CN201844920U - 风力发电机组的变桨轴承测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风力发电机组的变桨轴承测试装置。该装置包括：第一支架和第二支架，第一支架上设置有变浆轴承座，变桨轴承座上设置有变桨轴承驱动装置；第二支架上设置有辅助轴承和力加载中心轴，力加载中心轴的一端与辅助轴承连接，力加载中心轴的另一端连接有轴向力加载设备和倾覆力加载设备；第二支架上还设置有径向力加载设备，径向力加载设备靠近辅助轴承，并与力加载中心轴连接，且径向力加载设备的力加载方向与力加载中心轴的轴向方向垂直；变桨轴承和辅助轴承对称设置，用于安装待测变桨轴承。本实用新型提供的风力发电机组的变桨轴承测试装置结构简单，实现方便，可有效对变桨轴承进行测试。

Description

风力发电机组的变桨轴承测试装置

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术，尤其涉及一种风力发电机组的变浆轴承测试装置。

背景技术

随着社会环保意识的增强，风力发电技术作为一项清洁能源利用技术，得到了快速的发展，各种风力发电机组已被投入到实际的风力发电应用中，由于风力发电机组运行在外部环境中，且需要常年连续地运行发电，因此，风力发电机组中的各部件均需要具有较高的性能，具有高的可靠性和稳定性。

其中，变浆轴承是风力发电机组中的关键部件，用于连接在叶片和轮毂之间，以实现叶片和轮毂之间的相对转动，其需要较高的承载能力；而且，由于风力发电机组需要长时间持续的工作，变浆轴承还必须具有较强的运行寿命，即具有较高的抗疲劳性能，变浆轴承运行的可靠性对整个风力发电机组的整体性能具有重要的影响。

但是，现有风力发电机组安装前，一般未对变浆轴承进行测试，或者测试简单，使得变浆轴承安装到风力发电机组后，容易因变浆轴承自身原因，例如承载能力不够、抗疲劳性能差等，导致实际应用中，其承载能力无法满足实际运行需要，使得变浆轴承运行的可靠性较差，变浆轴承易损坏，从而使得整个风力发电机组的运行寿命较短，影响整个风力发电机组运行的安全性和可靠性；而且，变浆轴承损坏后，其拆卸和安装过程复杂，维护成本较高。因此，如何实现对风力发电机组的变浆轴承的测试是一个需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种风力发电机组的变浆轴承测试装置，可有效对变浆轴承进行测试，保证安装到风力发电机组上的变浆轴承承载能力，可有效提供变浆轴承和整个风力发电机组运行的可靠性和稳定性。

本实用新型提供一种风力发电机组的变浆轴承测试装置，包括：第一支架和第二支架，所述第一支架上设置有变浆轴承座，所述变浆轴承座上设置有变浆轴承驱动装置；

所述第二支架上设置有辅助轴承和力加载中心轴，所述力加载中心轴的一端与所述辅助轴承连接，所述力加载中心轴的另一端连接有轴向力加载设备和倾覆力加载设备，所述轴向力加载设备的力加载方向与所述力加载中心轴的轴向方向相同，所述倾覆力加载设备的力加载方向与所述力加载中心轴的轴向方向垂直；

所述第二支架上还设置有径向力加载设备，所述径向力加载设备靠近所述辅助轴承，并与所述力加载中心轴连接，且所述径向力加载设备的力加载方向与所述力加载中心轴的轴向方向垂直；

所述变浆轴承和辅助轴承对称设置，所述变浆轴承和所述辅助轴承之间具有安装待测变浆轴承的安装空间。

其中，所述轴向力加载设备、倾覆力加载设备和径向力加载设备均为液压加载设备。

上述的测试装置还可包括：设置在所述待测变浆轴承上的温度传感器。具体地，所述温度传感器可包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器设置在所述待测变浆轴承的外圈上，所述第二温度传感器设置在所述待测变浆轴承的内圈。

此外，上述的测试装置还可包括：设置在所述待测变浆轴承外圈或内圈的应力测试传感器，所述应力测试传感器为应变片，贴附在所述待测变浆轴承的外圈或内圈上。以及，还可包括：设置在所述待测变浆轴承内圈的连接法兰上的加速度传感器。

本实用新型提供的风力发电机组的变浆轴承测试装置，通过设置可为变浆轴承提供轴向力、径向力和倾覆力矩的力加载设备，可通过模拟变浆轴承在风力发电机组中的实际运行状况，实现对待测变浆轴承的测试，确定变浆轴承是否可满足实际的运行需要，使得通过测试的变浆轴承安装到风力发电机组后，保证变浆轴承的承载能力可满足风力发电机组的运行需要，提高变浆轴承和风力发电机组运行的可靠性和稳定性，可有效提高风力发电机组运行的寿命。本实用新型提供的风力发电机组的变浆轴承测试装置结构简单，实现方便，可有效实现对变浆轴承的测试。

附图说明

图1为本实用新型风力发电机组的变浆轴承测试装置实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

风力发电机组在工作过程中，变浆轴承受的载荷主要为轴向力F_z、径向力F_xy和倾覆力矩M_xy，变浆轴承安装到风力发电机组后的承载能力、运行的可靠性等均与该三类载荷有关，因此，本申请发明人提出了一种风力发电机组的变浆轴承测试装置，可提供上述的轴向力F_z、径向力F_xy和倾覆力矩M_xy三种类型的力，模拟变浆轴承实际运行时的情况，对变浆轴承进行测试，以使得经过测试后的变浆轴承可满足风力发电机组的实际需要。下面将以具体实例对本实用新型风力发电机组的变浆轴承测试装置进行说明。

图1为本实用新型风力发电机组的变浆轴承测试装置实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例测试装置包括：第一支架1和第二支架2，第一支架1上设置有变浆轴承座11，用于安装待测变浆轴承3，变浆轴承座11上设置有变浆轴承驱动装置12，用于与待测变浆轴承3连接，以便测试时，为待测变浆轴承3提供驱动力；第二支架2上设置有辅助轴承21和力加载中心轴22，辅助轴承21和变浆轴承座11对称设置，且辅助轴承21和变浆轴承座11之间具有安装待测变浆轴承3的安装空间，辅助轴承21和变浆轴承座11可一起配合，将待测变浆轴承3安装在该测试装置上；力加载中心轴22的一端与辅助轴承21连接，力加载中心轴22的另一端连接有轴向力加载设备23和倾覆力加载设备24，轴向力加载设备23的力加载方向与力加载中心轴22的轴向方向相同，用于在测试过程中为待测变浆轴承3提供轴向力；倾覆力加载设备24的力加载方向与力加载中心轴22的轴向方向垂直，用于在测试过程中为待测变浆轴承3提供倾覆力矩；此外，第二支架2上还设置有径向力加载设备25，径向力加载设备25靠近辅助轴承21，并与力加载中心轴22连接，且径向力加载设备25的力加载方向与力加载中心轴22的轴向方向垂直，用于在测试过程中为待测变浆轴承3提供径向力。可以看出，本实施例测试装置可对待测变浆轴承提供轴向力、径向力和倾覆力，从而可模拟变浆轴承在风力发电机组中的实际运行情况，实现对待测变浆轴承的测试。

本实施例可对变浆轴承进行测试，具体地，可利用轴向力加载设备23、倾覆力加载设备24和径向力加载设备25，为安装在测试装置上的待测变浆轴承3提供测试时所需的轴向力F_z、径向力F_xy和倾覆力矩M_xy，以便模拟待测变浆轴承3在风力发电机组上的受力效果，并可根据设计或风力发电机组工作的实际工作情况，加载合适大小的轴向力F_z、径向力F_xy和倾覆力矩M_xy，以便确认待测变浆轴承3是否符合风力发电机组的实际工作需要，例如，可根据风力发电机组的不同工况情况，对变浆轴承的抗疲劳性能进行测试，对变浆轴承的极限载荷进行测试，以及对变浆轴承的启动摩擦力矩、运行过程中的摩擦力矩进行测试等，通过测试，可有效确认待测变浆轴承3是否符合风力发电机组的实际运行需要，以保证变待测浆轴承安装到风力发电机组后，可满足风力发电机组的运行时施加在自身上的载荷在自身的承受范围，保证变浆轴承以及风力发电机组运行的可靠性和稳定性，可有效提高风力发电机组的运行效率，提高风力发电机组的运行寿命。

本实施例中，所述的轴向力加载设备23、倾覆力加载设备24和径向力加载设备25可均为液压加载设备，具体地，可为液压缸系统，通过液压来为待测变浆轴承3提供轴向力F_z、径向力F_xy和倾覆力矩M_xy。由于液压缸系统通过液压提供加载力时，加载力稳定，可加载的加载力范围大，加载力大小调节方便，可有效模拟风力发电机组实际运行中的各种受力情况，提高对变浆轴承的测试效果。

本实施例中，还可在待测变浆轴承上设置温度传感器，以便对待测变浆轴承运行过程中的温度进行测量，以通过检测的温度确认变浆轴承的是否可满足实际工作需要。具体地，本实施例可设置有第一温度传感器4，设置在待测变浆轴承3的外圈上，以便对待测变浆轴承3运行中外圈上的温度进行检测；同时，还可在待测变浆轴承3的内圈设置有第二温度传感器(图中未示出)，以便对待测变浆轴承3的内圈温度进行测量，通过上述第一温度传感器和第二温度传感器测量得到的温度，即可确认出在一定运行情况下，待测变浆轴承3是否可满足实际的工作需要，确认待测变浆轴承3是否合格。

本实施例中，还可在待测变浆轴承3的外圈或内圈设置应力测试传感器，以测试待测变浆轴承3运行中的变形量，确认待测变浆轴承3是否可满足实际工作需要。具体地，本实施例应力测试传感器可为贴附在待测变浆轴承3的外圈或内圈上的应变片5，通过该应变片5即可准确地测量出待测变浆轴承3运行中的应力，并可根据应力大小确定待测变浆轴承3的变形量。

本实施例中，还可在待测变浆轴承3的内圈的连接法兰上设置有加速度传感器(图中未示出)，以便通过该加速度传感器对变浆轴承运行中的振动情况进行测试。

为对本实用新型实施例有更好的了解，下面以本实用新型实施例的具体应用为例进行说明。

通过本实施例风力发电机组的变浆轴承测试装置，可实现对变浆轴承的测试，以确认变浆轴承是否可符合风力发电机组的实际工作需要，具体地，首先可将待测变浆轴承安装在辅助轴承和变浆轴承座之间，之后即可通过变浆轴承驱动装置，以及各力加载设备对其进行驱动或加载载荷，模拟变浆轴承的实际运行过程，利用本实施例风力发电机组的变浆轴承测试装置可测试下列内容，并可根据测量的各参数确认变浆轴承是否满足要求。

1、变浆轴承在运行过程中温度变化的测量。

由于变浆轴承安装到风力发电机组后，需要长时间、连续地运行，因此变浆轴承在运行过程中的温度变化，对其实际运行的稳定性和可靠性具有非常大的关系，因此，通过对其运行过程中温度变化，即可有效地确定出变浆轴承是否可满足实际运行需要。具体地，可通过设置在待测变浆轴承上的第一温度传感器和第二温度传感器，测量得到变浆轴承运行中的外圈和内圈温度，从而可利用测量得到的温度确认变浆轴承是否满足温度变化的需要。

2、变浆轴承在运行过程中振动情况的测量。

由于测试装置中力加载中心轴不会转动，辅助轴承、待测变浆轴承转动，因此，可通过设置在待测变浆轴承的内圈的连接法兰上的加速度传感器对待测变浆轴承运行中的振动进行检测，以确认变浆轴承是否满足实际的振动需要，具体地，振动测试可按照国家标准GB/T5314要求进行测量。

3、变浆轴承在极限载荷及疲劳载荷时变形量的测量。

可通过设置在待测变浆轴承的外圈或内圈上的应变片，来检测待测变浆轴承在力加载及运行中的变形情况，从而根据该待测变浆轴承的变形量，确认待测变浆轴承是否满足实际运行需要。

4、查看变浆轴承的密封情况。

在待测变浆轴承运行一段时间后，即可通过观察确认待测变浆轴承的密封情况，如密封部位是否有磨损等，以确定待测变浆轴承的密封性能是否满足运行需要。

5、变浆轴承启动摩擦力矩、运行过程中的摩擦力矩大小及变化的测量。

由于风力发电机组变桨过程中，整个变桨驱动系统的设计均取决于风力载荷M_z以及变桨轴承的摩擦力矩M_f，其中的风力载荷M_z与风力发电机组的叶片和风况有关，而变桨轴承的摩擦力矩M_f主要取决于变桨轴承自身，变浆轴承的启动摩擦力矩与施加在变浆轴承上的轴向力F_z、径向力F_xy和倾覆力矩M_xy有关，因此，通过本实施例测试装置可以对变浆轴承的摩擦力矩进行测试。

具体地，在待测变桨轴承启动以及运行过程中，可通过检测变桨轴驱动装置中伺服电机的电流，确定变浆轴承驱动装置中伺服电机的扭矩，从而可通过计算得到变桨轴承的摩擦力矩，计算公式如下：

$M_f=M_m\×i\×\frac{z_2}{z_1}/1000$

其中，M_f是待测变桨轴承的摩擦力矩，单位kNm；M_m是伺服电机的扭矩值，单位Nm；i是变浆轴承驱动装置中变桨驱动齿轮箱的传动比；z₂是待测变桨轴承的内齿圈的齿数；z₁是变浆轴承驱动装置中变桨驱动小齿轮齿数。

通过计算即可确认出待测变浆轴承的启动摩擦力矩、运行过程中的摩擦力矩大小及变化，从而根据测出的各摩擦力矩，确认待测变浆轴承是否满足实际工作需要。

6、变浆轴承的摩擦力矩系数的确定。

待测变浆轴承的摩擦力矩的计算公式如下：

M_f＝M_o+a|F_z|+bF_xy+cM_xy

其中，M_o是待测变桨轴承空载情况下的摩擦力矩，单位kNm，a、b、c为摩擦系数。其具体测试过程可按如下步骤进行：

第一步：通过控制各力加载设备，使施加在待测变桨轴承的轴向力F_z、径向力F_xy和倾覆力矩M_xy分别为0，此时可测量得到M_o；

第二步：以100kN为步长，逐步增加施加在待测变桨轴承的轴向力F_z，同时，保持施加在待测变桨轴承的径向力F_xy以及倾覆力矩M_xy为0，分别确定并记录待测变浆轴承的摩擦力矩，从而可确定出摩擦系数a；

第三步：以20kN为步长，逐步增加施加在待测变桨轴承的径向力F_xy，同时，保持施加在待测变桨轴承的轴向力F_z以及倾覆力矩M_xy为0，分别确定并记录待测变浆轴承的摩擦力矩，从而可确定出摩擦系数b；

第四步：以1000kNm为步长，逐步增加施加在待测变桨轴承的倾覆力矩M_xy，同时，保持施加在待测变桨轴承的轴向力F_z以及径向力F_xy为0，分别确定并记录待测变浆轴承的摩擦力矩，从而可确定出摩擦系数c；

第五步：可进行重复测试进行验证。

实际测试中，可根据加载不同的轴向力F_z、径向力F_xy和倾覆力矩M_xy，确定并分别记录相应的M_f，并与上述的计算结果进行对比，从而验证由上述步骤计算得到的各摩擦系数是否准确，并可进行修正。此外，需要注意的是，上述加载的轴向力F_z、径向力F_xy和倾覆力矩M_xy要小于待测变浆轴承所能承受的极限载荷。

综上可以看出，本实施例风力发电机组的变浆轴承测试装置，通过设置可为变浆轴承提供轴向力、径向力和倾覆力矩的力加载设备，可通过模拟变浆轴承在风力发电机组中的实际运行状况，实现对待测变浆轴承的测试，确定变浆轴承是否可满足实际的运行需要，使得通过测试的变浆轴承安装到风力发电机组后，保证变浆轴承的承载能力可满足风力发电机组的运行需要，提高变浆轴承和风力发电机组运行的可靠性和稳定性，可有效提高风力发电机组运行的寿命。本实施例风力发电机组的变浆轴承测试装置结构简单，实现方便，可有效实现对变浆轴承的测试。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种风力发电机组的变浆轴承测试装置，其特征在于，包括：第一支架和第二支架，所述第一支架上设置有变浆轴承座，所述变浆轴承座上设置有变浆轴承驱动装置；

所述第二支架上设置有辅助轴承和力加载中心轴，所述力加载中心轴的一端与所述辅助轴承连接，所述力加载中心轴的另一端连接有轴向力加载设备和倾覆力加载设备，所述轴向力加载设备的力加载方向与所述力加载中心轴的轴向方向相同，所述倾覆力加载设备的力加载方向与所述力加载中心轴的轴向方向垂直；

所述第二支架上还设置有径向力加载设备，所述径向力加载设备靠近所述辅助轴承，并与所述力加载中心轴连接，且所述径向力加载设备的力加载方向与所述力加载中心轴的轴向方向垂直；

所述变浆轴承和辅助轴承对称设置，所述变浆轴承和所述辅助轴承之间具有安装待测变浆轴承的安装空间。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组的变浆轴承测试装置，其特征在于，所述轴向力加载设备、倾覆力加载设备和径向力加载设备均为液压加载设备。

3.根据权利要求1或2所述的风力发电机组的变浆轴承测试装置，其特征在于，还包括：

设置在所述待测变浆轴承上的温度传感器。

4.根据权利要求3所述的风力发电机组的变浆轴承测试装置，其特征在于，所述温度传感器包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器设置在所述待测变浆轴承的外圈上，所述第二温度传感器设置在所述待测变浆轴承的内圈。

5.根据权利要求1或2所述的风力发电机组的变浆轴承测试装置，其特征在于，还包括：

设置在所述待测变浆轴承外圈或内圈的应力测试传感器，所述应力测试传感器为应变片，贴附在所述待测变浆轴承的外圈或内圈上。

6.根据权利要求1或2所述的风力发电机组的变浆轴承测试装置，其特征在于，还包括：

设置在所述待测变浆轴承内圈的连接法兰上的加速度传感器。

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