CN209398544U - 一种风力发电机组轮毂和变桨系统加载测试用的试验台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种风力发电机组轮毂和变桨系统加载测试用的试验台，包括轮毂支撑工装、主加载工装、转矩加载单元及轴向力加载工装；轮毂由轮毂支撑工装进行支撑固定，轮毂上的非测试变桨轴承亦由轮毂支撑工装进行固定约束；主加载工装一端与轮毂上需要测试的变桨轴承的法兰相连接，另一端往外延伸并通过转换组件与轴向力加载工装连接，且该端亦连接有液压缸，主加载工装上预留有用于安装固定重力载荷模块的安装位，转矩加载单元安装在主加载工装上，对主加载工装施加转矩载荷。本实用新型可以对轮毂与变桨系统进行转矩、弯矩、径向剪力、轴向力的静态与动态的加载，在满足加载性能要求的同时降低轮毂与变桨系统试验台的建设成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电机组轮毂和变桨系统加载测试的技术领域，尤其是指一种风力发电机组轮毂和变桨系统加载测试用的试验台。
背景技术
对于风力发电机组，随着技术的发展，叶片长度以及载荷越来越大，关于验证和测试风力发电机组轮毂与变桨系统的方法和设备越来越重要。
现有变桨轴承试验台只能用于测试变桨轴承，无法对整个变桨系统进行充分的测试验证。且由于变桨轴承试验台刚度较大，无法模拟安装在轮毂时，变桨轴承在载荷下的正确变形量。
因此，为了克服变桨轴承试验台的不足，以及进一步对轮毂进行载荷测试，轮毂与变桨系统一体化的试验台是一个将来发展趋势。但现今的少有的轮毂与变桨系统试验台，虽能对变桨系统和轮毂产生足够的载荷，但由于其载荷来自于液压载荷，对液压设备要求高，导致试验台建设成本高昂。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种风力发电机组轮毂和变桨系统加载测试用的试验台，可以对轮毂与变桨系统进行四自由度加载测试，四自由度包括转矩、弯矩、径向剪力、轴向力的静态与动态的加载，满足轮毂与变桨系统试验台的测试要求，且由于创新性地采用了重力载荷分担大部分所需的载荷，对于液压加载能力要求大幅下降，大幅降低了液压设备的成本，从而在满足加载性能要求的同时可以有效降低轮毂与变桨系统试验台的建设成本。
为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种风力发电机组轮毂和变桨系统加载测试用的试验台，包括轮毂支撑工装、用于对轮毂和变桨系统的静态和动态进行加载的主加载工装、用于对主加载工装施加转矩载荷的转矩加载单元及用于主加载工装施加轴向力的轴向力加载工装；所述轮毂由轮毂支撑工装进行支撑固定，且所述轮毂上的非测试变桨轴承亦由轮毂支撑工装进行固定约束；所述主加载工装的一端与轮毂上需要测试的变桨轴承的法兰相连接，其另一端往外延伸并通过转换组件与轴向力加载工装相连接，所述转换组件能够确保变桨时主加载工装的旋转不会对轴向力加载工装产生影响，所述主加载工装上预留有用于安装固定重力载荷模块的安装位，通过可拆卸地安装上重力载荷模块来产生重力载荷，且所述主加载工装与轴向力加载工装相连接的该端连接有液压缸，由所述液压缸进行支撑的同时能够提供额外的液压载荷，通过重力载荷和液压载荷组合作用，能够对轮毂和变桨系统产生静态和动态的径向剪力和弯矩加载；所述转矩加载单元安装在主加载工装上，能够对主加载工装施加转矩载荷，进而作用在轮毂和变桨系统上，同时也产生一部分径向剪力和弯矩载荷。
进一步，所述轮毂支撑工装为筒状支撑结构，其外部有加强筋及用于对轮毂上的非测试变桨轴承进行固定约束的紧固件。
进一步，所述主加载工装为长筒状结构，由承载骨架及包围该承载骨架的筒壁组成，所述筒壁由多个分瓣拼接在一起，起到防止重力载荷模块在主加载工装运动过程中掉落的作用，所述重力载荷模块是安装在承载骨架上。
进一步，所述转矩加载单元有多个并沿着主加载工装的长度方向间隔分布，每个转矩加载单元均包括有圆盘、绳缆、重力转矩载荷模块和转矩液压缸，其中，所述圆盘固定于主加载工装上，并平行于轮毂上需要测试的变桨轴承，所述绳缆的一端固定在圆盘的顶点位置，其另一端绕过圆盘1/4圆周后垂直向下与重力转矩载荷模块相连接，所述重力转矩载荷模块固定在转矩液压缸上，由转矩液压缸进行支撑，通过所述转矩液压缸能够带动重力转矩载荷模块上下升降，即通过改变所述转矩液压缸施加的液压力来改变施加在主加载工装上的转矩载荷。
进一步，所述轴向力加载工装包括有支撑脚架、杠杆机构、轴向力重力载荷模块和轴向力液压缸，其中，所述杠杆机构由两个彼此对称平行的杠杆及连接该两个杠杆的第一枢轴和第二枢轴组成，该两个杠杆的一端通过第一枢轴连接并活动铰接在支撑脚架上，能够绕支撑脚架摆动，所述第一枢轴与转换组件相连接，该两个杠杆的另一端通过第二枢轴连接，所述第二枢轴上吊装有轴向力重力载荷模块，并与轴向力液压缸相连接，由所述轴向力液压缸为杠杆机构提供液压载荷，所述轴向力重力载荷模块与轴向力液压缸产生的载荷，通过杠杆机构将载荷放大并转化为主加载工装轴向方向的载荷，从而实现对轮毂和变桨系统轴向力的静态与动态加载。
进一步，所述转换组件由整合在一起的转动部位和非转动部位组成，其中，所述转动部位与主加载工装相连接，所述非转动部位组成与轴向力加载工装相连接。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、建造成本低：传统轮毂与变桨系统试验台载荷均来自于液压载荷，要求大载荷时，对液压系统要求高，从而导致成本高昂。本实用新型试验台主要载荷来自于重力载荷，液压载荷只起到辅助和动态加载，从而降低了液压系统的要求。重力载荷模块可以是编织袋打包的沙子、石头等低成本重物，再根据载荷需求在主加载工装上安置相应的重力载荷模块，从而产生需求的转矩、弯矩、径向剪力、轴向力等。通过重力载荷，降低液压系统要求，从而降低建造成本。
2、结构原理简单：只需通过受力分析与粘贴应力片，即可得到轮毂与变桨系统所受载荷的大小。液压装置数量较少，性能要求较低，试验台结构得到了简化。
3、操作简单：通过增加或减少放在各处的重力载荷，即可改变轮毂与变桨系统所受到的载荷。
附图说明
图1为本实用新型试验台的轴视图。
图2为本实用新型试验台的主视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
参见图1和图2所示，本实施例所提供的风力发电机组轮毂和变桨系统加载测试用的试验台，包括轮毂支撑工装21、用于对轮毂和变桨系统的静态和动态进行加载的主加载工装、用于对主加载工装施加转矩载荷的转矩加载单元及用于主加载工装施加轴向力的轴向力加载工装。轮毂支撑工装21固定在基础平面1上，用于分担承载传递而来的总载荷，可以调节平面倾斜度，可由钢铁、铸铁或混凝土材料组成，具有很高的承载能力，平面类型可包括但不限于钢板、铸铁平台、混凝土等，其连接固定方式包括但不限于，螺栓连接、焊接连接、铆接等；轮毂5由轮毂支撑工装21进行支撑固定，且轮毂5上的非测试变桨轴承4亦由轮毂支撑工装21进行固定约束。主加载工装的一端与轮毂5上需要测试的变桨轴承的法兰6相连接(模拟真实环境下的连接方式)，其另一端往外延伸并通过转换组件12与轴向力加载工装相连接，转换组件12由整合在一起的转动部位和非转动部位组成，转动部位与主加载工装相连接，非转动部位组成与轴向力加载工装相连接，通过转换组件12可以确保变桨时主加载工装的旋转不会对轴向力加载工装产生影响，主加载工装上预留有用于安装固定重力载荷模块8的安装位，可以根据需求加装所需的重力载荷模块8，通过可拆卸地安装上重力载荷模块8来产生重力载荷，且主加载工装与轴向力加载工装相连接的该端连接有液压缸17，由液压缸17进行支撑的同时可以提供额外的液压载荷，通过重力载荷和液压载荷组合作用，能够对轮毂和变桨系统产生静态和动态的径向剪力和弯矩加载；转矩加载单元安装在主加载工装上，能够对主加载工装施加转矩载荷，进而作用在轮毂和变桨系统上，同时也产生一部分径向剪力和弯矩载荷。
轮毂支撑工装21为筒状支撑结构，其外部有加强筋3等结构加强及用于对轮毂5上的非测试变桨轴承4进行固定约束的紧固件2(分担一部分载荷，防止试验台发生意外的事故)。
主加载工装为长筒状结构，由承载骨架7及包围该承载骨架7的筒壁11组成，筒壁11由多个分瓣拼接在一起，起到防止重力载荷模块8在主加载工装运动过程中掉落的作用，重力载荷模块8是安装在承载骨架7上，因受到重力作用，对变桨系统及轮毂产生径向剪力和弯矩载荷。液压缸17对主加载工装产生辅助的载荷和动态载荷，最终实现对轮毂和变桨系统的静态和动态加载。
转矩加载单元有若干个并沿着主加载工装的长度方向间隔分布，每个转矩加载单元均包括有圆盘9、绳缆20、重力转矩载荷模块18和转矩液压缸19，其中，圆盘9固定于主加载工装上，并平行于轮毂5上需要测试的变桨轴承，绳缆20的一端固定在圆盘9的顶点位置(具体为图中附图标记10)，其另一端绕过圆盘1/4圆周后垂直向下与重力转矩载荷模块18相连接，重力转矩载荷模块18固定在转矩液压缸19上，由转矩液压缸19进行支撑，通过转矩液压缸19能够带动重力转矩载荷模块18上下升降，即通过改变转矩液压缸19施加的液压力来改变施加在主加载工装上的转矩载荷，产生的转矩载荷通过加载工装施加在变桨系统和轮毂上，同时也产生一部分径向剪力和弯矩载荷。
轴向力加载工装包括有支撑脚架16、杠杆机构、轴向力重力载荷模块14和轴向力液压缸15，其中，杠杆机构由两个彼此对称平行的杠杆13及连接该两个杠杆13的第一枢轴22和第二枢轴23组成，该两个杠杆13的一端通过第一枢轴22连接并活动铰接在支撑脚架16上，可绕支撑脚架16摆动，第一枢轴22与转换组件12的非转动部分连接，该两个杠杆的另一端通过第二枢轴23连接，且第二枢轴12上吊装有轴向力重力载荷模块14，并与轴向力液压缸15相连接，由轴向力液压缸15为杠杆机构提供液压载荷，轴向力重力载荷模块14与轴向力液压缸15产生的载荷，通过杠杆机构将载荷放大并转化为主加载工装轴向方向的载荷，从而实现对轮毂和变桨系统轴向力的静态与动态加载。
若将主加载工装存放重力载荷的空间看似为圆台，假设圆台的下底面半径为1.5米，上底面半径为0.75米，两底面距离10米，根据圆台体积公式，体积约为41立方米。取石子的堆积密度为1.48吨每立方米，不考虑主加载工装本身，只考虑主加载工装内安置的重力载荷模块8时，重量约为61吨。因此，可得出主加载工装对轮毂和变桨系统产生的剪力载荷约为598kN，产生的弯矩载荷约为797kNm。假设转矩加载单元的半径为1.5米，重力转矩载荷模块18的总重量为8吨，则产生转矩载荷为约为118kNm。假设杠杆13的力臂比为1:4，若轴向力重力载荷模块14的重量为10吨，则产生的轴向力载荷约为392kN。在各重力载荷的基础上，再增加液压载荷，即可满足静态加载和动态加载的测试要求。
以上所述实施例只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。
Claims (6)
1.一种风力发电机组轮毂和变桨系统加载测试用的试验台，其特征在于，包括轮毂支撑工装、用于对轮毂和变桨系统的静态和动态进行加载的主加载工装、用于对主加载工装施加转矩载荷的转矩加载单元及用于主加载工装施加轴向力的轴向力加载工装；所述轮毂由轮毂支撑工装进行支撑固定，且所述轮毂上的非测试变桨轴承亦由轮毂支撑工装进行固定约束；所述主加载工装的一端与轮毂上需要测试的变桨轴承的法兰相连接，其另一端往外延伸并通过转换组件与轴向力加载工装相连接，所述转换组件能够确保变桨时主加载工装的旋转不会对轴向力加载工装产生影响，所述主加载工装上预留有用于安装固定重力载荷模块的安装位，通过可拆卸地安装上重力载荷模块来产生重力载荷，且所述主加载工装与轴向力加载工装相连接的该端连接有液压缸，由所述液压缸进行支撑的同时能够提供额外的液压载荷，通过重力载荷和液压载荷组合作用，能够对轮毂和变桨系统产生静态和动态的径向剪力和弯矩加载；所述转矩加载单元安装在主加载工装上，能够对主加载工装施加转矩载荷，进而作用在轮毂和变桨系统上，同时也产生一部分径向剪力和弯矩载荷。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组轮毂和变桨系统加载测试用的试验台，其特征在于：所述轮毂支撑工装为筒状支撑结构，其外部有加强筋及用于对轮毂上的非测试变桨轴承进行固定约束的紧固件。
3.根据权利要求1所述的一种风力发电机组轮毂和变桨系统加载测试用的试验台，其特征在于：所述主加载工装为长筒状结构，由承载骨架及包围该承载骨架的筒壁组成，所述筒壁由多个分瓣拼接在一起，起到防止重力载荷模块在主加载工装运动过程中掉落的作用，所述重力载荷模块是安装在承载骨架上。
4.根据权利要求1所述的一种风力发电机组轮毂和变桨系统加载测试用的试验台，其特征在于：所述转矩加载单元有多个并沿着主加载工装的长度方向间隔分布，每个转矩加载单元均包括有圆盘、绳缆、重力转矩载荷模块和转矩液压缸，其中，所述圆盘固定于主加载工装上，并平行于轮毂上需要测试的变桨轴承，所述绳缆的一端固定在圆盘的顶点位置，其另一端绕过圆盘1/4圆周后垂直向下与重力转矩载荷模块相连接，所述重力转矩载荷模块固定在转矩液压缸上，由转矩液压缸进行支撑，通过所述转矩液压缸能够带动重力转矩载荷模块上下升降，即通过改变所述转矩液压缸施加的液压力来改变施加在主加载工装上的转矩载荷。
5.根据权利要求1所述的一种风力发电机组轮毂和变桨系统加载测试用的试验台，其特征在于：所述轴向力加载工装包括有支撑脚架、杠杆机构、轴向力重力载荷模块和轴向力液压缸，其中，所述杠杆机构由两个彼此对称平行的杠杆及连接该两个杠杆的第一枢轴和第二枢轴组成，该两个杠杆的一端通过第一枢轴连接并活动铰接在支撑脚架上，能够绕支撑脚架摆动，所述第一枢轴与转换组件相连接，该两个杠杆的另一端通过第二枢轴连接，所述第二枢轴上吊装有轴向力重力载荷模块，并与轴向力液压缸相连接，由所述轴向力液压缸为杠杆机构提供液压载荷，所述轴向力重力载荷模块与轴向力液压缸产生的载荷，通过杠杆机构将载荷放大并转化为主加载工装轴向方向的载荷，从而实现对轮毂和变桨系统轴向力的静态与动态加载。
6.根据权利要求1或5所述的一种风力发电机组轮毂和变桨系统加载测试用的试验台，其特征在于：所述转换组件由整合在一起的转动部位和非转动部位组成，其中，所述转动部位与主加载工装相连接，所述非转动部位组成与轴向力加载工装相连接。
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