CN107179149A - 用于测试风力涡轮机的力矩轴承的力矩轴承测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及力矩轴承测试装置以及一种测试风力涡轮机力矩轴承的方法。该测试装置包括用于相对于力矩轴承的第二环转动第一环的驱动单元。该驱动单元安装在至少一个可转动连接至安装框架的扭矩臂上。安装框架设置为安装到第一环或第二环。该测试装置进一步包括测量单元，以测量力矩轴承的摩擦扭矩。测试装置可以用作移动测试装置，使得测试能够在现场进行，并使得力矩轴承在安装到转子轮毂或主机架时能够进行测试。

Description

用于测试风力涡轮机的力矩轴承的力矩轴承测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种力矩轴承测试装置，包括安装框架，其用于安装到风力涡轮机的力矩轴承的第一环；驱动单元，其可旋转地联接到所述安装框架；以及测量单元，其相对于力矩轴承的第二环设置，其中所述驱动单元设置为相对于所述第二环旋转所述第一环，并且其中所述测量单元配置为测量表示所述力矩轴承的摩擦扭矩的信号。

本发明还涉及一种确定风力涡轮机力矩轴承的摩擦扭矩的方法，所述风力涡轮机力矩轴承包括相对于第二环可旋转地布置的第一环，其中多个可旋转的轴承元件布置在所述第一环和第二环之间，其中所述方法包括以下步骤：设置风力涡轮机力矩轴承，将测试装置安装到所述力矩轴承，以及在所述力矩轴承上执行至少一个测试程序，以确定至少一个表示风力涡轮机力矩轴承的摩擦扭矩的信号。

背景技术

如今在现代风力涡轮机中使用的轴承单元被设计为又大又重的轴承单元，其被配置为吸收由风力涡轮机中的转子、发电机、齿轮箱和其他部件产生的各种载荷。一些风力涡轮机包括布置在转子和机舱之间的力矩轴承，用于将弯曲载荷和推力从转子传递到机舱，该机舱具有大于一米的内径并且具有几公吨的重量。

韩国专利KR 100040348公开了一种用于风力涡轮机轴承的轴承功能测试的装置，包括基架，致动框架，水平致动器和垂直致动器。基架支撑轴承组件，该轴承组件是底表面功能测试的对象。致动框架布置在轴承组件的上部中以向轴承组件施加负载。水平致动器在水平方向上对致动框架的一部分施压。水平致动器沿水平方向对轴承组件施加力。垂直致动器在垂直方向上对垂直致动框架的其余部分施压。垂直致动器到轴承组件施加垂直方向载荷或力矩载荷。

当风力涡轮机叶片相对于机舱旋转时，力矩轴承在主机架中经受各种刚性，并且风力涡轮机叶片承受不同的风切变，风切变随之转移到力矩轴承。因此，可以预紧力矩轴承，以补偿这些动态负载。这确保位于力矩轴承的内圈和外圈之间的滚子与各条滚道接触，并且在这两个环之间产生摩擦扭矩。该摩擦扭矩必须在可接受的公差内，以避免内环的过热，这种过热进而导致内环的膨胀，并由此增加预紧力。

这种轴承单元的制造商通常使用模拟或测试台来确定摩擦扭矩和其他设计参数。测试台是安装在生产设备上的又大又重的固定式设备。来自舍弗勒技术股份有限公司(Schaeffler Technologies AG&Co.KG)的Astraios是这种测试台的一个例子。该测试台具有复杂的结构，其使用数个致动器和大约300个传感器来测试试验轴承的性能。该测试台的重量约350公吨，成本约700万欧元。这种测试台不能用于测试已安装到主机架或轮毂的力矩轴承，也不能用于现场测试力矩轴承。

因此，需要一种便宜且简单的测试装置，其能够对在装配地点以及在安装地点对力矩轴承进行测试。

发明目的

本发明的目的是提供一种便宜且结构简单的测试装置。

本发明的另一目的是提供一种能够对力矩轴承进行简单测试的测试装置。

本发明的另一目的是提供一种具有移动结构的测试装置，使其能够运输至安装地点或装配地点。

本发明的另一目的是提供一种测试力矩轴承的方法，其中该测试能够在现场进行，也能够在装配地点或制造地点进行。

本发明的另一目的是提供一种使得力矩轴承能够快速简单地安装和测试的方法。

发明内容

如上所述，本发明包括用于测试风力涡轮机的力矩轴承的力矩轴承测试装置，该风力涡轮机力矩轴承包括相对于第二环可旋转布置的第一环，其中多个可旋转的轴承元件布置在所述第一环和第二环之间，其中力矩轴承测试装置包括设置为安装到力矩轴承的所述第一环的安装框架，至少一个驱动单元可旋转地联接到所述安装框架，并且至少一个测量单元设置为测量至少一个表示所述力矩轴承的摩擦扭矩的信号，其中所述至少一个驱动单元设置为在安装时相对于所述第二环旋转所述第一环，其特别之处在于，所述力矩轴承测试装置还包括至少一个扭矩臂，其具有至少一个安装接口，其中所述至少一个扭矩臂可旋转地连接到所述安装框架，并且其中所述至少一个驱动单元安装到所述至少一个安装接口。

这种配置提供了一种便宜且简单的测试装置，其能够对力矩轴承，即风力涡轮机力矩轴承执行一个或多个测试。这种配置还实现了快速简单地安装和拆卸测试装置。本测试装置还使得测试装置易于操作，并易于相对力矩轴承定位。

传统的测试台或测试架除了测试台或测试架以外，还需要若干单独的部分，例如向测试轴承施加扭矩和其他载荷的加载部分、向测试台或测试架提供动力的动力部分、向测试轴承提供润滑的润滑部分、以及测量测试轴承的性能的测量部分。这些单独的部分增加了测试台或测试架的复杂度和成本，同时增加了相对于测试台或测试架安装和拆卸测试轴承所需的时间。

力矩轴承包括第一环，例如内环，其相对于第二环可旋转地布置，第二环例如是外环。至少两排可旋转轴承元件布置在第一环和第二环之间。在第一环和第二环之间的空间中还可布置保持架，其中保持架设置为在旋转期间大体上将轴承元件保持在适当位置。第一环和第二环之间的空隙可以通过位于力矩轴承两侧的密封元件来封闭。该空隙可以部分地或完全地填充润滑剂，例如油或油脂。

根据特定实施例，所述至少一个扭矩臂通过四点轴承系统可旋转地连接到安装框架，所述轴承系统包括相对于第二轴承元件可旋转地布置的第一轴承元件。

安装框架和扭矩臂可以安装到四点轴承系统，使得安装框架能够相对于扭矩臂旋转。轴承系统可以包括第一轴承元件，例如内环，其相对于第二轴承元件，例如外环，可旋转地布置。第一轴承元件可以连接到安装框架，而第二轴承元件可以连接到扭矩臂，反之亦然。至少一排，例如两排或多排可旋转轴承元件，例如滚子或滚珠，可以布置在第一轴承元件和第二轴承元件之间。轴承元件可以布置在保持架中，该保持架设置为在旋转期间大体上将轴承元件保持在其各自的位置上。保持架可以布置在第一轴承元件和第二轴承元件之间的空间中。这使得双向的轴向力和径向力在扭矩臂和安装框架之间传递。这样消除了对额外轴承的需要，并因此减轻了测试装置的重量并节省了空间。可以使用其它类型的四点轴承系统。

该配置使得本测试装置能够作为移动测试装置，被运输到需要测试的任何测试位置。本测试装置可以装载到车辆上，如卡车或拖车，或船只上，如安装船或运输船，并运输到所需的测试地点。因此，测试地点可以是安装地点、装配地点或制造地点。“安装地点”被定义为架设风力涡轮机的地点。“装配地点”被定义为组装力矩轴承的地点，或风力涡轮机在被运输到安装地点之前，部分地或完全地进行组装的地点。“制造地点”被定义为制造风力涡轮机的一个或多个部件的地点。

传统的测试台或测试架永久地安装在制造地点，因此需要将力矩轴承运输到各个测试台或支架的位置。此外，这些传统的测试台或测试架一旦被安装到转子轮毂或机舱的主机架上，就不能用于测试力矩轴承。此外，传统的测试台或测试架通常使用大而重的安装框架以提供足够的结构强度，使得双向的轴向力和径向力可以从安装框架传递到测试轴承。

不需要单独的或集成的润滑部分或加载部分，这样降低了本测试装置的成本和复杂度。由于用来操作测试设备所需的动力更少，这即允许结构简单的驱动单元或动力部分。此外，不需要布置线性致动器来测试力矩轴承，与常规测试台或测试架相比，这即节省了测试装置的材料和成本。

根据一个实施例，所述至少一个安装接口包括第一安装接口和至少第二安装接口，以选择性安装所述至少一个驱动单元。

测试装置包括沿径向方向从测试装置的中轴向外伸出的至少一个扭矩臂。每个扭矩臂包括中心部分和背离中心部分的自由端。测量单元布置在扭矩臂的自由端处或附近。这实现了在至少一个安装点处测量力矩轴承的摩擦力。还可以在执行测试之前，进一步测量或确定中轴和该安装点，例如测量点，之间的径向距离。然后使用测得的摩擦力和径向距离来计算摩擦扭矩。由于在执行测量时不必考虑因测试装置的单个电气或机械部件的效率而导致的能量损失，这还实现了摩擦力或扭矩的最优测量。

中心部分包括用于安装驱动单元的至少一个安装接口。例如，两个、三个、四个或多个安装接口可以布置在中心部分。这样实现了单个或多个驱动单元的选择性安装。各个安装接口还允许安装两个或多个驱动单元，其中各个驱动单元相对于彼此定位。相比单个大型驱动单元，这样能够使用若干更小的驱动单元，其中各个驱动单元单独地或同步地运行。

各个扭矩臂可以被构造为可延伸的扭矩臂，其在径向方向上可调节，使得其适配于特定力矩轴承的尺寸。安装框架，例如安装板，还可以设置为可延伸的安装框架，例如可延伸的安装板，其在径向方向上也可调节，使其适配于特定力矩轴承的尺寸。这使得测试装置适用于各种类型的力矩轴承。

或者，测试装置可包括一组不同的扭矩臂，其中每个扭矩臂的尺寸设置为匹配特定类型的力矩轴承。因此，测试装置可根据待测力矩轴承的类型配备选定的扭矩臂。

根据一个实施例，所述至少一个扭矩臂包括沿第一径向方向延伸的第一扭矩臂和沿至少第二径向方向延伸的至少第二扭矩臂。

测试装置可以包括多个扭矩臂，每个扭矩臂沿预定径向方向延伸。例如，测试装置可以包括两个、三个、四个或多个扭矩臂。各个扭矩臂相对于彼此所成角度可以在0度与180度之间。各个扭矩臂可以在中心部分处接合在一起。或者，各个扭矩臂可以形成单件的一部分，其中各个自由端从共同的中心部分向外伸出。这使得力矩轴承的摩擦扭矩分布在各个扭矩臂上。

测量装置可以选择性地连接到一个或多个扭矩臂。或者，测量单元可以连接到每个扭矩臂。这样允许在两个或多个安装点处测量摩擦扭矩。所述测量可以被单独地分析或处理，或组合形成表示摩擦转矩的单个值。

根据一个实施例，所述至少一个扭矩臂包括自由端，该自由端直接连接到第二环，或通过中间元件，如至少一个测量单元，间接连接到第二环。

每个扭矩臂的自由端可直接连接至力矩轴承的第二环。各个测量单元可置于自由端处或其附近，使得其可直接或间接测量力矩轴承的摩擦扭矩。或者，每个扭矩臂的自由端可以通过中间元件间接连接至力矩轴承的第二环，中间元件例如是弹簧元件、线、杆、或者其他合适的元件。或者，测量单元用作中间元件，其中测量单元的一端连接至第二环，而另一端连接至各个自由端。测量单元可以使用任何合适的连接件，例如钩、吊环、螺纹连接、或其他合适的连接件，连接至第二环和扭矩臂的自由端。可选地，利用任何已知技术，各个测量单元的输出信号可用于计算摩擦扭矩。这样实现了如上所述的摩擦力或摩擦扭矩的最优测量。

安装元件，例如螺栓、螺杆、锁定销或类似物，可以相对于第二环上的互补安装元件，例如安装孔来定位。或者，安装元件可以是能够将各种紧固件定位于其中的安装孔，紧固件例如是螺栓、螺杆、锁定销或类似物。然后该安装元件可以确定扭矩臂的自由端的安装点。可选地，另一个安装元件可以相对于第一安装元件来定位，其中该安装元件确定扭矩臂的旋转的停止位置。扭矩臂的自由端位于这两个安装元件之间，并由此能够在起始位置和该停止位置之间旋转。这限制测试期间扭矩臂相对于第二环的旋转。在测量单元或连接件发生故障的情况下，安装元件还用作安全设备，从而防止扭矩臂旋转越过起始位置或停止位置。

根据一个实施例，所述安装框架包括安装板，其上布置有多个安装元件，其中所述安装元件设置为安装至第一环上的互补安装元件。

测试装置可以包括安装板，其设置为安装到力矩轴承，例如其第一环或第二环。如上所述的多个安装元件沿着该安装板的周边布置。测试装置的安装元件可以选择性地安装到位于力矩轴承上的一个或多个互补安装元件，或相对于位于力矩轴承上的一个或多个互补安装元件来定位。安装板可以是实心板，或包括一个或多个用于节省材料和重量的空洞。安装板可具有由圆形板确定的连续周边或由多个单独板构件，例如可延伸板构件，确定的分段周边。

或者，测试装置可以包括一组不同安装板，每个安装板的尺寸设置为匹配特定类型的力矩轴承。这样测试装置可根据所测试的力矩轴承的类型来装配选定的安装板。

安装板和/或扭矩臂可以由金属如铝、钢或铁，纤维增强复合材料如纤维增强塑料(Fiber Reinforced Plastics)或玻璃纤维增强塑料(Glass Fiber ReinforcedPlastics)，复合材料或其他适合的材料制成。纤维可以是有机纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳族聚酰胺纤维或其他适合的纤维。可选择安装板和/或扭矩臂的尺寸来为测试装置提供足够的结构强度。

根据一个特定的实施例，所述至少一个驱动单元可转动地耦合至齿轮单元，齿轮单元包括第一齿轮元件，其设置为啮合位于安装框架上的第二齿轮元件，安装框架例如为第一轴承元件。

驱动单元设置为以恒定的速度或频率或以可变的速度或频率相对于第二环转动第一环，反之亦然。该速度或频率可以通过控制单元设置或调整。该驱动单元可以例如由内部电源或外部电源供电，内部电源例如是蓄电池或燃料电池，外部电源例如是输电干线。该电源可以连接至发动机，如电动机，该发动机可转动地连接至齿轮单元。齿轮单元可以包括第一齿轮元件，其设置为与位于四点轴承系统上的第二/互补齿轮元件，如第一轴承元件或第二轴承元件，相互配合。在一个例子中，第一齿轮元件可以是小齿轮，第二齿轮元件可以是内齿轮。第一齿轮元件和第二齿轮元件可以各有多个啮合齿，其使得驱动单元能够旋转安装框架。在另一个示例中，第一齿轮元件和第二齿轮元件可以通过皮带传动相互作用，其中一条或多条皮带缠绕每个齿轮元件的周边。皮带可以是齿形带、V形带、平带，多楔带或其他合适类型的皮带。其它类型的可旋转联接件或齿轮可用于相对扭矩臂旋转安装框架。这使得测试装置能够相对于力矩轴承的一个环旋转另一个环。

四点轴承系统可以对准测试装置的中轴，其中齿轮单元可相对于该轴承系统布置。如果使用至少两个驱动单元，则每个驱动单元的齿轮单元可相对于该轴承系统布置。这使得测试装置能够旋转安装框架和所述一个环，同时大体上将扭矩臂和所述另一个环保持在相同的位置。

根据一个实施例，该力矩轴承测试装置进一步包括至少一个温度传感器，其相对于力矩轴承的所述第一环和第二环至少其中一只来布置。

测量单元可以相对于第一环或第二环布置。例如，测量单元可以是应变计、载荷传感器、扭矩传感器、或者其他合适的测量单元，其设置为直接或间接测量力矩轴承的摩擦扭矩。可以例如在控制单元中分析和处理来自测量单元的测量信号，并将之用于计算摩擦转矩。或者，测得的信号可用于计算力矩轴承，例如其第一环和/或第二环中的温度，如温升。这使得测试装置执行力矩轴承的简化测试，其中至少摩擦扭矩用作控制参数。

测试装置可另外包括在安装时相对于力矩轴承的第一环和/或第二环布置的一个或多个温度传感器。温度传感器可以设置为在测试期间测量各个环的温度和/或两个环之间的温差。可以在例如控制单元中分析和处理来自温度传感器的测得信号，并且将其用于计算扭矩轴承，例如其第一环和/或第二环的温度。或者，测得的信号可以用于计算力矩轴承的摩擦转矩。

在安装期间，温度传感器可以是分开的温度传感器，其相对于力矩轴承的第一环和/或第二环来定位。然后可以将这些温度传感器与测试装置的其余部分一起拆卸。或者在制造力矩轴承期间，温度传感器可以集成到力矩轴承中。然后例如通过将这些集成的温度传感器电连接到控制单元，它们在测试期间可用于测量温度。测得的信号可用于确定力矩轴承的第一和第二环之间的温差。这使得温度还可用作控制参数。

根据一个特定的实施例，所述至少一个测量单元相对于所述至少一个驱动单元来布置，并设置为测量驱动单元的至少一个运行参数，其中力矩轴承的摩擦扭矩基于所述至少一个运行参数进行计算。

可选地，测量单元可以相对于驱动单元来设置。例如，测量单元可以是电压表、扭矩计、安培表、电度表或其他合适的测量单元，其设置为测量驱动单元的能耗。可以在例如控制单元中分析和处理来自测量装置的测得信号，并将其用于计算摩擦扭矩。测试装置的一个或多个组件，如齿轮单元和轴承系统，其电气和/或机械效率可以进一步用来确定摩擦扭矩。可以在执行测试之前计算、测量或者确定各个组件的效率。

或者，测得的信号可用于计算力矩轴承，如其第一环和/或第二环的温度，如温升。这使得测试装置能够对力矩轴承执行简化的测试，其中至少摩擦扭矩用作控制参数。

根据一个实施例，力矩轴承测试装置进一步包括至少一组：

支撑元件，其设置为放置在参考面上，或者

可调节的支撑元件，其设置为调平力矩轴承。

该测量装置可以包括一组或多组支撑元件，例如支脚，其设置为放置在或者固定至参考面，如卡车车厢、地板、地平面、平台面或者其他合适的参考面。该支撑元件可以相对于位于力矩轴承上的一个或多个互补安装元件来安装或安置。这使得力矩轴承在安装前能够分别进行测试。这还使得力矩轴承在测试期间能够安置在水平位置。

或者，支撑元件可以设置为可调节的支撑元件，其能够沿轴向伸缩。通过手动操作或控制单元操作的线性致动器可实现该调节。这使得力矩轴承在进行测试之前调平至水平。

测试装置的结构还使得当其处于垂直位置时，如当其安装至转子轮毂或主机架时，能够安装至力矩轴承。

根据一个实施例，该力矩轴承测试装置进一步包括控制单元，其设置为控制力矩轴承测试装置的运行。

该测试装置可以包括设置为控制测试装置运行的控制单元，该测试装置可以由电源或单独的电源，如蓄电池供电。控制单元可以包括控制器，如微处理器，存储器单元和至少一个用户接口。控制单元可以经由有线或无线连接，连接到测试装置的电气部件，例如测量单元、温度传感器、驱动单元以及可选的线性致动器。控制单元可以是位于测试装置上的本地终端，或设置为与电气部件通信的远程控制单元。

或者，可以省略控制单元，并且可以在测量单元和温度传感器上直接显示测得数据。在该实施例中，驱动单元的速度或频率可以直接在驱动单元上设置或调节。

本申请还包括一种确定风力涡轮机力矩轴承的摩擦扭矩的方法，其中该方法包括以下步骤：

-提供风力涡轮机力矩轴承，其中所述风力涡轮机力矩轴承包括相对于第二环可转动地布置的第一环；

-将如上所述的力矩轴承测试装置安装至所述力矩轴承；

-对所述力矩轴承执行至少一个测试程序，以确定至少一个表征风力涡轮机力矩轴承的摩擦扭矩的信号。

这样实现了对扭矩轴承的简化测试，其中测试装置能够测试一个或多个控制参数，如摩擦扭矩和可选的力矩轴承的温度。本测试装置可以快速安装到力矩轴承并随后快速地拆卸，这样节省了时间。此外，本测试装置具有简单且轻便的结构，其使得测试装置能够仅相对于力矩轴承的一侧来简单地处理和定位。传统的测试台或测试架要求测试轴承正确地置于测试台或测试架内，其中，测试台或测试架随后安装到力矩轴承的两侧。

测得的控制参数可以与一个或多个阈值或预定模式比较，以确定力矩轴承是否通过测试。可选地或附加地，如运输或安装前后、磨合期后或在力矩轴承的工作寿命期间，测得的控制参数还可以用于建立或验证力矩轴承的实际控制参数。

例如，摩擦扭矩的阈值可以选定在10-20千牛·米(kNm)之间。温差阈值可以选定在4-12千瓦(kW)之间。

根据一个实施例，该方法进一步包括以下步骤：

-在安装所述力矩轴承测试装置之前，将力矩轴承测试装置运输至测试地点；

-在完成至少一个测试程序后，拆卸力矩轴承测试装置；

该测试可以在制造地点或者组装该力矩轴承的装配地点进行。测试装置安装至力矩轴承，并且在力矩轴承上执行一个或多个测试程序。一旦完成测试，拆卸测试装置。然后力矩轴承运输至安装地点或者另一个装配地点，在该处将力矩轴承安装至转子轮毂和主机架的至少其中之一。可选地，力矩轴承的装配和安装可以在同一地点进行。

测试装置还可以被运输到预期测试地点，例如装配地点或安装地点。测试装置可以直接运输到测试地点，或者与风力涡轮机的部件一起运输。这对传统的测试台或测试架而言是不可能的。在到达测试地点后，将测试装置安装到力矩轴承，并在力矩轴承上执行一个或多个测试程序。一旦完成测试，则拆卸测试装置。然后可以将力矩轴承安装到转子轮毂和主机架，并完成风力涡轮机的剩余安装或装配。

根据一个实施例，该方法进一步包括以下步骤：

-提供风力涡轮机转子轮毂或至少包括主机架的风力涡轮机机舱；并且

-将力矩轴承安装到所述风力涡轮机转子轮毂或所述主机架。

该测试装置可进一步用于在力矩轴承的工作寿命期间对其进行测试。如果风力涡轮机控制系统检测到关于转子，即风力涡轮机叶片和转子轮毂的性能错误，或由于其他情况引起的错误，则能够从机舱卸下转子，并可选地降低至地平面。然后可将测试装置安装至力矩轴承，并对力矩轴承执行一个或多个测试程序。完成测试后，拆卸测试装置并更换或维修任何损坏或失效的部件。然后，例如在重新安装前通过将转子相对机舱提升到位，从而将转子重新安装到机舱。

另外，测试装置可以用于在预定的磨合期，如运行接近20小时之后测试力矩轴承。磨合期可以在将力矩轴承安装到转子轮毂或主机架之前或之后进行。或者，测试装置可以在磨合期内安装到力矩轴承，其中控制单元可以记录测得的数据用于以后的分析。这使得测试装置能够用于确定摩擦扭矩的稳定值，以及可选地确定磨合后的运行温度的稳定值。

这使得测试装置能够在力矩轴承上进行质量测试，以确保力矩轴承的摩擦扭矩和温度的质量和均匀性。例如在组装后，最终润滑后或运输后，测试装置还可以在力矩轴承上执行有效性测试，以便验证力矩轴承的设计参数或预紧力。

附图说明

现在将参照附图、仅以示例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1示出了风力涡轮机的示范性实施例；

图2示出了力矩轴承布置在转子和机舱之间的示范性实施例；

图3示出了本发明的测试装置的一个实施例；

图4示出了图3所示的测试装置的爆炸图；

图5示出了本发明的测试装置的第二实施例；

图6示出了扭矩臂的第二实施例，以及

图7示出了轴承系统的示范性实施例。

在下文中，将逐一描述附图，并且在附图中看到的各个部分和位置将在不同附图中用相同的附图标记编号。在特定附图中示出的所有部件和位置并非都必须与该附图一起讨论。

附图标记

1.风力涡轮机

2.风力涡轮机塔架

3.机舱

4.轮毂

5.风力涡轮机叶片

6.力矩轴承

7.主机架

8.第一安装接口

9.第二安装接口

10.风力涡轮机叶片安装接口

11.测试装置

12.支撑元件

13.安装框架

14.力矩轴承的第一环

15.扭矩臂

16.轴承系统

17.中心部分

18.自由端

19.驱动单元的安装接口

20.驱动单元

21.力矩轴承的第二环

22.齿轮单元

23.控制单元

24.测量单元

25.第一安装元件

26.第二安装元件

27.第一轴承元件

28.第二轴承元件

29.可转动的轴承元件

30.齿轮元件

31.密封元件

具体实施方式

图1示出了包括本发明的扭矩轴承(如图2所示)的风力涡轮机1的示范性实施例。风力涡轮机1进一步包括布置在地基上的风力涡轮机塔架2。此处所示的地基为陆上地基，但也可使用离岸地基。机舱3例如通过偏航轴承系统布置在风力涡轮机塔架2上。转子相对于机舱3可转动地布置，并包括例如通过变桨距轴承系统安装至至少两片风力涡轮机叶片5上的轮毂4。

此处所示的风力涡轮机叶片5为全跨度风力涡轮机叶片，但是也可以使用局部变桨距风力涡轮机叶片。该局部变桨距风力涡轮机叶片包括内叶片段和外叶片段，其中变桨轴承系统布置在两个叶片段之间。

图2示出了布置在转子和机舱3之间的力矩轴承6的示例性实施例。这里，为了便于表述，仅示出转子的轮毂4和机舱3的主机架7。力矩轴承6设置为至少将来自转子的力矩载荷传递到机舱3，例如其主机架7。轮毂4包括面向机舱3的第一安装接口8，并且主机架7包括面向转子3的第二安装接口9。轮毂4还包括至少两个面向转子的其他安装接口10。各个安装接口10设置为安装到各片风力涡轮机叶片(如图1所示)上的相应安装接口(未示出)。力矩轴承6分别安装到第一安装接口8和第二安装接口9。

图3示出了用于测试风力涡轮机1的力矩轴承6的测试装置11的第一实施例。在该实施例中，测试装置11利用多个支撑元件12安装到力矩轴承6上。支撑元件12安装到力矩轴承6的一侧，并且设置为相对于参考面(未示出)来定位。如图3所示，测试装置11安装在力矩轴承6的相反侧。这使得力矩轴承6能够在安装到轮毂4或主机架7之前单独进行测试。

图4示出了测试装置11的爆炸图，测试装置11包括安装板形式的安装框架13，安装框架13具有多个安装元件，例如是安装孔，安装元件设置为安装到力矩轴承6的第一环14上的互补安装元件，如安装孔上。这里，安装框架13利用单独的螺栓螺母形式的紧固装置安装。这使得第一环14能够在测试期间跟随安装框架13旋转。

安装框架13借助轴承系统16可转动地耦合至多个扭矩臂15。该轴承系统16设置为四点轴承系统(如图7所示)。在图4所示实施例中，第一扭矩臂和第二扭矩臂由具有中心部分17和两个自由端18的一整件构成。第一扭矩臂和第二扭矩臂15沿径向反向延伸。

第一扭矩臂和第二扭矩臂15包括多个设置为安装到驱动单元20的安装接口19。这里，第一安装接口和第二安装接口布置在中心部分17，以选择性地安装驱动单元20。驱动单元20设置为相对于力矩轴承6的第二环21转动安装框架13，并由此转动第一环14。这里，所示驱动单元20为可转动地耦合至齿轮单元22的发动机，该齿轮单元接着与轴承系统16相互作用。测试装置11的运行，如发动机的速度或频率，可以借助控制单元23来控制。

测量单元24布置在扭矩臂15的任一自由端18处，以最优地测量力矩轴承6的摩擦扭矩。这里，测量单元24设置为测量摩擦力，该摩擦力接着用于计算摩擦扭矩。每个测量单元24用作连接到第一安装元件25的中间元件，而第一安装元件25选择性地安装到第二环21上的互补安装元件。第一安装元件25确定测量单元24的安装点。第二安装元件26相对于第一安装元件25来布置。第二安装元件26确定用于扭矩臂15的停止位置。这样限制了扭矩臂15在测试期间的旋转运动。

可选地，温度传感器形式的另一种测量装置24’相对第一环14和/或第二环21来布置，以测量各个环14、21的温度。这使得测量装置11能够进一步测量力矩轴承6的温度，如温差。

支撑元件12进一步安装至图3、4所示的力矩轴承的第二环21上的互补安装元件。

图5示出了本发明测试装置11'的第二实施例。在该实施例中，省略支撑元件12，并且在将力矩轴承6安装到主框架7或轮毂4之后安装测试装置11'。这里，力矩轴承6安装到主框架7上。这使得力矩轴承6能够在分别安装到主框架7或轮毂4上时进行测试。

图3和图5所示的测试装置11、11'设置为可以运输到预期测试地点，如安装地点、装配地点或制造地点的移动测试装置。测试装置11、11'的结构使得测试地点处的工人能够快速简单地安装测试装置11、11'，然后对力矩轴承6执行一个或简单测试。在完成测试后，可以快速简单地拆卸测试装置11、11'并将其运输到另一个测试地点或安装到另一个力矩轴承。因此，在装配力矩轴承以及安装力矩轴承之前以及之后，同一个测试装置11，11'可以用于测试力矩轴承。

图6示出了具有中心部分17’和仅有一个自由端18’的扭矩臂15’的第二实施例。因此，单个测量单元(未示出)可布置在自由端18’，并连接至第一安装元件25。这样实现了在单个点测量摩擦力，然而图3、4中的扭矩臂实现了在多个点测量摩擦力。

图7示出了轴承系统16的示范性实施例，其中轴承系统包括相对于第二轴承元件28可转动地布置的第一轴承元件27。第一轴承元件27设置为安装到安装框架13。多个可转动的轴承元件29设置在第一轴承元件27和第二轴承元件28之间。成型轴承元件29与轴承元件27、28之间的各个接触面，使其形成四点接触轴承系统。

这使得双向的轴向力和径向力能够在扭矩臂15、15’与安装框架13之间传递。

第二轴承元件28包括多个齿轮元件30，其设置为与位于驱动单元20，如齿轮单元22上的互补齿轮元件相互作用。各个齿轮元件可设置为如图4所示的具有啮合齿的小齿轮和内齿轮。

如图7所示，可选地，第一、二轴承元件27、28之间的空隙借助布置在任一端的合适密封元件31来密封。空隙还可部分地或完全地填充润滑剂，例如油或油脂。

Claims (14)

1.一种用于测试风力涡轮机(1)的力矩轴承的力矩轴承测试装置，所述风力涡轮机力矩轴承包括相对于第二环(21)可转动地布置的第一环(14)；其中在所述第一环(14)和所述第二环(21)之间布置有多个可转动的轴承元件；其中所述力矩轴承测试装置包括安装框架(13)，其设置为安装到所述力矩轴承的第一环(14)；至少一个驱动单元(20)，其可转动地连接到所述安装框架(13)；以及至少一个测量单元(24)，其设置为测量至少一个表示所述力矩轴承的摩擦扭矩的信号；其中所述至少一个驱动单元(20)设置为在安装时相对于所述第二环(21)旋转所述第一环(14)；其特征在于，所述力矩轴承测试装置还包括具有至少一个安装接口(19)的至少一个扭矩臂(15)，其中所述至少一个扭矩臂(15)可转动地连接到所述安装框架(13)，并且其中所述至少一个驱动单元(20)安装到所述至少一个安装接口(19)。

2.根据权利要求1所述的力矩轴承测试装置，其特征在于，所述至少一个扭矩臂(15)通过四点轴承系统可转动连接至安装框架(13)，所述四点轴承系统包括相对于第二轴承元件(28)可转动地布置的第一轴承元件(27)。

3.根据权利要求1或2所述的力矩轴承测试装置，其特征在于，所述至少一个安装接口(19)包括第一安装接口和至少第二安装接口(19)，以选择性安装所述至少一个驱动装置(20)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的力矩轴承测试装置，其特征在于，所述至少一个扭矩臂(15)包括沿第一径向延伸的第一扭矩臂，和至少第二扭矩臂(15)，所述至少第二扭矩臂(15)沿至少一个第二径向延伸。

5.根据权利要求1-4任一项所述的力矩轴承测试装置，其特征在于，所述至少一个扭矩臂(15)包括自由端(18)，所述自由端(18)直接连接至所述第二环(21)或通过中间元件，如所述至少一个测量单元(24)，间接连接至所述第二环(21)。

6.根据权利要求1-5任一项所述的力矩轴承测试装置，其特征在于，所述安装框架(13)包括其上布置有多个安装元件的安装板，其中所述多个安装元件设置为安装到位于第一环(14)上的互补安装元件。

7.根据权利要求6所述的力矩轴承测试装置，其特征在于，所述至少一个驱动单元(20)可转动地耦合至齿轮单元(22)，所述齿轮单元(22)包括第一齿轮元件，其设置为与位于安装框架(13)上的第二齿轮元件啮合，所述安装框架(13)例如是第一轴承元件(14)。

8.根据权利要求1-7任一项所述的力矩轴承测试装置，其特征在于，所述力矩轴承测试装置进一步包括至少一个温度传感器(24’)，其相对于所述力矩轴承的所述第一环(14)和第二环(21)的至少其中之一可转动地布置。

9.根据权利要求1-8任一项所述的力矩轴承测试装置，其特征在于，所述至少一个测量单元(23)相对于所述至少一个驱动单元(20)来布置，并设置为测量驱动单元(20)的至少一个运行参数，其中力矩轴承的摩擦扭矩基于所述至少一个运行参数进行计算。

10.根据权利要求1-9任一项所述的力矩轴承测试装置，其特征在于，所述力矩轴承测试装置进一步包括至少一组：

-支撑元件(12)，其设置为放置在参考面上或者

-可调节的支撑元件，其设置为调平力矩轴承。

11.根据权利要求1-10任一项所述的力矩轴承测试装置，其特征在于，所述力矩轴承测试装置进一步包括控制单元，其设置为控制力矩轴承测试装置的运行。

12.一种确定风力涡轮机力矩轴承的摩擦扭矩的方法，所述方法包括以下步骤：

-提供风力涡轮机力矩轴承，其中所述风力涡轮机力矩轴承包括相对第二环(21)可转动地布置的第一环(14)；

-将根据权利要求1-11任一项所述的力矩轴承测试装置安装至力矩轴承；

-在所述力矩轴承上执行至少一个测试程序，以确定至少一个表征风力涡轮机力矩轴承的摩擦扭矩的信号。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：

-在安装所述力矩轴承测试装置之前，将力矩轴承测试装置运输至测试地点；以及

-在完成至少一个测试程序之后，拆卸力矩轴承测试装置。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：

-提供风力涡轮机转子轮毂(4)或至少包括主机架(7)的风力涡轮机机舱(3)；以及

-将所述力矩轴承安装至所述风力涡轮机转子轮毂(4)或所述主机架(7)。