風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)及模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)及模擬方法，風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)包括風動力模擬單元、主軸、增速齒輪軸向加載單元、增速齒輪等效質量盤、磁鐵環(huán)、增速齒輪徑向加載單元及發(fā)電機阻力模擬單元；風動力模擬單元的輸出端與主軸的一端連接，主軸的另一端與發(fā)電機阻力模擬單元連接；增速齒輪等效質量盤固定安裝在主軸上，增速齒輪等效質量盤上安裝有磁鐵環(huán)；增速齒輪軸向加載單元能對磁鐵環(huán)施加軸向力；增速齒輪徑向加載單元能對磁鐵環(huán)施加徑向力。本發(fā)明結構簡單，安裝和維護方便，成本低；本發(fā)明還能夠對風場、軸向力和徑向力、支撐剛度和阻尼及發(fā)電機在運行狀態(tài)對風電機組傳動鏈的影響進行模擬。
【專利說明】
風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)及模擬方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于風電技術領域，具體是涉及一種風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)及模擬方法。
【背景技術】
[0002]風力發(fā)電已成為人們?nèi)粘Ｉ钣秒姷闹匾M成部分，而發(fā)電機組增速齒輪箱是風電機組故障率最高的部件之一，高達50%的故障停機源于高速級輸出軸兩端軸承(簡稱高速軸承)的過早失效。高速軸承居高不下的故障率表明實際運行中高速軸承真實動載遠高于設計值，現(xiàn)場振動測試與故障分析表明齒輪箱高速軸與發(fā)電機軸間的動態(tài)不對中是造成高速軸承動載增大的主要原因。根據(jù)傳動鏈結構特點，齒輪箱和發(fā)電機質量不同且分別安裝在不同剛度的彈性支承上，兩者固有頻率必然不同，這是造成軸系動態(tài)不對中的本質原因。同時，柔性聯(lián)軸器將產(chǎn)生較大變形與載荷來補償軸系不對中，這也將激勵起風電機組復雜的倍頻、高頻振動，振動又會影響兩軸間的不對中，這種動態(tài)耦合過程使得軸承動載變化異常復雜。因此，模擬風電機組傳動鏈獨特的結構特點和復雜的外載特性，開展實驗研究彈性支承、聯(lián)接和增速齒輪等關鍵特征參數(shù)對傳動鏈軸系動態(tài)不對中、振動和載荷傳遞的影響，這對于風電機組傳動鏈軸系的研究和設計具有重要的意義。
[0003]公開號為CN104535353A的發(fā)明專利批露了一種傾斜安裝角度可調的風電組動力學特性模擬實驗裝置，該裝置采用驅動熊、模擬風輪系統(tǒng)、齒輪箱傳動系統(tǒng)、發(fā)電機系統(tǒng)、負載水栗、水平固定工作平臺和傾斜角度可調工作平臺等組成，能夠對不同傾斜角度和機艙部分不同支撐剛度下風電機組的運行狀態(tài)和動力學特性進行模擬，但該專利不能模擬不同齒輪箱傳動系統(tǒng)對風電系統(tǒng)的影響，也不能模擬傳動鏈的不對中對整個發(fā)電機組的影響。公開號為CN105464908A的發(fā)明專利批露了風電機組齒輪箱彈性支撐結構及彈性體更換方法。該專利包括底板，橫梁以及支撐立柱，機架、底板、支撐立柱，活動板，螺栓等組成，實現(xiàn)了齒輪箱彈性支撐更換時不需要斷開聯(lián)軸器等功能，該發(fā)明專利并未涉及齒輪箱對發(fā)電機組整個傳動鏈的不對中的影響。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了解決上述技術問題，本發(fā)明是提供一種結構簡單，成本低的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)及模擬方法。
[0005]本發(fā)明采用的技術方案是:一種風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)，包括風動力模擬單元、主軸、增速齒輪軸向加載單元、增速齒輪等效質量盤、磁鐵環(huán)、增速齒輪徑向加載單元及發(fā)電機阻力模擬單元;其特征在于:所述的風動力模擬單元的輸出端與主軸的一端連接，主軸通過軸承座支撐，主軸的另一端與發(fā)電機阻力模擬單元連接;所述的增速齒輪等效質量盤固定安裝在主軸上，增速齒輪等效質量盤上安裝有磁鐵環(huán);所述的增速齒輪軸向加載單元能對磁鐵環(huán)施加軸向力;所述的增速齒輪徑向加載單元能對磁鐵環(huán)施加徑向力。
[0006]上述的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)中，所述的主軸包括主軸I和主軸Π，主軸I支撐在軸承座I上，主軸Π支撐在軸承座Π上；主軸I和主軸Π之間通過柔性聯(lián)軸器連接，主軸I和主軸Π同軸;主軸I與風動力模擬單元連接，主軸Π與發(fā)電機阻力模擬單元連接。
[0007]上述的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)中，所述的風動力模擬單元包括電機、板簧、阻尼消能墊1、行星減速機、彈簧I及阻尼消能墊Π;所述的電機安裝在板簧上，板簧安裝在阻尼消能墊I上;所述的電機輸出軸與行星減速機輸入端連接，行星減速機的輸出端與主軸I連接，行星減速機通過彈簧I安裝在阻尼消能墊Π上。
[0008]上述的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)中，所述的增速齒輪軸向加載單元包括電磁加載器I和安裝座;電磁加載器I安裝在安裝座上。
[0009]上述的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)中，所述的增速齒輪徑向加載單元包括電磁加載器Π和電磁加載器安裝座；電磁加載器Π安裝在電磁加載器安裝座上。
[0010]上述的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)中，所述的軸承座I包括軸承1、支承、彈簧π、阻尼消能墊m、支承安裝架;軸承I的外圈固定于支承內(nèi)，支承通過彈簧π固定于阻尼消能墊m上，所述的阻尼消能墊m固定于支承安裝架上，支承安裝架固定于地基上。
[0011 ]上述的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)中，所述的軸承座π包括軸承π、軸承支承、彈簧m、阻尼消能墊IV、軸承支承安裝架;所述的軸承π的外圈固定于軸承支承內(nèi)，軸承支承通過彈簧m固定于阻尼消能墊IV上，阻尼消能墊IV固定于軸承支承安裝架上，所述的軸承支承安裝架固定于地基上。
[0012]上述的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)中，所述的發(fā)電機阻力模擬單元包括電磁力矩器、電磁力矩器安裝架、彈簧IV、阻尼消能墊IV;電磁力矩器固定于電磁力矩器安裝架上，電磁力矩器安裝架通過彈簧IV固定于阻尼消能墊IV上，阻尼消能墊IV固定于地基上。
[0013]上述的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)中，所述的板簧上設有兩螺紋孔和兩U型孔;所述的板簧能沿U型孔在阻尼消能墊I上移動。
[0014]—種利用上述的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)的模擬方法，包括如下步驟:
1)啟動風動力模擬單元模擬實際野外風電機組承受的風速及驅動力，主軸在啟動風動力模擬單元的帶動下旋轉，主軸帶動發(fā)電機阻力模擬單元工作；
2)更換不同質量的增速齒輪等效質量盤，模擬不同風機的風電機組增速機的整機齒輪質量;改變增速齒輪軸向加載單元和增速齒輪徑向加載單元對磁鐵環(huán)施加的軸向力和徑向力的大小，模擬不同的軸向力和徑向力作用對風電機組傳動鏈軸系的動態(tài)不對中影響。
[0015]3)改變支撐主軸的軸承座的剛度和阻尼，模擬不同風電機組旋轉支撐座在動態(tài)不對中情況下的振動情況；
4)改變發(fā)電機阻力模擬單元的阻力，模擬不同風電機組發(fā)電機在發(fā)電情況下對風電機組傳動鏈軸系的作用情況。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是: 本發(fā)明采用風動力模擬單元、主軸1、增速齒輪軸向加載單元、增速齒輪等效質量盤、磁鐵環(huán)、增速齒輪徑向加載單元、軸承座1、柔性聯(lián)軸器、主軸Π、軸承座Π、發(fā)電機阻力模擬單元等聯(lián)合控制來模擬風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動狀況，為研究和設計風電機組傳動鏈提供科學試驗，也能為教學提供試驗平臺。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有如下有益效果:
1)本發(fā)明結構簡單，安裝和維護方便，成本低；
2)本發(fā)明能夠模擬不同風場下的風電機組傳動鏈不對中振動狀況、不同的軸向力和徑向力的對傳動鏈系的影響、不同支撐剛度和阻尼對不對中振動的影響、不同發(fā)電機在運行狀態(tài)對傳動鏈系反作用的影響及風電機組傳動鏈的剛柔結構在不對中運行中的振動狀況。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)的結構示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)的風動力模擬單元結構示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)的風動力模擬單元中的板簧的俯視圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0021 ]如圖1-3所示，本發(fā)明的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)，包括風動力模擬單元1、主軸、增速齒輪軸向加載單元3、增速齒輪等效質量盤4、磁鐵環(huán)5、增速齒輪徑向加載單元6及發(fā)電機阻力模擬單元11。所述的風動力模擬單元I包括電機101、板簧104、阻尼消能墊1105、行星減速機106、彈簧I 107及阻尼消能墊Π 108;如圖3所示，板簧104上設有兩個螺紋孔104-2和兩個U型孔104-1，板簧104通過兩個螺栓102安裝在阻尼消能墊1105上;所述的電機1I通過螺釘103安裝在板簧104上，板簧104安裝在所述的電機101輸出軸與行星減速機106輸入端連接，行星減速機106的輸出端與主軸連接，行星減速機106通過彈簧1107安裝在阻尼消能墊Π 108上，阻尼消能墊Π 108上安裝在行星減速機安裝座109上。
[0022]所述的主軸包括主軸12和主軸Π 9，主軸12支撐在軸承座17上，主軸Π 9支撐在軸承座Π 10上;所述的軸承座17包括軸承1701、支承702、彈簧Π 703、阻尼消能墊ΙΠ704、支承安裝架705;軸承1701的外圈固定于支承702內(nèi)，支承702通過彈簧Π 703固定于阻尼消能墊ΙΠ704上，所述的阻尼消能墊ΙΠ704固定于支承安裝架705上，支承安裝架705固定于地基上。所述的軸承座Π10包括軸承Π1001、軸承支承1002、彈簧ΙΠ1003、阻尼消能墊IV1004、軸承支承安裝架1005;所述的軸承Π 1001的外圈固定于軸承支承1002內(nèi)，軸承支承1002通過彈簧m 1003固定于阻尼消能墊IV1004上，阻尼消能墊IV 1004固定于軸承支承安裝架1005上，所述的軸承支承安裝架1005固定于地基上。
[0023]主軸12和主軸Π9之間通過柔性聯(lián)軸器8連接，主軸12和主軸Π 9同軸；主軸12與風動力模擬單元I的行星減速機106的輸出端連接，主軸Π 9與發(fā)電機阻力模擬單元11的電磁力矩器1101連接。電磁力矩器1101固定于電磁力矩器安裝架1102上，電磁力矩器安裝架1102通過彈簧IVl 103固定于阻尼消能墊IVl 104上，阻尼消能墊IVl 104固定于地基上。
[0024]所述的增速齒輪等效質量盤4固定安裝在主軸12上，增速齒輪等效質量盤4上安裝有磁鐵環(huán)5;所述的增速齒輪軸向加載單元3包括電磁加載器1301和安裝座302;電磁加載器1301安裝在安裝座302上，安裝座302安裝在地基上，電磁加載器1301靠近磁鐵環(huán)5的端面設置。所述的增速齒輪徑向加載單元6包括電磁加載器Π 601和電磁加載器安裝座602;電磁加載器Π 601安裝在電磁加載器安裝座602上，電磁加載器安裝座602安裝在地基上，電磁加載器Π 601位于磁鐵環(huán)5的下方。
[0025]本發(fā)明的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬方法，包括如下步驟:
I)啟動風動力模擬單元I的電機101，經(jīng)行星減速機106將轉速降低，模擬實際野外風電機組承受的風速及驅動力，主軸12在行星減速機106的驅動和軸承座17支撐下旋轉，帶動柔性聯(lián)軸器8—起工作，主軸Π 9在柔性聯(lián)軸器8的驅動下和軸承座Π 10的支撐下旋轉，帶動發(fā)電機阻力模擬單元11的電磁力矩器1101工作。
[0026]2)改變電機101的轉速，模擬不同風場對風電機組傳動鏈軸系的影響。
[0027]3)更換增速齒輪等效質量盤4，模擬不同風電機組增速機的整機齒輪質量，改變電磁加載器1301和電磁加載器Π 601的磁力大小，模擬增速機齒輪的軸向和徑向作用力對風電機組傳動鏈軸系的動態(tài)不對中影響。
[0028]4)改變彈簧Π 703的彈簧剛度和阻尼消能墊ΙΠ704阻尼模擬不同風電機組增速機在動態(tài)不對中情況下的振動情況。
[0029]5)改變彈簧ΙΠ1003的彈簧剛度和阻尼消能墊IV1004的阻尼模擬不同風電機組旋轉支撐座在動態(tài)不對中情況下的振動情況。
[0030]6)改變電磁力矩器1101的阻力模擬不同風電機組發(fā)電機在發(fā)電情況下對風電機組傳動鏈軸系的作用情況。
【主權項】
1.一種風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動1?擬系統(tǒng)，包括風動力1?擬單兀(I)、主軸、增速齒輪軸向加載單元(3)、增速齒輪等效質量盤(4)、磁鐵環(huán)(5)、增速齒輪徑向加載單元(6)及發(fā)電機阻力模擬單元(11);其特征在于:所述的風動力模擬單元(I)的輸出端與主軸的一端連接，主軸通過軸承座支撐，主軸的另一端與發(fā)電機阻力模擬單元(11)連接;所述的增速齒輪等效質量盤(4)固定安裝在主軸上，增速齒輪等效質量盤(4)上安裝有磁鐵環(huán)(5);所述的增速齒輪軸向加載單元(3)能對磁鐵環(huán)(5)施加軸向力;所述的增速齒輪徑向加載單元(6)能對磁鐵環(huán)(5)施加徑向力。2.根據(jù)權利要求1所述的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)，其特征是:所述的主軸包括主軸1(2)和主軸Π (9)，主軸1(2)支撐在軸承座1(7)上，主軸Π (9)支撐在軸承座Π (10)上；主軸I (2)和主軸Π (9)之間通過柔性聯(lián)軸器(8)連接，主軸I (2)和主軸Π(9)同軸；主軸1(2)與風動力模擬單元(I)連接，主軸Π (9)與發(fā)電機阻力模擬單元(11)連接。3.根據(jù)權利要求1所述的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的風動力模擬單元(I)包括電機(101)、板簧(104)、阻尼消能墊1(105)、行星減速機(106)、彈簧I (107)及阻尼消能墊Π (108);所述的電機(101)安裝在板簧(104)上，板簧(104)安裝在阻尼消能墊1(105)上;所述的電機(101)輸出軸與行星減速機(106)輸入端連接，行星減速機(106)的輸出端與主軸1(2)連接，行星減速機(106)通過彈簧I (107)安裝在阻尼消能墊Π (108)上。4.根據(jù)權利要求1所述的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的增速齒輪軸向加載單元(3)包括電磁加載器1(301)和安裝座(302)；電磁加載器I(301)安裝在安裝座(302)上。5.根據(jù)權利要求1所述的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的增速齒輪徑向加載單元(6)包括電磁加載器Π (601)和電磁加載器安裝座(602);電磁加載器Π (601)安裝在電磁加載器安裝座(602)上。6.根據(jù)權利要求2所述的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的軸承座1(7)包括軸承I(701)、支承(702)、彈簧Π (703)、阻尼消能墊ΙΠ(704)、支承安裝架(705);軸承I (701)的外圈固定于支承(702)內(nèi)，支承(702)通過彈簧Π (703)固定于阻尼消能墊ΙΠ(704)上，所述的阻尼消能墊ΙΠ(704)固定于支承安裝架(705)上，支承安裝架(705)固定于地基上。7.根據(jù)權利要求2所述的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的軸承座Π (10)包括軸承Π (1001)、軸承支承(1002)、彈簧ΙΠ (1003)、阻尼消能墊IV(1004)、軸承支承安裝架(1005);所述的軸承Π (1001)的外圈固定于軸承支承(1002)內(nèi)，軸承支承(1002)通過彈簧m(1003)固定于阻尼消能墊IV(1004)上，阻尼消能墊IV (1004)固定于軸承支承安裝架(1005)上，所述的軸承支承安裝架(1005)固定于地基上。8.根據(jù)權利要求1所述的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的發(fā)電機阻力模擬單元(11)包括電磁力矩器(1101)、電磁力矩器安裝架(1102)、彈簧IV(1103)、阻尼消能墊IV(1104);電磁力矩器(1101)固定于電磁力矩器安裝架(1102)上，電磁力矩器安裝架(1102)通過彈簧IV(1103)固定于阻尼消能墊IV(1104)上，阻尼消能墊IV(1104)固定于地基上。9.根據(jù)權利要求2所述的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的板簧(104)上設有兩螺紋孔(104-2)和兩U型孔(104-1);所述的板簧(104)能沿U型孔(104-1)在阻尼消能墊I (105)上移動。10.—種利用權利要求1-9中任一權利要求所述的風電機組傳動鏈軸系動態(tài)不對中振動模擬系統(tǒng)的模擬方法，包括如下步驟: I)啟動風動力模擬單元(I)模擬實際野外風電機組承受的風速及驅動力，主軸在啟動風動力模擬單元(I)的帶動下旋轉，主軸帶動發(fā)電機阻力模擬單元(11)工作； 2)更換不同質量的增速齒輪等效質量盤(4)，模擬不同風機的風電機組增速機的整機齒輪質量;改變增速齒輪軸向加載單元(3)和增速齒輪徑向加載單元(6)對磁鐵環(huán)(5)施加的軸向力和徑向力的大小，模擬不同的軸向力和徑向力作用對風電機組傳動鏈軸系的動態(tài)不對中影響； 3)改變支撐主軸的軸承座的剛度和阻尼，模擬不同風電機組旋轉支撐座在動態(tài)不對中情況下的振動情況； 4)改變發(fā)電機阻力模擬單元(11)的阻力，模擬不同風電機組發(fā)電機在發(fā)電情況下對風電機組傳動鏈軸系的作用情況。
【文檔編號】G01M7/02GK105954029SQ201610470355
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】沈意平, 王送來, 韓清凱, 朱廣輝, 李學軍, 王廣斌
【申請人】湖南科技大學