劉宇鵬
摘要 面對日益嚴(yán)重的環(huán)境污染,和機械行業(yè)的競爭壓力,工廠想要在逆境中激流勇進,必須適應(yīng)環(huán)境,降低成本。大功率負(fù)載試驗設(shè)備能耗尤為突出,應(yīng)用低能耗交流變頻回饋技術(shù)的大功率負(fù)載設(shè)備的試驗?zāi)J?,必將成為企業(yè)在未來發(fā)展的關(guān)鍵。
【關(guān)鍵詞】大功率負(fù)載試驗 試驗設(shè)備 低能耗交流變頻回饋
風(fēng)力發(fā)電齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機組的關(guān)鍵部件,由于機組安裝在極端環(huán)境下,所處地理位置大部分都在山上或邊遠(yuǎn)地區(qū),裝機后一旦出現(xiàn)故障,哪怕是極為小的故障,都會造成極大的損失,故對其可靠性和使用壽命都提出了比一般機械高得多的要求。因此,齒輪箱維修后必須做120%的負(fù)載試驗,檢驗齒輪箱的可靠性。確保齒輪箱滿足設(shè)計要求,降低使用風(fēng)險。
為檢驗齒輪箱各機件的裝配和調(diào)整的質(zhì)量,連接緊固件的可靠程度,各潤滑區(qū)域的的潤滑狀態(tài)和密封情況,傳動系統(tǒng)的工作狀況,并對齒輪箱進行初步磨合,同時在負(fù)載情況下,對齒輪箱的各傳動副進行良好的磨合,避免不正常的磨損和破壞,驗證齒輪箱能否滿足設(shè)計要求和標(biāo)準(zhǔn),確保齒輪箱在實際使用時能滿足客戶的要求。
工廠將以“市場主導(dǎo)、創(chuàng)新驅(qū)動”為準(zhǔn)繩,充分利用軍工企業(yè)優(yōu)勢和軍品大修的寶貴經(jīng)驗,建成風(fēng)電齒輪箱試驗基地。實現(xiàn)齒輪箱的維修制造和試驗?zāi)芰?。通過對軍品試驗技術(shù)深度開發(fā),研發(fā)設(shè)計交流變頻回饋式多功能民品綜合試驗設(shè)備,實現(xiàn)了低能耗齒輪箱工況模擬,降低了試驗成本。
1 試驗設(shè)備的要求
風(fēng)電齒輪箱綜合試驗臺要求能對齒輪箱進行綜合性能試驗。要求達(dá)到以下試驗?zāi)繕?biāo):
(1)對齒輪箱進行空載試驗,初步檢查箱體的密封性和潤滑情況,對嚙合齒輪磨合運行,通過磨合使齒輪箱處于良好的運行狀況;
(2)實時檢測潤滑油路的清潔度,保證負(fù)載試驗時齒輪箱的潤滑;
(3)加載試驗:保證對齒輪箱以25%、50%、100%、120%的負(fù)載進行逐步加載試驗、并記錄箱體的各齒輪軸的振動指標(biāo)、油溫以及輸入轉(zhuǎn)速和加載扭距;再由專用分析軟件對采集的數(shù)據(jù)進行分析整理。
2 試驗設(shè)備的結(jié)構(gòu)
試驗設(shè)備主要由機械傳動部分、電控部分、液壓潤滑部分組成。
2.1 機械傳動部分
傳動部分作為試驗臺的主要部件,由動力系統(tǒng)、被試產(chǎn)品、負(fù)載系統(tǒng)組成。
動力系統(tǒng)采用一臺電機為驅(qū)動電機,主要為試驗臺提供動力輸出。動力由電機輸出后,經(jīng)過聯(lián)軸器、扭距轉(zhuǎn)速傳感器、軸承座后,通過萬向節(jié)輸入陪試箱輸入端,由陪試箱降速后為被試產(chǎn)品提供試驗轉(zhuǎn)速和扭矩;
另一臺電機作為負(fù)載電機,為試驗齒輪箱提供與輸入動力方向相反的載荷。實現(xiàn)逐步加載的目的。并安裝扭矩轉(zhuǎn)速傳感器測量載荷的數(shù)值。
其中,萬向聯(lián)軸器可保證將動力系統(tǒng)和負(fù)載系統(tǒng)產(chǎn)生的振動隔離,避免影響產(chǎn)品的試驗結(jié)果,提高試驗準(zhǔn)確度。
2.2 電控部分
由兩組試驗電源分別驅(qū)動兩臺電機,試驗電源采用靜止變頻電源,兩組試驗電源共用整流單元,發(fā)電機發(fā)出的電能經(jīng)過試驗電源反向整流為直流電后供電動機試驗電源的逆變單元使用,電網(wǎng)只需補充試驗設(shè)備的損耗。降低試驗設(shè)備試驗時的電能消耗。
扭矩轉(zhuǎn)速測量單元:采用TQ-665法蘭式扭矩傳感器測量。這種傳感器采用極其緊湊連接型式,能夠便捷的安裝于傳動系統(tǒng)中,并內(nèi)置了轉(zhuǎn)速測量單元。
2.3 液壓潤滑部分
液壓潤滑單元:采用模塊化的潤滑循環(huán)系統(tǒng),對測試產(chǎn)品進行獨立潤滑。通過潤滑循環(huán)系統(tǒng)可以快速將潤滑油進行循環(huán)冷卻。避免集中供油時潤滑油加熱時間長、壓力損失大等缺點。
3 試驗設(shè)備的加載方式
負(fù)載試驗設(shè)備中常用的加載方式主要有:水力加載、電渦流加載、磁力制動、交直流加載等。
水力加載是將原動機輸出的機械動能通過作功,轉(zhuǎn)換為水的勢能,消耗機械能,起到加載目的。前期投入少,使用方便,缺點是控制靈敏度低,不能實現(xiàn)負(fù)載瞬態(tài)控制,能量損耗大,試驗成本高;
電渦流加載是電磁應(yīng)用初期的加載方式,通過磁場進行加載。試驗時通過調(diào)節(jié)磁力的大小,控制加載載荷,利用磁力作功消耗原動機的能量實現(xiàn)加載目的;
磁力制動以磁粉為工作介質(zhì),調(diào)節(jié)激磁電流,改變磁粉的狀態(tài),達(dá)到控制制動或加載的目的。磁力制動設(shè)備輸出的轉(zhuǎn)矩與激磁電流成線性關(guān)系變化,與轉(zhuǎn)速或滑差無關(guān);
直流加載是將直流發(fā)電機發(fā)出的直流電經(jīng)逆變系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為交流電,并通過直流調(diào)速設(shè)備調(diào)節(jié)電機的電流來實現(xiàn)加載,控制原動機的旋轉(zhuǎn)速度和扭矩大小;
交流加載技術(shù)是在上世紀(jì)末逐步發(fā)展起來的新的加載方式。工作原理是將交流發(fā)電機發(fā)出的交流電經(jīng)變頻整流為直流電,然后通過逆變器轉(zhuǎn)化為交流電反饋至電網(wǎng)。交流變頻調(diào)速加載設(shè)備通過調(diào)節(jié)發(fā)電機的電流來控制驅(qū)動設(shè)備的轉(zhuǎn)速和扭矩。
綜上所述,水力加載、電渦流加載、磁力制動的設(shè)備價格相對便宜,但是這些加載裝置所使用能量不可以重新利用,使用成本太高。
直流式加載可以方便的控制轉(zhuǎn)速,但由于直流發(fā)電機換向器的影響,不適用于過高轉(zhuǎn)速運行,因此在旋轉(zhuǎn)速度過高的情況下,需要使用機械方式降速,最后導(dǎo)致設(shè)備體積過大,系統(tǒng)復(fù)雜且制造費用高。交流加載使用交流發(fā)電機,不僅具有直流加載的優(yōu)點,而且不存在使用換向器的問題,因而結(jié)構(gòu)簡單,無需保養(yǎng),制造成本降低且性能穩(wěn)定可靠。
隨著科技的發(fā)展,動力設(shè)備對傳動裝置性能要求的提高,對其試驗設(shè)備性能的要求也在逐步提高,水力加載和電力加載等落后的加載試驗技術(shù)正逐步淘汰。根據(jù)齒輪箱的試驗大綱的要求,綜合考慮各種加載方式的優(yōu)缺點,本試驗臺優(yōu)先選用交流變頻返饋式加載方式。
我廠設(shè)計的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱負(fù)載試驗臺采用共直流母線結(jié)構(gòu),由原動機帶動陪試箱旋轉(zhuǎn)驅(qū)動試驗箱,通過負(fù)載電機加載。負(fù)載發(fā)電機發(fā)出電能通過濾波回路濾波后,前端單元將濾波后的交流電轉(zhuǎn)換為母線上的直流電,由逆變單元控制完成電能的回饋使用。因此本試驗設(shè)備采用這種試驗方式,形成電能封閉加載,能量使用率很高,節(jié)能效果明顯。
4 總結(jié)
工廠經(jīng)過大量市場調(diào)研,結(jié)合自身設(shè)備、人力資源等各方面能力開發(fā),它與工廠軍品箱體試驗,技術(shù)同源、工藝相近、結(jié)構(gòu)相似,具備軍民融合項目典型的特征。同時建設(shè)此項目,有利于擴大企業(yè)規(guī)模,優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),使軍民兩用技術(shù)得到更大的發(fā)揮。
經(jīng)過實踐使用、成本分析后,比原先加載系統(tǒng)電能消耗節(jié)省70%,降低的試驗成本,提高工廠在齒輪箱維修行業(yè)的競爭力。
參考文獻(xiàn)
[1]李方園,通用變頻器共用直流母線方案的設(shè)計與應(yīng)用[J].電工技術(shù)雜志,2004.