[發(fā)明專利]一種用于研究風(fēng)電機(jī)組推力與扭矩動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)裝置與方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110033142.8
• 申請(qǐng)日: 2021-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN112727708B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷航;張瑞剛;余成;劉慶元;李萬(wàn)鎰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號(hào): F03D17/00
• 分類號(hào): F03D17/00;F03D80/00;G06F30/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.一種用于研究風(fēng)電機(jī)組推力與扭矩動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括扭矩加載單元、扭矩測(cè)量裝置、模擬用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、推力加載單元、推力測(cè)量裝置、結(jié)構(gòu)響應(yīng)測(cè)量裝置和試驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)；

扭矩加載單元通過扭矩測(cè)量裝置與模擬用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)一個(gè)軸端連接，為模擬用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組提供輸入的動(dòng)態(tài)扭矩；推力加載單元通過推力測(cè)量裝置與模擬用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)另一個(gè)軸端連接，為模擬用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組提供輸入的動(dòng)態(tài)推力；結(jié)構(gòu)響應(yīng)測(cè)量裝置安裝于模擬用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的支撐塔架上，用于對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔架結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量；扭矩測(cè)量裝置用于對(duì)扭矩加載單元輸入的動(dòng)態(tài)扭矩進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量；推力加載單元用于對(duì)推力加載單元輸入的動(dòng)態(tài)推力進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量；試驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)與扭矩加載單元、扭矩測(cè)量裝置、模擬用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、推力加載單元、推力測(cè)量裝置、結(jié)構(gòu)響應(yīng)測(cè)量裝置進(jìn)行電氣與通訊連接，控制整個(gè)試驗(yàn)裝置進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于研究風(fēng)電機(jī)組推力與扭矩動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于，扭矩加載單元由拖動(dòng)變流器和拖動(dòng)電機(jī)組成，拖動(dòng)變流器和拖動(dòng)電機(jī)采用電氣連接，拖動(dòng)電機(jī)選擇具備變頻調(diào)速能力的變頻調(diào)速電機(jī)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于研究風(fēng)電機(jī)組推力與扭矩動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于，扭矩測(cè)量裝置為能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速和扭矩進(jìn)行測(cè)量的動(dòng)態(tài)扭矩傳感器，其兩端為伸出軸端結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)軸器鍵連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于研究風(fēng)電機(jī)組推力與扭矩動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于，模擬用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)上部支撐臺(tái)架、機(jī)組下部塔架和機(jī)組變流器共4部分組成，其中發(fā)電機(jī)與發(fā)電機(jī)上部支撐臺(tái)架采用螺栓連接，發(fā)電機(jī)上部支撐臺(tái)架與機(jī)組下部塔架采用螺栓連接，機(jī)組變流器與發(fā)電機(jī)與采用電氣連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于研究風(fēng)電機(jī)組推力與扭矩動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于，該發(fā)電機(jī)軸設(shè)計(jì)為兩端伸出結(jié)構(gòu)，軸的一端能夠?qū)崿F(xiàn)與聯(lián)軸器的鍵連接，軸的另一端能夠?qū)崿F(xiàn)與軸承的配合連接；該發(fā)電機(jī)為永磁同步發(fā)電機(jī)，或者為異步發(fā)電機(jī)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于研究風(fēng)電機(jī)組推力與扭矩動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于，扭矩加載單元中的拖動(dòng)電機(jī)、扭矩測(cè)量裝置均安裝于該發(fā)電機(jī)支撐臺(tái)架上；該支撐臺(tái)架采用槽鋼焊接結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于研究風(fēng)電機(jī)組推力與扭矩動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于，推力加載單元由液壓站、液壓管路、液壓缸、液壓缸支撐架和推力傳遞裝置共5部分組成；液壓站與液壓管路的一端連接，液壓管路的另一端與液壓缸連接，液壓缸安裝于液壓缸支撐架上，推力傳遞裝置的一端通過推力測(cè)量裝置與液壓缸連接，推力傳遞裝置的另一端同模擬用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)軸端連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于研究風(fēng)電機(jī)組推力與扭矩動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于，推力傳遞裝置由軸承端蓋、軸承端蓋連接螺栓、軸承、軸承外圈法蘭、軸承內(nèi)圈鎖緊螺母、約束旋轉(zhuǎn)桿共6部分組成；軸承內(nèi)圈安裝于模擬用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)的軸端上，軸承外圈安裝于軸承外圈法蘭中，軸承內(nèi)圈鎖緊螺母安裝于模擬用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)的軸端上并對(duì)軸承內(nèi)圈起到限位與鎖緊作用，軸承端蓋采用軸承端蓋連接螺栓安裝于軸承外圈法蘭上，約束旋轉(zhuǎn)桿安裝于軸承端蓋上。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于研究風(fēng)電機(jī)組推力與扭矩動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于，軸承選用能夠承載軸向推力并具備調(diào)心能力的軸承。

10.一種用于研究風(fēng)電機(jī)組推力與扭矩動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)方法，其特征在于，該試驗(yàn)方法基于權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的用于研究風(fēng)電機(jī)組推力與扭矩動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)裝置，包括以下步驟：

步驟SS1：計(jì)算獲得給定風(fēng)況下的風(fēng)電機(jī)組推力和扭矩動(dòng)態(tài)載荷

給定動(dòng)態(tài)時(shí)序風(fēng)況，通過建模計(jì)算得到風(fēng)電機(jī)組的推力和扭矩動(dòng)態(tài)載荷，將推力和扭矩動(dòng)態(tài)載荷時(shí)序數(shù)據(jù)傳輸至試驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)；

步驟SS2：推力與扭矩載荷加載控制

1）試驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)將推力載荷信號(hào)傳遞至推力加載單元，通過推力加載單元實(shí)現(xiàn)推力輸出，推力測(cè)量裝置將測(cè)量的實(shí)際推力數(shù)據(jù)傳送回試驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)推力加載的閉環(huán)控制；

2）試驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)將扭矩載荷信號(hào)傳遞至扭矩加載單元，通過扭矩加載單元實(shí)現(xiàn)扭力的加載，扭矩測(cè)量裝置將測(cè)量的實(shí)際扭矩?cái)?shù)據(jù)傳送回試驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)扭矩加載的閉環(huán)控制；

步驟SS3：模擬用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電特性輸出與結(jié)構(gòu)響應(yīng)測(cè)量

試驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)對(duì)模擬用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電特性輸出，并對(duì)輸出特性進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)結(jié)構(gòu)響應(yīng)測(cè)量裝置對(duì)模擬用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在推力與扭矩同時(shí)加載工況下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果傳送至試驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)。