專利名稱：一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳軸承摩擦力矩的測試方法與裝置及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種風(fēng)機(jī)部件的測試方法與裝置及其用途，尤其是指一種兆瓦級變槳距風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組變槳軸承摩擦力矩的測試方法和裝置及其用途，主要用于在地面實(shí)驗(yàn)室模擬風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中變槳軸承所承受的各種載荷下，檢測風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳軸承的摩擦力 矩。還可以用來進(jìn)行輪轂的極限強(qiáng)度和疲勞試驗(yàn)、變槳軸承的極限強(qiáng)度和疲勞試驗(yàn)。
背景技術(shù)：
對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳系統(tǒng)來說，精確的測量變槳軸承的摩擦力矩，對于變槳系統(tǒng)的型 式試驗(yàn)、變槳驅(qū)動(dòng)力矩的確定、變槳系統(tǒng)的校核等有極其重要的意義。變槳軸承的摩擦力 矩在空載荷和承受載荷的情況下是不同的，目前國內(nèi)變槳軸承主要廠家并沒有精確考慮載 荷對變槳軸承摩擦力矩的影響，只是簡單的將由載荷引起的摩擦力矩以5%-10%左右的系 數(shù)形式來考慮。對于大型變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說，由于其實(shí)際運(yùn)行過程中變槳軸承所承 受的載荷相對較大(106 Nib數(shù)量級)，變槳軸承所承受的載荷對其摩擦力矩的影響相對較 大，因此模擬變槳軸承實(shí)際運(yùn)行中的載荷，開展變槳軸承的摩擦力矩與載荷關(guān)系的測量研 究十分必要。
變槳軸承的摩擦力矩通常是隨載荷的增加而增加的，對于好的風(fēng)力發(fā)電變槳軸承來 說，不僅需要在空載情況下變槳軸承的摩擦力矩較小，更重要的是希望在帶載荷情況下， 摩擦力矩受載荷的影響較小，變化較平穩(wěn)。影響變槳軸承摩擦力矩隨載荷變化關(guān)系的主要 因素包括軸承的型式、材料、加工工藝以及加工精度等。風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中，變槳軸 承主要承受的載荷包括軸向力、徑向力和傾覆力矩，其中大多數(shù)情況下，傾覆力矩最大， 對變槳軸承摩擦力矩影響最大的也是傾覆力矩，幾乎占到整個(gè)摩擦力矩的80%以上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在針對現(xiàn)有變槳軸承的摩擦力矩檢測所存在的不足，提供一種精確的測量變 槳軸承的摩擦力矩的方法，該方法可以模擬實(shí)際變槳軸承所承受的載荷，以測量變槳軸承 摩擦力矩。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的模擬試驗(yàn)裝置。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn) 一種精確的測量變槳軸承的摩擦力矩的方
法，在地面上設(shè)置一模擬試驗(yàn)裝置，通過在地面的試驗(yàn)測量變槳軸承摩擦力矩；所述的地
面試驗(yàn)是對槳葉軸承安裝懸臂梁裝置，并在懸臂梁末端進(jìn)行加載，來模擬實(shí)際風(fēng)機(jī)運(yùn)行中的載荷；并在負(fù)載情況下，通過啟動(dòng)變槳系統(tǒng)并利用變槳驅(qū)動(dòng)的測試設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)對帶載 荷的變槳軸承摩擦力矩的測量；實(shí)際試驗(yàn)過程可分三步進(jìn)行。
第一步為空載情況下，即在軸承不帶任何載荷的情況下，測量軸承啟動(dòng)摩擦力矩，這 可以驗(yàn)證所采購的軸承是否滿足技術(shù)規(guī)范的要求。
第二步為帶懸臂梁加載的情況下，即將懸臂梁與變槳軸承通過螺栓連接到一起，并在 懸臂梁末端進(jìn)行加載，來模擬實(shí)際風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中的氣動(dòng)載荷，通過依次加載(即 通過施加不同的配重)，啟動(dòng)變槳系統(tǒng)，并讀出該載荷下變槳軸承的驅(qū)動(dòng)力矩。
第三步為通過對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得所試驗(yàn)的風(fēng)機(jī)變槳軸承的摩擦力矩，以及 摩擦力矩隨載荷變化的關(guān)系。
根據(jù)上述方法所提出的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳軸承摩擦力矩模擬試驗(yàn)裝置是， 一種風(fēng)力發(fā)電 機(jī)變槳軸承摩擦力矩模擬試驗(yàn)裝置，包括一個(gè)固定工裝，固定工裝安裝在試驗(yàn)臺上，固定 工裝上安裝有裝有待試驗(yàn)變槳軸承的輪轂組裝系統(tǒng)，待試驗(yàn)變槳軸承通過螺栓與一用于試 驗(yàn)的懸臂梁連接，在懸臂梁的末端懸掛有加載裝置，加載裝置下掛有用于調(diào)整加載重量的 配重。
本發(fā)明主要用來精確的測量變槳軸承的摩擦力矩，但也可以用來進(jìn)行輪轂的極限強(qiáng)度 和疲勞試驗(yàn)、變槳軸承的極限強(qiáng)度和疲勞試驗(yàn)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1)能夠在地面試驗(yàn)室模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)變槳軸承所 承受的載荷，這樣能夠保證變槳軸承的狀態(tài)更接近實(shí)際風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)，從而保證試驗(yàn)
得到的變槳軸承摩擦力矩?cái)?shù)據(jù)更準(zhǔn)確，結(jié)果更合理；2)由于實(shí)際風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中所承受 的載荷較大(幾千千牛米)，很難在地面實(shí)驗(yàn)中加這么大的載荷，利用本發(fā)明介紹的方法則 可以模擬該載荷。3)試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳送給電腦，輸出準(zhǔn)確，讀數(shù)接近實(shí)際。
利用該方法和設(shè)備可以在地面試驗(yàn)室模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中變槳軸承所承受 的各種載荷，更準(zhǔn)確的測量實(shí)際風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中變槳軸承的摩擦力矩，從而為風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組變槳軸承的型式驗(yàn)證、變槳驅(qū)動(dòng)的確定以及變槳系統(tǒng)的可靠性分析等提供更好的技術(shù)支 持。


圖1為本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意總圖； 圖2為本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意總圖； 圖3為本發(fā)明的加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明的配重結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、輪轂組裝系統(tǒng)；2、固定工裝；3、懸臂梁；4、加載裝置；5、配重；6、變 槳軸承；7、前法蘭；8、圓筒；9、吊耳；10、后法蘭；11、軸；12、起吊板；13、深溝 球軸承；14、外圈卡環(huán)；15、內(nèi)六角圓柱頭螺釘；16、平墊圈；17、圓柱銷；18、圓錐 銷；19、底座。
具體實(shí)施例方式
附圖給出了本發(fā)明的一種示意圖，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
通過附圖l可以看出本發(fā)明為一種測試裝置，主要包括輪轂組裝系統(tǒng)l、固定工裝2、 懸臂梁3、加載裝置4、配重5和變槳軸承6等。該測試裝置為在地面精確的測量變槳軸 承6的摩擦力矩的模擬試驗(yàn)裝置，它通過在的地面試驗(yàn)測量變槳軸承6摩擦力矩；該測試 裝置測量變槳軸承的摩擦力矩的過程是將安裝有變槳軸承6的輪轂組裝系統(tǒng)1安裝固定 在固定工裝2上，再在變槳軸承6處安裝模擬懸臂梁3，并在懸臂梁3末端連接一施力的 加載裝置4，加載裝置4下連接有配重5;通過加載裝置4對懸臂梁3進(jìn)行加載，并通過 配重5來改變加載的重量，以此來模擬實(shí)際風(fēng)機(jī)運(yùn)行中的載荷；并在負(fù)載情況下，通過啟 動(dòng)變槳系統(tǒng)并利用變槳驅(qū)動(dòng)的測試設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)對帶載荷的變槳軸承摩擦力矩的測量；實(shí) 際試驗(yàn)過程可分三步進(jìn)行。
第一步為空載情況下，即在變槳軸承6不帶任何載荷的情況下(不帶懸臂梁3)，測量 槳葉軸承啟動(dòng)摩擦力矩，這可以驗(yàn)證所采購的槳葉軸承是否滿足技術(shù)規(guī)范的要求。
第二步為帶懸臂梁3加載的情況下，即將懸臂梁3與變槳軸承6通過螺栓連接到一起， 并在懸臂梁3末端進(jìn)行加載，所加載的重量通過配重5進(jìn)行調(diào)整，以此來模擬實(shí)際風(fēng)力發(fā) 電機(jī)運(yùn)行過程中的氣動(dòng)載荷，通過依次加載(即通過施加不同的配重)，啟動(dòng)變槳系統(tǒng)， 并讀出該載荷下變槳軸承6的驅(qū)動(dòng)力矩。
第三步為通過對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得所試驗(yàn)的風(fēng)機(jī)變槳軸承6的摩擦力矩，以 及摩擦力矩隨載荷變化的關(guān)系。
附圖2為懸臂梁3的具體結(jié)構(gòu)，通過附圖可以看出，所述的懸臂梁3為前端與變槳軸
承相配的形狀，主要包括前法蘭7、圓筒8、吊耳9、后法蘭10及軸11。圓筒8是一個(gè)直
徑為1.6米，壁厚為8毫米的圓筒，長度10米左右，如果試驗(yàn)空間允許，可以增加到15
米或更長，這樣加載會更大，圓筒8前端焊接一個(gè)法蘭，法蘭用于與變槳軸承進(jìn)行連接，
試驗(yàn)時(shí)前法蘭與變槳軸承通過M30的螺栓相連接；在圓筒8上設(shè)有吊耳9，主要是為吊裝
方便；懸臂梁3的后端焊接一個(gè)法蘭10和一個(gè)軸11，軸11與加載裝置的深溝球軸承裝配在一起。
附圖3可以看出加載裝置4的具體結(jié)構(gòu)，主要包括起吊板12、深溝球軸承13、外圈卡
環(huán)14、內(nèi)六角圓柱頭螺釘15、平墊圈16、圓柱銷17、圓錐銷18、底座19。加載裝置4
上半部與懸臂梁3之間通過一個(gè)深溝球軸承13連接；加載裝置4下半部是由一個(gè)圓桿和
一個(gè)底板焊接而成，深溝球軸承13外圈與起吊板12內(nèi)孔配合，內(nèi)圈與懸臂梁3的軸11
通過過渡配合連接起來；外圈卡環(huán)14通過內(nèi)六角圓柱頭螺釘15、平墊圈16與起吊板12
連接在一起，主要起密封作用。底座19與起吊板12通過圓柱銷17和圓錐銷18連結(jié)固定。 附圖4為配重5的結(jié)構(gòu)示意圖，配重5為不同重量的開口圓形塊，可將其很方便的掛
在加載裝置底座上。
在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)首先將固定工裝2固定到試驗(yàn)臺面上，然后將組裝好的輪轂組裝系統(tǒng)1 通過螺栓固定到固定工裝2上，接好服務(wù)盒和電腦的數(shù)據(jù)線，旋轉(zhuǎn)變槳系統(tǒng)，即可測試空 載時(shí)變槳軸承的摩擦力矩，旋轉(zhuǎn)速度可在電腦程序中修改，旋轉(zhuǎn)方向和位置由服務(wù)盒控制。 可以多轉(zhuǎn)動(dòng)幾次找一個(gè)平均值。
將懸臂梁3和變槳軸承6用螺栓連接起來，接上數(shù)據(jù)線，旋轉(zhuǎn)變槳系統(tǒng)，即可測試帶 有此種負(fù)載時(shí)軸承的摩擦力矩。
將加載裝置4通過一個(gè)深溝球軸承和懸臂梁3連接起來，這樣深溝球軸承與懸臂 梁3旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸承內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，外圈不動(dòng)。然后將不同的配重5加到加載裝置4上， 一種重 量即可測出一組數(shù)據(jù)，這樣可以測出很多組摩擦力矩與負(fù)載之間的關(guān)系。通過軟件不僅可 以讀出驅(qū)動(dòng)力矩，還可以讀出不同位置時(shí)變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和溫升。
本發(fā)明其他用途與實(shí)現(xiàn)方式
本發(fā)明除了完成上述測量變槳軸承摩擦力矩以外，還可以用來進(jìn)行輪轂的極限強(qiáng)度和 疲勞試驗(yàn)、變槳軸承的極限強(qiáng)度和疲勞試驗(yàn)。
具體實(shí)現(xiàn)方法都是按照上述加載方法對軸承進(jìn)行逐步加載。
在懸臂梁末端的加載裝置上逐步加載，加到實(shí)際運(yùn)行時(shí)變槳軸承所承受的極限載荷， 觀察輪轂與變槳軸承狀態(tài)，并旋轉(zhuǎn)變槳軸承，觀察其運(yùn)行是否正常，即可完成輪轂與變槳 軸承的強(qiáng)度試驗(yàn)；
同樣在懸臂梁末端的加載裝置上施加到規(guī)定的載荷，使變槳軸承處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，保持 一定的時(shí)間，觀察輪轂與變槳軸承是否正常，即可完成輪轂與變槳軸承的疲勞試驗(yàn)。
權(quán)利要求
1、一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳軸承摩擦力矩的測試方法，其特征在于在地面上設(shè)置一模擬試驗(yàn)裝置，通過在地面的試驗(yàn)測量變槳軸承摩擦力矩。
2、 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳軸承摩擦力矩的測試方法，其特征在于所述的地面試驗(yàn)是對槳葉軸承安裝懸臂梁裝置，并在懸臂梁末端進(jìn)行加載，來模擬實(shí)際風(fēng)機(jī)運(yùn)行中的載荷；并在負(fù)載情況下，通過啟動(dòng)變槳系統(tǒng)并利用變槳驅(qū)動(dòng)的測試設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)對帶載荷的變槳軸承摩擦力矩的測量。
3、 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳軸承摩擦力矩的測試方法，其特征在于所述的地面試驗(yàn)分三步進(jìn)行第一步為空載情況下，即在軸承不帶任何載荷的情況下，測量軸承啟動(dòng)摩擦力矩，這可以驗(yàn)證所采購的軸承是否滿足技術(shù)規(guī)范的要求；第二步為帶懸臂梁加載的情況下，即將懸臂梁與變槳軸承通過螺栓連接到一起，并在懸臂梁末端進(jìn)行加載，來模擬實(shí)際風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中的氣動(dòng)載荷，通過依次加載，即通過施加不同的配重，啟動(dòng)變槳系統(tǒng)，并讀出該載荷下變槳軸承的驅(qū)動(dòng)力矩；第三步為通過對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得所試驗(yàn)的風(fēng)機(jī)變槳軸承的摩擦力矩，以及摩擦力矩隨載荷變化的關(guān)系。
4、 一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳軸承摩擦力矩模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于包括一個(gè)固定工裝，固定工裝安裝在試驗(yàn)臺上，固定工裝上安裝有裝有待試驗(yàn)變槳軸承的輪轂組裝系統(tǒng)，待試驗(yàn)變槳軸承通過螺栓與一用于試驗(yàn)的懸臂梁連接，在懸臂梁的末端懸掛有加載裝置，加載裝置下掛有用于調(diào)整加載重量的配重。
5、 如權(quán)利要求4所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳軸承摩擦力矩模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的加載裝置，包括起吊板、深溝球軸承、外圈卡環(huán)、內(nèi)六角圓柱頭螺釘、平墊圈；圓柱銷、圓錐銷、底座，加載裝置上半部與懸臂梁之間通過一個(gè)深溝球軸承連接；加載裝置下半部是由一個(gè)圓桿和一個(gè)底板焊接而成，可以很方便的將配重掛到加載裝置上；通過增加配重的重量，可以將傾覆力矩加載到與實(shí)際狀態(tài)一致。
6、 如權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳軸承摩擦力矩模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的深溝球軸承外圈與起吊板內(nèi)孔配合，內(nèi)圈與懸臂梁的軸通過過渡配合連接起來。
7、 如權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳軸承摩擦力矩模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的外圈卡環(huán)通過內(nèi)六角圓柱頭螺釘、平墊圈與起吊板連接在一起；底座與起吊板通過圓柱銷和圓錐銷連結(jié)固定。
8、 如權(quán)利要求4所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳軸承摩擦力矩模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的配重為不同重量的開口圓形塊，可將其很方便的掛在加載裝置底座上。
9、 一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳軸承摩擦力矩模擬試驗(yàn)裝置的用途，其特征在于所述的模擬試驗(yàn)裝置用于測量變槳軸承摩擦力矩。
10、 如權(quán)利要求7所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳軸承摩擦力矩模擬試驗(yàn)裝置的用途，其特征在于所述的模擬試驗(yàn)裝置用于進(jìn)行輪轂的極限強(qiáng)度和疲勞試驗(yàn)或變槳軸承的極限強(qiáng)度和疲勞試驗(yàn)。
全文摘要
一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳軸承摩擦力矩的測試方法與裝置及其用途，在地面上設(shè)置一模擬試驗(yàn)裝置，通過在地面的試驗(yàn)測量變槳軸承摩擦力矩；所述的地面試驗(yàn)是對槳葉軸承安裝懸臂梁裝置，并在懸臂梁末端進(jìn)行加載，來模擬實(shí)際風(fēng)機(jī)運(yùn)行中的載荷；并在負(fù)載情況下，通過啟動(dòng)變槳系統(tǒng)并利用變槳驅(qū)動(dòng)的測試設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)對帶載荷的變槳軸承摩擦力矩的測量；風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳軸承摩擦力矩模擬試驗(yàn)裝置包括一個(gè)固定工裝，固定工裝安裝在試驗(yàn)臺上，固定工裝上安裝有裝有待試驗(yàn)變槳軸承的輪轂組裝系統(tǒng)，待試驗(yàn)變槳軸承通過螺栓與一用于試驗(yàn)的懸臂梁連接，在懸臂梁的末端懸掛有加載裝置，加載裝置下掛有用于調(diào)整加載重量的配重。
文檔編號G01M99/00GK101526407SQ200910043010
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者宋建秀, 晏紅文, 李秀珍, 靛 王, 郭知彼 申請人:南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司