CN107560859B - 用于涡轮机的背对背测试的测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于涡轮机的背对背测试的测试设备，包括：支撑在固定至载件的至少一个轴承中的轴，联接至轴的齿轮，以及联接至齿轮的马达，由此，齿轮承载装置（11）包括待联接至齿轮（7）并且在相反方向上延伸的两个径向延伸臂（14），该臂（14）枢轴连接至在基本上平行的方向上延伸的一对扭矩臂（16），扭矩臂（16）的端部枢轴联接至框架（18），该框架包括在相反方向上延伸的侧向延伸部（20），该侧向延伸部具有连接段，相对于一对扭矩臂（16）在基本上竖直方向上设置的第二扭矩臂（22）枢轴连接至该连接段，第二扭矩臂（22）枢轴连接至设置在载件（10）处的相应连接元件（23）。

Description

用于涡轮机的背对背测试的测试设备

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮机的背对背（back-to-back）测试的测试设备，包括支撑在固定至载件的至少一个轴承中的轴,联接至该轴的齿轮，以及联接至该齿轮的马达。

背景技术

当设计或构建例如风力涡轮机的涡轮机或涡轮构造时，需要在测试环境中测试具有相应环绕部件的涡轮机以便使涡轮机在类似于真实工作条件的条件下运行，该测试环境一定程度上类似于涡轮机待安装的环境。为了测试目的，使用测试设备以用于进行这样的涡轮机的背对背测试。该测试设备允许测试这样的涡轮机的多个不同部分或部件，例如，发电机、轴承等。

除了涡轮机或相应的涡轮机部件之外，测试设备包括支撑在固定至设备的载件中的至少一个（通常为两个）轴承中的轴。通常称作“喇叭形件（trumpet）”的该轴是驱动轴，并且联接至涡轮机的发电机的驱动轴。为了测试相应的部件，该轴联接至齿轮，该齿轮联接至马达（通常是用于驱动系统的电动马达）。一个或多个轴承固定至载件，齿轮和马达也设置在该载件处。

因为在驱动单元中轴安装在至少一个（通常为两个）轴承中，所以齿轮和轴需要被准确对准以便确保在系统中不会产生由径向未对准而导致的径向力。如果这些径向力变得太大，它们能够影响系统，特别是轴，因为轴将受到高径向力以及所产生的力矩的应力作用。这能够导致喇叭形件以及齿轮的不良寿命。

发明内容

本发明的目标是提供一种改进的测试设备。

为了解决上述问题，一种新的测试设备被提供，其中，齿轮承载装置包括联接至齿轮并且在相反方向上延伸的两个径向延伸臂，该臂枢轴连接至在基本上水平方向上延伸的一对扭矩臂，扭矩臂的端部枢轴联接至包括侧向延伸部的框架，该侧向延伸部具有连接段，在基本上竖直方向上设置的第二扭矩臂枢轴连接至相应的连接段，该第二扭矩臂枢轴连接至设置在载件处的相应的连接元件。

本发明的测试设备包括用于承载齿轮的特定设计的齿轮承载装置。该装置能够承受径向力以及所产生的扭矩和力矩，因此使得它们没有被引入至待测试的系统中，特别是齿轮和轴。

齿轮承载装置是四连杆扭矩臂系统。其固定并承载齿轮，并且防止齿轮在驱动单元内旋转，同时能够承受或补偿由任意类型的未对准导致的径向力和力矩。

本发明的齿轮承载装置包括在相反方向上延伸的、联接至齿轮的两个径向延伸臂。这些臂连接至齿轮，相应地连接至齿轮壳体，这些臂不相对于齿轮枢转。齿轮的任意移动将导致臂的移动。

这些径向延伸臂在相反方向上延伸，因此齿轮的任意移动将导致臂的相对移动。

臂均枢轴连接至一对扭矩臂。这些扭矩臂在基本上切线方向上延伸远离齿轮。扭矩臂主要地平行于彼此设置，这意味着它们的纵向轴线基本上平行。这也包括扭矩臂的反向平行设置。

扭矩臂自身枢轴联接至与齿轮相邻设置的框架。该框架包括在相反方向上延伸的两个侧向延伸部，每个侧向延伸部包括连接段。两个相应的第二扭矩臂枢轴连接至该相应连接段。这些第二扭矩臂相对于第一扭矩臂在基本上竖直的方向上定向并且最终连接至设置在载件处的相应的连接元件。当该连接元件紧密地固定在载件处时，第二扭矩臂枢轴连接至连接元件。

因此系统主要由一对第一扭矩臂和一对第二扭矩臂组成，当设备处于非工作条件时以及当轴处于准确对准时，该第一扭矩臂和第二扭矩臂优选地主要垂直于彼此设置。当它们相对于彼此以大约90°的角度设置或者主要地正交设置时，第一扭矩臂和第二扭矩臂主要地竖直设置。该系统进一步包括相应的连接构件，即固定至齿轮并且联接至第一扭矩臂的臂，以及将第一扭矩臂联接至第二扭矩臂的框架。该连杆扭矩臂系统能够承受或补偿未对准以及由该未对准导致的任意径向力和扭矩以及相应地力矩。当该扭矩臂系统由于扭矩臂的枢轴设置而显示出对于相应部件的固有灵活性时，该部件和臂相对于彼此的固有移动是可能的。齿轮自身在该系统内能够在水平和竖直方向上移动，并且由于相应的枢轴联接件而能够在水平和竖直方向之间以任意角度移动。枢轴轴线确定地平行于彼此。

优选地，当设备处于非工作条件时，第一扭矩臂和第二扭矩臂垂直于彼此。

例如，第一扭矩臂可以水平延伸并且第二扭矩臂可以竖直延伸。

如上所述，两个臂紧密地固定至齿轮（相应地固定至齿轮壳体），以便将任意未对准以及所产生的力引导至系统中。优选地，联接至齿轮的臂是待固定至齿轮的环形凸缘状齿轮安装座的一部分。当臂在相反方向上延伸时并且为了使臂紧密连接至齿轮，齿轮安装座被设置成具有环形的形状以用于将一定程度上圆柱形的齿轮相应地固定至该齿轮安装座。相应的臂从安装座的该环形凸缘状部分在相反方向上延伸。

为了简化该齿轮安装座的紧固，齿轮安装座优选地包括组成环形安装座的两个半部，每个半部包括臂。因此每个半部包括最大围绕180°延伸的环形段，该环形段固定至齿轮。两个环形段组成环形安装座。

扭矩臂系统的另一中心部件是将第一扭矩臂联接至第二扭矩臂的框架。该框架可以是包括开口的凸缘状框架，当安装时齿轮延伸通过该开口。因此该凸缘状框架环绕齿轮，该齿轮在马达和轴之间延伸通过框架开口。为了也简化该框架的固定，该框架可以包括组成框架的至少两个框架部件。因此可以在齿轮已经就位时设置框架部件。

关于该框架的总体构成，多个实施例是可能的。根据第一替代方案，具有连接段的侧向延伸部设置在框架的上端部的区域中。因此在齿轮上方延伸的上框架端部在相反方向上延伸以用于实现具有连接段的侧向延伸部。因此框架到第二竖直扭矩臂的连接点在框架的上端部处，从而导致这些第二扭矩臂的相应长度。

根据第二替代方案，框架可以具有对称构造，其中，侧向延伸部沿着框架的水平中心线延伸。由于该实施例，框架是对称的，所以该框架能够特别地包括两个相同的框架部件。与第一替代方案相比，在该实施例中框架到第二扭矩臂的连接点一定程度地较低，从而导致较短的第二扭矩臂。

最终，齿轮承载装置可以包括一个或优选地多个传感器以用于测量承载装置内的给定力、负载或力矩。优选地设置在第二扭矩臂处或集成在第二扭矩臂中的这些传感器能够测量分析力或力矩分布所需的任意相关值或者与测试相关的任意其他信息。

本发明的齿轮承载装置是全机械系统，仅包括以上述公开方式设置并联接的机械部件。其特别地不包括任意类型的液压部件，例如，液压气缸等，该液压气缸可以用在现有技术中并且被设置在竖直方向上以用于支撑待测试的涡轮机装置的相关部件，该液压汽缸被液压地联接。代替借助于第一扭矩臂补偿竖直未对准，而借助于第二扭矩臂补偿水平未对准。

附图说明

在下文中参照主要附图详细描述了本发明，其中：

图1示出了本发明的测试设备的侧视图；

图2示出了驱动轴、设置在齿轮承载装置中的齿轮以及马达的放大视图；

图3示出了齿轮承载装置和齿轮的放大视图；

图4示出了齿轮承载装置和齿轮的主要概述图，其中齿轮与轴准确对准；

图5示出了图4的齿轮承载装置，其中，齿轮竖直地未对准；

图6示出了齿轮承载装置，其中，齿轮水平地未对准；以及

图7示出了齿轮承载装置的第二实施例。

具体实施方式

图1示出了本发明的测试设备1，例如，包括发电机2。该测试设备例如用于执行发电机轴承的主轴承测试。

轴杆3被提供以用于将发电机2联接至驱动单元4，驱动单元4借助于负载系统5设置在高位置处。

如能够从图2中看出，驱动单元4包括马达6（优选地为电动马达，但液压马达也是合适的）。该马达6联接至齿轮7，齿轮7联接至通向发电机2的驱动轴8。驱动轴8在设置于框架状载件10处的两个轴承9中运行。马达6也设置在载件10处，但是马达固定装置允许马达6相对于载件10的一定的移动以用于跟随未固定至载件10的齿轮7与轴8的任意未对准。齿轮7附接至齿轮承载装置11，这在图3中并且特别地在图4中详细地示出。

如能够从图4中看出，齿轮承载装置11包括借助于相应的安装滚珠（bowls）13而牢固地附接至齿轮7的环形齿轮安装座12。参见图3，齿轮安装座12具有圆形开口，齿轮7延伸穿过该圆形开口。为了简化齿轮安装座12的附接，齿轮安装座12可以包括两个单独的、优选地相同的半部或者包括具有相应的环形段的相应部件以用于将相应的半部或部件固定至齿轮7。

齿轮安装座12进一步包括相对于齿轮7在相反方向上延伸的两个臂14。当齿轮安装座牢固地固定至齿轮7时，臂14将跟随齿轮7相对于承载装置11的任意移动。

如图4所示，臂14包括用于将臂14枢轴地连接至第一扭矩臂16的相应轴承15。当齿轮承载装置11空载时，这些扭矩臂16设置在水平方向上。

第一扭矩臂16的另一端在框架18处枢轴连接至相应轴承17。

例如参见图3，框架18具有凸缘状设计并且包括开口19，齿轮7穿过该开口19延伸。因此框架18环绕齿轮7。框架18还可以包括组成框架18的至少两个框架部件，当该至少两个框架部件就位时其附接至彼此。框架18也可以是单块框架，其中，开口19被设计成允许齿轮安装座经过开口19。

如能够从图4中看出，框架18包括设置在框架18的上端部处的两个侧向延伸部20。侧向延伸部20包括具有轴承21的相应的连接段，相应的第二扭矩臂22枢轴连接至该轴承21。第二扭矩臂22最终连接至相应的连接元件23，该连接元件23设置在载件10处位于相应的轴承24中，使得第二扭矩臂22也相对于这些连接元件23以及因此相对于载件10是枢轴的。如能够从图4中看出，当系统空载时，第二扭矩臂22竖直地定向。

一个或多个传感器（未示出）可以设置在齿轮承载装置11处或集成在齿轮承载装置11中，位于相应的位置处。传感器用于测量与测试相关的任何相关信息或者与确定施加至装置11的负载、力矩或力相关的任何相关信息。

图4示出了当齿轮7和轴8准确对准时的齿轮承载装置11。齿轮7的中心轴线与轴8的中心轴线对准。第一扭矩臂16的相应轴线25、26以及第二扭矩臂22的相应轴线27、28也处于准确的水平相应垂直的设置中。当系统运动时，如借助于箭头A所示，在扭矩臂系统中引入在第一扭矩臂16中获得的水平反作用力FH。在第二扭矩臂22中接收竖直反作用力FV。如能够从图4中看出，由于轴线的准确对准，水平反作用力FH相对地指向彼此并且彼此抵消，对于竖直的力FV也是同样的情况。

图5示出了在竖直方向上未对准的齿轮承载装置11，如由未对准距离Δy所示。齿轮7和轴8未对准，从而导致齿轮7的竖直移动。该移动导致第一扭矩臂16围绕相应轴线25、26的移动。第一扭矩臂16不再平行于彼此而是以如图5所示的方式位移。相应的反作用力FH不再平行且相对于彼此。当没有给出水平位移时，该结果由竖直位移导致。在中心轴线C与几何设置的第二扭矩臂22之间的水平距离（在图5中用L1和L2表示）在两个方向上是相同的。所产生的竖直力在图5中示出并且由FHR表示，由于所产生的力FHR彼此抵消，所以在竖直方向上转移的总负载接近于零。然而在竖直方向上仅有非常小的所产生的力被转移至轴8，同时负载仍然在两个扭矩臂16之间被相等地转移。

图6示出了齿轮承载装置11，其中，齿轮7与轴8水平地未对准。当第一扭矩臂16仍然平行于彼此并水平地定向时，框架18在图6中向左移动，从而导致第二扭矩臂22围绕相应轴线27、28转动。在图6中用Δx表示该未对准。

在该条件下仅竖直的第二扭矩臂22将承受轴8相对于齿轮7的位移。当水平力FH相对地指向彼此并且平行于彼此时，没有所产生的总的竖直力被施加至系统。

由于在两侧上的水平位移，相应的所产生的力FVR被给定。参见图6因为所产生的力FVR指向相反的方向，并且由于齿轮承载装置11的刚性以及转动可能性，反作用力FVR将几乎彼此抵消，使得在水平方向上的转移负载在该驱动条件下也将接近于零。

明显的是实际上也将发生在不同角度下的位移。这导致第一扭矩臂16和第二扭矩臂22的移动，从而导致相应的反作用力FHR和FVR，但是也在该条件下，在该系统中指向竖直和水平方向的总力将接近于零。因此齿轮7和轴8整体上没有被影响它们寿命稳定性的高的力、扭矩或力矩所影响。

图7最终示出了齿轮承载装置11的另一实施例，其中，对于与之前的实施例相同的元件标有相同的附图标记。

图7的齿轮承载装置11也包括环形齿轮安装座12，该环形齿轮安装座12由牢固地附接至齿轮7的两个相应的半部12a、12b组成。安装座半部12a、12b包括相应的臂14a、14b，第一扭矩臂16枢轴附接至相应的臂14a、14b。

装置11进一步包括对称形状的框架18。该框架18包括在框架18的水平中部延伸的两个侧向延伸部20。相应的第二扭矩臂22枢轴固定至侧向延伸部20。扭矩臂22的另一端枢轴固定至相应的连接构件23，连接构件23牢固地固定至图7中未示出的载件。

尽管具有某种方式不同的构造，但是齿轮承载装置11的性能与关于前述实施例所述的性能相同。

尽管已经参照优选实施例描述了本发明，但是本发明不受所公开的示例限制，本领域技术人员由此能够导出其他变形例而不脱离本发明的范围。

Claims (9)

1.一种用于涡轮机的背对背测试的测试设备，包括：支撑在至少一个轴承中的轴，所述至少一个轴承固定至载件；联接至所述轴的齿轮；以及联接至所述齿轮的马达，其特征在于，齿轮承载装置（11）包括联接至所述齿轮（7）并且在相反方向上延伸的两个径向延伸臂（14），所述臂（14）枢轴连接至在基本上平行的方向上延伸的一对第一扭矩臂（16），其中，所述第一扭矩臂（16）的端部枢轴联接至框架（18），所述框架（18）包括在相反方向上延伸的侧向延伸部（20），所述侧向延伸部（20）具有连接段，相对于所述一对第一扭矩臂（16）在基本上竖直方向上设置的相应的第二扭矩臂（22）枢轴连接至所述连接段，所述第二扭矩臂（22）枢轴连接至设置在所述载件（10）处的相应的连接元件（23）。

2.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，当所述设备处于非工作条件时，所述第一扭矩臂（16）和第二扭矩臂（22）垂直于彼此。

3.根据权利要求1或2所述的测试设备，其特征在于，联接至所述齿轮（7）的所述臂（14）是固定至所述齿轮（7）的环形凸缘状齿轮安装座（12）的一部分。

4.根据权利要求3所述的测试设备，其特征在于，所述齿轮安装座（12）包括组成所述环形安装座（12）的两个半部（12a、12b），其中，每个半部（12a、12b）包括臂（14a、14b）。

5.根据权利要求1或2所述的测试设备，其特征在于，所述框架（18）是包括开口（19）的凸缘状框架（18），在安装时所述齿轮（7）延伸通过所述开口（19）。

6.根据权利要求5所述的测试设备，其特征在于，所述框架（18）包括组成所述框架（18）的至少两个框架部件。

7.根据权利要求5所述的测试设备，其特征在于，具有所述连接段的所述侧向延伸部（20）设置在所述框架（18）的上端部的区域中。

8.根据权利要求5所述的测试设备，其特征在于，所述框架（18）具有对称的构造，其中，所述侧向延伸部（20）沿着所述框架（18）的水平中心线延伸。

9.根据权利要求1或2所述的测试设备，其特征在于，一个或多个传感器被设置在所述齿轮承载装置中以用于测量在所述齿轮承载装置（11）内给定的力、负载或力矩。