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摘要：為了提高風力渦輪機效率，工程師們希望結(jié)合最佳的電子、機械設(shè)計，開發(fā)出高成本效益的解決方案。
       GE Wind Energy 公司希望拓展風力渦輪發(fā)電機的生產(chǎn)，決定在其美國賓夕法尼亞州的GE Transportation 工廠內(nèi)設(shè)置關(guān)鍵變速箱裝配線。但該工廠內(nèi)已有的設(shè)備都不具備對產(chǎn)品的測試能力。
       在完成風力渦輪發(fā)電塔的裝載和安裝前，必須對變速箱的性能進行校驗。校驗要求變速箱以最大功率全速運行，以此來完成速度/扭矩測試及精確數(shù)據(jù)采集，如振動、噪聲、潤滑油溫度及齒輪嚙合關(guān)系等數(shù)據(jù)。
       由于測試過程中測試變速箱需要快速移動，使得問題進一步復雜化。此外，測試地點為主要生產(chǎn)現(xiàn)場，生產(chǎn)與測試之間將產(chǎn)生噪聲干擾，同時又缺少動力隔離或機器底座來支撐測試設(shè)備。公用工程系統(tǒng)也需要升級，以提供最大1.5 mW的驅(qū)動功率。
        在達到以上要求后，還需要有經(jīng)驗的GE 技術(shù)人員來操作測試設(shè)備，而非計算機工程師。因而，計算機控制的數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)必須具備高魯棒性，且用戶界面友好。

解決方案
       用測試平臺對1.5mW 變速箱進行事后檢修，能夠測定振動和聲學特性，同時校驗輸出速度和載荷需求是否符合規(guī)格。待測單元（UUT）與同類變速箱連接，后者反轉(zhuǎn)運行，用于模擬風力渦輪的扭矩。整個測試臺由四臺GE 牽引發(fā)動機驅(qū)動和帶載，并由LabVIEW 進行控制。
 
      Emprise 公司（NI 系統(tǒng)聯(lián)盟商）與發(fā)電站的制造商合作，開發(fā)了燃氣輪機和燃料電池，從而成功解決了所有測試問題。

技術(shù)實施
      變速箱測試臺最關(guān)鍵的技術(shù)問題是模擬578,000 lb-ft、18 rpm 的風力渦輪輸入，風力渦輪變速箱是僅有的滿足條件的設(shè)備。因此，采用另一臺同樣的變速箱（旋轉(zhuǎn)方向相反）作為理想的速度/扭矩源。
被測試變速箱與另一臺固定安裝的風力渦輪變速箱的輸入軸相連，由1.5 mW 電機系統(tǒng)驅(qū)動固定變速箱的輸出軸，進而驅(qū)動被測試變速箱在一定的轉(zhuǎn)速和扭矩下工作。1.5 mW 發(fā)生器系統(tǒng)與被測試變速箱的輸出軸連接，模擬定量負載。
      驅(qū)動電機頻率可變，交流供電由固態(tài)驅(qū)動控制。驅(qū)動將直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率，這樣兩臺驅(qū)動的直流電路能夠互相連接，將產(chǎn)生功率看作負載，再反饋回驅(qū)動電機轉(zhuǎn)換器，以此來仿真風力渦輪發(fā)電機的輸入功率。
      GE Transportation 還制造了輪式電機和驅(qū)動，用于露天采礦卡車及機車。分析顯示兩臺GEB-16A4 型輪式電機能夠為測試提供要求的速度、扭矩及功率。同樣地，驅(qū)動電機的阻斷功能可以有效模擬發(fā)電機的負載。

 
       圖1 顯示了上述的閉環(huán)概念。反轉(zhuǎn)變速箱產(chǎn)生高扭矩，功率循環(huán)通過固態(tài)驅(qū)動器從發(fā)電機送到驅(qū)動電機。系統(tǒng)損耗由連接在公用電力線與驅(qū)動DC buss 之間的600 kW 轉(zhuǎn)換器補償。

圖2 – 閉環(huán)驅(qū)動/負載系統(tǒng)
        兩臺變速箱通常安裝在彈性襯底上以減小噪聲和振動影響。測試裝置復制上述彈性安裝的特點。但同時帶來的問題是，非固定式的安裝使得測試變速箱和反轉(zhuǎn)變速箱之間存在安裝校準問題。
       由于測試變速箱要求能夠快速安裝和移動，兩臺變速器之間需要一個滑動齒聯(lián)軸器。這種類型的聯(lián)軸器能夠快速提供高扭矩連接，但不能傳遞軸端所需的彎曲力矩。
       在螺旋千斤頂上安裝定位鎖能夠解決上述問題。當測試變速箱就位后，錐形銷插入聯(lián)軸器間來支撐兩臺變速箱的懸掛狀態(tài)。然后通過插銷和螺栓連接齒聯(lián)軸器，從而傳遞軸的扭矩。
      采用液壓制動收縮盤 （Ringfedder 制造）來連接齒聯(lián)軸器和測試變速箱的輸入軸，縮短了安裝時間。
        測試臺的地面安裝還存在兩個問題。第一，由于不具備地面安裝條件，測試臺沒有動力隔離；第二，測試地點在輪式驅(qū)動電機裝配線周圍，噪聲干擾是一個很大的問題。
       將大型鋼結(jié)構(gòu)直接置于工廠地面的隔離墊層上就能很好地解決安裝基座的問題。結(jié)構(gòu)基座在兩天內(nèi)安裝完畢，為測試提供了驅(qū)動線所需的堅固、無振動的環(huán)境。圖2 顯示了布局概念。
       圖中還顯示了，電機安裝在隔離噪聲的圍欄內(nèi)，并與外部的強制風冷系統(tǒng)連接。這一結(jié)構(gòu)將測試和工廠地面與噪聲、冷卻系統(tǒng)的電機隔離開。

 
圖3 – 總體布局
       數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用的是美國國家儀器的FieldPoint 系統(tǒng)，帶有自定義軟件，操作非常簡單。GE 測試技術(shù)人員快速掌握了控制技術(shù)，能夠高效地完成驗收測試及文檔結(jié)果處理。

全文詳細內(nèi)容請見《工控觀察》200904期

http://magazine.gongkong.com/e_magazine/2009/0904/index.htm