[发明专利]一种风力发电机变桨轴承摩擦力矩的测试方法与装置及其用途

说明书

技术领域

本发明为一种风机部件的测试方法与装置及其用途，尤其是指一种兆瓦级变桨距风力发电机组变桨轴承摩擦力矩的测试方法和装置及其用途，主要用于在地面实验室模拟风力发电机组实际运行中变桨轴承所承受的各种载荷下，检测风力发电机组变桨轴承的摩擦力矩。还可以用来进行轮毂的极限强度和疲劳试验、变桨轴承的极限强度和疲劳试验。

技术背景

对于风力发电机变桨系统来说，精确的测量变桨轴承的摩擦力矩，对于变桨系统的型式试验、变桨驱动力矩的确定、变桨系统的校核等有极其重要的意义。变桨轴承的摩擦力矩在空载荷和承受载荷的情况下是不同的，目前国内变桨轴承主要厂家并没有精确考虑载荷对变桨轴承摩擦力矩的影响，只是简单的将由载荷引起的摩擦力矩以5％-10％左右的系数形式来考虑。对于大型变桨距风力发电机组来说，由于其实际运行过程中变桨轴承所承受的载荷相对较大(10⁶Nm数量级)，变桨轴承所承受的载荷对其摩擦力矩的影响相对较大，因此模拟变桨轴承实际运行中的载荷，开展变桨轴承的摩擦力矩与载荷关系的测量研究十分必要。

变桨轴承的摩擦力矩通常是随载荷的增加而增加的，对于好的风力发电变桨轴承来说，不仅需要在空载情况下变桨轴承的摩擦力矩较小，更重要的是希望在带载荷情况下，摩擦力矩受载荷的影响较小，变化较平稳。影响变桨轴承摩擦力矩随载荷变化关系的主要因素包括轴承的型式、材料、加工工艺以及加工精度等。风机在实际运行过程中，变桨轴承主要承受的载荷包括：轴向力、径向力和倾覆力矩，其中大多数情况下，倾覆力矩最大，对变桨轴承摩擦力矩影响最大的也是倾覆力矩，几乎占到整个摩擦力矩的80％以上。

发明内容

本发明旨在针对现有变桨轴承的摩擦力矩检测所存在的不足，提供一种精确的测量变桨轴承的摩擦力矩的方法，该方法可以模拟实际变桨轴承所承受的载荷，以测量变桨轴承摩擦力矩。

本发明的另一目的在于提供一种实现本发明方法的模拟试验装置。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：一种精确的测量变桨轴承的摩擦力矩的方法，在地面上设置一模拟试验装置，通过在地面的试验测量变桨轴承摩擦力矩；所述的地面试验是对桨叶轴承安装悬臂梁装置，并在悬臂梁末端进行加载，来模拟实际风机运行中的载荷；并在负载情况下，通过启动变桨系统并利用变桨驱动的测试设备，来实现对带载荷的变桨轴承摩擦力矩的测量；实际试验过程可分三步进行。

第一步为空载情况下，即在轴承不带任何载荷的情况下，测量轴承启动摩擦力矩，这可以验证所采购的轴承是否满足技术规范的要求。

第二步为带悬臂梁加载的情况下，即将悬臂梁与变桨轴承通过螺栓连接到一起，并在悬臂梁末端进行加载，来模拟实际风力发电机运行过程中的气动载荷，通过依次加载(即通过施加不同的配重)，启动变桨系统，并读出该载荷下变桨轴承的驱动力矩。

第三步为通过对测量的数据进行分析，获得所试验的风机变桨轴承的摩擦力矩，以及摩擦力矩随载荷变化的关系。

根据上述方法所提出的风力发电机变桨轴承摩擦力矩模拟试验装置是，一种风力发电机变桨轴承摩擦力矩模拟试验装置，包括一个固定工装，固定工装安装在试验台上，固定工装上安装有装有待试验变桨轴承的轮毂组装系统，待试验变桨轴承通过螺栓与一用于试验的悬臂梁连接，在悬臂梁的末端悬挂有加载装置，加载装置下挂有用于调整加载重量的配重。

本发明主要用来精确的测量变桨轴承的摩擦力矩，但也可以用来进行轮毂的极限强度和疲劳试验、变桨轴承的极限强度和疲劳试验。

本发明的优点在于：1)能够在地面试验室模拟风力发电机组实际运行时变桨轴承所承受的载荷，这样能够保证变桨轴承的状态更接近实际风机运行时的状态，从而保证试验得到的变桨轴承摩擦力矩数据更准确，结果更合理；2)由于实际风电机组运行中所承受的载荷较大(几千千牛米)，很难在地面实验中加这么大的载荷，利用本发明介绍的方法则可以模拟该载荷。3)试验数据通过数据线传送给电脑，输出准确，读数接近实际。

利用该方法和设备可以在地面试验室模拟风力发电机组实际运行中变桨轴承所承受的各种载荷，更准确的测量实际风电机组运行中变桨轴承的摩擦力矩，从而为风力发电机组变桨轴承的型式验证、变桨驱动的确定以及变桨系统的可靠性分析等提供更好的技术支持。

附图说明

图1为本发明的机械结构示意总图；

图2为本发明的机械结构示意总图；

图3为本发明的加载装置结构示意图；

图4为本发明的配重结构示意图。