CN107870133A - 叶片疲劳强度测试方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种叶片疲劳强度测试方法和设备，方法包括：将叶片直立固定在测试平台上；将激振器固定在叶片上，并通过启动激振器对叶片进行激振，以进行疲劳强度测试；调试连接在叶片上的信息采集仪，信息采集仪用于采集叶片在振动时的测试数据；记录疲劳强度测试的数据。设备包括：叶片；激振器，设置在叶片上，用于激振叶片使叶片与激振器产生共振，并产生应变值；控制装置，与激振器通信连接，用于控制激振器振动以及采集测试数据。本发明降低测试平台所受的弯矩，降低实验成本，真实体现叶片的实际运行环境，使得疲劳测试更加规范、真实有效。

Description

叶片疲劳强度测试方法和设备

技术领域

本发明涉及风力发电机的叶片测试设备领域，特别涉及一种叶片疲劳强度测试方法和设备。

背景技术

随着煤、石油、天然气等传统化石能源耗尽时间表的日益临近，风能的开发和利用越来越得到人们的重视，风能与核能和太阳能并列成为三大清洁能源。2016年，全国风电依旧保持健康发展势头，全年新增风电装机1930万千瓦，累计并网装机容量达到1.49亿千瓦，占全部发电装机容量的9％，风电发电量2410亿千瓦时，占全部发电量的4％。根据十三五规划到2020年风电将达到2亿千瓦以上。其中叶片是风力发电设备中核心组成部分，根据GL规范要求，风机叶片必须通过疲劳测试过程才能进行量产阶段。叶片的疲劳测试一般需要在造价昂贵的叶片检测实验室中才可以进行，历经约3个月的时间，整个测试平台在此周期内都承受着巨大的弯矩。在叶片疲劳测试过程中，如何减小测试平台所受的弯矩和更加有效的，体现叶片在真实的高温、低温、高盐雾等恶劣的运行环境以及降低叶片的测试成本是风力叶片疲劳测试中的关键技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中叶片测试时收受的弯矩过大、叶片的测试成本较高、测试环境无法真实体现风力叶片的实际运行环境的缺陷，提供一种叶片疲劳强度测试方法和设备。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种叶片疲劳强度测试方法，其包括有：将叶片直立固定在测试平台上；将激振器固定在所述叶片上，并通过启动所述激振器对所述叶片进行激振，以进行疲劳强度测试；调试连接在所述叶片上的信息采集仪，所述信息采集仪用于采集所述叶片在振动时的测试数据；记录所述疲劳强度测试的数据。

较佳地，在本发明的叶片疲劳强度测试方法中，所述激振为多点激振。

较佳地，在本发明的叶片疲劳强度测试方法中，将一转接法兰盘固定在所述测试平台上，将所述转接法兰盘连接至所述叶片的根端。

较佳地，在本发明的叶片疲劳强度测试方法中，将所述测试平台设置在一风力机基础平台上。

较佳地，在本发明的叶片疲劳强度测试方法中，在进行所述叶片疲劳强度测试方法之前，将所述叶片、所述激振器、所述信息采集仪运输到风场。

一种叶片疲劳强度测试设备，其包括有：叶片；若干激振器，若干所述激振器设置在所述叶片上，用于激振所述叶片使所述叶片与所述激振器产生共振，并产生应变值；控制装置，所述控制装置与所述激振器通信连接，用于控制所述激振器振动以及采集测试数据。

较佳地，在本发明的叶片疲劳强度测试设备中，所述激振器包括框架、驱动装置和振动装置；所述框架固定在所述叶片上，所述驱动装置和所述振动装置设置在所述框架上，所述驱动装置驱动所述振动装置运动以产生激振力。

较佳地，在本发明的叶片疲劳强度测试设备中，所述驱动装置包括驱动电机、驱动气缸和直线滑轨；所述直线滑轨设置在所述框架上，所述振动装置与所述直线滑轨滑动连接；所述驱动气缸与所述振动装置连接，用于驱动所述振动装置沿所述直线滑轨滑动；所述驱动电机与所述驱动气缸连接，用于驱动所述驱动气缸。

较佳地，在本发明的叶片疲劳强度测试设备中，所述振动装置包括振动块连接板和多个振动块，所述振动块连接板与所述直线滑轨滑动连接，多个所述振动块安装在所述振动块连接板上。

较佳地，在本发明的叶片疲劳强度测试设备中，所述激振器还包括木芯，所述木芯连接在所述框架和所述叶片之间并被所述框架包围，所述木芯的轮廓同所述木芯与所述叶片的连接处的横截面的形状相一致。

较佳地，在本发明的叶片疲劳强度测试设备中，所述控制装置包括电气控制柜、电脑和信息采集仪，所述电脑分别与所述电气控制柜和所述信息采集仪通信连接，所述电气控制柜与所述叶片中的继电器电连接；所述电脑用于控制所述激振器和控制所述信息采集仪的测试数据采集，所述信息采集仪用于采集所述叶片振动时的实时数据。

较佳地，在本发明的叶片疲劳强度测试设备中，所述电气控制柜包括驱动器和运动控制卡，所述驱动器用于驱动所述激振器，所述运动控制卡用于控制所述激振器的运动轨迹。

较佳地，在本发明的叶片疲劳强度测试设备中，所述测试平台设置在一风力机基础平台上。

较佳地，在本发明的叶片疲劳强度测试设备中，所述风力机基础平台上设置有一转接法兰盘，所述转接法兰盘与所述叶片的根端连接。

较佳地，在本发明的叶片疲劳强度测试设备中，所述叶片疲劳强度测试设备包括若干个所述激振器，若干个所述激振器沿所述叶片的根端至尖端的长度方向上间隔设置。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明提供的叶片疲劳强度测试方法和设备中，叶片以根端在下、尖端在上的形式的直立在测试平台上，极大地降低测试平台所受的弯矩，可以很好地降低实验成本。同时所选用的激振器输出力没有附加扭转，大小和方向是可控的，可实现多个激振器并联进行循环加载让设备运行更节能，安全可靠。另外，本发明的叶片疲劳强度测试方法和设备还可以真实体现叶片的实际运行环境，使得叶片的疲劳测试更加规范以及真实有效。

附图说明

图1为本发明一实施例的叶片疲劳强度测试设备的结构示意图。

图2为本发明一实施例的叶片疲劳强度测试设备中激振器的结构示意图。

图3为本发明一实施例的叶片疲劳强度测试设备中转接法兰盘的结构示意图。

附图标记：

1-叶片；

2-激振器，21-框架，22-驱动装置，221-驱动电机，222-驱动气缸，223-直线滑轨，23-振动装置，231-振动块连接板，232-振动块，24-木芯；

3-控制装置，31-电气控制柜，32-电脑，33-信息采集仪；

4-风力机基础平台，41-转接法兰盘。

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供了一种叶片疲劳强度测试设备，其包括有：叶片1，该叶片1直立固定在测试平台上，是一种直立便携式叶片；激振器2，该激振器2设置在叶片1上，用于激振叶片1使叶片1与激振器2产生共振，并产生应变值，该应变值产生于叶片1的各个截面的预设的值；该控制装置3，控制装置3与激振器2通信连接，用于控制激振器2振动以及采集测试数据。其中，该设备的优点是，采用将叶片1直立起来的方式，减少测试平台的所受的弯矩，减轻测试平台的施工成本，可以很好地降低实验成本。并且激振器2输出力没有附加扭转，大小和方向是可控的。

如图2所示，作为本发明的一个优选实施方案，在本实施例的叶片疲劳强度测试设备中，激振器2包括框架21、驱动装置22和振动装置23；框架21固定在叶片1上，驱动装置22和振动装置23设置在框架21上，驱动装置22驱动振动装置23运动以产生激振力。

作为本发明的一个优选实施方案，在本实施例的叶片疲劳强度测试设备中，驱动装置22包括驱动电机221、驱动气缸222和直线滑轨223；直线滑轨223设置在框架21上，振动装置23与直线滑轨223滑动连接；驱动气缸222与振动装置23连接，用于驱动振动装置23沿直线滑轨223滑动，该驱动气缸222可以是一种电动缸；驱动电机221与驱动气缸222连接，用于驱动驱动气缸222。

作为本发明的一个优选实施方案，在本实施例的叶片疲劳强度测试设备中，振动装置23包括振动块连接板231和多个振动块232，振动块连接板231与直线滑轨223滑动连接，多个振动块232安装在振动块连接板231上。通过本优选实施方案，多个振动块232作为叶片1的配重器，用于增加叶片1的配重。

作为本发明的一个优选实施方案，在本实施例的叶片疲劳强度测试设备中，激振器2还包括木芯24，木芯24连接在框架21和叶片1之间并被框架21包围，木芯24的轮廓同木芯24与叶片1的连接处的横截面的形状相一致。通过本优选实施方案，木芯24将激振器2和叶片1连接在一起，该木芯24的轮廓与连接叶片1的横截面的形状相一致，使得它们可以很好地配合在一起。

通过上述优选实施方案，激振器2可以按照所测叶片1的固有频率和一定的行程与所测叶片1产生共振，使所测叶片1的各个截面位置达到实验要求的应变值，并且可以实现多个激振器2并联进行循环加载，对于比较长的叶片1型，采用多点激振，比单点激振更省力。在激振器2中，驱动气缸222将驱动电机221的旋转运动转为直线运动；驱动电机221是整个装置的动力源，驱动气缸222的运动频率、行程都可以通过驱动电机221来改变；直线滑轨223用于运动的导向和辅助；振动块连接板231用于连接振动块232，增大激振力；框架21用于固定和连接激振器2的零部件，并且包围在木芯24的外部，框架21和木芯24配合用于将激振器2固定在叶片1上。激振器2的各组成部分都采用螺栓连接，便于拆装运输和现场组装，可以方便快速的运输到风场。

作为本发明的一个优选实施方案，在本实施例的叶片疲劳强度测试设备中，控制装置3包括电气控制柜31、电脑32和信息采集仪33，电脑32分别与电气控制柜31和信息采集仪33通信连接，电气控制柜31与叶片1中的继电器电连接；电脑32用于控制激振器2和控制信息采集仪33的测试数据采集，信息采集仪33用于采集叶片1振动时的实时数据。

作为本发明的一个优选实施方案，在本实施例的叶片疲劳强度测试设备中，电气控制柜31包括驱动器和运动控制卡，驱动器用于驱动激振器2，运动控制卡用于控制激振器2的运动轨迹。

作为本发明的一个优选实施方案，在本实施例的叶片疲劳强度测试设备中，测试平台设置在一风力机基础平台4上。通过本优选实施方案，直接利用了现有的本来用于装机所用的风力机基础平台4作为实验所用测试试验台进行测试，最大程度地利用风场的资源。

如图3所示，作为本发明的一个优选实施方案，在本实施例的叶片疲劳强度测试设备中，所述风力机基础平台4上设置有一转接法兰盘41，转接法兰盘41与叶片1的根端连接。其中，该转接法兰盘41为一般形式，根据叶片1的具体型号订做合适的样式。通过本优选实施方案，通过将转接法兰盘41用双头螺杆与叶片1的根端上的根部法兰连接，叶片1能够安全有效地以底朝天的方式直立安装在转接法兰盘41上，其根端更加牢固，拆装也更加方便，同时该转接法兰盘41起到了主要承担弯矩的作用，这大大降低了测试平台所承受的弯矩。

作为本发明的一个优选实施方案，在本实施例的叶片疲劳强度测试设备中，包括若干个激振器2，若干个激振器2沿叶片1的根端至尖端的长度方向上间隔设置。通过本优选实施方案，该设备能够实现叶片1的多点激振，比单点激振更省力，进一步地给每个激振器2省力。

结合图1至图3所示的设备，本发明的还提供了一种叶片疲劳强度测试方法，其包括有：将叶片1直立固定在测试平台上，通过液压扳手给叶片1打好力矩；将激振器2固定在叶片1上，优选地将激振器2安装固定在叶片1上一些预先规定的截面位置上，诸如叶片1的中间部分、弯曲部分，并通过启动激振器2对叶片1进行激振，以进行疲劳强度测试；调试连接在叶片1上的信息采集仪33，信息采集仪33用于采集叶片1在振动时的测试数据，同时将需要用到的各种电气设备组装起来；记录疲劳强度测试的数据。其中，该叶片1是直立便携式叶片，该方法采用将叶片1直立起来的方式，减少测试平台所受的弯矩，从而减轻测试平台的施工成本，可以直接利用现有的条件进行测试。

作为本发明的一个优选实施方案，在本实施例的叶片疲劳强度测试方法中，激振为多点激振。通过本优选实施方案，比单点激振更省力，进一步地给每个激振器2省力。

作为本发明的一个优选实施方案，在本实施例的叶片疲劳强度测试方法中，将一转接法兰盘41固定在测试平台上，将转接法兰盘41连接至叶片1的根端，通常是通过诸如双头螺杆、螺栓、螺钉等之类紧固件将转接法兰盘41连接至叶片1的根端上。通过本优选实施方案，叶片1安全有效地以底朝天的方式直立安装在转接法兰盘41上，其根端更加牢固，拆装也更加方便，同时该转接法兰盘41起到了主要承担弯矩的作用，这大大降低了测试平台所承受的弯矩。

作为本发明的一个优选实施方案，在本实施例的叶片疲劳强度测试方法中，将测试平台设置在一风力机基础平台4上。通过本优选实施方案，直接利用了现有的风力机基础平台4进行测试，最大程度地利用风场的资源。

作为本发明的一个优选实施方案，在本实施例的叶片疲劳强度测试方法中，在进行叶片疲劳强度测试方法之前，将叶片1、激振器2、信息采集仪33运输到风场。通过本优选实施方案，可以使得叶片1、激振器2、信息采集仪33等设备可方便快速的运输到风场，现场进行组装，利用风场已有的吊车等设备连接和固定叶片1，做到真正的便携快捷地拆装和运输，实现便携式进行疲劳强度测试的效果。

本发明提供的叶片疲劳强度测试方法和设备，可以最大程度的利用风场的资源，以风力机基础平台4作为测试平台。让叶片1以根端在下、尖端在上的形式的直立在测试平台上，极大地降低测试平台所受的弯矩，可以很好地降低实验成本。同时所选用的激振器2输出力没有附加扭转，大小和方向是可控的，可实现多个激振器2并联进行循环加载让设备运行更节能，安全可靠。而且设备可快捷的拆装和运输，做到我们所说的便携。另外，本发明的叶片疲劳强度测试方法和设备还可以真实体现叶片1的实际运行环境，使得叶片1的疲劳测试更加规范以及真实有效，在风场可以真实的体现出叶片1真实的运行环境，对于高温、低温、髙盐雾等环境恶劣的地方的风险规避有极大的帮助。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种叶片疲劳强度测试方法，其特征在于，其包括有：

将叶片直立固定在测试平台上；

将激振器固定在所述叶片上，并通过启动所述激振器对所述叶片进行激振，以进行疲劳强度测试；

调试连接在所述叶片上的信息采集仪，所述信息采集仪用于采集所述叶片在振动时的测试数据；

记录所述疲劳强度测试的数据。

2.如权利要求1所述的叶片疲劳强度测试方法，其特征在于，所述激振为多点激振。

3.如权利要求1所述的叶片疲劳强度测试方法，其特征在于，将一转接法兰盘固定在所述测试平台上，将所述转接法兰盘连接至所述叶片的根端。

4.如权利要求1所述的叶片疲劳强度测试方法，其特征在于，将所述测试平台设置在一风力机基础平台上。

5.如权利要求1至4任一项所述的叶片疲劳强度测试方法，其特征在于，在进行所述叶片疲劳强度测试方法之前，将所述叶片、所述激振器、所述信息采集仪运输到风场。

6.一种叶片疲劳强度测试设备，其特征在于，其包括有：

叶片；

激振器，所述激振器设置在所述叶片上，用于激振所述叶片使所述叶片与所述激振器产生共振，并产生应变值；

控制装置，所述控制装置与所述激振器通信连接，用于控制所述激振器振动以及采集测试数据。

7.如权利要求6所述的叶片疲劳强度测试设备，其特征在于，所述激振器包括框架、驱动装置和振动装置；

所述框架固定在所述叶片上，所述驱动装置和所述振动装置设置在所述框架上，所述驱动装置驱动所述振动装置运动以产生激振力。

8.如权利要求7所述的叶片疲劳强度测试设备，其特征在于，所述驱动装置包括驱动电机、驱动气缸和直线滑轨；

所述直线滑轨设置在所述框架上，所述振动装置与所述直线滑轨滑动连接；

所述驱动气缸与所述振动装置连接，用于驱动所述振动装置沿所述直线滑轨滑动；

所述驱动电机与所述驱动气缸连接，用于驱动所述驱动气缸。

9.如权利要求8所述的叶片疲劳强度测试设备，其特征在于，所述振动装置包括振动块连接板和多个振动块，所述振动块连接板与所述直线滑轨滑动连接，多个所述振动块安装在所述振动块连接板上。

10.如权利要求7所述的叶片疲劳强度测试设备，其特征在于，所述激振器还包括木芯，所述木芯连接在所述框架和所述叶片之间并被所述框架包围，所述木芯的轮廓同所述木芯与所述叶片的连接处的横截面的形状相一致。

11.如权利要求6所述的叶片疲劳强度测试设备，其特征在于，所述控制装置包括电气控制柜、电脑和信息采集仪，所述电脑分别与所述电气控制柜和所述信息采集仪通信连接，所述电气控制柜与所述叶片中的所述激振器电连接；

所述电脑用于控制所述激振器和控制所述信息采集仪的测试数据采集，所述信息采集仪用于采集所述叶片振动时的实时数据。

12.如权利要求11所述的叶片疲劳强度测试设备，其特征在于，所述电气控制柜包括驱动器和运动控制卡，所述驱动器用于驱动所述激振器，所述运动控制卡用于控制所述激振器的运动轨迹。

13.如权利要求6所述的叶片疲劳强度测试设备，其特征在于，所述测试平台设置在一风力机基础平台上。

14.如权利要求13所述的叶片疲劳强度测试设备，其特征在于，所述风力机基础平台上设置有一转接法兰盘，所述转接法兰盘与所述叶片的根端连接。

15.如权利要求6所述的叶片疲劳强度测试设备，其特征在于，所述叶片疲劳强度测试设备包括若干个所述激振器，若干个所述激振器沿所述叶片的根端至尖端的长度方向上间隔设置。