CN105571503A - 一种风电叶片竖向静力加载双向位移变形的精准测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电叶片竖向静力加载双向位移变形的精准测量方法及装置，其特征在于：在叶片被测点<i>o</i>左下方和右下方各放置一个位移测量装置（3）和（4），竖向位移测量装置采用球铰接结构悬挂在叶片夹具上，由于重力作用，激光点方向始终垂直于地面；测出两个位移测试装置与叶片被测点<i>o</i>的距离，测出被测点<i>o</i>与地面的垂直距离；对风电叶片进行静力试验加载到额定载荷，被测点<i>o</i>扭转到另一平面位置，测出叶片变形后两个位移测量装置与被测点的距离，并测出被测点与地面的垂直距离，两次垂直距离相减可精确地获得竖向（y向）位移变形量；根据勾股定理计算的边长<i>bp</i>和的边长，根据海伦公式计算的高，再利用勾股定理计算出的边长<i>bn</i>，即可精确计算出叶片在水平方向（x向）的变形量。

Description

一种风电叶片竖向静力加载双向位移变形的精准测量方法及 装置

技术领域

本发明属于试验测试方法领域，特别是指一种用于风电叶片竖向静力加载试验中对测点双向变形同时进行精准测量的方法和装置。

背景技术

近年来，随着风电技术的健康快速发展，对叶片结构试验的可靠性提出了更高要求。风电叶片全尺寸静力加载试验作为验证其结构强度和稳定性是否满足要求的一种重要方法，是获得行业认证的必备试验之一。但是风电叶片属于不规则结构件，在进行静力加载试验时，叶片自身会发生不规则的空间扭转变形，双向（水平方向和竖直方向）的变形难以准确测量。传统的测量方法均假设叶片没有发生扭转，即认为叶片变形前后被测点在同一个平面内，这种测试方法存在着很大的测试误差，严重影响着测量结果的准确性。

发明内容

目前风电叶片进行全尺寸静力试验时，竖直方向变形量的常用测试方法如图1所示，试验之前位移测试装置与叶片测点之间的连线om与地面垂直，其中om为试验之前，测点o与地面的垂直距离，但当叶片变形后，位移测试装置与叶片测点的连线与地面并不垂直；另外由于叶片发生不规则扭转变形，测点与测点o也根本不在同一平面上，所以采用并不是叶片在竖直方向的精准变形量，使用该方法测量的竖直方向误差非常大；而对于叶片在水平方向的精准变形量还未见有相关参考方法。

本发明针对风电叶片竖向静力试验中如何进行双向位移变形精准测量存在的问题，提出了一种崭新的精确测量方法及装置，能简单、有效地解决上述问题。

本发明通过下述技术方案来实现：

一种风电叶片竖向静力加载双向位移变形的精准测量方法及装置，测量方法如下：

（一）、将风电叶片通过若干高强度螺栓固定在筒型加载支座上；

（二）、在被测点o左下方和右下方地面上分别固定一个位移测试装置和，在被测点o上采用球铰接结构连接一根双球头连接杆，连接杆的另一端也采用球铰接结构连接一块方型连接板，连接板通过四个螺栓对称连接一个激光测距仪，如图2所示；激光测距仪的激光点始终垂直打在地面上，记作点p，测出被测点o与激光点p的初始距离op，测出位移测试装置和叶片被测点o的距离oa，测出位移测试装置（4）和叶片被测点o的距离ob，测出位移测量装置之间的距离ab；

（三）、三个位移测量装置均通过信号线连接到现场的监控系统，如图4所示；

（四）、对叶片进行静力试验加载到设定载荷，所述叶片被测点o的位置移动到，激光点位置由p点移动到，o与不在同一平面上，o点和p点在平面ABCD上，和在平面上；

（五）、测出被测点与地面的垂直距离，得出测点o在竖向y方向的精确变形值：；

（六）、测出位移测试装置和叶片被测点的距离，位移测试装置和叶片被测点的距离，作⊥ab，垂点为n，pn的长度就是测点o在水平x方向的精准变形量。

测点o在水平x方向的精确变形量计算具体包括如下步骤：

步骤1：根据勾股定理计算三角形∆bop的水平边长bp，计算公式如下：

的边长bp计算：

步骤2：根据海伦公式和勾股定理计算的水平边长bn，计算公式如下：

的边长计算：

的边长计算：

的周长d计算：

的面积s计算：

的高计算：

的边长bn计算：

步骤3：最终，测点o在水平x方向的精准变形计算：

作为可选方式，上述的一种风电叶片竖向静力加载双向位移变形的精准测量方法及装置，其特征在于：两个位移测量装置分别位于叶片被测点的左下方和右下方，且两者的距离不小于叶片变形后被测点在水平方向产生的位移；激光测距仪悬挂在叶片被测点o的下方，叶片变形后被测点在竖直方向产生的变形小于位移测试装置与被测点o的初始距离。

作为可选方式，上述的一种风电叶片竖向静力加载双向位移变形的精准测量方法及装置，在叶片变形过程中，由于重力作用，连接杆、连接板和激光测距仪始终在一条中轴线上，并且始终与地面垂直。

作为可选方式，上述的一种风电叶片竖向静力加载双向位移变形的精准测量方法及装置，在叶片变形过程中，连接杆与叶片夹具的中心线始终不垂直。

作为可选方式，上述的一种风电叶片竖向静力加载双向位移变形的精准测量方法及装置，所述叶片被测点o与位移测试装置之间通过钢丝绳连接，所述激光测距仪与地面之间非接触，激光点垂直打在地面上。

作为可选方式，上述的一种风电叶片竖向静力加载双向位移变形的精准测量方法及装置，通过拉绳式位移传感器测得钢丝绳oa和ob的长度值，采用激光测距仪测得与地面的垂直距离op。

作为可选方式，上述的一种风电叶片竖向静力加载双向位移变形的精准测量方法及装置，能同时精准测量风电叶片或者非规则样件在发生扭转变形时在水平方向与竖直方向的变形量。

作为可选方式，上述的一种风电叶片竖向静力加载双向位移变形的精准测量方法及装置，所述被测点o、位移测试装置、激光测距仪位于同一平面ABCD内；叶片变形后，被测点扭转到另一平面内。

上述的位移测量装置，激光测距仪通过4个螺栓对称固定在方型连接板上，连接杆的一端通过球头连接在叶片夹具下面，另外一端也采用球铰接与方型连接板相连。

上述的监控系统，所述两个拉绳式位移传感器和激光测距仪和控制器组成。拉绳式位移传感器通过信号线将模拟量信号传输给控制器，激光测距仪通过RS485总线将数字信号传给控制器，控制器与人机界面通过RS485总线进行双向数据传输，在人机界面上同时将双向位移变化量显示、存储。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

传统方式在叶片加载试验变形后，叶片测点与位移测试装置的连线与地面并不垂直；另外由于叶片发生不规则扭转变形，测点与测点o根本不在同一平面上，所以采用并不是叶片在竖直方向的精准变形量，导致测量误差非常大。相比传统的测量方式，使用该方法能通过空间几何精确地测量出被测点在水平x和竖向y的变形量，适应于风电叶片或者其他长梁物件发生不规则扭转变形时的水平和竖向变形测量，易于在工程应用中推广。

附图说明

图1为传统的叶片竖向位移变形测试方法示意图；

图2为本发明中实现双向位移精准测试的结构示意图；

图3为本发明中实现双向位移精准测试的空间几何计算示意图；

图4为本发明中实现双向位移精准测试的控制结构示意图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实例，对本发明进行进一步详细说明。应该理解，此处所描述的具体实例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其它等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

对图2结构的组成部分进行描述： 1为筒型加载支座，叶片根部通过高强度螺栓被固定在上面；2为风电叶片；3为位移测试装，为30m拉绳式位移传感器，输出信号为模拟量信号4为位移测量装置，也为30m拉绳式位移传感器，模拟量信号输出；5为叶片夹具，与叶片之间通过木鞍连接；6为双球头连接杆，两头均为球头结构，用于连接竖向位移测量装置；7为方型连接板；8为螺栓、用于连接激光测距仪和方型连接板（7）；9为激光测距仪；10为位移测量装置（3）的钢丝绳；11为位移测量装置（4）的钢丝绳。

叶片进行静力加载试验之前，在叶片2被测点o左下方和右下方的地面上分别固定一个位移测试装置，在叶片夹具下方悬挂一个竖向位移测量装置，竖向位移测量装置中的激光测距仪打出的激光点垂直于地面，如图2所示；所述的两个位移测试装置与叶片测点o在同一平面内，共同组成一个三角形∆oab，如图3所示；如图3对叶片进行静力试验加载到额定载荷，测出此时位移测试装置与被测点的距离，同时测出叶片变形后测点和地面的垂直距离；叶片变形前后激光测距仪测量的数值变化就是被测点o在竖向y方向的变形量；如图3根据勾股定理计算∆bop的边长bp和的边长，根据海伦公式计算的高，再利用勾股定理计算出的边长nb，两者相减计算出叶片在水平方向的精准变形。竖向位移测试装置通过球铰接结构悬挂在叶片夹具下方，打出的激光点始终垂直于地面；激光测距仪和拉绳位移传感器通过信号线连接到控制器，控制器通过RS485总线与人机界面进行双向通信；与现有技术相比，本发明的测试方法和测量装置简单、操作容易、能同时精准测出两个方向的变形量、易于在工程应用中得到推广。

具体实施步骤如下：

（一）、按照静力试验大纲要求，将风电叶片通过若干高强度螺栓安装在筒型试验支座上；

（二）、在叶片被测点o左下方和右下方的地面上分别固定一个位移测试装置和位移测试装置，在被测点o上悬挂一个竖向位移测量装置，测量装置的激光点垂直打在地面上，记作点p，测出被测点o与地面的垂直距离op，测出位移测试装置和叶片被测点o的距离oa，测出位移测试装置和叶片被测点o的距离ob，测出两个位移测试装置的距离ab；

（三）、三个位移测量装置均通过信号线连接到现场的监控系统，将测量数据实时显示并存储，如图4所示；

（四）、对叶片进行静力试验加载到设定载荷，所述叶片被测点的位置由o点扭转到，激光点位置由p点移动到点，o点和点不在同一平面上，o点和p点在平面ABCD上，和在平面上；

（五）、测出叶片变形后被测点与地面的垂直距离，此时被测点o在竖向y方向的精确位移变化量：；

（六）、测出叶片变形后位移测试装置和叶片被测点的距离，位移测试装置和叶片被测点的距离，在中，作⊥ab，垂点为n，pn长度就是测点o变形后精准的水平距离。

测点o在水平x方向的精确变形量计算具体包括如下步骤：

步骤1：根据勾股定理计算三角形∆bop的水平边长bp，计算公式如下：

的边长bp计算：

步骤2：根据海伦公式和勾股定理计算的水平边长bn，计算公式如下：

的边长计算：

的边长计算：

的周长d计算：

的面积s计算：

的高计算：

的边长bn计算：

步骤3：最终，测点o在水平x方向的精准变形量计算：

使用该测量方法，能同时精准地测量风电叶片及相似长梁物件发生扭转变形时在水平x和垂直y方向的变形量。测点o和被测点不一定位于同一平面内，即使试验构件发生空间不规则扭转变形，也能同时精确测量出被测点在两个方向的变形量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.其特征在于：测试方法如下：

（一）将风电叶片（2）通过若干个高强度螺栓固定在筒型加载支座（1）上；

（二）在叶片被测点o左下方和右下方的地面上分别固定一个位移测试装置（3）和位移测试装置（4），在被测点o上悬挂一个竖向位移测量装置，由于重力作用，竖向位移测量装置的激光点方向始终垂直于地面，记作点p，测出被测点o与地面的距离op，测出位移测试装置（3）和叶片被测点o的距离oa，测出位移测试装置（4）和叶片被测点o的距离ob，测出位移测试装置（3）和（4）的距离ab；

（三）三个位移测量装置均通过信号线连接到现场的监控系统；

（四）对叶片（2）进行静力试验加载到设定载荷，所述叶片被测点o的位置扭转到，激光点位置由p点扭转到，o和不在同一平面内，o点和p点在平面ABCD上，和在平面上；

（五）测出叶片变形后被测点与地面的垂直距离，此时测点在竖向y方向的精确位移量：；

（六）测出位移测试装置（3）和叶片被测点的距离，位移测试装置（4）和叶片被测点的距离，作⊥ab，垂点为n，pn长度就是测点o在水平x方向的精准变形；

水平x方向的精确变形计算过程如下：

步骤1：根据勾股定理计算三角形∆bop的水平边长，计算公式如下：

的边长bp计算：

步骤2：根据海伦公式和勾股定理计算的水平边长bn，计算公式如下：

的边长计算：

的边长计算：

的周长d计算：

的面积s计算：

的高计算：

的边长bn计算：

步骤3：测点o在水平x方向的精准变形计算：

2. 如权利要求1所述的一种风电叶片竖向静力加载双向位移变形的精准测量方法及装置，其特征在于：所述叶片被测点o与位移测试装置（3）和(4)之间均通过钢丝绳（10）和（11）连接，竖向位移测量装置中的激光测距仪（9）与方型连接板（7）通过四个螺栓（8）对称连接，连接板（7）和叶片夹具（5）之间通过双球头连接杆（6）球铰接，它们竖直悬挂在叶片夹具（5）下方。

3.如权利要求1所述的一种风电叶片竖向静力加载双向位移变形的精准测量方法及装置，其特征在于：竖向位移测量装置悬挂在叶片夹具下面，与叶片夹具不垂直；由于重力作用，竖向位移测量装置内的激光测距仪打出的激光点方向始终垂直于地面。

4.如权利要求1所述的一种风电叶片竖向静力加载双向位移变形的精准测量方法及装置，其特征在于：通过拉绳式位移传感器测得钢丝绳oa、ob、和的长度值，通过激光测距仪直接测量与地面的垂直距离op和，能直接测量出在竖直y方向的精确变形量。

5.如权利要求1所述的一种风电叶片竖向静力加载双向位移变形的精准测量方法及装置，能同时精准测量风电叶片或者非规则物体在发生扭转变形时的双向位移变形。

6.使用如权利要求1所述的一种风电叶片竖向静力加载双向位移变形的精准测量方法及装置，所述被测点o、位移测试装置（3）、激光测距仪（9）位于同一平面ABCD内，点不在该平面内，但能精准测出被测点在所述平面ABCD内的水平位移。

7.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，所述两个拉绳式位移传感器和一个激光测距仪和控制器组成。

8.拉绳式位移传感器通过信号线将模拟量信号传输给控制器，激光测距仪通过RS485总线将数字量信号传给控制器，控制器与人机界面通过RS485总线进行双向数据传输，能同时将双向位移变化量实时显示、存储。