CN105928708A - 一种大功率风力发电机变桨轴承微动磨损测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率风力发电机变桨轴承微动磨损测试装置。该装置包括电动机，测试支架，加载系统，机械连接系统，调速控制器，接近开关和计数器。该系统主要通过机械连接为测试轴承加载不同轴向负载，使轴承在套圈中往复的微幅滚动，造成滚道上的轴承微动磨损，从而得出大功率风电机组变桨轴承的耐磨损性能参数，保证风电机组的检修维护。

Description

一种大功率风力发电机变桨轴承微动磨损测试装置

技术领域

本发明涉及风力发电设备轴承磨损测试技术领域，特别是涉及一种大功率风力发电机变桨轴承微动磨损测试装置。

背景技术

变桨轴承主要用于兆瓦级以上的变桨距风力发电机组上，变桨轴承是风电轴承中受力最复杂的轴承，采用的结构形式多为内圈带齿或无齿双列四点接触球轴承，变桨轴承安装于叶片和轮毂之间，内套圈和外套圈通过螺栓分别与叶片和轮毂联结，使叶片可以相对其轴线旋转以达到变桨的目的；根据风向由变桨轴承及相应的控制装置调整叶片迎风角度，获取最佳迎风角，具有在额定功率点以上输出功率平稳，在额定点具有较高的风能利用系数，确保高风速段的额定功率，具有更强的的转轮制动性能等特点；变桨矩式调速机构能使风力发电机运行时吸收更多的能量，在遇到阵风时，塔架、叶片受到的冲击小，对机组的安全、稳定、高效都起到十分重要的作用；在风力发电机上的所有轴承中，变桨轴承工况最恶劣，受力最复杂，要求最高；本厂经过研究发现，由于风机的长时间运行及相关空气微粒影响，本厂风机变桨轴承存在正常的疲劳磨损之外，还存在着不容忽视的微动磨损。由于变桨轴承微动磨损的存在造成了风机控制准确度的下降，从而降低了风场的发电效率。

风力发电机组轴承是在恶劣工况条件下工作的轴承；变桨轴承主要的运动为摆动，承受很大的受径向力、轴向力和倾覆力矩，其中倾覆力矩为其主要受力，并且受力的大小随叶片位置、迎风角度、风力的等级等呈周期性变化，轴承在起动和制动时要承受很大的冲击载荷，是风电轴承受力最复杂的轴承。并且还受到叶片由于在运行过程中受到惯性力、弹性力和气动力等载荷耦合作用而产生的振颤力；由于叶片的振动使变桨轴承既承受很大的振动冲击负荷，而变桨轴承又经常处于静止不动或处于低速摆动。因此将发生三种破环形式：第一种就是疲劳破坏；滚动体在滚道上滚动时，滚道在循环载荷作用下产生疲劳破坏，以及螺栓由于疲劳断裂和齿轮轮齿的疲劳失效；再一种就是在外部冲击载荷作用下，轴承的滚动体和滚道的塑性变形，在这种情况下，就必须校验所选轴承的额定静负荷；第三种就是滚动体和滚道接触面之间在叶片振动作用下产生微动损伤。

发明内容

为了克服上述出现的问题，保证风电机组正常工作，本发明提供了一种大功率风力发电机变桨轴承微动磨损测试装置；解决了现有变桨轴承微动磨损的测试技术空白，通过测试模拟风机的状态总结出变桨轴承的磨损程度和检修维护周期。

本发明采取的技术方案为：设计、制造如附图所示试验装置，试验装置可对推力轴向加载、微幅摆动微动测试，实现推力轴承的滚动体在套圈上进行往复微幅滚动，造成滚道上的滚动微动磨损；如附图2所示，滚动微动试验装置工作原理为在轴承座8下部安装有承载轴承7，试验轴承9安装在轴承座8上部，试验轴承9与承载轴承9同心；电动机4安装在支架5上，带动曲柄3做整圈圆周转动，曲柄3带动固定在轴承座上的摆杆2做往复摆动，通过改变偏心距即可改变试验轴承9的摆动角度；试验轴承9轴向载荷由加载轴10通过上部加载杠杆11得到，改变负重1可使试验轴承9进行不同载荷的试验；试验轴承9在轴承座8的往复摆动下，滚动体在滚道上实现滚动微动磨损；承载轴承其滚子与滚道为线接触，并使用抗微动磨损好的润滑脂，可以最大程度地减小承载轴承受到微动磨损，保证测试的正常进行；调速电动机其带有减速机，减速比为1：5；该电机在变速控制器的控制下可以在一定的速度范围内进行无极变速，可通过摇臂改变轴承摆动试验频率，便于试验轴承实现不同频率的微动试验。微动试验装置还安装有计数器，通过接近开关传感器感应曲柄的摆动次数来对微动循环进行计数；在轴承试验摆动达到要求的次数后，经中间继电器断开电机电源，使试验停止，增加了试验运行的可靠性和微动循环次数的准确性。

附图说明

附图1为本发明风力发电机变桨轴承微动磨损测试装置的结构示意图。

附图2为：大功率风力发电机变桨轴承微动磨损测试装置原理结构图，其中1-负载；2-摆杆；3-曲柄；4-电机；5-底座；6-支架；7承载轴承；8-轴承座；9实验轴承；10-加载轴承；11-加载杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施案例对本发明做进一步的说明。

附图1为本发明风力发电机变桨轴承微动磨损测试装置的结构示意图。所述风力发电机变桨轴承微动磨损测试装置由负载，支架，承载轴承，加载轴承，曲柄，摆杆，电机等构成；整个装置为独立结构，目的测试风力发电机变桨轴承的微动磨损情况。

本发明的作用原理为：将被测试的轴承固定在承载轴承和加载轴承之间，通过上支架所连接的负载为加载轴承提供纵向加载力，保证实验轴承的固定性。在轴承底座中安装有振动频率计数器，当电机带动轴承转动过程中，轴承外边缘将做为滚体与外边缘滚道相接触，当发生，接触发生将产生振动，底座中的振动频率计数器将记录下振动频率曲线；当振动频率去电机加速曲线吻合，测试结果为轴承无微动损伤，当振动频率曲线与电机加速曲线不吻合时，代表所测试轴承存在微动损伤。

图2中：1-负载；2-摆杆；3-曲柄；4-电机；5-底座；6-支架；7承载轴承；8-轴承座；9实验轴承；10-加载轴承；11-加载杆。

实施例。

本发明风力发电机变桨轴承微动磨损测试装置针对1.5MW双馈风力发电机变桨轴承微动损伤测试设计。实验调速电机为YNS0255G10，功率25W，其带有减速机，减速比为1：5；该电机在变速控制器的控制下可以在一定的速度范围内进行无极变速，可通过摇臂改变轴承摆动试验频率，便于试验轴承实现不同频率的微动试验。采用型号为30208的圆锥滚子轴承进行试验；滚子在套圈滚道上为纯滚动，试验摆动角度取1.250，频率5Hz，滚子在外圈上的法向接触载荷分别为2.7kN和4.2kN，试验在干态条件下进行；两种不同载荷的试验各进行105次；试验在温度约为20度和相对湿度约为50％的大气环境下完成；试验前用丙酮对试验轴承进行超声波清洗；完成试验次数后，用光学显微镜观察磨痕的微观组织；在两种载荷下的试验轴承外圈上均发现有矩形磨痕，磨痕周向间距与滚子间距一致；底座振动传感计数器结果与电机转动频率一致，证明在两种实验条件下检测，型号为30208的圆锥滚子轴承无微动损伤。

利用本发明提供的风力发电机变桨轴承微动磨损测试装置，将有效检测1.5MW双馈型风力发电机变桨轴承的磨损情况，定期检测风电场中所选样板风机的变桨轴承将有效评估风机运行状态，科学高效制定风力发电机运行检修计划，保证最大时效利用风力发电，与类似相关设备相比，本装置对风机轴承测试损伤小，检测准确度高，装置结构简单适用于风电场恶劣的运行环境。

对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种大功率风力发电机变桨轴承微动磨损测试装置，其特征在于：该装置包括电动机，测试支架，加载系统，机械连接系统，调速控制器，接近开关和计数器；其中电动机提供轴承往复滚动的动力；测试支架和加载系统将被测试轴承固定在滚道内，并加载不同的轴向负载，模拟风电机组变桨状态。

2.如权利要求1所述的一种大功率风力发电机变桨轴承微动磨损测试装置，其特征在于：由电动机提供滚动动力，调速控制器给定电动机转速，模拟风机变桨时轴承的转动状态。

3.如权利要求1所述的一种大功率风力发电机变桨轴承微动磨损测试装置，其特征在于：如附图所示曲柄3带动固定在轴承座上的摆杆2做往复摆动，通过改变偏心距即可改变试验轴承9的摆动角度。

4.如权利要求1所述的一种大功率风力发电机变桨轴承微动磨损测试装置，其特征在于，有计数器，通过接近开关传感器感应曲柄的摆动次数来对微动循环进行计数；在轴承试验摆动达到要求的次数后，经中间继电器断开电机电源，使试验停止，增加了试验运行的可靠性和微动循环次数的准确性。