[发明专利]一种风力发电机组传动链扭矩测试系统及其实施方法

说明书

本发明公开了一种风力发电机组传动链扭矩测试系统及其实施方法，所述测试系统包括扭矩应变片、电滑环和数据采集系统，所述扭矩应变片有两个，并对称粘贴在传动链高速轴的轴身的两侧，每个扭矩应变片包括两个呈V形布置的应变阻丝，将四个应变阻丝串联组成全桥电路，所述电滑环安装在高速轴上，分别与全桥电路和数据采集系统通讯连接，用于将全桥电路的应变桥路信号传输至数据采集系统，所述数据采集系统与机组的主控系统通讯连接，用于采集主控系统发出的风机主控信号以及采集机组处于不同风机主控信号下全桥电路的应变桥路信号，进而根据应变桥路信号计算得出传动链在不同风况下的扭矩值。本发明能够有效解决风力发电机组传动链扭矩测试难的问题。

技术领域

本发明涉及风力发电机组传动链扭矩测试的技术领域，尤其是指一种风力发电机组传动链扭矩测试系统及其实施方法。

背景技术

风力发电机组能够直接将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能。风力发电机组的风轮是把自然风转换成机械能的重要部件。风轮输出机械能的多少直接体现风能利用效率的高低,而输出机械能的多少取决于风轮输出轴扭矩的多少。在机械学中，扭矩是十分重要的参数，扭矩大小和变化特性影响到机械的工作能力、能源消耗、寿命、效率和安全等性能，因而扭矩也是各种机械实验过程中必须测试的一项参数。扭矩的测量对传动系统各工作零件的强度设计和电机容量的选择具有重要意义。

传统测试传动链扭矩方法是在传动链中串联扭力测试仪来进行扭矩的测试，此方法针对半直驱机组测试执行起来非常困难，现场需要对传动链进行整改，甚至需要修改整个传动链跟齿轮箱的结构，测试成本非常昂贵，测试周期也很长。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种风力发电机组传动链扭矩测试系统及其实施方法，能够有效解决风力发电机组传动链扭矩测试难的问题。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风力发电机组传动链扭矩测试系统，所述传动链包括依次连接的风轮、低速轴、齿轮箱、高速轴、联轴器和发电机；所述测试系统包括扭矩应变片、电滑环和数据采集系统，所述扭矩应变片有两个，并对称粘贴在高速轴的轴身的两侧，每个扭矩应变片包括两个呈V形布置的应变阻丝，将四个应变阻丝串联组成全桥电路，用于在高速轴承受扭矩后产生应变桥路信号，所述电滑环安装在高速轴上，分别与全桥电路和数据采集系统通讯连接，用于将全桥电路的应变桥路信号传输至数据采集系统，所述数据采集系统与机组的主控系统通讯连接，用于采集主控系统发出的风机主控信号以及采集机组处于不同风机主控信号下全桥电路的应变桥路信号，进而根据应变桥路信号计算得出传动链在不同风况下的扭矩值。

进一步，所述数据采集系统采集的风机主控信号有机舱风速、机舱风向、发电机功率、发电机转速和机组运行状态变量。

进一步，所述数据采集系统根据应变桥路信号计算得出传动链在不同风况下的扭矩值的具体过程如下：

将数据采集系统采集到的每个风况下的应变桥路信号代入应变桥路信号与切应变的关系公式，从而计算出对应风况下扭矩应变片贴片位置的切应变：

式中，K表示扭矩应变片灵敏度系数，U表示数据采集系统采集到的应变桥路信号的比值，B表示桥路放大倍数，y表示扭矩应变片贴片位置的切应变；

扭矩应变片贴片位置横截面对圆心的极惯性矩为：

式中，Ip表示扭矩应变片贴片位置横截面对圆心的极惯性矩；D表示扭矩应变片贴片位置圆筒外径；d表示扭矩应变片贴片位置圆筒内径；

切变模量为：

式中，G表示切变模量；E为常量，表示贴片位置材料的杨氏模量；v为常量，表示贴片位置材料的泊松比；

切应力为：