CN110057518B - 一种用于风电叶片后缘部件的加载方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于风电叶片静力加载试验领域，具体涉及一种用于风电叶片后缘部件的加载方法及装置，其特征在于：加载装置由钢结构工装和加载模块组成，钢结构工装主要由主立柱、连接板、侧立柱、直角立柱、转轴、转轴板和底柱连接而成。风电叶片后缘部件通过木板组夹具安装在加载模块下方，后缘侧朝上。加载装置底部为转轴结构，从而将液压缸的伸缩运动转换为部件后缘的受压或受拉。记录从加载开始到叶片后缘破裂结束整个过程随时间变化的加载力，从而分析出部件的承载能力。使用本发明的加载方法及装置可以较准确地获得部件后缘在极限载荷作用下的静强度，同时也可作为部件后缘结构优化的依据。

Description

一种用于风电叶片后缘部件的加载方法及装置
技术领域
本发明属于风电叶片静力加载试验领域，特别是指一种用于风电叶片后缘部件的加载方法及装置。
背景技术
为了应对风电叶片所处的复杂的工作环境，风电叶片的性能检测试验十分关键，其测试体系包括全尺寸测试、材料测试、固有特性测试试验等，但是涉及的部件级试验比较少，而近年来，由叶片结构的薄弱部分破坏引发的风电叶片的灾难性坍塌事件时有发生，其损失巨大，严重影响了风电机组及工作人员的安全。因此，对所设计的风电叶片进行部件级试验是非常必要的。在风电机组工作期间，由叶片吸力侧和压力侧粘接而成的后缘在受到较大挤压作用时，容易发生脱粘、开裂等损伤，而往往这种部件级的损伤关乎整个叶片的安全运作。因此，本发明设计了一种用于风电叶片后缘部件的加载方法及装置，衡量后缘部件后缘的抗屈曲能力和承载能力，以及后缘开裂的临界载荷条件。对于所研发设计的风电叶片，使用本发明提出的加载方法及装置可以较准确地获得叶片后缘在极限载荷作用下的静强度，同时也可作为叶片结构优化的依据。
发明内容
针对风电叶片后缘部件静力加载试验现有测试技术的不足，本发明提出了一种用于风电叶片后缘部件的加载方法及装置，能够有效获得从加载开始到叶片后缘破裂结束的过程中部件所承受的加载力，从而衡量叶片后缘部件的静强度以及抗挤压能力。
本发明通过下述技术方案实现，一种用于风电叶片后缘部件的加载装置，加载装置结构如图1所示。
对图1结构的组成部分进行描述：1为主立柱；2为加强筋；3为直角立柱；4为转轴板；5连接板；6为底柱；7为液压缸；8为液压缸轴承底座；9为木板组夹具，用于叶片测试部件的固定及与加载装置的连接；10为试验叶片后缘部件：
（1）加载装置的作用是将叶片固定于设备中，并完成一定的拉压试验，主要由钢结构工装和加载模块组成；
（2）钢结构工装主要由主立柱、侧立柱、直角立柱、转轴、转轴板、连接板和底柱组成，如图1所示；
（3）加载装置底柱与地轨通过高强度螺栓连接，底柱两端内侧垂直装有转轴板，转轴板与侧立柱的转轴连接可将液压缸的伸缩运动转换为叶片后缘测试部件的受拉或受压，高硬度合金钢转轴两侧安装有限位挡板，保证加载装置的安全性；
（4）直角立柱分别与底柱、转轴板相连，位于侧立柱两侧，保证装置的稳定性；
（5）主立柱安装在侧立柱内侧，采用内部加强筋结构来提高加载装置的承载能力，两主立柱的垂直距离约为3 m；
（6）加载模块中液压缸的轴承底座与主立柱内侧的连接板通过M42螺栓连接，两端的活性轴结构保证液压缸的伸缩自由，其伸缩范围为0-1000 mm；
（7）风电叶片后缘测试部件通过木板组夹具安装在钢结构工装上，位于加载模块下方，木板组是由多块线切割、内部符合叶片轮廓、厚度20 mm-30 mm的木板拼合而成。
整个加载装置可提供0-1000 KN的加载力，其设计结构满足安全性、适用性、耐久性的要求。
一种用于风电叶片后缘部件的加载装置的加载方法，加载方法如下：
（1）根据风电叶片后缘测试部件尺寸调整液压缸的伸缩量；
（2）使用若干高强度螺栓，将测试样件通过木板组夹具安装在加载装置上，测试样件位于液压缸的正下方，后缘侧朝上；
（3）检查所有安装工作全部完成后，通过电脑监控界面控制液压缸压缩，由于装置侧立柱与转轴板的转轴结构，测试样件后缘受挤压，前缘受拉；
（4）液压缸持续压缩，部件所受加载载荷不断增大，直至后缘破裂结束；
（5）从加载开始到叶片后缘破裂结束的过程中上位机随时间记录相应的加载力、液压缸压缩位移以及油压。
基于所设计的加载方法及装置，获得测试部件后缘的承载能力及破坏情况，分析结果可作为叶片性能的评价指标，并为后续叶片后缘的加强设计提供理论依据。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：
（1）加载装置灵活可调，对测试部件的尺寸精度要求低，具有广泛适用性；
（2）可准确地获得叶片后缘在极限载荷作用下的静强度，有利于找出叶片结构的薄弱环节。
附图说明
图1是加载装置整体设计图。
图2是具体实施流程图。
图3是加载控制结构示意图。
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，下面结合具体实施措施对本发明做进一步描述。
如图1所示加载装置，1为主立柱；2为加强筋；3为直角立柱；4为转轴板；5连接板；6为底柱；7为液压缸；8为液压缸轴承底座；9为木板组夹具，用于叶片测试部件的固定及与加载装置的连接；10为试验叶片后缘部件。加载装置主要由钢结构工装和加载模块组成，各模块通过螺栓连接，钢结构工装底部为转轴结构，在转轴两侧安装有限位挡板，保证加载装置的安全性。风电叶片后缘测试部件通过木板组夹具安装在加载装置上，加载模块液压缸的伸缩运动使叶片的后缘部分受压或受拉，从而获得衡量叶片性能的相关数据。
一种用于风电叶片后缘部件的加载方法及装置的具体实施方式如图2所示，对于所研发设计的风电叶片的后缘部件，使用本发明的加载方法及装置可以较准确地获得叶片后缘在极限载荷作用下的静强度，同时也可作为叶片结构优化的依据。
叶片后缘部件加载的具体实施步骤如下：
（1）根据某单位提供的风电叶片后缘测试样件，将叶片后缘部件与木板组夹具连接，测量出需要加载装置提供的空间；
（2）通过以太网通讯，采用上位机监控界面控制运动控制器，进而根据风电叶片后缘样件尺寸调整液压缸的伸缩量；
（3）将测试样件与夹具整体安装在液压缸下方，叶片后缘侧朝上；
（4）控制液压缸压缩，测试样件后缘受挤压，前缘受拉，采集压力传感器、位移传感器、力传感器所记录的数据，并实时显示及存储，整个控制系统如图3所示；
（5）随着液压缸的压缩，叶片后缘所受压力不断增大，直至达到极限载荷条件，后缘破裂至结束，获得后缘部件极限载荷下的承载能力。
基于所设计的加载方法及装置，进行叶片后缘部件加载试验来衡量叶片后缘部件的抗挤压能力，分析结果可作为叶片性能的评价指标，并为后续叶片后缘的加强设计提供理论依据，降低因叶片薄弱部分的破坏引发风电叶片的灾难性坍塌的发生的概率。

Claims (1)

1.一种用于风电叶片后缘部件的加载装置，其特征在于：
加载装置主要由钢结构工装和加载模块组成，底部为转轴结构；后缘测试部件通过木板组夹具安装在加载装置上，加载模块液压缸的伸缩运动使叶片的后缘部分受压或受拉，从而获得衡量叶片性能的相关数据：
加载装置结构包括：
（1）钢结构工装主要由主立柱（1）、侧立柱、加强筋（2）、直角立柱（3）、转轴、转轴板（4）、连接板（5）和底柱（6）连接而成；加载模块由液压缸（7）和液压缸轴承底座（8）组成；
（2）加载装置底柱（6）与地轨通过高强度螺栓连接，底柱（6）内侧两端装有转轴板（4），转轴两侧安装有限位挡板，保证加载装置的安全性；
（3）直角立柱（3）分别与底柱（6）、转轴板（4）相连，位于侧立柱两侧，保证装置的稳定性；
（4）主立柱（1）安装在侧立柱内侧，采用内部加强筋结构来提高加载装置的承载能力；
（5）加载模块中液压缸的轴承底座（8）与主立柱（1）内侧连接板通过螺栓连接，两端的活性轴结构保证液压缸（7）的伸缩自由；
（6）风电叶片后缘测试部件通过木板组夹具安装在加载模块液压缸（7）下方，木板组是由多块线切割、内部符合叶片轮廓的木板拼合而成；
用于上述加载装置的加载方法，加载方法包括以下步骤：
（1）根据风电叶片后缘测试部件尺寸调整液压缸的伸缩量；
（2）测试样件通过夹具安装于液压缸的正下方，后缘侧朝上；
（3）通过上位机界面控制液压缸压缩，由于装置侧立柱与转轴板的转轴结构，测试样件后缘受挤压，前缘受拉；
（4）液压缸持续压缩，部件所受加载载荷不断增大，直至后缘破裂结束；
（5）记录从加载开始到后缘破裂结束整个过程的加载力数据，用于分析试验部件在极限载荷下的承载能力。
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