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摘要：為了提高風(fēng)力渦輪機(jī)效率，工程師們希望結(jié)合最佳的電子、機(jī)械設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)出高成本效益的解決方案。
       GE Wind Energy 公司希望拓展風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)，決定在其美國(guó)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(duì)產(chǎn)品的測(cè)試能力。
       在完成風(fēng)力渦輪發(fā)電塔的裝載和安裝前，必須對(duì)變速箱的性能進(jìn)行校驗(yàn)。校驗(yàn)要求變速箱以最大功率全速運(yùn)行，以此來(lái)完成速度/扭矩測(cè)試及精確數(shù)據(jù)采集，如振動(dòng)、噪聲、潤(rùn)滑油溫度及齒輪嚙合關(guān)系等數(shù)據(jù)。
       由于測(cè)試過(guò)程中測(cè)試變速箱需要快速移動(dòng)，使得問(wèn)題進(jìn)一步復(fù)雜化。此外，測(cè)試地點(diǎn)為主要生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，生產(chǎn)與測(cè)試之間將產(chǎn)生噪聲干擾，同時(shí)又缺少動(dòng)力隔離或機(jī)器底座來(lái)支撐測(cè)試設(shè)備。公用工程系統(tǒng)也需要升級(jí)，以提供最大1.5 mW的驅(qū)動(dòng)功率。
        在達(dá)到以上要求后，還需要有經(jīng)驗(yàn)的GE 技術(shù)人員來(lái)操作測(cè)試設(shè)備，而非計(jì)算機(jī)工程師。因而，計(jì)算機(jī)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(cè)試平臺(tái)對(duì)1.5mW 變速箱進(jìn)行事后檢修，能夠測(cè)定振動(dòng)和聲學(xué)特性，同時(shí)校驗(yàn)輸出速度和載荷需求是否符合規(guī)格。待測(cè)單元（UUT）與同類變速箱連接，后者反轉(zhuǎn)運(yùn)行，用于模擬風(fēng)力渦輪的扭矩。整個(gè)測(cè)試臺(tái)由四臺(tái)GE 牽引發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和帶載，并由LabVIEW 進(jìn)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(kāi)發(fā)了燃?xì)廨啓C(jī)和燃料電池，從而成功解決了所有測(cè)試問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)施
      變速箱測(cè)試臺(tái)最關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題是模擬578,000 lb-ft、18 rpm 的風(fēng)力渦輪輸入，風(fēng)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(tái)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(cè)試變速箱與另一臺(tái)固定安裝的風(fēng)力渦輪變速箱的輸入軸相連，由1.5 mW 電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)固定變速箱的輸出軸，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)被測(cè)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(cè)試變速箱的輸出軸連接，模擬定量負(fù)載。
      驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻率可變，交流供電由固態(tài)驅(qū)動(dòng)控制。驅(qū)動(dòng)將直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率，這樣兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)的直流電路能夠互相連接，將產(chǎn)生功率看作負(fù)載，再反饋回驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)換器，以此來(lái)仿真風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的輸入功率。
      GE Transportation 還制造了輪式電機(jī)和驅(qū)動(dòng)，用于露天采礦卡車及機(jī)車。分析顯示兩臺(tái)GEB-16A4 型輪式電機(jī)能夠?yàn)闇y(cè)試提供要求的速度、扭矩及功率。同樣地，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的阻斷功能可以有效模擬發(fā)電機(jī)的負(fù)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(guò)固態(tài)驅(qū)動(dòng)器從發(fā)電機(jī)送到驅(qū)動(dòng)電機(jī)。系統(tǒng)損耗由連接在公用電力線與驅(qū)動(dòng)DC buss 之間的600 kW 轉(zhuǎn)換器補(bǔ)償。

圖2 – 閉環(huán)驅(qū)動(dòng)/負(fù)載系統(tǒng)
        兩臺(tái)變速箱通常安裝在彈性襯底上以減小噪聲和振動(dòng)影響。測(cè)試裝置復(fù)制上述彈性安裝的特點(diǎn)。但同時(shí)帶來(lái)的問(wèn)題是，非固定式的安裝使得測(cè)試變速箱和反轉(zhuǎn)變速箱之間存在安裝校準(zhǔn)問(wèn)題。
       由于測(cè)試變速箱要求能夠快速安裝和移動(dòng)，兩臺(tái)變速器之間需要一個(gè)滑動(dòng)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(wèn)題。當(dāng)測(cè)試變速箱就位后，錐形銷插入聯(lián)軸器間來(lái)支撐兩臺(tái)變速箱的懸掛狀態(tài)。然后通過(guò)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(dòng)收縮盤(pán) （Ringfedder 制造）來(lái)連接齒聯(lián)軸器和測(cè)試變速箱的輸入軸，縮短了安裝時(shí)間。
        測(cè)試臺(tái)的地面安裝還存在兩個(gè)問(wèn)題。第一，由于不具備地面安裝條件，測(cè)試臺(tái)沒(méi)有動(dòng)力隔離；第二，測(cè)試地點(diǎn)在輪式驅(qū)動(dòng)電機(jī)裝配線周圍，噪聲干擾是一個(gè)很大的問(wèn)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(wèn)題。結(jié)構(gòu)基座在兩天內(nèi)安裝完畢，為測(cè)試提供了驅(qū)動(dòng)線所需的堅(jiān)固、無(wú)振動(dòng)的環(huán)境。圖2 顯示了布局概念。
       圖中還顯示了，電機(jī)安裝在隔離噪聲的圍欄內(nèi)，并與外部的強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)連接。這一結(jié)構(gòu)將測(cè)試和工廠地面與噪聲、冷卻系統(tǒng)的電機(jī)隔離開(kāi)。

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

全文詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)見(jiàn)《工控觀察》200904期

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