一种大型风力机全尺寸变桨距模拟实验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种大型风力机全尺寸变桨距模拟实验装置，包括轮毂、基座、叶片、驱动装置、加载装置、传感检测装置和变桨距控制系统，基座固定在地基上，轮毂固定在基座上，所述轮毂上设有内齿圈，叶片用螺栓固定在内齿圈上，所述驱动装置和加载装置固定安装在轮毂内，所述传感检测装置分别与驱动装置、加载装置相连，所述变桨距控制系统分别与驱动装置、加载装置、传感检测装置相连。本实用新型采用多种传感器，能够对变桨距位置、变桨距速率、振动等参数进行测量，从而准确获得所需各种参数，实现变桨距运行参数测试，得到的实验结果符合工程实际情况，能够完成多工况下变桨距实验。
【专利说明】—种大型风力机全尺寸变桨距模拟实验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种大型风力机模拟实验装置，特别涉及一种大型风力机全尺寸变桨距模拟实验装置。
【背景技术】
[0002]目前，世界上研发的大型风力机普遍采用变桨距技术。通过变桨距技术改变叶片桨距角，可以有效改变风力机气动特性，变桨距技术与变速技术结合，显著提高了现代大型风力机的能量捕获效率和输入电网的电能质量，使得风力机在各种工况下都能有良好的运行特性，变桨距技术与变速技术一起构成了大型风力机的核心技术。根据力源的不同，变桨距机构有液压变桨距和电动变桨距两种:液压变桨距系统主要由动力源液压泵站、控制模块、蓄能器与执行机构油缸等组成，代表厂商有Vestas、Acciona、Gamesa、Dewind以及三菱重工等；电动变桨距系统主要由蓄电池、动机、减速箱、控制模块等组成，代表厂商有GE、Nordex、Suzlon、Repower、金风和华锐等。电动变桨距执行机构结构紧凑、控制灵活、动作可靠，不存在液压执行机构中的非线性、漏油、卡塞等现象，已逐渐占据市场优势地位。
[0003]在控制策略上，变桨距有统一变桨距和独立变桨距两种方案。统一变桨距指的是风力机所有叶片桨距角调整的步调一致。采用统一变桨时，风轮扫掠面内的风速波动一般被忽略，但实际的风速存在切变现象，并受塔影、湍流等影响，因而风力机不同叶片旋转位置承受的载荷也是不同的，使得叶片、轮毂、机舱和塔架等部件承受交变载荷。独立变桨距指的是对风力机每个叶片进行单独控制，根据控制目标的要求，每个叶片有自己独立驱动执行机构和桨距角的变化规律。与统一变桨距相比，独立变桨距被认为在保证风力机能量捕获的同时，有望缩减风力机关键零部件疲劳载荷。但由于每个叶片采用独立的控制策略，变桨距执行机构中电机、减速器等动作更加频繁，对这些部件的可靠性有更高的要求。目前在商业化大型风力机中实际采用的多为统一变桨距控制策略。
[0004]无论是变桨距系统结构设计，还是变桨距控制方法，各种新的思想不断涌现，但由于现代大型风力机单价昂贵，运行环境恶劣，各种新的技术必须经过充分的实验验证才可以应用于实际产品中。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、成本低、能够完成多工况下变桨距实验的大型风力机全尺寸变桨距模拟实验装置。
[0006]本实用新型解决上述问题的技术方案是:一种大型风力机全尺寸变桨距模拟实验装置，包括轮毂、基座、叶片、驱动装置、加载装置、传感检测装置和变桨距控制系统，基座固定在地基上，轮毂固定在基座上，所述轮毂上设有内齿圈，叶片用螺栓固定在内齿圈上，所述驱动装置和加载装置固定安装在轮毂内，所述传感检测装置分别与驱动装置、加载装置相连，所述变桨距控制系统分别与驱动装置、加载装置、传感检测装置相连。
[0007]上述大型风力机全尺寸变桨距模拟实验装置中，所述驱动装置包括驱动电机、齿轮箱I和齿轮I，驱动电机与齿轮箱I相连，齿轮箱I与齿轮I连接，所述齿轮I与轮毂内齿圈相啮合。
[0008]上述大型风力机全尺寸变桨距模拟实验装置中，所述加载装置的结构与驱动装置结构相同，包括加载电机、齿轮箱II和齿轮II，加载电机与齿轮箱II相连，齿轮箱II与齿轮II连接，所述齿轮II与轮毂内齿圈相啮合，加载装置与驱动装置并行布置在轮毂内。
[0009]上述大型风力机全尺寸变桨距模拟实验装置中，所述传感检测装置包括编码器、振动传感器、温度传感器、转矩/速度传感器，驱动电机的端部、加载电机的端部、齿轮I的轴心处、齿轮II的轴心处均设有编码器，编码器的信号输出端与变桨距控制系统相连，所述驱动电机与齿轮箱I之间、加载电机与齿轮箱II之间设有转矩/速度传感器，转矩/速度传感器的信号输出端与变桨距控制系统相连，齿轮箱I和齿轮箱II上均设有振动传感器和温度传感器，振动传感器、温度传感器的信号输出端与变桨距控制系统相连。
[0010]上述大型风力机全尺寸变桨距模拟实验装置中，所述变桨距控制系统包括中央控制器和两个变频器，所述中央控制器分别与两个变频器相连，两个变频器之间通过直流母线相连，两个变频器分别与加载装置、驱动装置的加载电机、驱动电机相连。
[0011]上述大型风力机全尺寸变桨距模拟实验装置中，所述变桨距控制系统还包括显示屏，所述显示屏与中央控制器相连。
[0012]本实用新型的有益效果在于:本实用新型采用多种传感器，能够对变桨距位置、变桨距速率、振动等参数进行测量，从而准确获得所需各种参数，实现变桨距运行参数测试，得到的实验结果符合工程实际情况，能够完成多工况下变桨距实验。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的整体结构主视图。
[0014]图2为图1的剖视图。
[0015]图3为本实用新型的工作原理示意图。
[0016]图中:1一轮毂；2—轴承；3—内齿圈；4一驱动装置；5—加载装置；6—基座；7—驱动电机；8—转矩/速度传感器；9一振动传感器；10—温度传感器；11一齿轮箱I ;12—齿轮I ;13—编码器；14一加载电机；15—齿轮箱II ；16一齿轮II。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0018]如图1、图3所示，本实用新型包括轮毂1、基座6、叶片、驱动装置4、加载装置5、传感检测装置和变桨距控制系统，基座6用地脚螺栓固定在钢筋混凝土地基上，轮毂I固定在基座6上，所述轮毂I上设有内齿圈3，叶片用螺栓固定在内齿圈3上，所述驱动装置4和加载装置5均用螺栓固定安装在轮毂I内。
[0019]驱动装置4用于输出转矩以调整叶片桨距角，如图2所示，驱动装置4包括驱动电机7、齿轮箱I 11和齿轮I 12，驱动电机7与齿轮箱I 11相连，齿轮箱I 11与齿轮I 12连接，所述齿轮I 12与轮毂I内齿圈3相啮合，驱动内齿圈3带动叶片旋转，驱动电机7可采用直流电机或交流电机。
[0020]加载装置5用于输出反向转矩模拟变桨距载荷，其结构与驱动装置4的结构相同，如图3所示，加载装置5包括加载电机14、齿轮箱II 15和齿轮II 16，加载电机14与齿轮箱II 15相连，齿轮箱II 15与齿轮II 16连接，所述齿轮II 16与轮毂I内齿圈3相啮合，加载装置4与驱动装置5并行布置在轮毂I内，传感检测装置包括编码器13、振动传感器9、温度传感器10、转矩/速度传感器8，驱动电机7的端部、加载电机14的端部、齿轮I 12的轴心处、齿轮II 16的轴心处均设有编码器13，编码器13的信号输出端与变桨距控制系统相连，设置在电机端部的编码器13用于测量电机的转速及旋转角，齿轮轴心处的编码器13用于测量变桨距系统输出转速及旋转角，所述驱动电机7与齿轮箱I 11之间、加载电机14与齿轮箱II 15之间设有转矩/速度传感器8，转矩/速度传感器8的信号输出端与变桨距控制系统相连，转矩/速度传感器8用于测量电机输出力矩及转速，齿轮箱I 11和齿轮箱II 15上均设有振动传感器9和温度传感器10,振动传感器9、温度传感器10的信号输出端与变桨距控制系统相连，用于检测变桨距过程中的振动和温度信息，变桨距控制系统包括中央控制器、显示屏和两个变频器，所述中央控制器分别与显示屏、两个变频器相连，两个变频器之间通过直流母线相连，以实现能量回馈，两个变频器分别与加载装置、驱动装置的加载电机、驱动电机相连。
[0021]本实用新型的工作原理如下:设置在电机端部的编码器13测量电机的转速及旋转角信号并将信号送入中央控制器，齿轮轴心处的编码器13测量变桨距系统输出转速及旋转角信号并将信号送入中央控制器，振动传感器9和温度传感器10检测变桨距过程中的振动和温度信号并将信号送入中央控制器，转矩/速度传感器8测量电机输出力矩及转速信号并将信号送入中央控制器；检测到的数据信号在显示屏上进行显示，中央控制器通过变频器控制驱动电机7的转速实现齿轮箱I 11输入转速的模拟；中央控制器通过变频器控制加载电机14的反向转矩实现变桨距载荷的模拟，电机带动齿轮转动，齿轮与轮毂I的内齿圈3相啮合，驱动内齿圈3带动叶片旋转从而实现改变叶片桨距角的目的。本实用新型采用多种传感器，能够对变桨距位置、变桨距速率、振动等参数进行测量，从而准确获得所需各种参数，实现变桨距运行参数测试，得到的实验结果符合工程实际情况，能够完成多工况下变桨距实验。
【权利要求】
1.一种大型风力机全尺寸变桨距模拟实验装置，其特征在于:包括轮毂、基座、叶片、驱动装置、加载装置、传感检测装置和变桨距控制系统，基座固定在地基上，轮毂固定在基座上，所述轮毂上设有内齿圈，叶片用螺栓固定在内齿圈上，所述驱动装置和加载装置固定安装在轮毂内，所述传感检测装置分别与驱动装置、加载装置相连，所述变桨距控制系统分别与驱动装置、加载装置、传感检测装置相连。
2.如权利要求1所述的大型风力机全尺寸变桨距模拟实验装置，其特征在于:所述驱动装置包括驱动电机、齿轮箱I和齿轮I，驱动电机与齿轮箱I相连，齿轮箱I与齿轮I连接，所述齿轮I与轮毂内齿圈相啮合。
3.如权利要求2所述的大型风力机全尺寸变桨距模拟实验装置，其特征在于:所述加载装置的结构与驱动装置结构相同，包括加载电机、齿轮箱II和齿轮II，加载电机与齿轮箱II相连，齿轮箱II与齿轮II连接，所述齿轮II与轮毂内齿圈相啮合，加载装置与驱动装置并行布置在轮毂内。
4.如权利要求3所述的大型风力机全尺寸变桨距模拟实验装置，其特征在于:所述传感检测装置包括编码器、振动传感器、温度传感器、转矩/速度传感器，驱动电机的端部、力口载电机的端部、齿轮I的轴心处、齿轮II的轴心处均设有编码器，编码器的信号输出端与变桨距控制系统相连，所述驱动电机与齿轮箱I之间、加载电机与齿轮箱II之间设有转矩/速度传感器，转矩/速度传感器的信号输出端与变桨距控制系统相连，齿轮箱I和齿轮箱II上均设有振动传感器和温度传感器，振动传感器、温度传感器的信号输出端与变桨距控制系统相连。
5.如权利要求4所述的大型风力机全尺寸变桨距模拟实验装置，其特征在于:所述变桨距控制系统包括中央控制器和两个变频器，所述中央控制器分别与两个变频器相连，两个变频器之间通过直流母线相连，两个变频器分别与加载装置、驱动装置的加载电机、驱动电机相连。
6.如权利要求5所述的大型风力机全尺寸变桨距模拟实验装置，其特征在于:所述变桨距控制系统还包括显示屏，所述显示屏与中央控制器相连。
【文档编号】G01M15/00GK203758742SQ201420172573
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月11日 优先权日:2014年4月11日
【发明者】戴巨川, 张帆, 刘德顺, 文泽军, 刘子其 申请人:湖南科技大学