一种风载发电机组传动链力学特性模拟系统及其模拟方法技术方案

本发明专利技术公开了一种风载发电机组传动链力学特性模拟系统及其模拟方法，风载发电机组传动链力学特性模拟系统包括风动力模拟单元、主轴、模拟叶片、多自由度风载模拟单元及发电机阻力模拟单元；所述的风动力模拟单元与主轴的一端连接，主轴的另一端与发电机阻力单元连接；所述的模拟叶片固定安装在主轴上；所述的多自由度风载模拟单元用于将轴向和/或径向载荷加载在主轴上。本发明专利技术结构简单，安装和维护方便，成本低；本发明专利技术能模拟不同风载下的风电机组传动链所受的各种径向力、轴向力和扭矩；而且能模拟整个风电机组传动链在各种工作状况下的动力学特性，能够对风电机组进行实验研究，为风电机组的设计提供有力的技术支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于风电
，特别是涉及一种风载发电机组传动链力学特性模拟系统及其模拟方法。
技术介绍
风力发电概念已深入人心，风力发电在所有用电中的比例也日益增加，在风力发电机组所有故障中，传动链的故障占主导地位，其维修成本也异常高，主要包括发电机组增速齿轮箱故障，其中故障停机源于高速级输出轴两端轴承(简称高速轴承)的过早失效。高速轴承居高不下的故障率表明实际运行中高速轴承真实动载远高于设计值，现场振动测试与故障分析表明齿轮箱高速轴与发电机主轴之间的变载作用力是造成高速轴承动载增大的主要原因。根据传动链结构特点，发电机组叶片由风能传过来的轴向和径向载荷以及转矩是研究发电机组传动链动力学特性的主要关注对象。也是造成轴系动态不平衡的本质原因。同时，柔性联轴器将产生较大变形与载荷来补偿轴系不对中，这也将激励起风电机组的各种动力学特性的变化。因此，模拟风电机组传动链独特的结构特点和复杂的外载特性，开展实验研究风载、主轴、联接和增速齿轮等关键特征参数对传动链轴系动力学特性的影响，这对于风电机组传动链轴系的研究和设计具有重要的意义。公开号为CN104535353A的专利技术专利批露了一种倾斜安装角度可调的风电组动力学特性模拟实验装置，该装置采用驱动系统、模拟风轮系统、齿轮箱传动系统、发电机系统、负载水泵、水平固定工作平台和倾斜角度可调工作平台等组成，能够对不同倾斜角度和机舱部分不同支撑刚度下风电机组的运行状态和动力学特性进行模拟，但该专利不能模拟实际风场对发电机组的不同轴向力以及其作用方向的影响，也不能模拟实际风场对发电机组的不同径向力以及其作用方向的影响。公开号为CN105464908A的专利技术专利批露了风电机组齿轮箱弹性支撑结构及弹性体更换方法。该专利包括底板，横梁以及支撑立柱，机架、底板、支撑立柱，活动板，螺栓等组成，实现了齿轮箱弹性支撑更换时不需要断开联轴器等功能，该专利技术专利并未涉发电机组传动链在多自由度风载的影响下所做的模拟。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术是提供一种结构简单，成本低的风载发电机组传动链力学特性模拟系统及其模拟方法。本专利技术采用的技术方案是：一种风载发电机组传动链力学特性模拟系统，包括风动力模拟单元、主轴、模拟叶片、多自由度风载模拟单元及发电机阻力模拟单元；所述的风动力模拟单元的输出端与主轴的一端连接，主轴的另一端与发电机阻力单元连接；所述的模拟叶片固定安装在主轴上；所述的多自由度风载模拟单元用于将轴向载荷和径向载荷加载在主轴上。上述的风载发电机组传动链力学特性模拟系统中，所述的风动力模拟单元包括电机、电机安装座、行星减速机、行星减速机安装座；电机安装在电机安装座上，行星减速机安装在行星减速机安装座上，电机与行星减速机连接，行星减速机与主轴的一端连接。上述的风载发电机组传动链力学特性模拟系统中，所述的多自由度风载模拟单元包括径向油缸固定圈、油缸作用环、圆锥滚子轴承、风载模拟片、轴向油缸固定圈、径向油缸及轴向油缸；所述的风载模拟片固定安装在主轴上，油缸作用环通过圆锥滚子轴承安装在风载模拟片上，所述的径向油缸固定圈(501)固定安装在地面上，与油缸作用环位于同一平面内；所述的径向油缸固定圈的内侧壁上设有燕尾槽，径向油缸的一端安装在燕尾槽内；另一端朝向油缸作用环；所述的轴向油缸固定圈固定安装在地面上，与油缸作用环平行，轴向油缸固定圈朝向油缸作用环的端面上设有环形燕尾槽，轴向油缸的一端安装在轴向油缸固定圈的燕尾槽内；另一端朝向油缸作用环。上述的风载发电机组传动链力学特性模拟系统中，所述的风动力模拟单元通过万向联轴节与主轴的一端连接；主轴的另一端与行星增速机的输入轴连接；行星增速机的输出轴通过柔性联轴器与发电机阻力模拟单元连接。上述的风载发电机组传动链力学特性模拟系统中，所述的主轴通过支撑轴承组件支撑；支撑轴承组件包括轴承、轴承座和轴承座固定架；所述的轴承安装在轴承座内，轴承座安装在轴承座固定架上。上述的风载发电机组传动链力学特性模拟系统中，所述的发电机阻力模拟单元包括电磁力矩器和电磁力矩器架，电磁力矩器通过电磁力矩器架安装在地面上。一种利用上述的风载发电机组传动链力学特性模拟系统的模拟方法，包括如下步骤：1）启动风动力模拟单元模拟实际野外风电机组承受的风速及驱动力，风动力模拟单元带动主轴旋转，主轴带动模拟叶片旋转，模拟实际风场作用于风机主轴的旋转力矩；同时，主轴带动发电机阻力模拟单元开始工作，模拟实际发电机发电所受的阻力矩；2）控制多自由度风载模拟单元给主轴施加轴向载荷，调节多自由度风载模拟单元给主轴施加的轴向载荷的大小，模拟不同风速下风电机组主轴所承受的不同轴向力，然后撤掉给主轴施加的轴向载荷；3）控制多自由度风载模拟单元给主轴施加径向载荷，调节多自由度风载模拟单元给主轴施加的径向载荷的大小，模拟不同风速下风电机组主轴所承受的不同径向力，然后撤掉给主轴施加的径向载荷；4）调节风动力模拟单元的转速，模拟不同风速下风电机组所达到的转速和所承受的转矩；5）调节发电机阻力模拟单元的阻力矩，模拟不同功率发电机组在发电情况下主轴所受的阻力矩。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用风动力模拟单元、万向联轴器、模拟叶片、主轴、多自由度风载模拟单元、支撑轴承组件、行星增速机、柔性联轴器、发电机阻力模拟单元联合控制，来模拟不同风载作用下发电机组传动链动力学特性及其运行状况，为研究和设计风电机组传动链提供科学试验，也能为教学提供试验平台。本专利技术具有如下有益效果：1）本专利技术结构简单，安装和维护方便，成本低。2）本专利技术能模拟不同风载下的风电机组传动链所受的各种径向力、轴向力和扭矩；能模拟不同发电机在运行状态下对传动链系反作用的影响；而且能模拟整个风电机组传动链在各种工作状况下的动力学特性，能够对风电机组进行实验研究，为风电机组的设计提供有力的技术支持。附图说明图1为本专利技术的风载发电机组传动链力学特性模拟系统的结构示意图。图2为本专利技术的风载发电机组传动链力学特性模拟系统的多自由度风载模拟单元结构示意图。图中所示标记如下：1—风动力模拟单元、2—万向联轴器、3—模拟叶片、4—主轴、5—多自由度风载模拟单元、6—支撑轴承组件、7—行星增速机组件、8—柔性联轴器、9—发电机阻力模拟单元、101—电机、102—电机安装座、103—行星减速机、104—行星减速机安装座、501—径向油缸固定圈、502—油缸作用环、503—圆锥滚子轴承、504—风载模拟片、505—轴向油缸固定圈、506—油路块、507—回油过滤器Ⅱ、508—油泵Ⅱ、509—吸油过滤器Ⅱ、510—回油过滤器Ⅰ、511—油泵Ⅰ、512—吸油过滤器Ⅰ、513—油箱、514—电磁换向阀Ⅰ、515—压力调节阀Ⅰ、516—电磁换向阀Ⅱ、517—压力调节阀Ⅱ、518—轴向油缸、519—径向油缸、601—轴承座、602—轴承、603—轴承座固定架、701—行星增速机架、702—行星增速机、901—电磁力矩器、902—电磁力矩器架。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。本专利技术的核心是提供风电机组传动链轴系在多自由度风载下的动力学模拟系统，通过对风电机组传动链加载不同的扭矩、轴向力、径向力分析传动链轴系的动力学特性。该系统可以用来作科学试验用，也可以作教学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风载发电机组传动链力学特性模拟系统，包括风动力模拟单元(1)、模拟叶片(3)、主轴(4)、多自由度风载模拟单元(5)、发电机阻力模拟单元(9)；其特征在于：风动力模拟单元(1)的输出端与主轴(4)的一端相连，主轴(4)的另一端与发电机阻力模拟单元(9)连接；所述的模拟叶片(3)固定安装在主轴(4)上；所述的多自由度风载模拟单元(5)用于将轴向载荷和径向载荷加载在主轴（4）上。

【技术特征摘要】
1.一种风载发电机组传动链力学特性模拟系统，包括风动力模拟单元(1)、模拟叶片(3)、主轴(4)、多自由度风载模拟单元(5)、发电机阻力模拟单元(9)；其特征在于：风动力模拟单元(1)的输出端与主轴(4)的一端相连，主轴(4)的另一端与发电机阻力模拟单元(9)连接；所述的模拟叶片(3)固定安装在主轴(4)上；所述的多自由度风载模拟单元(5)用于将轴向载荷和径向载荷加载在主轴（4）上。2.根据权利要求１所述的风载发电机组传动链力学特性模拟系统，其特征在于：所述的风动力模拟单元(1)包括电机(101)、电机安装座(102)、行星减速机(103)、行星减速机安装座(104)，电机(101)安装在电机安装座(102)上，行星减速机(103)安装在行星减速机安装座(104)上，电机(101)与行星减速机(103)连接，行星减速机(103)与主轴（4）的一端连接。3.根据权利要求１所述的风载发电机组传动链力学特性模拟系统，其特征在于：所述的多自由度风载模拟单元(5)包括径向油缸固定圈(501)、油缸作用环(502)、圆锥滚子轴承(503)、风载模拟片(504)、轴向油缸固定圈(505)、径向油缸（519）及轴向油缸（518）；所述的风载模拟片(504)固定安装在主轴（4）上，油缸作用环(502)通过圆锥滚子轴承(503) 安装在风载模拟片(504)上，所述的径向油缸固定圈(501)固定安装在地面上，与油缸作用环(502)位于同一平面内；所述的径向油缸固定圈(501)的内侧壁上设有燕尾槽，径向油缸（519）的一端安装在燕尾槽内，另一端朝向油缸作用环(502)；所述的轴向油缸固定圈(505) 固定安装在地面上，与油缸作用环(502)平行，轴向油缸固定圈(505)朝向油缸作用环(502)的端面上设有环形燕尾槽，轴向油缸（518）的一端安装在轴向油缸固定圈(505)的燕尾槽内；另一端朝向油缸作用环(502)。4.根据权利要求１所述的风载发电机组传动链力学特性模...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈意平，王送来，韩清凯，李学军，宾光富，郭帅平，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43