[发明专利]一种风电齿轮箱非扭矩载荷动态加载装置

说明书

技术领域

本发明属于风电技术领域，特别是涉及一种风电齿轮箱非扭矩载荷动态加载装置。

背景技术

齿轮箱是双馈风电机组中连接叶轮和发电机的重要部件，为传递能量和承受风载的核心部件。美国和欧洲相关研究机构统计资料表明：齿轮箱是风电机组故障率最高的部件之一，引起的故障停机时间最长。齿轮箱过早失效严重制约着世界风电产业的健康快速发展。齿轮箱过早失效使得无法满足20年使用寿命要求，往往3-5年就需要维修甚至大修，6～8年就要进行更换，相应的维修费用与经济损失高达20～50万欧元(与风机大小和风场位置相关)，约占风电机组总成本的38％。我国风电齿轮箱的设计远远落后于风电产业发展，大都是对国外产品的简单仿制，没有考虑国内风况和气候的特殊性，缺乏基础实验数据，齿轮箱往往运行不足3年而停机大修，高昂的维护费用和停机损失给风电企业的生存发展带来巨大挑战，也给我国风电产业的健康发展带来强大冲击。

风载作用下叶轮除产生扭矩载荷外，还将产生其余五自由度的非扭矩载荷并传递给齿轮箱，给齿轮箱的关键部件带来附加位移和动载响应。目前关键部件真实载荷难以准确估算，这也是齿轮箱设计尽管满足或超过现有国际风电行业标准IEC61400、ISO280，但其故障率仍然居高不下的重要原因。因此，模拟齿轮箱在复杂风载下的真实力学状态，通过实验来获得关键部件实际载荷分布情况，对于保证齿轮箱长寿命、高可靠性具有重要意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够模拟齿轮箱在复杂风载下的真实力学状态的风电齿轮箱非扭矩载荷动态加载装置，其对于保证齿轮箱长寿命、高可靠性具有重要意义。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种风电齿轮箱非扭矩载荷动态加载装置，包括主轴和加载盘，所述的加载盘固定安装在主轴上，加载盘和转轴同轴，加载盘的端面上设有三个轴向液压油缸，所述的加载盘的侧面上设有两个径向液压油缸，两个径向液压油缸的相位差为90°。

上述的风电齿轮箱非扭矩载荷动态加载装置中，所述的加载盘端面上的三个轴向液压油缸沿圆周均匀分布。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明使用时，主轴的两端分布与驱动装置和轴承箱的输入轴连接，轴承箱的输出轴与发电机连接；通过三个轴向液压油缸和两个径向液压油缸施加给加载盘的五自由度非扭矩载荷，并将载荷传递给齿轮箱，齿轮箱关键部件位置预留传感器安装位置，用以实现风载作用下的动力学响应测量；本发明为模拟真实风载驱动的风电齿轮箱力学环境提供了技术支撑，有利于掌握典型风载工况下齿轮箱关键部件真实载荷分布，有利于保证齿轮箱设计能够满足长寿命、高可靠性的使用要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的真实风载模拟系统流程图。

图3为本发明应用于风电齿轮箱实验台时的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明包括主轴1和加载盘2，所述的加载盘2固定安装在主轴1上，加载盘2和主轴1同轴，加载盘2的端面上铰接有三个轴向液压油缸4，所述的三个轴向液压油缸4在加载盘2的端面上沿圆周均匀分布。所述的加载盘2的侧面上设有两个径向液压油缸3，两个径向液压油缸3的相位差为90°。

以下为本发明用于搭建20kW风电齿轮箱实验台的过程。

如图2、3所示，首先将主轴1的两端分别连接驱动装置和齿轮箱的输入轴，将齿轮箱的输出轴连接发电机。驱动装置为变频驱动电机，变频驱动电机额定功率小于40千瓦，调整范围为10～30rpm。所述的齿轮箱为三级行星斜齿轮系，结构形式与大功率风电机组相同，传动比不小于80。发电机额定功率为20kW、额定转速1500rpm；模拟塔架高约1m，机组与水平面成5°倾角安装固定在塔架上。关键零部件预留传感器安装位置，方便安装应力应变、位移和加速度传感器，能够对齿轮、轴承等关键零部件的位移、应变、振动、噪声等参数测试，为动力学、故障诊断及疲劳运行监测与智能诊断研究提供可信的实验数据。