專利名稱：一種用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種疲勞試驗(yàn)裝置，具體涉及一種用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各組成部分中，葉片是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的重要部件，其結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和穩(wěn)定性對(duì)風(fēng)力機(jī)組的可靠性起著重要作用。在葉片測試及認(rèn)證過程中，全尺寸結(jié)構(gòu)靜態(tài)測試可用于評(píng)價(jià)葉片的剛度及極限強(qiáng)度，葉片的設(shè)計(jì)使用壽命最少為二十年，在機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際過程中，由于葉片長期受到各種外界環(huán)境以及風(fēng)剪切力、湍流等動(dòng)態(tài)載荷的組合影響，可能產(chǎn)生疲勞破壞，因此，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其設(shè)計(jì)使用壽命取決于疲勞載荷而不是極限載荷，除對(duì)其進(jìn)行全尺寸結(jié)構(gòu)靜態(tài)測試外，還需對(duì)其施加循環(huán)疲勞載荷進(jìn)行全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞測試，以測試其耐疲勞強(qiáng)度。由于對(duì)葉片施加疲勞荷載時(shí)，葉片材料仍處于線彈性階段，荷載與變形成線性關(guān)系。因此目前普遍采用的疲勞試驗(yàn)技術(shù)主要以控制特定截面處變形來實(shí)現(xiàn)加載載荷的控制。疲勞試驗(yàn)的工作頻率主要以定頻的方式進(jìn)行，加載頻率與葉片的實(shí)際交變載荷具有較大差距，而且缺乏有效的葉片變形連續(xù)測量技術(shù)，導(dǎo)致實(shí)際加載載荷的準(zhǔn)確性難以保證，因此研發(fā)設(shè)計(jì)一套能實(shí)現(xiàn)葉片振幅、加載頻率及加載載荷協(xié)調(diào)控制的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗(yàn)裝置具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有疲勞試驗(yàn)技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，操作方便，可以通過控制加載截面處的振幅，達(dá)到控制葉片加載載荷的目的，實(shí)現(xiàn)振幅、加載頻率及加載載荷的協(xié)調(diào)控制，適用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)的裝置。技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如下一種用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗(yàn)裝置，它包括用于支撐試驗(yàn)風(fēng)電葉片的疲勞試驗(yàn)臺(tái)、對(duì)風(fēng)電葉片施加循環(huán)載荷的激振系統(tǒng)、以及過程監(jiān)測與記錄系統(tǒng)。作為優(yōu)選方案，以上所述的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗(yàn)裝置，所述風(fēng)電葉片與疲勞試驗(yàn)臺(tái)通過法蘭螺栓連接。作為優(yōu)選方案，以上所述的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗(yàn)裝置，所述激振系統(tǒng)包括安裝在葉片上的夾具和支架、裝配有減速機(jī)的伺服電機(jī)、安裝在減速機(jī)上的帶質(zhì)量塊的偏心輪及用來控制伺服電機(jī)的變頻器，所述的支架通過螺栓與夾具連接，裝配有減速機(jī)的伺服電機(jī)通過螺栓連接安裝在支架上，所述的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速由變頻器的輸出頻率控制。本實(shí)用新型提供的激振系統(tǒng)采用偏心輪旋轉(zhuǎn)激勵(lì)法，適用共振激勵(lì)法原理，通過將初始激勵(lì)頻率設(shè)定為葉片的固有振動(dòng)頻率，控制偏心輪轉(zhuǎn)速，激振裝置與葉片產(chǎn)生共振，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片施加交變恒幅荷載。并且激振系統(tǒng)中輸入的初始激勵(lì)頻率可以調(diào)節(jié)，偏心輪重量可以調(diào)節(jié)，該初始激勵(lì)頻率及偏心輪重量的大小對(duì)使葉片揮舞需要的加載載荷的大小有影響，對(duì)葉片特定截面處的振幅大小有影響，因此，通過調(diào)節(jié)初始激勵(lì)頻率或偏心輪重量的大小,可以調(diào)節(jié)或確定加載載荷的大小。本實(shí)用新型提供的激振系統(tǒng)，其中所述變頻器輸出頻率設(shè)置主要依據(jù)風(fēng)電葉片在裝配激振系統(tǒng)后在 車舞方向振動(dòng)的固有頻率。并且所述風(fēng)電葉片在揮舞方向振動(dòng)的固有頻率可通過頻率測試裝置預(yù)先測試而確定。作為優(yōu)選方案，以上所述的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗(yàn)裝置，所述過程監(jiān)測與記錄系統(tǒng)包括用于采集位移數(shù)據(jù)變化的激光位移傳感器及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、處理、監(jiān)控的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述的激光位移傳感器安裝固定在風(fēng)電葉片加載截面下方，所述激光位移傳感器通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化接口連接在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上。 本實(shí)用新型所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、風(fēng)電葉片加載截面處位移變化曲線及振幅的實(shí)時(shí)顯示與存儲(chǔ)，以及風(fēng)電葉片揮舞次數(shù)的實(shí)時(shí)顯示與累計(jì)。該系統(tǒng)不僅可以通過設(shè)置初始激勵(lì)頻率或調(diào)節(jié)偏心輪重量，來控制加載截面處的振幅，達(dá)到控制葉片加載載荷的目的，實(shí)現(xiàn)振幅、加載頻率及加載載荷的協(xié)調(diào)控制，同時(shí)可以通過監(jiān)控加載截面處的振幅變化，來監(jiān)測疲勞試驗(yàn)過程中葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度的變化。有益效果本實(shí)用新型提供的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗(yàn)裝置和現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型提供的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗(yàn)裝置，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，操作方便，可以通過控制特定截面處的振幅，達(dá)到控制葉片加載載荷的目的，實(shí)現(xiàn)振幅、力口載頻率及加載載荷的協(xié)調(diào)控制，從而通過實(shí)現(xiàn)葉片加載截面處振幅變化的精確測量，保證葉片疲勞加載載荷的精確控制，該疲勞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)1-5MW風(fēng)電葉片的疲勞試驗(yàn)，適用范圍廣泛，而且運(yùn)行成本低、運(yùn)行過程平穩(wěn)。

圖I是本實(shí)用新型所述的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍，在閱讀了本實(shí)用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。如圖I所示，一種用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗(yàn)裝置，它包括用于支撐試驗(yàn)風(fēng)電葉片(2)的疲勞試驗(yàn)臺(tái)(I)、對(duì)風(fēng)電葉片(2)施加循環(huán)載荷的激振系統(tǒng)、以及過程監(jiān)測與記錄系統(tǒng)。所述風(fēng)電葉片(2)與疲勞試驗(yàn)臺(tái)(I)通過法蘭螺栓連接。以上所述的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗(yàn)裝置，所述激振系統(tǒng)包括安裝在葉片上的夾具(3-1)和支架(3-2)、裝配有減速機(jī)的伺服電機(jī)(3-3)、安裝在減速機(jī)上的帶質(zhì)量塊的偏心輪(3-4)及用來控制伺服電機(jī)(3-3)的變頻器(3-5)，所述的支架(3-2)通過螺栓與夾具(3-1)連接，裝配有減速機(jī)的伺服電機(jī)(3-3)通過螺栓連接安裝在支架(3-2)上。以上所述的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗(yàn)裝置，所述過程監(jiān)測與記錄系統(tǒng)包括用于采集位移數(shù)據(jù)變化的激光位移傳感器(4-1)及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、處理、監(jiān)控的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(4-2)，激光位移傳感器(4-1)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(4-2)通過專用信號(hào)線或無線傳輸相連。以上所述的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗(yàn)裝置，所述的激光位移傳感器(4-1)安裝固定在風(fēng)電葉片(2)加載截面下方，所述激光位移傳感器(4-1)通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化接口連接在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(4-2)上。測試固有頻率，計(jì)算風(fēng)電葉片(2)加載界面處的振幅，設(shè)置變頻器(3-5)輸出頻率為風(fēng)電葉片(2)固有頻率，啟動(dòng)激振系統(tǒng)，同時(shí)開啟數(shù)據(jù)監(jiān)測與記錄系統(tǒng)，顯示與記錄風(fēng)電葉片(2)振動(dòng)次數(shù)、加載界面處位移變化曲線、加載界面處振幅等數(shù)據(jù)，通過調(diào)節(jié)偏心輪(3-4)重量或變頻器(3-5)輸出頻率，使加載界面處振幅達(dá)到計(jì)算值。 本實(shí)用新型提供的試驗(yàn)裝置實(shí)際使用時(shí)，將測試葉片(2)通過法蘭螺栓固定在疲勞試驗(yàn)臺(tái)(I)上，通過在葉片(2)加載截面處安裝偏心輪(3-4)激振器，應(yīng)用共振激勵(lì)法對(duì)葉片(2)施加循環(huán)激勵(lì)載荷；其次，設(shè)計(jì)并建立風(fēng)電葉片(2)疲勞試驗(yàn)過程監(jiān)測及記錄系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)葉片(2)加載截面處振動(dòng)位移變化曲線的時(shí)時(shí)顯示與記錄，以及葉片振動(dòng)次數(shù)的累計(jì)與記錄，并通過控制加載截面處的振幅，達(dá)到控制葉片加載載荷的目的，實(shí)現(xiàn)振幅、力口載頻率及加載載荷的協(xié)調(diào)控制，同時(shí)可以通過監(jiān)控特定截面處的位移變化，來監(jiān)測疲勞試驗(yàn)過程中葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度的變化。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于，它包括用于支撐試驗(yàn)風(fēng)電葉片(2)的疲勞試驗(yàn)臺(tái)(I)、對(duì)風(fēng)電葉片(2)施加循環(huán)載荷的激振系統(tǒng)、以及過程監(jiān)測與記錄系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述風(fēng)電葉片(2)與疲勞試驗(yàn)臺(tái)(I)通過法蘭螺栓連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述激振系統(tǒng)包括安裝在葉片上的夾具(3-1)和支架(3-2)、裝配有減速機(jī)的伺服電機(jī)(3-3)、安裝在減速機(jī)上的帶質(zhì)量塊的偏心輪(3-4)及用來控制伺服電機(jī)(3-3)的變頻器(3-5)，所述的支架(3-2)通過螺栓與夾具(3-1)連接，裝配有減速機(jī)的伺服電機(jī)(3-3)通過螺栓連接安裝在支架(3-2)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述過程監(jiān)測與記錄系統(tǒng)包括用于采集位移數(shù)據(jù)變化的激光位移傳感器(4-1)及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、處理、監(jiān)控的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(4-2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的激光位移傳感器(4-1)安裝固定在風(fēng)電葉片(2)加載截面下方，所述激光位移傳感器(4-1)通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化接口連接在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(4-2)上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗(yàn)裝置，它包括用于支撐試驗(yàn)風(fēng)電葉片(2)的疲勞試驗(yàn)臺(tái)(1)、對(duì)風(fēng)電葉片(2)施加循環(huán)載荷的激振系統(tǒng)、以及過程監(jiān)測與記錄系統(tǒng)。該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，操作方便，可以通過控制加載截面處的振幅，達(dá)到控制葉片加載載荷的目的，實(shí)現(xiàn)振幅、加載頻率及加載載荷的協(xié)調(diào)控制，從而通過實(shí)現(xiàn)葉片加載截面處振幅變化的精確測量，保證葉片疲勞加載載荷的精確控制，該疲勞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)1-5MW風(fēng)電葉片的疲勞試驗(yàn)，適用范圍廣泛，而且運(yùn)行成本低、運(yùn)行過程平穩(wěn)。
文檔編號(hào)G01M13/00GK202710300SQ20122038110
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者劉永, 劉衛(wèi)生, 喬光輝, 李忠祥, 徐陽, 武莉萍 申請人:連云港中復(fù)連眾復(fù)合材料集團(tuán)有限公司