发明内容
有鉴于此,本发明提供一种风机偏航试验机构,在风机拖动试验的同时可进行风机偏航试验,有利于提高试验效率、简化试验操作。在此基础上,本发明还提供一种风机整机试验台。
为解决以上技术问题,本发明提供的风机偏航试验机构,包括:
机舱支架,下端部固定在偏航基础上,上端部固定风机的机舱;
塔筒工装,通过传动机构与塔筒工装驱动装置连接,在所述塔筒工装驱动装置作用下绕塔筒工装轴线旋转;
上回转支承,安装在所述机舱的底架下部,用于实现所述塔筒工装相对于所述机舱运动;
下回转支承,安装在所述偏航基础上,用于实现所述塔筒工装相对于所述偏航基础运动;
偏航摩擦盘,夹设于所述上回转支承与所述塔筒工装上端部之间。
优选地,所述上回转支承内圈与所述机舱的底架下部固定,外圈与所述塔筒工装上端部固定;
所述下回转支承外圈与所述偏航基础固定,内圈与所述塔筒工装下端部固定。
优选地,所述上回转支承内圈与所述机舱的底架下部固定,外圈与所述塔筒工装上端部固定;
所述下回转支承内圈与所述偏航基础固定,外圈与所述塔筒工装下端部固定。
优选地,所述上回转支承外圈与所述机舱的底架下部固定,内圈与所述塔筒工装上端部固定;
所述下回转支承外圈与所述偏航基础固定,内圈与所述塔筒工装下端部固定。
优选地,所述上回转支承外圈与所述机舱的底架下部固定,内圈与所述塔筒工装上端部固定;
所述下回转支承内圈与所述偏航基础固定,外圈与所述塔筒工装下端部固定。
优选地,还包括液压制动器,安装在所述机舱的底部;所述液压制动器的执行机构作用于所述塔筒工装上。
优选地,还包括刹车摩擦盘,夹设于所述下回转支承与所述塔筒工装下端部之间。
优选地,还包括塔筒工装安装法兰,用于将所述下回转支承安装在所述偏航基础上
本发明提供的风机整机试验台,包括试验台机械设备和试验台控制设备;所述试验台机械设备包括风机拖动机构,用于提供风机整机的动力;所述试验台控制设备包括试验台控制器,用于控制所述试验台机械设备的动作;所述试验台机械设备还包括上述的风机偏航试验机构。
优选地,还包括塔筒工装安装法兰,用于将所述下回转支承安装在所述偏航基础上。
优选地,所述试验台机械设备还包括风机轴向力施加机构,包括轴向力执行器、执行器支撑工装、调心推力轴承、轴承支撑、轴承前挡板、轴承后挡板、叉形架、轴向施力基础,其中:
所述轴向施力基础,用于安装所述执行器工装及所述轴承支撑;
所述轴向力执行器,一端固定在所述执行器支撑工装上,另一端与所述轴承后挡板固定;
所述调心推力轴承,径向由所述轴承支撑固定;一端外圈由所述轴承后挡板固定,内圈由挡圈固定;另一端外圈由所述轴承前挡板固定,内圈由所述叉形架的轴肩固定;
所述叉形架,连接风机的轮毂,用于将所述轴向力执行器的作用力传递到风机的轮毂上。
优选地,所述试验台控制器中储存有风机动力学参数,用于对所述轴向力执行器进行载荷和频率控制。
优选地,所述轴向力执行器为油缸、气缸、千斤顶或电动推杆之一。
优选地,所述轴向力执行器为多个,均匀作用在所述轴承后挡板上。
优选地,所述试验台机械设备还包括试验用轮毂及配重桨叶机构;所述试验用轮毂连接风机主轴,用于传递风机叶片载荷;所述配重桨叶固定在所述试验用轮毂上,用于模拟风机叶片。
优选地,所述试验用轮毂为实际的风机轮毂产品;所述试验用轮毂前端加工一圈工艺孔,用于安装一轮毂前工装,该轮毂前工装用于连接所述风机拖动机构的输出端。
优选地,所述配重桨叶包括砝码安装法兰、砝码安装支架、砝码;所述砝码安装支架接在砝码安装法兰上;所述砝码一端由所述砝码安装支架的加强筋定位固定,另一端由紧固螺母固定。
优选地,所述配重桨叶上的砝码数量可以调节。
优选地,所述配重桨叶设置有屏蔽罩。
优选地,所述风机拖动机构包括原动机、第一联轴器、减速箱、第二联轴器;所述原动机通过第一联轴器与减速箱连接,经第二联轴器连接到风机的轮毂上,用以拖动风机整机旋转。
优选地,所述风机拖动机构还包括减速箱支撑工装、原动机支撑工装,分别安装在拖动端基础上,分别用于调整所述减速箱、原动机的水平高度。
优选地,所述原动机为电动机。
优选地,所述电动机采用能量回馈方式供电。
优选地,所述电动机连接变频器,用于调节所述电动机的输出转速。
优选地,在风机内部及所述机械设备的相关部安装若干传感器;所述试验台控制器接受所述各传感器的输出信号,并根据试验台工艺要求控制所述机械设备各子机构工作。
优选地,所述试验台向风机控制器提供相关传感器的输出信号,用于所述风机控制器控制风机各零部件运行在实际工况
与现有技术相比,本发明可取得以下技术效果:设置风机偏航试验机构,在风机偏航试验时,塔筒工装旋转,而机舱固定不动;一方面,在风机拖动试验时,可同步进行偏航试验,节省试验时间,提高试验效率,方便试验操作;另一方面,偏航试验时无需机舱偏转,可节省试验用空间,并方便安装。
此外,本发明试验台的多项改进技术方案也可取得进一步的技术效果,具体而言:
设置风机轴向力施加机构,使得在风机在旋转的同时受到轴向力的作用,较好地模拟了风机的实际运行状况。
设置试验用轮毂及配重桨叶机构,由于采用实际风机轮毂产品,可在试验中进一步验证轮毂的可靠性;配重桨叶节省试验用空间,避免巨大的土建施工量,使试验台在运行过程中更加安全;并且,通过调整配重桨叶上砝码重量不等,使风轮产生偏心载荷,提供***的振动源,能更好地模拟风机实际运行状况。
改进风机拖动机构,其电气设计采用能量闭环回馈的方案,提高了设备的电能利用率,节省试验成本。
通过试验台机械设备、试验台控制设备配合,有利于模拟风机的运行工况;此外,本试验台还可以作为风机控制器、变流器、变桨***等风机零部件研发的试验平台。
本发明的试验台是一种全功能性试验台,具有塔筒工装偏航、轴向力施加、浆叶配重、轮毂拖动等多项试验功能。该试验台基本上涵盖了风机试验标准上所规定的相关试验项目,可进行新研发机型的定型试验及风机产品的出厂检验。该试验台具有设计制造成本较低,试验、安装方便快捷等优点。
具体实施方式
本发明的基本构思是,设置风机偏航试验机构;风机偏航试验时,塔筒工装旋转,而机舱固定不动;由此,在原动机拖动风机旋转的同时,可进行风机偏航试验。
下面结合附图对本发明的实施例进行说明。
请同时参见图1、图2,其中,图1是本发明风机偏航试验机构一较优实施例的轴测图;图2是图1沿风机偏航试验机构对称面的剖视图。该风机偏航试验机构100,包括:
机舱支架107,下端部固定在偏航基础108上,上端部固定风机200的机舱;
塔筒工装104,通过传动机构(图未示)与塔筒工装驱动装置(图未示)连接,在所述塔筒工装驱动装置作用下绕塔筒工装轴线旋转;
上回转支承105,安装在所述机舱的底架下部,用于实现所述塔筒工装104相对于所述机舱运动;
下回转支承102,安装在所述偏航基础108上,用于实现所述塔筒工装104相对于所述偏航基础108运动。
由此,塔筒工装104旋转,而机舱固定不动;根据相对运动的原理,通过塔筒工装104的偏转,可以模拟风机200的偏航运动;由此,在原动机拖动风机200旋转的同时,可进行风机偏航试验。
本发明中采用两个回转支承,因而塔筒工装104具有四种不同的方式,具体是:
其一、上回转支承105内圈与机舱的底架下部固定,外圈与塔筒工装104上端部固定;并且,下回转支承102外圈与偏航基础108固定,内圈与塔筒工装104下端部固定。
其二、上回转支承105内圈与机舱的底架下部固定,外圈与塔筒工装104上端部固定;并且,下回转支承102内圈与偏航基础108固定,外圈与塔筒工装104下端部固定。
其三、上回转支承105外圈与机舱的底架下部固定,内圈与塔筒工装104上端部固定;并且,下回转支承102内圈与偏航基础108固定,外圈与塔筒工装104下端部固定。
其四、上回转支承105外圈与机舱的底架下部固定,内圈与塔筒工装104上端部固定;并且,下回转支承102外圈与偏航基础108固定,内圈与塔筒工装104下端部固定。
上述塔筒工装104与上回转支承105、下回转支承102之间固定方式可为多种;优选地采用端面固定,通过螺钉或螺栓可方便地将塔筒工装104与上、下回转支承的外(内)圈固定。
优选地,还包括偏航摩擦盘106,夹设于所述上回转支承105与所述塔筒工装104上端部之间;偏航试验时,通过偏航摩擦盘106产生摩擦阻力矩,以便检验风机的偏航性能。
优选地,还包括液压制动器109,该液压制动器109的执行机构作用于塔筒工装104上,起动时使塔筒工装104快速制动。
优选地,还包括刹车摩擦盘103,夹设于所述下回转支承102与所述塔筒工装104下端部之间;需结束偏航试验时,通过刹车摩擦盘103产生摩擦阻力矩,该阻力矩使塔筒工装104减速。
优选地,还包括塔筒工装安装法兰101,用于将所述下回转支承102安装在所述偏航基础108上,方便下回转支承102的安装、拆卸。
以下进一步对第一种安装方式详细说明,其它三种安装方式可方便地参照实施,在此不再赘述。
如图1、图2所示,该风机偏航试验机构100中,上回转支承105、偏航摩擦盘106、液压制动器109为风机200中的保留机构,利用这些现有设备,可节省投资成。各部件之间的具体连接关系如下:
机舱支架107,下端部固定偏航基础108上,上端部固定风机200的机舱;优选地,机舱支架107为两个,通过螺纹连接固定在偏航基础108上。
上回转支承105的外圈、偏航摩擦盘106和塔筒工装104的上端部固定,具体可通过螺钉111固定。
上回转支承105的内圈与风机200的机舱固定,具体由螺钉110固定在风机200的机舱底架上。
下回转支承102外圈,通过塔筒工装安装法兰101固定偏航基础108上,其中,下回转支承102外圈可通过螺栓113与塔筒工装安装法兰101连接。
下回转支承102内圈、刹车摩擦盘103与塔筒工装104的下端部固定,具体可通过螺栓112固定。
液压制动器109,安装在机舱的底部;该液压制动器109的执行机构作用塔筒工装104上,起动时使塔筒工装104快速制动。
上述风机偏航试验机构100,可在原动机拖动风机200旋转的同时,同步进行风机偏航试验,简述如下:
在偏航试验中,风机偏航电机(或其它原动机)带动上回转支承105外圈、偏航摩擦盘106、塔筒工装104、刹车摩擦盘103、下回转支承102内圈做正(反)方向旋转;同时,风机200、上回转支承105内圈、液压制动器109、下回转支承102外圈、塔筒工装安装法兰101固定不动;由此,在原动机拖动风机200旋转的同时,也可同步进行偏航试验。
上述风机偏航试验机构100中,偏航基础108和塔筒工装104相互配合,保证风机200传动轴中心线与拖动端传动轴心线基本一致,其少量的偏差可以通过拖动端的第二联轴器纠正,从而最大程度地来保证拖动端整个传动链的效率和稳定性。
经载荷分析计算,本风机偏航试验机构100旋转时的阻力矩比风机200实际偏航时的阻力矩稍大,这是因为下回转支承102的作用结果。但是,该阻力矩偏差在允许工作范围之内,也可通过试验确定一偏差数值并予以扣除。由此,本风机偏航试验机构100,一方面很好地模拟了风机200实际偏航时的运行及受力情况,另一方面也简化了试验台的机械结构;同时,由于机舱无需偏转,可节省试验用空间,并方便安装。
本发明风机整机试验台中,特别设置风机偏航试验机构100,使得原动机拖动风机200旋转的时,可同步进行风机偏航试验,下面对本发明风机整机试验台具体说明。
请参见图3,该图是本发明风机整机试验台一较优实施例的结构总图。该风机整机试验台,包括试验台机械设备和试验台控制设备(图未示出),其中,试验台控制设备包括试验台控制器,用于控制所述试验台机械设备动作;所述试验台机械设备包括:
风机偏航试验机构100,用于风机200拖动的同时进行风机偏航试验;
风机轴向力施加机构300,用于模拟风对风机传动轴的轴向作用力;
试验用轮毂及配重桨叶机构400,用于模拟叶片对风机轮毂及传动轴的重力载荷和倾覆力矩;
风机拖动机构500,用于提供风力发电机200(以下简称风机)整机的动力,实现风机200的空载拖动试验、噪音温升试验、疲劳试验等。
上述机构中,风机偏航试验机构100为本发明的核心所在,具体内容请参见前文,在此不再赘述。以下对试验台其它各子***详细说明。
为了模拟风的轴向作用,本实施例设置风机轴向力施加机构300:通过轴向力执行器施加载荷,并由调心推力轴承传递到风机200上;由此,在拖动风机200转动的同时,对风机200施加轴向力。
请同时参见图4、图5、图6,其中:图4是图3中风机轴向力施加机构的轴测图;图5是图4的分解图;图6是图4相对于风机轴向力施加机构对称中心面的剖视图。所述风机轴向力施加机构300包括:轴向力执行器302、执行器支撑工装301、调心推力轴承306、轴承支撑303、轴承前挡板307、轴承后挡板304、叉形架305、轴向施力基础308,其中:
所述轴向施力基础308,固定在基础平台600上,用于安装所述执行器工装301及轴承支撑303;
所述轴向力执行器302,一端固定在执行器支撑工装301上,另一端与轴承后挡板304固定;其中,所述轴向力执行器302为多个,优选为4个,均匀作用在轴承后挡板304;优选地,轴向力执行器302可为油缸、气缸、千斤顶、电动推杆之一,可根据试验要求具体选定。
所述调心推力轴承306,径向由轴承支撑303固定,一端外圈由轴承后挡板304固定,内圈由挡圈(图未示)固定,另一端外圈由轴承前挡板307固定,内圈由叉形架305轴肩固定。
叉形架305,连接风机200的轮毂,用于将所述轴向力执行器302的作用力传递到风机200的轮毂上。
工作时,轴向力执行器302动作,其均匀作用在轴承后挡板304上;经过调心推力轴承306传递到叉形架305上;再经过轮毂前工装传递到试验用轮毂401上,完成风机200的轴向力加载。
该轴向力施加机构300,保证原动机101拖动风机200旋转的同时,对试验用轮毂401施加轴向作用力,从而更加真实地模拟风机200的运行状况。
特别地,在试验台控制器中建立风机空气动力学模型,并存储有关气动参数;由此,试验台控制器依据风机空气动力学参数对轴向力执行器302进行载荷和频率控制,以模拟可变风或者阵风对试验用轮毂401的轴向作用力。具体地,通过调整执行器302的控制量(如油缸液压油的压力、电动推杆的电信号),可模拟各种风况下轴向作用力的大小。
风机轮毂是风机200的主要部件:实际产品中,叶片通过风机轮毂连接到风机200的主轴上,并将风轮捕捉的能量传递给风机传动***;试验中,对风机200整机施加的轴向力和转矩,通过试验用轮毂401进行传递;因此,试验用轮毂401是试验台的关键部件,起承上启下的作用。另外,由于风机叶片实际产品体积庞大,使用实际叶片将给试验台机械结构设计和基建施工带来极大困难;为此,设置配重桨叶机构,简述如下:
请同时参见图7、图8,其中:图7是图3中试验用轮毂及配重桨叶机构的轴测图;图8是图7在隐去配重桨叶屏避罩后的单个配重桨叶结构图。所述试验用轮毂机构及配重桨叶机构400,包括试验用轮毂401、配重桨叶402、轮毂前工装403,其中:
所述试验用轮毂401,连接接风机主轴,用于传递风机叶片载荷;优选地选用实际的风机轮毂产品,以增强试验的真实度;具体是,在风机轮毂产品的前端加工一圈工艺孔,用来安装轮毂前工装403。
所述配重桨叶402,固定在试验用轮毂401上,用于模拟风机200的风机叶片;其中配重桨叶402的数量可为2片、3片等,具体视风机200的设计方案而定。其中,配重桨叶402通过螺栓固定在试验用轮毂401上,保证两者可靠固定;特别地,试验用轮毂401、配重桨叶402螺纹孔尺寸与实际的叶片安装螺纹尺寸相同,便于安装实际叶片。
所述轮毂前工装403,一端与叉形架405连接,另一端与试验用轮毂401连接,用于传递扭矩和轴向力;具体地,轮毂前工装403一端与叉形架405用螺栓连接,另一端与试验用轮毂401用螺栓连接,保证扭矩和轴向力传递可靠。
优选地,所述配重桨叶402由砝码安装法兰4021、砝码安装支架4022、砝码4023、紧固螺母以及配重桨叶屏避罩(未在图中给出)等组成;其中:砝码安装支架4022接在砝码安装法兰4021上。砝码4023一端由砝码安装支架4022的加强筋定位固定,另一端由紧固螺母固定。在进行风机变桨***试验时,配重桨叶402围绕砝码4023的轴心线旋转;由此,可在该试验用轮毂及配重桨叶机构400上进行风机200的相关变桨试验,在此不再赘述。
通过在配重桨叶的安装支架4022上固定一定数量的砝码4023,可模拟实际叶片对试验用轮毂401及传动轴带来的重力载荷和倾覆力矩作用。具体而言,不同类型的叶片重量,可通过调整砝码4023的数量来模拟,而砝码4023的具体数量依据实际的叶片参数确定。
进一步地,改变各配重桨叶402上的砝码4023数量,使各配重桨叶402的重量不相等,以便产生偏心载荷,使得在试验用轮毂401旋转时产生风机传动轴上的振动,从而更加真实地模拟风机200的运行状况。
如图3所示,风机拖动机构包括原动机501、第一联轴器502(优选为膜片式联轴器)、减速箱503、第二联轴器504(优选为万向式联轴器)、减速箱支撑工装505、原动机支撑工装506、拖动端基础507(优选为T型槽平板基础),其中:
原动机501通过第一联轴器502与减速箱503连接,经第二联轴器504连接到试验用轮毂401的前工装上,用以拖动风机200整机旋转;
减速箱支撑工装505、原动机支撑工装506,用以调整风机拖动机构500传动轴的水平高度,具体通过调整原动机501、减速箱503的水平高度实现,以保证传动效率与稳定性;
拖动端基础507,用于支撑风机拖动机构的主要部件;如图3所示,拖动端基础507搭建在基础平台600上(安装在地基700上),而风机拖动机构500的主要部件安装在拖动端基础507上,保证风机拖动机构500的稳定性。
由此,原动机501输出高转速、小扭矩动力,经由风机拖动机构500的传动链(包括第一联轴器502、减速箱503、第二联轴器504)加载到试验用轮毂401上。由此,风机200被输入为低转速、大扭矩的动力,从而很好地模拟了真实风的传动作用力。
本实施例中,原动机501可为电动机、液压马达、气动马达等,原动机501作连续回转运动,拖动风机200转动。优选地,原动机501为电动机,具体选用交流异步电动机。
使用电动机时,试验台采用能量闭环回馈的方式对电动机供电。具体而言,风机200在拖动中把动能转变成电能,通过变流器回馈到电网中,再经大功率变频器给该电动机供电。
由于采用电动机,易于调整风机200转速。具体而言,电动机连接变频器,使电动机输出转速由变频器无级调节,以满足模拟不同风况下试验用轮毂401不同转速的要求,使得风机200能够按照预定要求运转。
在以上试验台机械设备的基础上,本发明试验台还设置试验台控制设备,以便对各子***进行控制,简述如下:
除风机200内部放置的相关传感器外,试验台中的原动机501、减速箱503、风机轴向力施加机构300、风机偏航试验机构500中的相应部位均安装传感器,试验台控制器从这些传感器采集信号,并根据试验台工艺要求合理地控制各个子机构。例如,按一定的算法要求来控制原动机501的转速,以保证至风机200拖动时的动力输入与实际运行时的动力输入接近。
上述试验台控制器、及布置在试验台上的相关传感器及执行器,可构成试验台控制***。通过该试验台控制***可以模拟实际风况,控制施加在风机200上的旋转作用力和轴向作用力;以及,向风机控制器提供相关的传感器信号,使得风机200各零部件运行在实际的工况下。进一步地,将上述试验台控制***和相关机械机构集成,即可构建研发调试风机控制器、变流器、变桨***等风机零部件的平台。
需指出的是,本发明的电气控制部分均可按现有技术实施,具体内容请参照有关文献,在此不再赘述。
以上对本发明风机整机试验台进行了详尽描述,其主要优点是:
设置风机偏航试验机构100,一方面,在风机拖动试验时,可同步进行偏航试验,节省试验时间,方便试验操作;另一方面,偏航试验时无需机舱偏转,可节省试验用空间,并方便安装。
设置轴向力施加机构300,使得在风机200在旋转的同时受到轴向力的作用,较好地模拟了风机的实际运行状况。
设置试验用轮毂及配重桨叶机构400,试验用轮毂401由于采用实际风机轮毂产品,可在试验中进一步验证风机轮毂的可靠性;配重桨叶402节省试验用空间,避免巨大的土建施工量,使试验台在运行过程中更加安全;并且,通过调整配重桨叶402上砝码重量,使风轮产生偏心载荷,提供***的振动源,能更好地模拟风机实际运行状况。
改进风机拖动机构500,其电气设计采用能量闭环回馈的方案,提高了设备的电能利用率,节省试验成本。
通过试验台机械设备、试验台控制设备配合,有利于模拟风机的运行工况;此外,本试验台还可以作为风机控制器、变流器、变桨***等风机零部件研发的试验平台。
上述试验台是一种全功能性试验台,具有塔筒工装偏航、轴向力施加、浆叶配重、轮毂拖动等试验功能。该试验台基本上涵盖了风机试验标准上所规定的相关试验项目,可进行新研发机型的定型试验及风机产品的出厂检验。相比其他厂家的风机试验台,本试验台不仅具有功能齐全的特点,还具有设计制造成本较低,试验、安装方便快捷等优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出的是,上述优选实施方式不应视为对本发明的限制,本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明的精神和范围内,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。