[发明专利]兆瓦级风力发电变桨轴承摩擦力矩数控试验机及测试方法

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及大容量风力发电变桨轴承摩擦力矩试验机及测试方法，属转矩测试类(G01L)和结构部件测试类(G01M)。

(二)背景技术：

风力发电作为清洁可再生能源项目，是国务院重点发展的十六个重大技术项目之一，而风力发电机组变桨轴承是风力发电机上的重要部件，要求承载能力大，高的可靠性，测试寿命长达二十年，同时其安装维修条件非常苛刻(高空100多米)。国家立项风力发电机组变桨轴承必须实现国内替代进口，扭转一直依靠进口的局面，国内众多轴承供货商风起云涌纷纷立项研发风力发电变桨轴承项目。而轴承性能及其可靠性多是直接上风力发电机组试用，这样产生的费用和潜在风险都是很大的。国内有厂家曾试制1.5M风力发电变桨轴承试验机一台，但结构复杂、尺寸过长、占地过多，拆装时间达四个多小时，而且主要是以机械测试为核心，其操作不方便，测试结果准确性也有待考虑。基于此，研发先进的兆瓦级风电机组变桨轴承数控试验机是很有必要。

(三)发明内容：

本发明提出的兆瓦级风力发电机组变桨轴承摩擦力矩数控试验机及测试方法，目的之一是通过对兆瓦级风电机组变桨轴承加载后的摩擦力矩测试，为风电机组变桨轴承上风电机组提供数据支持，从而减少安装成本，降低轴承采、供双方风险，确保装机后满足测试要求。目的之二是提供的试验机结构简单、尺寸小、可靠、控制方便、准确。

本发明采用的技术方案如下：

兆瓦级风力发电变桨轴承摩擦力矩数控试验机，包括支撑件、加载系统、传动系统，其特征是

A.被测轴承2，通过轴承外圈2.1固定在设置的支撑件机架1上；

B.所述加载系统如下：设一根主轴4，一端通过连接件3或直接与轴承内圈2.2连接固定，另一端装有由径向加载油缸8加压的径向加载机构5，该处主轴4端头上装有由轴向加载油缸7加压的轴向加载机构6；由此形成液压径向加载系统和液压轴向加载系统；

C.所述传动系统包括驱动变频电机12的变频驱动机构、输出轴12.1上装的扭矩传感器13、输出轴12.1末端装设与被测轴承2内圈2.2上内齿2.3相啮合的小齿轮2.4；

D.设置由工业计算机14.1控制的包括传动系统、液压径向加载系统和液压轴向加载系统的闭环数控系统14。

上述试验机的各配套装置选择的主要技术参数如下：

①驱动变频电机12：功率3.0KW-4P，减速比1/139.47，输出转速0～10rpm；

②径向油缸8：额定工作压力25MPa，输出力0～250吨；

③轴向油缸7：额定工作压力25MPa，输出力0～±20吨；

④径向油缸8动力源液压泵8.1的驱动电动机：功率7.5KW，转速1440r/min；

⑤轴向油缸7动力源液压泵7.1的驱动电动机：功率4.0KW，转速1440r/min；

⑥摩擦力矩T₂测试范围：0～5000N.m。

上述试验机具体结构、闭环数控系统、液压系统及测试方法等，在下面结合附图详细说明。

本发明有益效果：

1)本试验机被测轴承和小齿轮等传动件是按风电真实结构制作；加载系统是对风力变桨轴承受力分析后，摸拟加载原理基础上设计的，由此试验机结构型式、传动系统和加载系统选择合理；且只需一根主轴，L₀仅选2.5m，结构简单，尺寸小。其受力分析和模拟加载原理如下：

A.变桨轴承受力分析：见图6，变桨轴承的外圈2.1与风电机组的轮毂连接，其内圈2.2与风电机组的桨叶2.6连接，即变桨轴承是桨叶和轮毂之间的旋转连接件，也是实现桨叶的旋转和固定的重要部件。机组运行时，变桨减速电机2.5带动小齿轮2.4和变桨轴承内齿2.3啮合，按照电控系统的设定进行变桨动作，调整桨叶的迎风角度，从而调节风机功率，实现风机运行过程中对风能最大程度的利用，变桨轴承工作时在±55°30′的范围内往复摆动。由此变桨轴承在工作中主要载荷为：风力作用在桨叶上产生的倾覆力矩、径向、轴向分力及桨叶自重产生的轴向载荷(循环拉压作用)。所有载荷都是直接作用在变桨轴承内圈2.2上。图7中：f₁是作用在桨叶2.6上的风力(KN)；f₂是桨叶的自重(KN)；L是桨叶的长度(m)。