CN110905731B - 风力发电机动平衡方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风力发电设备领域，特别涉及风力发电机、风力发电机动平衡方法及动平衡装置。风力发电机动平衡方法包括以下步骤：1）对风力发电机转子进行动平衡，并完成风力发电机的组装；2）将风力发电机通过安装在用于模拟风力发电机安装座的模拟安装座上；3）在风力发电机上安装振动检测装置，转子上设置有平衡盘，通过振动检测装置和平衡盘对风力发电机整体进行动平衡，直到风力发电机整体的振动幅值满足要求。通过在风力发电机安装完成后在模拟使用状态下对风力发电机整体进行动平衡，可以降低组装误差和安装误差对转子振动的影响，解决目前的大型风力发电机动平衡方法无法有效降低风力发电机最大振动值导致风力发电机故障率高的问题。

Description

风力发电机动平衡方法
技术领域
本发明涉及风力发电设备领域，特别涉及风力发电机、风力发电机动平衡方法及动平衡装置。
背景技术
风力发电机作为风力机组中实现能量转换的关键部件，其运行稳定性直接影响机组发电量与使用率，而新装风力发电机故障中，由于转子平衡问题导致的振动过大占据较大的比例。由于转子在制造加工、组装过程中，各配件之间的产生的累计误差可能超过转子的动平衡精度。转子存在不平衡量旋转时，转子的不平衡量将产生一个离心力，随着转速的升高，离心力也逐渐变大，离心力通过轴承传递至风力发电机上，引起整个风力发电机的振动，产生噪音，同时加速轴承的磨损，很容易导致风力发电机故障。
目前通常使用动平衡机对转子进行校正，以改善转子的质量分布。常用的风力发电机转子动平衡方法有双矫正面低速平衡法（平衡转速为工作转速的20%~40%）和双矫正面高速动平衡法（平衡转速为工作转速的80%左右）。上述两种动平衡方法对于兆瓦及以下的小功率风力发电机效果较为明显，但随着风力机组单机功率的等级的不断提升，转子外径也不断加大，风力发电机在实际测试中不断出现由于转子平衡问题所导致的振动过大情况。为了解决该问题，目前常用的方式是提高转子动平衡精度，以某2MW风力发电机为例，通过传统转子动平衡后风力发电机在刚性安装测试中最大振动值为1.0mm/s，但在机组振动测试中，由于风力发电机特殊的倾斜安装状态，并且受风力发电机上弹性支撑件的共振影响，风力发电机最大振动值达到10mm/s，通过提高转子动平衡精度与提高转子装配精度后风力发电机最大振动值降至6mm/s。可见，通过提高转子动平衡精度降低振动的方式效果有限，反而会导致风力发电机装配工艺的复杂化与工作效率的大幅下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种风力发电机动平衡方法，用于解决目前的大型风力发电机动平衡方法无法有效降低风力发电机最大振动值导致风力发电机故障率高的问题，另外，本发明的目的还在于提供一种实现上述方法的风力发动机动平衡装置，以及一种风力发电机。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
风力发电机动平衡方法包括以下步骤：
1）对风力发电机转子进行动平衡，并完成风力发电机的组装；
2）将风力发电机通过安装在用于模拟风力发电机安装座的模拟安装座上；
3）在风力发电机上安装振动检测装置，转子上设置有平衡盘，通过振动检测装置和平衡盘对风力发电机整体进行动平衡，直到风力发电机整体的振动幅值满足要求。
本发明的有益效果：通过在风力发电机安装完成后在模拟使用状态下对风力发电机整体进行动平衡，可以降低组装误差、安装误差以及风力发电机安装座对风力发电机振动的影响，降低风力发电机的最大振动值，解决目前的大型风力发电机动平衡方法无法有效降低风力发电机最大振动值导致风力发电机故障率高的问题。
进一步的，平衡盘安装在转子伸出风力发电机壳体的部分上。方便对平衡盘操作。
进一步的，在步骤2）中，风力发电机通过弹性支撑件安装在模拟安装座上，更加真实的模拟风力发电机的使用状态，消除弹性支撑件与风力发电机的共振对风力发电机振动的影响。
进一步的，振动检测装置包括振动加速度传感器和频谱分析仪，在上述步骤3）中，对风力发电机整体动平衡的方法是：a）在平衡盘的外周面上任意位置处标记作为转速初始点，驱动风力发电机运转至额定工作转速N rpm，然后切断电源，使风力发电机转速降低至0rpm，采集停机波德曲线，确定在工作转速内最大振动幅值所对应的转速为所需平衡的平衡转速N1 rpm；b）驱动电机运转至平衡转速N1 rpm，采集风力发电机整体振动相位值β1和振动幅值A1；c）将风力发电机转速降为0，在平衡盘上与转速初始点沿转子旋转方向间隔圆心角为（180°-β1）处选取平衡点，平衡点与转速初始点对应的圆心角为（180°-β1），在平衡点处试加平衡块，然后驱动风力发电机运转至平衡转速N1 rpm，再次采集风力发电机整体振动相位值β2与振动幅值A2，其中，振动相位值β1对应振动幅值A1，振动相位值β2对应振动幅值A2，d）将风力发电机转速降为0，比较振动幅值A2与振动幅值A1，如果振动幅值A2大于振动幅值A1，且振动相位变化超过100°，则在平衡盘上平衡点处减小平衡块质量；如果振动幅值A2小于振动幅值A1，且振动相位变化超过100°，则在平衡盘上平衡点处增大平衡块质量；如果振动幅值A2小于振动幅值A1，且振动相位变化小于10°，此时如果振动幅值A2不能满足要求，则在平衡点处增大原平衡块质量；e）重复步骤c）和步骤d），依次反复，直到振动幅值满足要求。通过频谱分析仪能够提高测试效率。
进一步的，在上述步骤3）中，对风力发电机整体动平衡的方法是：a）在平衡盘的外周面上任意位置处标记作为转速初始点，驱动风力发电机运转至额定工作转速N rpm，然后切断电源，使风力发电机转速降低至0 rpm，确定在工作转速内最大振动幅值所对应的转速为所需平衡的平衡转速N1 rpm；b）驱动电机运转至平衡转速N1 rpm，采集风力发电机整体振动幅值A1；c）将风力发电机转速降为0，移动平衡块固定位置，在转子旋转方向间隔的不同位置处依次固定平衡块，并驱动风力发电机运转至平衡转速N1 rpm，采集风力发电机整体振动幅值A2、A3……An，中振动幅值为最小的Amin时平衡块所处位置为平衡点所处位置，其中Amin小于A1，此时如果振动幅值Amin不能满足要求，则在平衡点处增大原平衡块质量，如果振动幅值变小，持续增大平衡块质量，直到振动幅值满足要求，如果振动幅值变大，则减小平衡块质量直到振动幅值满足要求。通过移动平衡块位置找到平衡点，然后进行平衡调整，提高了平衡调整的效率。
本发明风力发电机动平衡装置的技术方案：
风力发电机动平衡装置包括：
模拟安装座，用于模拟风力发电机安装座；
平衡盘，用于固定在风力发电机转子上；
平衡块，用于固定在平衡盘上平衡转子质量；
振动检测装置，用于检测风力发电机整体振动幅值。
本发明的有益效果：通过在风力发电机安装完成后在模拟使用状态下对风力发电机整体进行动平衡，可以降低组装误差和安装误差对转子振动的影响，降低风力发电机的最大振动值，解决目前的大型风力发电机动平衡方法无法有效降低风力发电机最大振动值导致风力发电机故障率高的问题。
进一步的，所述模拟安装座上设有用于支撑风力发电机的弹性支撑件。更加真实的模拟风力发电机的使用状态，消除弹性支撑件与风力发电机的共振对风力发电机振动的影响。
进一步的，所述平衡块通过螺栓固定在平衡盘上。方便平衡块的安装。
本发明风力发电机的技术方案：
风力发电机包括：
转子；
平衡盘，固定在转子上；
平衡块，用于固定在平衡盘上，在风力发电机装配完成后平衡风力发电机整体质量。
进一步的，平衡盘固定在发电机转子伸出风力发电机壳体的部分上。方便对平衡盘操作。
附图说明
图1是本发明风力发电机动平衡方法的具体实施例中涉及的风力发电机与风力发电机动平衡装置的装配示意图；
图2是本发明风力发电机动平衡方法的具体实施例中螺栓与三个平衡块的装配结构示意图；
图3是本发明风力发电机动平衡方法的具体实施例中平衡盘的结构示意图；
图4是本发明风力发电机动平衡方法的具体实施例中频谱分析仪的显示示意图；
图中：1-模拟安装座；2-风力发电机；21-转子；22-壳体；3-平衡盘；31-固定孔；4-平衡块；5-螺栓；6-弹性支撑件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的风力发电机动平衡方法的具体实施例，本实施例中风力发电机动平衡方法在实施过程中需要使用风力发电机动平衡装置，为了方便理解，下面首先对风力发电机动平衡装置进行介绍，如图1至图4所示，风力发电机动平衡装置包括模拟安装座1，模拟安装座1用于模拟风力发电机组中安装风力发电机2的风力发电机安装座，风力发电机2实际安装时，风力发电机2的轴线与水平面有一定的夹角α°，因此，为了满足要求，风力发电机安装座上的用于支撑风力发电机2的支撑面与水平面的夹角为α°。为了在对风力发电机2动平衡过程中模拟风力发电机2的工作状态，模拟安装座1上设有用于支撑风力发电机2的支撑面，支撑面与水平面夹角为α°，风力发电机2动平衡时固定在模拟安装座1上。
为了方便对风力发电机2动平衡，风力发电机动平衡装置还包括固定在风力发电机转子21上对的平衡盘3和用于固定在平衡盘3上的平衡块4，平衡盘3通过热套固定在转子21伸出风力发电机壳体22的部分上。如图2和图3所示，本实施例中平衡块4呈环形，平衡块4通过穿过平衡块4的螺栓5固定在平衡盘3上，平衡盘3上设有与螺栓5对应的固定孔31。本实施例中的固定孔31设有36个，即平衡盘有36个平衡位置，平衡块4设置多个，但是数量小于固定孔31的数量，以降低装置的成本。本实施例中平衡块有三种规格，平衡块质量有2g、5g、10g三种。
风力发电机动平衡装置还包括振动检测装置，振动检测装置具体为现有技术，本实施例中不再详细介绍，本实施例中振动检测装置包括频谱分析仪和用于测试风力发电机整体振动幅值的振动加速度传感器，振动加速度传感器安装在风力发电机驱动端轴承端盖上，通过频谱分析仪可以获得风力发电机停机的波德曲线。
本发明的风力发电机动平衡方法的步骤包括：1）对风力发电机转子21进行动平衡，并完成风力发电机的组装；
2）将风力发电机通过弹性支撑件6安装在用于模拟风力发电机安装座的模拟安装座1上，模拟安装座1上支撑风力发电机的支撑面与水平面夹角呈α°；
3）在风力发电机上安装振动检测装置，并在平衡盘3外周面上粘贴反光纸，在发电机驱动端水平径向位置安装与反光纸对应的振动加速度传感器，其他实施例中，也可以将反光纸贴在转轴上。通过设置在转子21上的平衡盘3风力发电机整体进行动平衡，直到转子21的振动幅值满足要求，动平衡的方式为：a）在平衡盘3外周面上标记转速初始点，转速初始点与反光纸所处相位相同，即转速初始点与反光纸处于转轴的一个径向平面上。驱动风力发电机运转至额定工作转速N rpm，然后切断电源，使风力发电机转速降低至0 rpm，采集停机波德曲线，确定在工作转速内最大振动幅值所对应的转速为所需平衡的平衡转速N1 rpm；b）驱动电机运转至平衡转速N1 rpm，采集风力发电机整体振动相位值β1和振动幅值A1；c）将风力发电机转速降为0，在平衡盘上与转速初始点沿转子21旋转方向间隔圆心角为（180°-β1）处选取平衡点，平衡点与转速初始点对应的圆心角为（180°-β1），平衡点所在位置即其中一个固定孔所处位置，在平衡点处试加平衡块4，然后驱动风力发电机运转至平衡转速N1 rpm，再次采集风力发电机整体振动相位值β2与振动幅值A2，其中，振动相位值β1对应振动幅值A1，振动相位值β2对应振动幅值A2；d）将风力发电机转速降为0，比较振动幅值A2与振动幅值A1，如果振动幅值A2大于振动幅值A1，且振动相位变化超过100°，则在平衡盘上平衡点处减小平衡块质量；如果振动幅值A2小于振动幅值A1，且振动相位变化超过100°，则在平衡盘上平衡点处增大平衡块质量；如果振动幅值A2小于振动幅值A1，且振动相位变化小于10°，此时如果振动幅值A2不能满足要求，则在平衡点处增大原平衡块质量；e）重复步骤c）和步骤d），依次反复，直到振动幅值满足要求。
本发明的风力发电机动平衡方法的具体实施例2，本实施中的风力发电机动平衡方法与具体实施例1中方法区别仅在于：在上述步骤3）中，对风力发电机整体动平衡的方法是：a）在平衡盘的外周面上任意位置处标记作为转速初始点，驱动风力发电机运转至额定工作转速N rpm，然后切断电源，使风力发电机转速降低至0 rpm，确定在工作转速内最大振动幅值所对应的转速为所需平衡的平衡转速N1 rpm；b）驱动电机运转至平衡转速N1 rpm，采集风力发电机整体振动幅值A1；c）将风力发电机转速降为0，移动平衡块固定位置，与转速初始点在转子旋转方向间隔的不同位置处依次固定平衡块，并驱动风力发电机运转至平衡转速N1 rpm，采集风力发电机整体振动幅值A2、A3……An，振动幅值为最小的Amin时平衡块所处位置为平衡点所处位置，其中Amin小于A1，此时如果振动幅值Amin不能满足要求，则在平衡点处增大原平衡块质量，如果振动幅值变小，持续增大平衡块质量，直到振动幅值满足要求，如果振动幅值变大，则减小平衡块质量直到振动幅值满足要求；该方式中不需要使用频谱分析仪，通过移动平衡块位置找到平衡点，然后进行平衡调整，提高了平衡调整的效率。实际操作时，应当尽可能根据经验选用最小的平衡块，直接增大平衡块质量直到振动幅值满足要求即可。
本发明的风力发电机动平衡方法的其他实施例中，风力发电机动平衡装置的平衡块可以使用同一个规格，此时平衡块的质量应尽量小一个，以适应更大的范围。
本发明的风力发电机动平衡方法适用于通过弹性支撑件安装的各种类型新造发电机与维修发电机，例如双馈异步发电机、异步发电机、永磁同步发电机等。弹性支撑件可以采用现有技术中风力发电机实际安装时使用的弹性件，以模拟实际工况，具体不再详述。
其他实施例中，平衡块除了采用螺栓固定的方式之外，也可以通过夹具、焊接灯方式固定在平衡盘上。
其他实施例中，根据实际的安装需要，模拟安装座上用于支撑风力发电机的弹性支撑和倾斜支撑面根据需要调整和选择。
其他实施例中，平衡盘可以设置在发电机的滑环室。
本发明的风力发电机动平衡装置的具体实施例，本实施例中的风力发电机动平衡装置的结构与上述风力发电机平衡方法的具体实施例中涉及的风力发电机动平衡装置的结构相同，具体不再赘述。
本发明的风力发电机的具体实施例，本实施例中的风力发电机与上述风力发电机平衡装置中涉及的风力发电机的区别仅在于：本实施例中的风力发电机自带平衡盘和平衡块，平衡盘和平衡块的安装形式与上述实施例中所述的方式相同，平衡盘与转子的装配方式与上述实施例中的转子与平衡盘的装配方式相同，具体不再赘述。

Claims (2)

1.风力发电机动平衡方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）对风力发电机转子进行动平衡，并完成风力发电机的组装；
2）将风力发电机通过弹性支撑件安装在用于模拟风力发电机安装座的模拟安装座上，模拟安装座上设有用于支撑风力发电机的支撑面，支撑面与水平面夹角为α°，以模拟实际安装时风力发电机的轴线与水平面之间的夹角α°；
3）在风力发电机上安装振动检测装置，转子上设置有平衡盘，平衡盘安装在转子伸出风力发电机壳体的部分上，平衡盘上固定安装有平衡块，平衡块在风力发电机装配完成后平衡风力发电机整体质量，通过振动检测装置和平衡盘对风力发电机整体进行动平衡，直到风力发电机整体的振动幅值满足要求；
振动检测装置包括振动加速度传感器和频谱分析仪，在上述步骤3）中，对风力发电机整体动平衡的方法是：a）在平衡盘的外周面上任意位置处标记作为转速初始点，驱动风力发电机运转至额定工作转速N rpm，然后切断电源，使风力发电机转速降低至0 rpm，采集停机波德曲线，确定在工作转速内最大振动幅值所对应的转速为所需平衡的平衡转速N1 rpm；b）驱动电机运转至平衡转速N1 rpm，采集风力发电机整体振动相位值β1和振动幅值A1；c）将风力发电机转速降为0，在平衡盘上与转速初始点沿转子旋转方向间隔圆心角为（180°-β1）处选取平衡点，平衡点与转速初始点对应的圆心角为（180°-β1），在平衡点处试加平衡块，然后驱动风力发电机运转至平衡转速N1 rpm，再次采集风力发电机整体振动相位值β2与振动幅值A2，其中，振动相位值β1对应振动幅值A1，振动相位值β2对应振动幅值A2，d）将风力发电机转速降为0，比较振动幅值A2与振动幅值A1，如果振动幅值A2大于振动幅值A1，且振动相位变化超过100°，则在平衡盘上平衡点处减小平衡块质量；如果振动幅值A2小于振动幅值A1，且振动相位变化超过100°，则在平衡盘上平衡点处增大平衡块质量；如果振动幅值A2小于振动幅值A1，且振动相位变化小于10°，此时如果振动幅值A2不能满足要求，则在平衡点处增大原平衡块质量；e）重复步骤c）和步骤d），依次反复，直到振动幅值满足要求。
2.风力发电机动平衡方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）对风力发电机转子进行动平衡，并完成风力发电机的组装；
2）将风力发电机通过弹性支撑件安装在用于模拟风力发电机安装座的模拟安装座上，模拟安装座上设有用于支撑风力发电机的支撑面，支撑面与水平面夹角为α°，以模拟实际安装时风力发电机的轴线与水平面之间的夹角α°；
3）在风力发电机上安装振动检测装置，转子上设置有平衡盘，平衡盘安装在转子伸出风力发电机壳体的部分上，平衡盘上固定安装有平衡块，平衡块在风力发电机装配完成后平衡风力发电机整体质量，通过振动检测装置和平衡盘对风力发电机整体进行动平衡，直到风力发电机整体的振动幅值满足要求；
在上述步骤3）中，对风力发电机整体动平衡的方法是：a）在平衡盘的外周面上任意位置处标记作为转速初始点，驱动风力发电机运转至额定工作转速N rpm，然后切断电源，使风力发电机转速降低至0 rpm，确定在工作转速内最大振动幅值所对应的转速为所需平衡的平衡转速N1 rpm；b）驱动电机运转至平衡转速N1 rpm，采集风力发电机整体振动幅值A1；c）将风力发电机转速降为0，移动平衡块固定位置，在转子旋转方向间隔的不同位置处依次固定平衡块，并驱动风力发电机运转至平衡转速N1 rpm，采集风力发电机整体振动幅值A2、A3……An，中振动幅值为最小的Amin时平衡块所处位置为平衡点所处位置，其中Amin小于A1，此时如果振动幅值Amin不能满足要求，则在平衡点处增大原平衡块质量，如果振动幅值变小，持续增大平衡块质量，直到振动幅值满足要求，如果振动幅值变大，则减小平衡块质量直到振动幅值满足要求。
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