CN113607414A

CN113607414A - 一种海上风机发电机轴电流损伤模拟装置

Info

Publication number: CN113607414A
Application number: CN202111019297.2A
Authority: CN
Inventors: 王广斌; 廖慧珊; 李玟静; 蒋玲莉; 马兴灶
Original assignee: Lingnan Normal University
Current assignee: Lingnan Normal University
Priority date: 2021-09-01
Filing date: 2021-09-01
Publication date: 2021-11-05

Abstract

本发明公开了一种海上风机发电机轴电流损伤模拟装置，包括电机、第一主轴，实验轴承、轴承座、上支承板、下支承板、程控电源、电刷、电流加载线夹、第二主轴、凸轮、空气弹簧、激振器和检测装置；电机、轴承座固定在上支承板上，轴承座与上支承板之间设有绝缘垫片；第一主轴的一端与电机的输出轴连接，第一主轴上安装有实验轴承，实验轴承安装在轴承座内；上支承板通过三个空气弹簧支承在下支承板上，三个空气弹簧的中心连线为三角形；三个空气弹簧分别与空气压缩机连接。本发明结构简单，能模拟海上风机发电机轴承在海浪和风力带来的升降和起伏运动情况下的受力情况；使得实验结果更准确。

Description

一种海上风机发电机轴电流损伤模拟装置

技术领域

本发明涉及一种海上风机发电机的轴电流损伤模拟装置。

背景技术

风能作为一种清洁能源，是国家实现2030年碳达峰、2060年碳中和目标的重要途径。海上风电已经成为风能利用的一种重要途径，但是海上风力发电机相对陆上风机，其设备固定在漂浮式平台上，随海洋风浪流的运动而运动，载荷特性更为复杂，故障发生更为频繁。轴承轴电流损伤作为风力发电机的一种常见故障模式，在海上风浪流条件下，其发生机理耦合了复杂机械载荷、海洋漂浮平台运动载荷、电机轴电压和轴电流载荷等多种载荷的作用，损伤机理更为复杂，研究海上风机发电机轴承轴电流损伤，就成为预防电机故障，提高风力机使用寿命的重要手段。

但是目前的风场智能运维系统中，对轴承轴电流损伤的监测和智能运维均没有涉及，也无法借助于风场环境进行实地研究。模拟试验装置需要将发电机轴承轴电流损伤装置置于海洋平台环境中，重点在于模拟多种风浪流作用条件。现有技术中大多数采用六自由度运动模拟平台来模拟海上风力发电机在海面上承受的不同方向的力，其模拟平台成本大，耗费高，且六自由度运动模拟平台六轴并联的系统中无法做到360度无限制旋转，各个自由度的行程非常受限而在串联结构中只有六个台子，底层台子的负载力要求高，增大了六自由度运动模拟平台的体积。针对六自由度运动模拟平台呈现的不足，本实验平台设计了一个活动平台并采用橡胶弹簧支撑，模拟海面上受到不同方位的力，其成本较小，体积小，操作简单方便，可以实现轴承电流损伤模拟装置运行时在海面上承受多种类型载荷条件下的运行工况，为海上风力发电机轴承轴电流损伤研究提供更为接近风浪流作用环境的实验平台。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单，能模拟海上风机发电机轴承在海浪和风力带来的升降和起伏运动情况下的受力情况，使得实验结果更准确的海上风机发电机轴电流损伤模拟装置。

本发明采用的技术方案是：一种海上风机发电机轴电流损伤模拟装置，包括电机、第一主轴，实验轴承、轴承座、上支承板、下支承板、程控电源、电刷、电流加载线夹、第二主轴、凸轮、空气弹簧、激振器和检测装置；电机、轴承座固定在上支承板上，轴承座与上支承板之间设有绝缘垫片；第一主轴的一端与电机的输出轴连接，第一主轴上安装有实验轴承，实验轴承安装在轴承座内；

上支承板通过三个空气弹簧支承在下支承板上，三个空气弹簧的中心连线为三角形；三个空气弹簧分别与空气压缩机连接；下支承板上通过轴承座安装有第二主轴；第一主轴与第二主轴平行；第一主轴上设有主动带轮，第二主轴上设有从动带轮和凸轮，主动带轮和从动带轮通过皮带连接；凸轮位于上支承板中心位置；激振器安装在上支撑板上，程控电源的正负极分别连接接电流加载线夹和电刷，电刷安装在第一主轴上，电流加载线夹安装在实验轴承上，检测装置用于检测轴电流的大小。

上述的海上风机发电机电流损伤模拟装置中，所述的上支承板和下支承板均为圆形板；电机安装在电机支承板上，电机支承板固定在上支承板上。

上述的海上风机发电机电流损伤模拟装置中，三个空气弹簧中心连线为正三角形，空气压缩机连接电脑。

上述的海上风机发电机电流损伤模拟装置中，检测装置包括电流传感器和采集卡，电流传感器安装在程控电源与电流加载线夹连接的导线上或程控电源与电刷连接的导线上；所述的电流传感器通过采集卡连接电脑。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1. 本发明结构简单，其上支承板和下支承板之间设有三个空气弹簧，利用凸轮作为上支承板动力元件，增强了上支承板的灵活性，可变性，利于空气弹簧支承的运动进一步模拟海浪和风力给海上风机发电机轴承带来的冲击，可海上风机发电机在海浪和风力带来的升降和起伏运动情况下的受力情况；实验结果更准确。

2. 本发明上支承板采用空气弹簧支承，上支承板上安装激振器，空气弹簧和激振器同时对上平台提供径向力，使得上支承板进行反复升降活动，进一步增强上支承板的灵活性。

3、本发明电刷与第一主轴连接，产生轴电流，电流加载电夹和实验轴承连接，并设置了电流传感器，能更准确模拟轴承上形成的电流侵蚀。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图正视图。

图2为本发明的整体结构示意图的等轴测视图。

图3为本发明的凸轮安装结构示意图。

图中：1、电机；2、第一主轴；3、实验轴承；4、轴承座；5、上支承板；6、程控电源；7、电刷；8、电流加载线夹；9、从动带轮；10、皮带；11、第二主轴；12、电机支承板；13、轴承座；14、凸轮；15、空气弹簧；16、空气压缩机；17、绝缘垫片；18、轴承座；19、联轴器；20、激振器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明

如图1所示，本发明包括电机1、第一主轴2，实验轴承3、轴承座4、上支承板5、下支承板、程控电源6、电刷7、电流加载线夹8、第二主轴11、电机支承板12、凸轮14、空气弹簧15、激振器20和检测装置；电机1安装在电机支承板12上，电机支承板12、轴承座4固定在上支承板上，轴承座4与上支承板5之间设有绝缘垫片。第一主轴2的一端与电机1的输出轴连接，第一主轴2上安装有实验轴承3，实验轴承3安装在轴承座4内。

上支承板5通过三个空气弹簧支承在下支承板上，三个空气弹簧15的中心连线为正三角形。上支承板和下支承板均为圆形板，上支承板和下支承板同轴。三个空气弹簧15分别与空气压缩机16连接，空气压缩机16连接电脑。下支承板上通过两轴承座13、18安装有第二主轴11；第一主轴2与第二主轴11平行；第一主轴2上设有主动带轮，第二主轴11上设有从动带轮9和凸轮14，主动带轮和从动带轮9通过皮带10连接；凸轮14位于上支承板5中心位置。激振器20安装在上支撑板上，程控电源6的正负极分别连接接电流加载线夹8和电刷7，电刷7安装在第一主轴2上，电流加载线夹8安装在实验轴承3上。检测装置包括电流传感器和采集卡，电流传感器安装在程控电源6与电流加载线夹连接8的导线上，也可以安装在程控电源6与电刷7连接的导线上。所述的电流传感器通过采集卡连接电脑。

本发明的工作原理如下：

凸轮14与第二主轴11相连接，第一主轴2带动第二主轴11转动，凸轮14的运动带动支承板6的升降和起伏，激振器20对上支承板5加载径向力，空气弹簧15对上支承板5进行支撑，模拟上支承板5漂浮时的受力冲击。

（1）径向力加载部分：通过电机1给第一主轴2提供动力，第二主轴11与凸轮14连接，第二主轴11给凸轮14和上支承板5提供径向力，激振器20对上支承板5加载，3个空气弹簧15因受力不均匀而上下浮动。此实验可实现单独的径向力加载，尤其能模拟出轴承在受力不均匀的情况下对轴电流的影响，其操作简单。

（2）本发明设有检测装置，能对实验轴承3上的电流进行实时检测，电流信号检测包括采集卡，电流传感器，采集装置，最终储存进电脑中，进而为模拟海面上风机发电机轴承轴电流的损伤提供实验证明。

Claims

1.一种海上风机发电机轴电流损伤模拟装置，其特征在于：包括电机、第一主轴，实验轴承、轴承座、上支承板、下支承板、程控电源、电刷、电流加载线夹、第二主轴、凸轮、空气弹簧、激振器和检测装置；电机、轴承座固定在上支承板上，轴承座与上支承板之间设有绝缘垫片；第一主轴的一端与电机的输出轴连接，第一主轴上安装有实验轴承，实验轴承安装在轴承座内；

2.根据权利要求1所述的海上风机发电机电流损伤模拟装置，其特征在于：所述的上支承板和下支承板均为圆形板；电机安装在电机支承板上，电机支承板固定在上支承板上。

3.根据权利要求1所述的海上风机发电机电流损伤模拟装置，其特征在于：三个空气弹簧中心连线为正三角形空气压缩机连接电脑。

4.根据权利要求1所述的一种海上风机发电机电流承损伤模拟装置，其特征在于：检测装置包括电流传感器和采集卡，电流传感器安装在程控电源与电流加载线夹连接的导线上或程控电源与电刷连接的导线上；所述的电流传感器通过采集卡连接电脑。