CN106762454B - 一种风力发电机叶片的疲劳测试方法 - Google Patents

一种风力发电机叶片的疲劳测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种风力发电机叶片的疲劳测试方法，其特征在于，包括以下步骤：将待测试的叶片通过连接法兰与轮毂连接在一起，轮毂固定在支座上，随后进行静态载荷测试；将带有变频器的电机通过减速机与偏心轮相联结，从而组合成激振载荷加载装置，将激振载荷加载装置固定在叶片上，使叶片发生共振，获得叶片振动的次数，若叶片在要求的振动次数内不发生破坏，则叶片具有足够的疲劳强度。本发明的优点是：提高了叶片测试效率、降低了试验测试周期；空间占用不大，测试用的设备较小；降低了试验测试成本，电力成本要求较少；实验地点可以移动，不用占用固定的场地。

Description

一种风力发电机叶片的疲劳测试方法
技术领域
本发明涉及一种风力发电机叶片的疲劳测试方法。
背景技术
随着社会经济的迅猛发展，人们对能源的需求与日俱增，由此带来的环境污染也日益加重。风能是一种清洁的可再生能源，因而风力发电机越来越受到世界各国的关注和应用。
叶片是利用风能带动发电机旋转的关键介质，叶片的强度直接影响着风力发电机的安全性能。风力发电机叶片对于风力发电机来说非常重要。对风力发电机叶片进行疲劳测试是风力发电机评估的必要过程。
目前，疲劳强度常用有限元方法来模拟分析，但经常误差较大。疲劳实验测试经常被应用于评估叶片疲劳强度。现有的疲劳测试方法有很多的不足：1、空间要求大，在中小型风力发电机中根本不适用；2、测试设备比较贵；3、需要固定场地，不可移动；4、电动机功率要求比较高；5、耗电比较多；6、测试时间比较长。
发明内容
本发明的目的是能够更加简便和快速地测试叶片疲劳性能。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种风力发电机叶片的疲劳测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、将待测试的叶片通过连接法兰与轮毂连接在一起，轮毂固定在支座上；
第二步、对叶片进行静态载荷测试，从而得到加载载荷与叶片位移之间的对应关系；
第三步、将带有变频器的电机通过减速机与偏心轮相联结，从而组合成激振载荷加载装置，将激振载荷加载装置固定在叶片上；
第四步、确定测试周期，获得测试周期内的循环次数，通过材料的SN曲线得到当前循环次数下的当量载荷作为测试目标载荷，根据第二步得到的加载载荷与叶片位移之间的对应关系，得到与测试目标载荷对应的叶片位移；
第五步、电机通过减速机驱动偏心轮旋转，偏心轮的旋转速度为激振载荷的激振频率，使得激振频率接近叶片的固有频率，使叶片发生共振，调整变频器的频率，使叶片共振时的振动位移接近第四步得到的叶片位移，并保持不变；
第六步、根据偏心轮的激振频率以及实际的测试周期得到叶片振动的次数，若叶片在要求的振动次数内不发生破坏，则叶片具有足够的疲劳强度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、提高了叶片测试效率、降低了试验测试周期；2、空间占用不大，测试用的设备较小；3、降低了试验测试成本，电力成本要求较少；4、实验地点可以移动，不用占用固定的场地。
附图说明
图1是本发明叶片测试台的整体布局图；
图2是本发明专利的测试流程图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明首先利用共振原理来对激振载荷进行放大，节省功率输入。其次，采用增大疲劳测试载荷的方式来缩短测试周期，节省测试时间。再次，通过静态拉力测试得到测试载荷和位移之间的关系，使疲劳测试实验中可通过直接测量位移来得到测试载荷。最后，记录叶片测试载荷的次数，跟叶片设计寿命时间内计算的载荷次数进行比对，就能得到叶片的疲劳寿命。
结合图1及图2，具体而言，本发明提供的一种风力发电机叶片的疲劳测试方法，包括以下步骤：
第一步、将轮毂2、连接法兰和待测试的叶片1连接在一起，连接方式与风轮实际完全一样。轮毂2与支座3固定在一起。
第二步、叶片1固定好后，进行静态载荷测试，测试后就可以得到加载载荷与叶片位移之间的对应关系。
第三步、将带有变频器的电机通过减速机与偏心轮相联结，从而组合成激振载荷加载装置4，激振载荷加载装置4通过固定装置固定在叶片1上。叶片1本身的固有频率相对较高，电动机、减速机和偏心轮装在叶片1上后，就改变了叶片1的质量分布，导致叶片1整体固有频率大幅下降，而具体下降的幅度与电动机、减速机和偏心轮的总体质量及位置有关。
实际测试时，先确认一个初步的测试周期，再得到测试周期内的循环次数。通过材料的SN曲线得到当前循环次数下的当量载荷作为测试目标载荷。根据第二步得到的加载载荷与叶片位移之间的对应关系，得到与测试目标载荷对应的叶片位移。
启动电机，通过变频器可改变电机输入电流的频率，引起电机转速发生变化，而偏心轮的旋转速度相应变化。偏心轮作为激振载荷，其旋转速度即为激振载荷的激振频率。当偏心轮转动后产生的激振频率接近叶片1固有频率时，将发生共振，叶片1振动幅度大幅增加。此时，微调变频器的频率，使叶片1的振动位移接近测试目标载荷对应的叶片位移，并保持不变。
第五步、通过变频器的频率、电机性能、减速机减速比等计算，可以得到偏心轮的激振频率，记录实际的测试周期即可得到叶片1振动的次数。当叶片在要求的次数内不发生破坏，那么叶片就具有足够的疲劳强度。

Claims (1)

1.一种风力发电机叶片的疲劳测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、将待测试的叶片(1)通过连接法兰与轮毂(2)连接在一起，轮毂(2)固定在支座(3)上；
第二步、对叶片(1)进行静态载荷测试，从而得到加载载荷与叶片位移之间的对应关系；
第三步、将带有变频器的电机通过减速机与偏心轮相联结，从而组合成激振载荷加载装置(4)，将激振载荷加载装置(4)固定在叶片(1)上；
第四步、确定测试周期，获得测试周期内的循环次数，通过材料的SN曲线得到当前循环次数下的当量载荷作为测试目标载荷，根据第二步得到的加载载荷与叶片位移之间的对应关系，得到与测试目标载荷对应的叶片位移；
第五步、电机通过减速机驱动偏心轮旋转，偏心轮的旋转速度为激振载荷的激振频率的倒数乘以偏心轮的周长，使得激振频率接近叶片(1)的固有频率，使叶片(1)发生共振，调整变频器的频率，使叶片(1)共振时的振动位移接近第四步得到的叶片位移，并保持不变；
第六步、根据偏心轮的激振频率以及实际的测试周期得到叶片(1)振动的次数，若叶片(1)在要求的振动次数内不发生破坏，则叶片(1)具有足够的疲劳强度。
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