一种风力机传动系统故障诊断新型综合实验平台的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种风力机传动系统故障诊断新型综合实验平台，无级调速电机通过变频器控制转速，并与齿轮减速器连接，齿轮减速器通过万向联轴器与主轴承装置连接，主轴承装置通过第一凸缘联轴器与两级行星齿轮增速箱的低速级输入轴连接，两级行星齿轮增速箱的高速级输出轴通过第二凸缘联轴器与一级斜齿轮增速箱的大齿轮轴连接，一级斜齿轮增速箱的小齿轮轴通过第三凸缘联轴器与磁粉制动器连接，磁粉制动器通过第四凸缘联轴器与永磁测速发电机连接，永磁测速发电机与负载灯泡供电连接。该平台依据目前普遍应用的双馈式风力机组传动系统搭建，可以模拟风力机变转矩、变转速以及变风向等复杂工况。
【专利说明】
一种风力机传动系统故障诊断新型综合实验平台
技术领域
[0001]本发明属于风力机传动系统故障诊断领域，特别涉及一种风力机传动系统故障诊断新型综合实验平台。
【背景技术】
[0002]目前，随着能源的日益消耗，新能源的发展开始进入了一个快速增长时期，风能作为一种储备丰富的新能源，已经被各国广泛使用，尤其对中国来讲，正大力发展风力发电。但是由于技术限制以及环境因素，风力发电设备常会出现各种故障，严重影响风力发电效率和风电的进一步推广。
[0003]风电装备的传动系统是故障高发部位，对传动系统的故障诊断是风力机故障诊断的重要内容。目前，国内一些高校和科研机构都在做相关实验平台来模拟实际风机运行情况，但是相关实验平台在结构上相对较为复杂并且和实际风力发电机组结构差异较大，普遍没有涉及到主轴承装置;与此同时，无法模拟风向在绝大多数情况下非垂直输入的情况。在调整各装置定心方面，有些实验平台要么没有设计，要么通过其他复杂装置来实现。除此之外，实验台的可拓展性不高，灵活性较低。
【发明内容】
[0004]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种风力机传动系统故障诊断新型综合实验平台，该平台依据目前普遍应用的双馈式风力机组传动系统搭建，可以模拟风力机变转矩、变转速以及变风向等复杂工况，并可以进行主轴承故障、行星齿轮箱内部不同零件故障、定轴齿轮箱内部不同零件故障以及传动系统混合故障等多种故障实验研究。
[0005]技术方案:为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0006]—种风力机传动系统故障诊断新型综合实验平台，包括变频器、无级调速电机、齿轮减速器、主轴承装置、两级行星齿轮增速箱、一级斜齿轮增速箱、磁粉制动器、永磁测速发电机和负载灯泡，所述无级调速电机通过变频器控制转速，并与齿轮减速器连接，所述齿轮减速器通过万向联轴器与主轴承装置连接，所述主轴承装置通过第一凸缘联轴器与两级行星齿轮增速箱的低速级输入轴连接，所述两级行星齿轮增速箱的高速级输出轴通过第二凸缘联轴器与一级斜齿轮增速箱的大齿轮轴连接，所述一级斜齿轮增速箱的小齿轮轴通过第三凸缘联轴器与磁粉制动器连接，所述磁粉制动器通过第四凸缘联轴器与永磁测速发电机连接，所述永磁测速发电机与负载灯泡供电连接。
[0007]进一步的，所述齿轮减速器、主轴承装置、两级行星齿轮增速箱、一级斜齿轮增速箱、磁粉制动器、永磁测速发电机和负载灯泡通过各自对应的木制垫片固定设置在各自对应的模块化平板底座上，通过木制垫片的不同高度实现上下定心定位。
[0008]进一步的，所述模块化平板底座为一端内凹，一端外凸的凸缘平板结构，所述模块化平板底座的凸缘的宽度小于内凹端部，相邻模块化平板底座的内凹端部与相邻模块化平板底座的外凸端部通过左右定心螺栓连接设置，调整左右定心螺栓的旋入深度，实现相邻模块化平板底座之间的左右定心。
[0009]进一步的，所述齿轮减速器对应设置的模块化平板底座与主轴承装置对应设置的模块化平板底座之间通过连接件连接;所述连接件一端固定在主轴承装置对应设置的模块化平板底座端部，所述连接件的另一端活动连接在齿轮减速器对应设置的模块化平板底座上，调整齿轮减速器对应设置的模块化平板底座相对于主轴承装置对应设置的模块化平板底座的角度位置，并通过连接件连接固定，即实现所述齿轮减速器的输出轴相对于主轴承装置的输入轴之间的角度变化和定位。
[0010]进一步的，所述连接件包括两个连接块，所述齿轮减速器对应设置的模块化平板底座上设置有圆弧形孔槽;两个连接块的一端焊接在主轴承装置对应设置的模块化平板底座端部，两个连接块的另一端通过角度定位螺栓穿过圆弧形孔槽定位固定。
[0011]进一步的，所述的主轴承装置采用与实际风力机主轴承装置中类型相同的SKF调心滚子轴承，外加轴承座的结构形式。
[0012]进一步的，所述两级行星齿轮增速箱采用拼接式箱体，各箱体部分通过紧固螺栓连接。
[0013]有益效果:本发明的优点如下:
[0014]1、结构形式简单、制造成本低且与实际双馈式风力机组传动系统结构保持高度相似，包含有主轴承装置、两级行星齿轮增速箱、一级斜齿轮增速箱等。
[0015]2、通过模块化平板底座设计，可实现调整定心功能，并且结构形式简单可靠，而且能通过木制垫片实现减振的作用。
[0016]3、通过模块化平板底座设计和万向联轴器的配合使用，可实现模拟风向非垂直等复杂工况。
[0017]4、通过变频器可以实现调速功能;通过磁粉制动器可以实现变转矩功能。
[0018]5、模块化平板底座的设计增加了实验台的可拓展性和灵活性，可以根据需要调整传动装置的位置和增加其他传动装置，并且拆装方便可靠。
[0019]6、两级行星齿轮增速箱采用拼接式箱体，在更换其内部齿轮、轴承或其他零件时，只需打开低速级或者高速级行星齿轮所对应的箱盖进行更换，拆装非常方便，且结构紧凑。
[0020]7、所用负载灯泡可以很直观的反应整个实验台运行情况，并根据实验需要可自行接入电流表或电压表，以此可实现对实验台基础性能和运行状况的直接观察。
[0021]8、所用永磁测速电机可以实时检测输出转速变化情况，可作为速度传感器使用。
【附图说明】
[0022]图1为本发明整体连接结构的主视图。
[0023]图2为本发明专利的主轴承装置主视图。
[0024]图3为本发明专利的模块化平板底座轴侧视图。
[0025]图4为本发明专利的模块化平板底座螺栓连接轴侧视图。
[0026]图5为本发明专利齿轮减速器和主轴承装置对应连接的模块化平板底座轴侧视图。
[0027]图6为本发明专利的两级行星齿轮增速箱外观主视图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0029]如附图1，一种风力机传动系统故障诊断新型综合实验平台，包括变频器1、无级调速电机2、齿轮减速器3、主轴承装置5、两级行星齿轮增速箱7、一级斜齿轮增速箱9、磁粉制动器11、永磁测速发电机13和负载灯泡14，所述无级调速电机2通过变频器I控制转速，并与齿轮减速器3连接，所述齿轮减速器3通过万向联轴器4与主轴承装置5连接，所述主轴承装置5通过第一凸缘联轴器6与两级行星齿轮增速箱7的低速级输入轴连接，所述两级行星齿轮增速箱7的高速级输出轴通过第二凸缘联轴器8与一级斜齿轮增速箱9的大齿轮轴连接，所述一级斜齿轮增速箱9的小齿轮轴通过第三凸缘联轴器10与磁粉制动器11连接，所述磁粉制动器11通过第四凸缘联轴器12与永磁测速发电机13连接，所述永磁测速发电机13与负载灯泡14供电连接。
[0030]如附图2，所述的主轴承装置5采用与实际风力机主轴承装置中类型相同的SKF调心滚子轴承0501，外加轴承座0502的结构形式。
[0031]如附图3，所述齿轮减速器3、主轴承装置5、两级行星齿轮增速箱7、一级斜齿轮增速箱9、磁粉制动器11、永磁测速发电机13和负载灯泡14通过各自对应的木制垫片固定设置在各自对应的模块化平板底座15上，通过木制垫片的不同高度实现上下定心定位。具体的，所述的模块化平板底座15上根据对应连接装置的地脚螺孔位置设置钻制螺栓孔1503，所述齿轮减速器3、主轴承装置5、两级行星齿轮增速箱7、一级斜齿轮增速箱9、磁粉制动器11、永磁测速发电机13以及负载灯泡14均通过钻制螺栓孔1503连接于模块化平板底座15上面，在螺栓和钻制螺栓孔1503之间可以通过加木制垫片来调整相对高度，既可以实现上下定心，又能起到减振作用。
[0032]如附图4，所述模块化平板底座15为一端内凹，一端外凸的平板结构且所述模块化平板底座15的凸缘端部的宽度小于内凹端部，相邻模块化平板底座15的内凹端部与相邻模块化平板底座15的凸缘端部通过左右定心螺栓1504连接设置，配合调整左右定心螺栓1504的旋入深度，实现相邻模块化平板底座15之间的左右定心。
[0033]如附图5，所述齿轮减速器3对应设置的模块化平板底座15与主轴承装置5对应设置的模块化平板底座15之间通过连接件连接;所述连接件一端固定在主轴承装置5对应设置的模块化平板底座15端部，所述连接件的另一端活动连接在齿轮减速器3对应设置的模块化平板底座15上。具体的，所述连接件为两个连接块1502，所述齿轮减速器3对应设置的模块化平板底座15上设置有圆弧形孔槽1501;两个连接块1502的一端焊接在主轴承装置5对应设置的模块化平板底座15端部，两个连接块1502的另一端通过角度定位螺栓1505穿过圆弧形孔槽1501定位设置，实现齿轮减速器3输出轴相对于主轴承装置5输入轴之间的角度变化和定位，以此可以实现模拟风向非垂直叶片的工况。
[0034]如附图6，所述两级行星齿轮增速箱7采用拼接式箱体，各箱体部分通过紧固螺栓0701连接。如需更换其内部齿轮、轴承或其他零件，只需打开低速级或者高速级行星齿轮所对应的箱盖进行更换，拆装非常方便，且结构紧凑。
[0035]在进行实验时，调整与齿轮减速器3相连的模块化平板底座15的角度位置，并通过角度定位螺栓1505连接，可以实现风向非垂直输入的工况。在调心功能上，由于各个模块化平板底座15是通过对应的螺栓和各自对应的装置进行连接，因此通过垫加木制垫片来调整高度，既可以实现上下定心，又可以起到减振的作用。在左右调心功能的实现上，本实验平台非常巧妙地利用了模块化平板底座15的特点，利用各个模块化平板底座15前外凸凸缘宽度比后内凹部宽度小，因此可以通过左右定心螺栓1504的旋入深度配合着来调整左右位置，实现左右定心。在调速方面，可以调节变频器I来调节无极调速电机2转速，并通过齿轮减速器03降速，来实现模拟风力机实际输入转速以及风速变化等工况模拟。在变转矩工况模拟方面，可以通过磁粉制动器11来控制载荷变化以实现变转矩的目的。在更换零部件方面，由于两级行星齿轮增速箱7采用拼接式箱体，各箱体部分通过紧固螺栓0701连接，如需更换其内部齿轮、轴承或其他零件，只需打开低速级或者高速级行星齿轮所对应的箱盖进行更换，拆装非常方便，且结构紧凑。除此之外，本实验台的模块化平板底座15的设计也增加了实验台的可拓展性和灵活性，可以根据需要调整传动装置的位置和通过增加左右定心螺栓1504连接更多模块化平板底座15以增加其他传动装置，并且拆装方便可靠。
[0036]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种风力机传动系统故障诊断新型综合实验平台，其特征在于:包括变频器(I)、无级调速电机(2)、齿轮减速器(3)、主轴承装置(5)、两级行星齿轮增速箱(7)、一级斜齿轮增速箱(9)、磁粉制动器(11)、永磁测速发电机(13)和负载灯泡(14)，所述无级调速电机(2)通过变频器(I)控制转速，并与齿轮减速器(3)连接，所述齿轮减速器(3)通过万向联轴器(4)与主轴承装置(5)连接，所述主轴承装置(5)通过第一凸缘联轴器(6)与两级行星齿轮增速箱(7)的低速级输入轴连接，所述两级行星齿轮增速箱(7)的高速级输出轴通过第二凸缘联轴器(8)与一级斜齿轮增速箱(9)的大齿轮轴连接，所述一级斜齿轮增速箱(9)的小齿轮轴通过第三凸缘联轴器(10)与磁粉制动器(11)连接，所述磁粉制动器(11)通过第四凸缘联轴器(12)与永磁测速发电机(13)连接，所述永磁测速发电机(13)与负载灯泡(14)供电连接。2.根据权利要求1所述一种风力机传动系统故障诊断新型综合实验平台，其特征在于:所述齿轮减速器(3)、主轴承装置(5)、两级行星齿轮增速箱(7)、一级斜齿轮增速箱(9)、磁粉制动器(11)、永磁测速发电机(13)和负载灯泡(14)通过各自对应的木制垫片固定设置在各自对应的模块化平板底座(15)上，通过木制垫片的不同高度实现上下定心定位。3.根据权利要求2所述一种风力机传动系统故障诊断新型综合实验平台，其特征在于:所述模块化平板底座(15)为一端内凹，一端外凸的凸缘平板结构，相邻模块化平板底座(15)的内凹端与相邻模块化平板底座(15)的外凸端通过左右定心螺栓(1504)连接设置，调整左右定心螺栓(1504)的旋入深度，实现相邻模块化平板底座(15)之间的左右定心。4.根据权利要求3所述一种风力机传动系统故障诊断新型综合实验平台，其特征在于:所述模块化平板底座(15)的凸缘的宽度小于内凹端部。5.根据权利要求3所述一种风力机传动系统故障诊断新型综合实验平台，其特征在于:所述齿轮减速器(3)对应设置的模块化平板底座(15)与主轴承装置(5)对应设置的模块化平板底座(15)之间通过连接件连接;所述连接件一端固定在主轴承装置(5)对应设置的模块化平板底座(15)端部，所述连接件的另一端活动连接在齿轮减速器(3)对应设置的模块化平板底座(15)上，调整齿轮减速器(3)对应设置的模块化平板底座(15)相对于主轴承装置(5)对应设置的模块化平板底座(15)的角度位置，并通过连接件连接固定，即实现所述齿轮减速器(3)的输出轴相对于主轴承装置(5)的输入轴之间的角度变化和定位。6.根据权利要求5所述一种风力机传动系统故障诊断新型综合实验平台，其特征在于:所述连接件包括两个连接块(1502 )，所述齿轮减速器(3)对应设置的模块化平板底座(15)上设置有圆弧形孔槽(1501);两个连接块(1502)的一端焊接在主轴承装置(5)对应设置的模块化平板底座(15)端部，两个连接块(1502)的另一端通过角度定位螺栓(1505)穿过圆弧形孔槽(1501)定位设置。7.根据权利要求1所述一种风力机传动系统故障诊断新型综合实验平台，其特征在于:所述的主轴承装置(05)采用与实际风力机主轴承装置中类型相同的SKF调心滚子轴承(0501)，外加轴承座(0502)的结构形式。8.根据权利要求1所述一种风力机传动系统故障诊断新型综合实验平台，其特征在于:所述两级行星齿轮增速箱(07)采用拼接式箱体，各箱体部分通过紧固螺栓(0701)连接。
【文档编号】G01M13/02GK106053056SQ201610395096
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】杨建华, 娄正坤, 刘晓乐, 刘后广, 胡而已, 孙涛, 黄大文, 姜安林
【申请人】中国矿业大学