專利名稱：一種扭矩測量裝置及該裝置的標定方法
技術領域：
本發明涉及測量設備技術領域，尤其涉及一種扭矩測量裝置及該裝置的標定方法。
背景技術：
目前，風力發電機組正朝超大容量、高智能化、高穩定性以及高可靠性方向發展。但是，國內的風電發電機組在風力資源、電網、零部件制造、機組故障等方面與國外的風力發電機組在開發時所依據的條件有比較大的差別。因此，大多數引進國外技術所開發的大型風力發電機組在國內風電場運行中會出現“水土不服”的情況，而且在安裝大型風力發電機組之前，由于國內還不具備足夠條件而無法對風力發電機組的性能進行地面試驗、檢測以及評估，這樣導致風力發電機組的制造商和用戶都無法確切掌握風力發電機組的工作特性，給進一步的自主研發帶來了比較大的困難。因此，大型風力發電機組試驗臺應運而生， 其目的可以在大型風力發電機組的研發、試驗、測試以及評估等方面提供較強的硬件支撐，同時還可以在風力發電機組的技術創新、改進優化以及故障診斷提供較強的技術支持，并且還能夠縮短風力發電機組的開發周期。大型風力發電機組試驗臺(為了描述方便下文均簡稱為試驗臺)為風力發電機組樣機試驗、型式試驗的重要設備，根據被試風力發電機組性能特點、工作載荷以及試驗項目，試驗臺的聯軸器與被試風力發電機組的輸入軸剛性連接，試驗臺中的加載系統對被試風力發電機組進行加載，使得被試風力發電機組按照給定的扭矩和轉速進行轉動，這樣試驗臺可以檢測被試機組在機械、電控和主控等方面的動態性能。因此，為了能夠準確地模擬被試機風力發電機組的實際工作載荷，就必須準確測試出作用在被試機組輸入軸的扭矩載荷和彎矩載荷。目前測量扭矩載荷可以采用直接測量的方法，即直接在試驗臺的聯軸器或被試風力發電機組的主軸的內外側粘貼應變片或光柵傳感器，但是試驗臺的聯軸器和被試風力發電機組的主軸均為重要承力構件，能夠承受較大的扭矩載荷，并能在極限工況載荷和長期疲勞載荷的作用下不發生破壞，這樣可能使得試驗臺的聯軸器或被試風力發電機組的主軸的內外側的局部應變值都非常小，導致測試靈敏度較低。因此可以通過去除材料來減小軸的外徑，這樣可以改變軸截面的抗扭截面系數，進而可以提高測試靈敏度，但是同時會導致試驗臺中的加載系統與被試風力發電機組間的扭轉剛度，進而使得整個傳動系統的動態特性改變。進一步為了不改變傳動系統的剛度，測量扭矩載荷的裝置可以采用例如圖I所示的力臂杠桿7，通常在風力發電機組5的固定端51安裝力臂杠桿7，使風力發電機組5受到的扭矩全部轉換到力臂杠桿7上，然后用力傳感器8測量垂直于力臂杠桿7端部作用力，這樣將扭矩的測量轉換成力的測量，雖然沒有改變整個傳動系統的剛度，但是風力發電機組固定端的設計、制造、以及與力臂杠桿的裝配難度比較大。
發明內容
本發明的實施例提供一種扭矩測量裝置及該裝置的標定方法，能夠保證整個傳動系統的剛度不變且使風力發電機組與扭矩測量裝置的裝配比較方便。為達到上述目的，本發明的實施例采用如下技術方案一種扭矩測量裝置，包括空心連接軸，所述空心連接軸內側的一端固定有第一過渡軸、相對的另一端固定有第二過渡軸，所述第一過渡軸和所述第二過渡軸之間固定有測量元件。其中，所述測量元件的一端連接有第一環形件、相對的另一端連接有第二環形件，所述第一環形件固定在所述第一過渡軸的一端，所述第二環形件固定在所述第二過渡軸的
一端。 優選地，所述測量元件的數量為四個，且所述測量元件沿環向均勻分布。本發明還提供了一種上述的扭矩測量裝置的標定方法，包括如下步驟采用標定設備對測量元件進行標定；將所述空心連接軸的外部安裝力臂杠桿，所述力臂杠桿上安裝測力傳感器；對所述杠桿施加載荷，并通過所述測力傳感器記錄輸入載荷以及通過所述測量元件記錄輸出載荷；重復多次上述第三個步驟，并記錄多個輸入載荷及相對應的多個輸出載荷；對所述多個輸入載荷和所述多個輸出載荷進行比較，得出所述輸入載荷和所述輸出載荷的對應關系，實現對所述扭矩測量裝置的標定。其中,所述輸入載荷和所述輸出載荷的對應關系為比例關系。本發明實施例提供的扭矩測量裝置及使用該裝置的測量方法中，包括空心連接軸，所述空心連接軸內側的一端固定有第一過渡軸、相對的另一端固定有第二過渡軸，所述第一過渡軸和所述第二過渡軸之間固定有測量元件，所述空心連接軸的一端可以直接連接試驗臺的聯軸器、另一端可以直接連接風力發電機組的輸入軸，在試驗臺的加載系統進行加載后，通過測量元件可以檢測到作用在風力發電機組的實際工作載荷，從而實現載荷的測量。這樣可以看出，本發明實施例可以避免改變風力發電機組的輸入軸的抗扭截面系數，從而保證了整個傳動系統的剛度；同時還可以使風力發電機組的輸入軸直接固定在空心連接軸的一端，這樣使得風力發電機組與扭矩測量裝置的裝配比較方便。
圖I為現有技術提供的扭矩測量裝置的示意圖；圖2為本發明實施例提供的扭矩測量裝置的示意圖；圖3為本發明實施例提供的扭矩測量裝置中測量元件與第一環形件和第二環形件的連接示意圖；圖4為本發明實施例提供的扭矩測量裝置的標定方法的流程示意圖。附圖標記I-空心連接軸，10、11-法蘭臺，2-第一過渡軸，3-測量元件，30-第一環形件，31-第二環形件，4-第二過渡軸,5-風力發電機組,50-輸入軸,51-固定端,60-聯軸器，7-力臂杠桿，8-力傳感器。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明實施例扭矩測量裝置及該裝置的標定方法進行詳細描述。應當明確，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。如圖2所示，為本發明的一個具體實施例。所述扭矩測量裝置包括空心連接軸1，所述空心連接軸I內側的一端固定有第一過渡軸2、相對的另一端固定有第二過渡軸4，所述第一過渡軸2和所述第二過渡軸4之間固定有測量元件3。本發明實施例提供的扭矩測量裝置及使用該裝置的測量方法中，包括空心連接軸1，所述空心連接軸I內側的一端固定有第一過渡軸2、相對的另一端固定有第二過渡軸4，所述第一過渡軸2和所述第二過渡軸4之間固定有測量元件3，所述空心連接軸I的一端可以直接連接試驗臺的聯軸器60、另一端可以直接連接風力發電機組的輸入軸50，在試驗臺的加載系統進行加載后，通過測量元件3可以檢測到作用在風力發電機組的實際工作載 荷，從而實現載荷的測量。這樣可以看出，本發明實施例可以避免改變風力發電機組的輸入軸50的抗扭截面系數，保證了整個傳動系統的剛度；同時還可以使風力發電機組的輸入軸直接固定在空心連接軸I的一端，這樣使得風力發電機組與扭矩測量裝置的裝配比較方便。此外，所述空心連接軸I的兩端可以均設有法蘭臺10和11，其中，空心軸一端的法蘭臺11與試驗臺的聯軸器60連接，另一端的法蘭臺10與風電發電機組的輸入軸50連接。結合圖2，本發明實施例中所述測量元件3的一端可以連接有第一環形件30、相對的另一端可以連接有第二環形件31，所述第一環形件30固定在所述第一過渡軸2的一端，所述第二環形件31固定在所述第二過渡軸4的一端。這樣可以看出該測量元件3為環式組合測量梁的結構。這是由于試驗臺在加載時，位于空心連接軸I內側的測量元件3同時產生扭矩和彎矩，為了提高扭矩的測量精確度，減小彎矩對扭矩的干擾，因此需要合理布置測量元件3，以方便對扭矩和彎矩進行分解、解耦，進而采用環式組合梁結構的測量元件3進行扭矩精確測量。如圖3所示，本發明實施例中優選地將所述測量元件3的數量布置為四個，且所述測量元件3沿環向均勻分布，這樣可以進一步有效地對扭矩和彎矩進行分解、解耦，進而減少彎矩對扭矩測量的干擾。需要說明的是，測量元件3與第一環形件30和第二環形件31可以采用整體加工成型或還可以采用螺栓、鉚接、焊接等方式實現緊固連接。另外，本發明實施例中在被試風力發電機組的測量點出處均切有凹槽，這樣可以使測量點處的應力集中，增大測量點的應變，進而可以提高測量元件3的測量靈敏度。如圖4所示，本發明實施例還提供了一種上述的扭矩測量裝置的標定方法，包括如下步驟S21，采用標定設備對測量元件進行標定；S22，將所述空心連接軸的外部安裝力臂杠桿，所述力臂杠桿上安裝測力傳感器；S23，對所述杠桿施加載荷，并通過所述測力傳感器記錄輸入載荷以及通過所述測量元件記錄輸出載荷；S24，重復多次上述第三個步驟，并記錄多個輸入載荷及相對應的多個輸出載荷；S25，對所述多個輸入載荷和所述多個輸出載荷進行比較，得出所述輸入載荷和所述輸出載荷的對應關系，實現對所述扭矩測量裝置的標定。這樣對扭矩測量裝置進行二次標定，可以實現麗· m量級的扭矩測試系統的精確標定，進而可以實現對MN · m量級的載荷的精確測量。 其中，所述輸入載荷和所述輸出載荷的對應關系為比例關系。
具體地，由于本發明實施例提供的扭矩測量裝置可以保證整個傳動系統的剛度，因此空心連接軸I的剛度和試驗臺聯軸器60的剛度保持相同，這樣當試驗臺的加載系統對風力發電機組試驗臺加載MN · m量級的載荷時，大部分載荷將沿空心軸傳遞到風力發電機組的輸入軸50，使風力發電機組的輸入軸50轉動，小部分的載荷通過第一過渡軸2或第二過渡軸4傳遞到測量元件3中，由于輸入載荷和輸出載荷為比例關系，這種將加載的載荷按照比例分別由空心連接軸I和第一過渡軸2或第二過渡軸4傳遞的測量方法可以稱為比例測量，又由于對于扭矩測量裝置進行比例標定，因此由測量元件3所測得的載荷為風力發電機組的實際工作載荷，進而可以精確地測量MN · m量級的載荷。以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種扭矩測量裝置，其特征在于，包括空心連接軸，所述空心連接軸內側的一端固定有第一過渡軸、相對的另一端固定有第二過渡軸，所述第一過渡軸和所述第二過渡軸之間固定有測量元件。
2.根據權利要求I所述的扭矩測量裝置，其特征在于，所述測量元件的一端連接有第一環形件、相對的另一端連接有第二環形件，所述第一環形件固定在所述第一過渡軸的一端，所述第二環形件固定在所述第二過渡軸的一端。
3.根據權利要求2所述的扭矩測量裝置，其特征在于，所述測量元件的數量為四個，且所述測量元件沿環向均勻分布。
4.一種權利要求1-3任一項所述的扭矩測量裝置的標定方法，其特征在于，包括如下步驟 采用標定設備對測量元件進行標定； 將所述空心連接軸的外部安裝力臂杠桿，所述力臂杠桿上安裝測力傳感器； 對所述杠桿施加載荷，并通過所述測力傳感器記錄輸入載荷以及通過所述測量元件記錄輸出載荷； 重復多次上述第三個步驟，并記錄多個輸入載荷及相對應的多個輸出載荷； 對所述多個輸入載荷和所述多個輸出載荷進行比較，得出所述輸入載荷和所述輸出載荷的對應關系，實現對所述扭矩測量裝置的標定。
5.根據權利要求4所述的扭矩測量裝置的標定方法，其特征在于，所述輸入載荷和所述輸出載荷的對應關系為比例關系。
全文摘要
本發明公開了一種扭矩測量裝置及該裝置的標定方法，涉及測量設備技術領域，為能夠保證整個傳動系統的剛度不變且使風力發電機組與扭矩測量裝置的裝配比較方便而發明。所述扭矩測量裝置包括空心連接軸，所述空心連接軸內側的一端固定有第一過渡軸、相對的另一端固定有第二過渡軸，所述第一過渡軸和所述第二過渡軸之間固定有測量元件。本發明主要用來測量扭矩載荷。
文檔編號G01L3/00GK102829907SQ201210296058
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月17日 優先權日2012年8月17日
發明者彭云 申請人:北京金風科創風電設備有限公司