[发明专利]一种用于研究风电机组推力与扭矩动态特性的试验装置与方法

权利要求书

1.一种用于研究风电机组推力与扭矩动态特性的试验装置，其特征在于，包括扭矩加载单元、扭矩测量装置、模拟用风力发电机组、推力加载单元、推力测量装置、结构响应测量装置和试验装置控制系统；

扭矩加载单元通过扭矩测量装置与模拟用风力发电机组的发电机一个轴端连接，为模拟用风力发电机组提供输入的动态扭矩；推力加载单元通过推力测量装置与模拟用风力发电机组的发电机另一个轴端连接，为模拟用风力发电机组提供输入的动态推力；结构响应测量装置安装于模拟用风力发电机组的支撑塔架上，用于对风力发电机组的塔架结构响应进行实时测量；扭矩测量装置用于对扭矩加载单元输入的动态扭矩进行实时测量；推力加载单元用于对推力加载单元输入的动态推力进行实时测量；试验装置控制系统与扭矩加载单元、扭矩测量装置、模拟用风力发电机组、推力加载单元、推力测量装置、结构响应测量装置进行电气与通讯连接，控制整个试验装置进行运行试验。

2.根据权利要求1所述的用于研究风电机组推力与扭矩动态特性的试验装置，其特征在于，扭矩加载单元由拖动变流器和拖动电机组成，拖动变流器和拖动电机采用电气连接，拖动电机选择具备变频调速能力的变频调速电机。

3.根据权利要求1所述的用于研究风电机组推力与扭矩动态特性的试验装置，其特征在于，扭矩测量装置为能够实现对转速和扭矩进行测量的动态扭矩传感器，其两端为伸出轴端结构，能够实现联轴器键连接。

4.根据权利要求1所述的用于研究风电机组推力与扭矩动态特性的试验装置，其特征在于，模拟用风力发电机组由发电机、发电机上部支撑台架、机组下部塔架和机组变流器共4部分组成，其中发电机与发电机上部支撑台架采用螺栓连接，发电机上部支撑台架与机组下部塔架采用螺栓连接，机组变流器与发电机与采用电气连接。

5.根据权利要求4所述的用于研究风电机组推力与扭矩动态特性的试验装置，其特征在于，该发电机轴设计为两端伸出结构，轴的一端能够实现与联轴器的键连接，轴的另一端能够实现与轴承的配合连接；该发电机为永磁同步发电机，或者为异步发电机。

6.根据权利要求4所述的用于研究风电机组推力与扭矩动态特性的试验装置，其特征在于，扭矩加载单元中的拖动电机、扭矩测量装置均安装于该发电机支撑台架上；该支撑台架采用槽钢焊接结构。

7.根据权利要求1所述的用于研究风电机组推力与扭矩动态特性的试验装置，其特征在于，推力加载单元由液压站、液压管路、液压缸、液压缸支撑架和推力传递装置共5部分组成；液压站与液压管路的一端连接，液压管路的另一端与液压缸连接，液压缸安装于液压缸支撑架上，推力传递装置的一端通过推力测量装置与液压缸连接，推力传递装置的另一端同模拟用风力发电机组的发电机轴端连接。

8.根据权利要求7所述的用于研究风电机组推力与扭矩动态特性的试验装置，其特征在于，推力传递装置由轴承端盖、轴承端盖连接螺栓、轴承、轴承外圈法兰、轴承内圈锁紧螺母、约束旋转杆共6部分组成；轴承内圈安装于模拟用风力发电机组的发电机的轴端上，轴承外圈安装于轴承外圈法兰中，轴承内圈锁紧螺母安装于模拟用风力发电机组的发电机的轴端上并对轴承内圈起到限位与锁紧作用，轴承端盖采用轴承端盖连接螺栓安装于轴承外圈法兰上，约束旋转杆安装于轴承端盖上。

9.根据权利要求8所述的用于研究风电机组推力与扭矩动态特性的试验装置，其特征在于，轴承选用能够承载轴向推力并具备调心能力的轴承。

10.一种用于研究风电机组推力与扭矩动态特性的试验方法，其特征在于，该试验方法基于权利要求1至9中任一项所述的用于研究风电机组推力与扭矩动态特性的试验装置，包括以下步骤：

步骤SS1：计算获得给定风况下的风电机组推力和扭矩动态载荷

给定动态时序风况，通过建模计算得到风电机组的推力和扭矩动态载荷，将推力和扭矩动态载荷时序数据传输至试验装置控制系统；

步骤SS2：推力与扭矩载荷加载控制

1）试验装置控制系统将推力载荷信号传递至推力加载单元，通过推力加载单元实现推力输出，推力测量装置将测量的实际推力数据传送回试验装置控制系统，实现推力加载的闭环控制；

2）试验装置控制系统将扭矩载荷信号传递至扭矩加载单元，通过扭矩加载单元实现扭力的加载，扭矩测量装置将测量的实际扭矩数据传送回试验装置控制系统，实现扭矩加载的闭环控制；

步骤SS3：模拟用风力发电机组的发电特性输出与结构响应测量

试验装置控制系统对模拟用风力发电机组进行控制，实现对模拟用风力发电机组的发电特性输出，并对输出特性进行测量，同时结构响应测量装置对模拟用风力发电机组在推力与扭矩同时加载工况下的结构响应进行测量，并将测量结果传送至试验装置控制系统。