据权利要求1所述的测试工装，其特征在于，所述测试工装中部还设有回转支承(25)，所述回转支承(25)的外圈与所述变桨盘(21)之间设有连接部(23)。

5.根据权利要求1所述的测试工装，其特征在于，所述驱动系统(6)包括液压马达(3)及减速机。

6.根据权利要求1所述的测试工装，其特征在于，在所述变桨盘工位上设置有所述变桨盘(21)，在所述变桨轮工位上设置有所述变桨轮组件(22)，所述变桨轮组件(22)包括与被测试的齿形带(4)啮合的驱动轮及压设在被测试的齿形带(4)上的张紧轮组件，所述张紧轮组件与所述驱动轮位于被测试的齿形带(4)的两侧。

7.一种用于风力发电机组变桨齿形带的测试系统，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的用于风力发电机组变桨齿形带的测试工装和控制器(7)，所述控制器(7)用于控制所述测试工装的驱动系统(6)及负荷加载系统(8)对被测试的齿形带(4)执行测试操作。

8.根据权利要求7所述的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括至少一个传感器：

设置在所述驱动系统(6)的转速传感器、旋向传感器、扭矩传感器、压力传感器和温度传感器，

设置在所述负荷加载系统(8)的压力传感器、温度传感器、接近开关及行程开关，以及

设置在被测试的齿形带的固定端部的拉力传感器。

9.根据权利要求8所述的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括与所述控制器(7)连接的工控机，所述工控机包括用于通过所述传感器采集测试数据的数据采集模块。

10.根据权利要求7～9中任一项所述的测试系统，其特征在于，所述控制器(7)是可编程逻辑控制器。