摘要：為了提高風力渦輪機效率，工程師們希望結合最佳的電子、機械設計，開發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電機的生產，決定在其美國賓夕法尼亞州的GE Transportation 工廠內設置關鍵變速箱裝配線。但該工廠內已有的設備都不具備對產品的測試能力。
在完成風力渦輪發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/扭矩測試及精確數據采集，如振動、噪聲、潤滑油溫度及齒輪嚙合關系等數據。
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現場，生產與測試之間將產生噪聲干擾，同時又缺少動力隔離或機器底座來支撐測試設備。公用工程系統也需要升級，以提供最大1.5 mW的驅動功率。
在達到以上要求后，還需要有經驗的GE 技術人員來操作測試設備，而非計算機工程師。因而，計算機控制的數據采集及控制系統必須具備高魯棒性，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格。待測單元（UUT）與同類變速箱連接，后者反轉運行，用于模擬風力渦輪的扭矩。整個測試臺由四臺GE 牽引發動機驅動和帶載，并由LabVIEW 進行控制。
Emprise 公司（NI 系統聯盟商）與發電站的制造商合作，開發了燃氣輪機和燃料電池，從而成功解決了所有測試問題。
技術實施
變速箱測試臺最關鍵的技術問題是模擬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備。因此，采用另一臺同樣的變速箱（旋轉方向相反）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 電機系統驅動固定變速箱的輸出軸，進而驅動被測試變速箱在一定的轉速和扭矩下工作。1.5 mW 發生器系統與被測試變速箱的輸出軸連接，模擬定量負載。
驅動電機頻率可變，交流供電由固態驅動控制。驅動將直流功率轉換為交流功率，這樣兩臺驅動的直流電路能夠互相連接，將產生功率看作負載，再反饋回驅動電機轉換器，以此來仿真風力渦輪發電機的輸入功率。
GE Transportation 還制造了輪式電機和驅動，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，驅動電機的阻斷功能可以有效模擬發電機的負載。
圖1 顯示了上述的閉環概念。反轉變速箱產生高扭矩，功率循環通過固態驅動器從發電機送到驅動電機。系統損耗由連接在公用電力線與驅動DC buss 之間的600 kW 轉換器補償。
圖2 – 閉環驅動/負載系統
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軸器。這種類型的聯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，錐形銷插入聯軸器間來支撐兩臺變速箱的懸掛狀態。然后通過插銷和螺栓連接齒聯軸器，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。
將大型鋼結構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。結構基座在兩天內安裝完畢，為測試提供了驅動線所需的堅固、無振動的環境。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，并與外部的強制風冷系統連接。這一結構將測試和工廠地面與噪聲、冷卻系統的電機隔離開。
圖3 – 總體布局
數據采集系統使用的是美國國家儀器的FieldPoint 系統，帶有自定義軟件，操作非常簡單。GE 測試技術人員快速掌握了控制技術，能夠高效地完成驗收測試及文檔結果處理。
全文詳細內容請見《工控觀察》200904期
http://magazine.gongkong.com/e_magazine/2009/0904/index.htm