风电制动器惯性台架的研究

【摘要】：风力发电机组在超风速、故障排除及日常维护等工况需要停机制动，而且风电制动器在高空作业更换维修不便，这要求风电制动器具备优异的制动性能及高可靠性。近两年，我国风电行业经历了井喷期，已安装的风电机组比较粗糙，故障率相对较高，所以，制造性能优异的风电制动器显得尤为重要。而，制动器惯性台架是检测制动器性能最直接最有效的设备。至今，市场上还没有风电制动器惯性台架，设计性能良好的风电制动器惯性台架具有重要的理论价值和实际应用价值。本课题系统研究设计了风电制动器惯性台架本体，包括等效惯量计算方法的确定、惯性飞轮有限元分析、主驱动电机的讨论选择，各部分结构设计、性能计算，实验测试等。主要工作成果如下： （1）给出了风电机组等效惯量计算方法。相对汽车、工业制动器惯性台架，风电台架等效惯量的确定比较复杂，涉及到风轮气动力矩及风叶惯量的计算，给等效惯量的计算带来很大困难。本文将其合理简化，即，在忽略叶片复杂材料结构、几何攻角、冲角变化等次要因素，并参考经验数据修正叶片重心位置，给出了简化的计算方法，经验证该方法是可行的。 （2）给出了惯性飞轮的有限元强度分析及飞轮组的组合优化。惯性飞轮的结构强度直接关系到惯性台架工作安全和性能可靠，本文采用Inventor软件，考虑飞轮工作的额定转速和超速125%转速等工况，对惯性飞轮结构强度进行有限元分析。给出了分析结果，惯性飞轮能够满足规定工况下的性能要求，而且对飞轮几何结构的进一步优化提出了建议。 （3）给出了风电惯性台架主驱动电机的选择方法。风电机组等效惯量比较大，按照传统惯性台架主驱动电机的计算方法，所选择的电机容量太大；针对这个问题，本文给出了解决办法-加固电机传动部分、增加电机输出转矩：在不改变电机容量前提下增加电机的输出转矩，减小惯性台架的升速时间，以满足测试试验中的制动周期要求，以合适容量的电机满足惯性台架的动力要求。 （4）对惯性台架进行了试验测试及其分析。包括对原装制动器进行制动性能测试，对测试数据进行分析，给出制动测试过程中制动力矩、摩擦系数等变化曲线；该惯性台架惯性试验可以给出不同负荷下的制动时间、摩擦系数、摩擦片和制动盘温度、以及制动力矩等制动器各性能参数的检测、采集和分析,以及检验风电制动器在高温情况下是否出现力矩衰退以及其他制动效能情况。 （5）该惯性台架不仅可以对风电制动器进行制动性能测试检验，而且可以对工业制动器进行制动性能测试检验，以及具有静力矩试验测试功能。 本文给出的风电机组等效惯量的计算方法以及主驱动电机的选择方法，属原创性内容，为风电领域相关知识规则的制定和完善提供了理论参考和具实际应用价值。 【关键词】：风电 惯性台架 转动惯量 惯性飞轮
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题的提出及研究意义10-11
• 1.2 部分相关技术基础11-17
• 1.2.1 摩擦衬片材料性能要求11-12
• 1.2.2 制动器的评价指标和性能要求12-14
• 1.2.3 制动器台架试验14-15
• 1.2.4 摩擦磨损试验15
• 1.2.5 台架测量常用物理量15-17
• 1.3 国内外发展历史和现状17-18
• 1.3.1 实验台架的发展历史和现状17
• 1.3.2 风电机械制动系统的发展历史和现状17-18
• 1.3.3 风电模拟惯量所涉及的部分知识18
• 1.4 研究目标18-20
• 1.5 基本内容20
• 1.6 风电机组等效惯量计算模型的说明20-22
• 第2章 惯性台架试验机及其设计原理22-28
• 2.1 我国制动器惯性台架的分类与类型选择22-24
• 2.1.1 我国现有制动器惯性台架的类型22
• 2.1.2 常用惯性台架的主要技术参数22-23
• 2.1.3 现有台架功能23-24
• 2.1.4 惯性台架的类型选择24
• 2.2 台架设计原理24-28
• 2.2.1 机械模拟惯性台架工作原理25
• 2.2.2 机械模拟惯性台架飞轮组设计、电机选择等25-28
• 第3章 风电机组等效惯量确定方法研究与飞轮组合优化设计28-50
• 3.1 风电机组制动分析28-33
• 3.1.1 制动情况28-29
• 3.1.2 制动力矩29-33
• 3.2 机械模拟惯性台架的工作原理33-35
• 3.3 等效惯量确定35-44
• 3.3.1 大飞轮转动惯量 J 的确定36-39
• 3.3.2 风轮角减速度ε的计算方法39
• 3.3.3 制动力矩TB 的讨论39-43
• 3.3.4 等效惯量的计算方法43-44
• 3.4 飞轮组优化设计44-46
• 3.5 风电惯性台架飞轮强度分析46-50
• 3.5.1 飞轮设计46
• 3.5.2 飞轮强度分析46-49
• 3.5.3 本节讨论与结论49-50
• 第4章 风电惯性台架的设计50-66
• 4.1 惯性台架技术参数50-51
• 4.1.1 技术要求及参数50
• 4.1.2 主要技术指标要求50-51
• 4.2 惯性台架的设计51-66
• 4.2.1 惯量的确定52-53
• 4.2.2 主驱动电机的选择53-58
• 4.2.3 主惯量部分58-60
• 4.2.4 支撑系统60
• 4.2.5 试件工作台系统60-61
• 4.2.6 测量控制系统61-63
• 4.2.7 气液压系统63-64
• 4.2.8 静力矩系统64
• 4.2.9 排尘冷却制冷系统64-65
• 4.2.10 紧急制动系统65-66
• 第5章 风电惯性台架的安装调试与测试结论66-74
• 5.1 试验机主机安装66
• 5.2 试验机电气安装66
• 5.3 试验机的调试66-69
• 5.3.1 紧急制动系统试机67
• 5.3.2 主轴系及主电机试机67-68
• 5.3.3 惯性飞轮装卸方法68-69
• 5.3.4 飞轮惯量的选择与操作69
• 5.4 测试试验与结论69-74
• 5.4.1 试验分析69-73
• 5.4.2 结论73-74
• 第6章 结论及展望74-78
• 6.1 结论74-75
• 6.2 不足与展望75-78
• 参考文献78-81
• 作者简介及科研成果81-82
• 致谢82

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