CN111795899A - 一种扭转加载设备及叶片扭转测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扭转加载设备及叶片扭转测试方法，所述设备包括支撑外环、支撑内环、叶片夹具、升降装置和移动装置；所述支撑外环套设于所述支撑内环的外周侧，且与所述支撑内环的外周侧面接触；所述支撑外环与所述支撑内环同轴设置，所述支撑内环沿所述支撑外环的周向旋转；所述叶片夹具与所述支撑内环连接，用于加持待检测的叶片；所述升降装置与所述支撑外环连接，用于调节所述支撑外环的竖直高度；所述移动装置与所述升降装置连接，用于调节所述支撑外环在水平面上的位置。本发明实现对叶片施加纯扭转力，提高叶片扭转刚度测试的精确度。

Description

一种扭转加载设备及叶片扭转测试方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种扭转加载设备及叶片扭转测试方法。

背景技术

随着风力发电机组的大型化发展，大功率机组需要增加风轮的扫风面积，因而风轮需要相应的匹配大型叶片。大型叶片带来复杂的载荷工况，对叶片的扭转特性带来严峻的挑战。叶片的扭转特性包含扭转刚度、承受的极限扭矩、扭转变形和扭转模态等特性。叶片的扭矩特性的验证测试成为一项关键技术。当前，利用传统方法来测试叶片扭转刚度的扭转加载设备如图1所示，所述扭转加载设备包括：叶片夹具段的翼形1、工装横梁2、翼形与横梁的随形夹持板3和横梁上的吊耳4，工装横梁2可以为2个，整体呈矩形；所述吊耳4有四个，位于同一侧的两个吊耳分别靠近对应的所述工装横梁2的两端端部设置，四个所述吊耳4位于同一平面上且相互平行；翼形与横梁的随形夹持板3可以为两个，每一所述翼形与横梁的随形夹持板3对应设置在所述工装横梁2上，且位于同一侧的两个所述吊耳4之间。在对所述叶片夹具段的翼形1进行扭矩特性的验证测试过程中，可以通过所述扭矩加载设备对对角加载点A/C或者B/D上施加大小相等、方向相反的力偶。然而，采用该方法在对叶片施加的扭转力矩的过程中，其会伴随着挥舞和摆振方向的弯矩，由于施加的载荷是弯矩和扭矩的耦合(简称“弯扭耦合”)，测量出来的截面变形是弯扭耦合的效果，由此基于此扭转加载设备所得到的叶片上各截面所能承受的极限扭转特性结果精度不高，例如扭转刚度的结果并不可靠，也会造成叶片结构的疲劳强度冗余设计，增加叶片重量，使得风机的经济性变差，因此极需一种测试方法把弯扭耦合的力矩解析出来，提高叶片上各截面所能承受的极限扭转特性结果的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扭转加载设备及叶片扭转测试方法，以解决叶片扭转测试的问题，实现叶片的纯扭矩极限测试，解决扭转加载过程中伴随弯矩的问题，实现纯扭矩加载的目的。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种扭转加载设备，包括：支撑外环、支撑内环、叶片夹具、升降装置和移动装置。所述支撑外环套设于所述支撑内环的外周侧，且与所述支撑内环的外周侧面接触；所述支撑外环与所述支撑内环同轴设置，所述支撑内环沿所述支撑外环的周向旋转。所述叶片夹具与所述支撑内环连接，用于加持待检测的叶片。所述升降装置与所述支撑外环连接，用于调节所述支撑外环的的竖直高度。所述移动装置与所述升降装置连接，用于调节所述支撑外环在水平面上的位置。

优选地，所述扭转加载设备还包括：第一工装横梁、第二工装横梁、第一加载设备和第二加载设备；所述第一工装横梁的两端分别与所述支撑内环的内圆周连接，且所述第一工装横梁不经过所述支撑内环的圆心；所述第二工装横梁的两端分别与所述支撑内环的内圆周连接，且所述第二工装横梁不经过所述支撑内环的圆心；所述叶片夹具分别与所述第一工装横梁和所述第二工装横梁连接，且位于所述第一工装横梁和所述第二工装横梁之间；所述第一加载设备的一端与所述支撑外环连接，其另一端与所述第一工装横梁连接；所述第二加载设备的一端与所述支撑外环连接，其另一端与所述第二工装横梁连接；所述第一加载设备与所述第一工装横梁的连接点与所述第二加载设备与所述第二工装横梁的连接点绕所述支撑内环的圆心旋转对称。

优选地，所述第一加载设备和所述第二加载设备为带有控制系统的液压装置、电动拉葫芦、手动拉葫芦和链式扳手中的一种或多种。

优选地，所述叶片夹具包括两个翼形随行板以及若干个固定件；所述两个翼形随行板中的一个通过所述固定件固定于所述第一工装横梁上；其另一个通过所述固定件固定于所述第二工装横梁上。两个所述翼形随行板用于夹持所述叶片所对应的主梁位置。

优选地，所述升降装置为螺栓顶升装置。

优选地，所述移动装置为自动控制运动轨迹的物流小车。

优选地，还包括：伺服电机系统；所述伺服电机系统根据所述叶片翼形截面中心的运动轨迹控制所述升降装置及所述移动装置。

另一方面，本发明还提供一种利用如上文所述的扭转加载设备进行叶片扭转测试方法，包括：获取所述叶片的关键翼形截面的位置。计算出所述关键翼形截面的翼形截面中心的运动轨迹。在所述关键翼形截面的前后缘安装用于检测叶片扭角的倾角传感器，以及分别在所述叶片的前缘、PS面主梁、SS面主梁、PS面尾缘梁和SS面尾缘梁的正中间位置处安装用于检测叶片应变的应变片。调整所述叶片夹具，使得所述叶片夹具夹持在所述关键翼形截面上。根据所述关键翼形截面的翼形截面中心的运动轨迹，调整所述扭转加载设备的升降高度及运动路线。根据预设的扭矩施加条件，对所述叶片施加扭矩，并且记录所述倾角传感器所检测到的扭角和所述应变片所检测到的应变。

优选地，所述预设的扭矩施加条件包括：根据极限加载扭矩，按照如下四个施加阶段进行扭矩加载，第一施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩的25％。第二施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩的50％。第三施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩的75％。第四施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩。

再一方面，本发明还提供一种利用如上文所述的扭转加载设备进行叶片扭转测试方法，包括：获取所述叶片的多个关键翼形截面的位置，并在每一所述关键翼形截面对应设置一所述扭转加载设备。计算出各个所述关键翼形截面的翼形截面中心的运动轨迹。在每一所述关键翼形截面的前后缘安装用于检测扭角的倾角传感器，以及分别在所述叶片的前缘、PS面主梁、SS面主梁、PS面尾缘梁和SS面尾缘梁的正中间位置处安装用于检测应变的应变片。调整每一所述扭转加载设备的所述叶片夹具，使得所述叶片夹具夹持在对应的所述关键翼形截面上。根据每一所述关键翼形截面的翼形截面中心的运动轨迹，调整对应的所述扭转加载设备的升降高度及运动路线。根据预设的扭矩施加条件，通过所述扭转加载设备对所述叶片施加扭矩，并且记录所有倾角传感器所检测到的扭角和所有应变片所检测到的应变。

优选地，所述预设的扭矩施加条件包括：根据极限加载扭矩，按照如下四个施加阶段进行扭矩加载，第一施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩的25％。第二施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩的50％。第三施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩的75％。第四施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明的目的是解决叶片扭转测试的问题，实现叶片的纯扭矩极限测试，解决扭转加载过程中伴随弯矩的问题，实现纯扭矩加载的目的。具体来说，叶片在扭转变形过程中，翼形截面的中心点的运动轨迹会随之发生变化，使得扭转加载过程中伴随挥舞或者摆振方向的弯矩，而本发明的扭转加载设备能跟随翼形中心的运动轨迹进行运动,可解决这一问题；另一方面,本发明所设有的支撑外环外圈和支撑内环内圈，对加载的力矢进行了限制，使加载的力沿所述支撑外环外圈切向，加载过程中产生的弯矩，由于外形圆圈的限制，上下相互抵消，保留旋转方向上的运动自由度。

由此进一步可知，本发明所提供利用如上文所述的扭转加载设备进行叶片扭转测试方法能够提高叶片上各截面所能承受的极限扭转特性结果的精度。

附图说明

图1为现有技术中的扭转加载设备的主要结构示意图；

图2为叶片的翼形在扭转的过程中，叶片的翼形截面中心的运动轨迹示意图；

图3为本发明一实施例提供的扭转加载设备的主要结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的叶片的翼形截面的示意图。

具体实施方式

以下结合附图2～4和具体实施方式对本发明提出的一种扭转加载设备及叶片扭转测试方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“高度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

诚如背景技术所述，采用现有的扭转加载设备在对叶片施加的扭转力矩(扭转载荷)的过程中，其会伴随着挥舞和摆振方向的弯矩，由于施加的载荷是弯矩和扭矩的耦合(简称“弯扭耦合”)，测量出来的截面变形是弯扭耦合的效果，导致了基于此扭转加载设备所得到的叶片上各截面所能承受的极限扭转特性结果精度不高的问题。

为了解决上述问题，研究发现，叶片的翼形在扭转的过程中，其会产生如下两方面的效果，一方面，施加扭转载荷时，叶片的翼形截面中心的运动轨迹呈弧形(如图2所示叶片的翼形截面中心从P点位置移动到Q点位置中的运动轨迹10呈弧线型)。由此，在设计扭转加载设备时的目的之一是保证在对叶片施加扭转或旋转载荷时，扭转加载设备需要与所述叶片的翼形截面中心的运动轨迹进行随动。另一方面施加的力矢，在产生弯矩方向上的分力必须正负能够相互抵消，保证叶片上受到的是纯扭矩，因此必须对施加的力矢进行限制。本发明的目的是在叶片上施加扭转的工装或设备，该扭转加载设备不仅能够施加扭转力矩(扭矩)，而且可以运动，对翼形截面中心的运动轨迹进行跟踪。本发明通过设计扭转测试的加载工装，实现纯扭转力矩加载的效果，由此获得沿翼形截面中心的纯扭转测试结果。

结合图3和图4所示，本实施例一种扭转加载设备，包括：支撑外环100、支撑内环101、第一工装横梁200、第二工装横梁201、叶片夹具(图中未标号)、第一加载设备300、第二加载设备301、升降装置500和移动装置600。

所述支撑外环100套设于所述支撑内环101的外周侧，且与所述支撑内环101的外周侧面接触；所述支撑外环100与所述支撑内环100同轴设置，所述支撑内环101沿所述支撑外环100的周向旋转。在本实施例中，所述支撑外环100可以设有用于容纳所述支撑内环101的环形凹槽，在所述环形凹槽内部设置环形导轨，以使得所述支撑内环101沿着所述环形导轨进行顺指针或逆时针转动。所述支撑内环101与所述支撑外环100呈圆形，且所述吃撑内环101与所述支撑外环100的竖直放置，其中心轴与水平面或地面平行。

所述第一工装横梁200的两端分别与所述支撑内环101的内圆周连接，且所述第一工装横梁200不经过所述支撑内环101的圆心；所述第一工装横梁200可以作为所述支撑内环101不经过圆心的弦。

所述第二工装横梁201的两端分别与所述支撑内环101的内圆周连接，且所述第二工装横梁201不经过所述支撑内环的圆心；所述第二工装横梁201可以作为所述支撑内环101不经过圆心的弦。

所述第一工装横梁200和所述第二工装横梁201位于所述支撑内环的圆心的上下方。

所述叶片夹具分别与所述第一工装横梁200和所述第二工装横梁201固定连接，且位于所述第一工装横梁200和所述第二工装横梁201之间；所述叶片夹具用于加持待检测的叶片翼形700；且所述检测的叶片翼形700的翼形截面中心可以与所述支撑内环101的圆心重合。

所述第一加载设备300的一端与所述支撑外环100连接，其另一端与所述第一工装横梁200连接。所述第二加载设备301的一端与所述支撑外环100连接，其另一端与所述第二工装横梁201连接。所述第一加载设备300与所述第一工装横梁200的连接点与所述第二加载设备301与所述第二工装横梁201的连接点绕所述支撑内环101的圆心旋转对称(中心对称)；所述第一加载设备300可以伸长，所述第二加载设备301可以缩短，带动所述支撑内环101逆时针转动；所述第一加载设备300可以缩短，所述第二加载设备301可以伸长，带动所述支撑内环101顺时针转动。

所述升降装置500与所述支撑外环100连接，用于调节所述支撑内环101的圆心的竖直高度(或者除了升降装置500以外的所述扭转加载设备整体的竖直高度)。所述移动装置600与所述升降装置500连接，位于所述升降装置500下方，用于调节所述支撑外环100(或者除了移动装置600以外的所述扭转加载设备整体)在水平面上进行移动(水平面内沿任意方向的移动)。

通过调整所述升降装置500和所述移动装置600，可使得所述扭转加载设备的运动轨迹与待检测的叶片翼形截面的中心的运动轨迹保持一致。

所述第一加载设备300和所述第二加载设备301为带有控制系统的液压装置、电动葫芦、手动葫芦和链式扳手式加载设备中的一种或多种。

所述叶片夹具包括两个翼形随行板400以及若干个固定件401。所述两个翼形随行板400中的一个通过所述固定件401固定于所述第一工装横梁200上；其另一个通过所述固定件401固定于所述第二工装横梁201上。

两个所述翼形随行板400可以用于夹持待检测的叶片翼形截面所对应的所述叶片的主梁位置。所述叶片夹具对叶片的主梁位置进行夹持时，可以避免翼形轮廓受到损伤，采用固定件401例如螺栓对翼形随形板400和叶片的主梁进行夹持固定，翼形随形板400与叶片的翼形截面700之间保持一定的预紧力。

所述升降装置500为螺栓顶升装置。所述移动装置600为自动控制运动轨迹的物流小车。所述第一加载设备300和所述第二加载设备301均为带有控制系统的液压装置时，即采用液压装置对叶片进行旋转扭转力矩或扭转载荷加载时，该液压装置的控制系统具备加载力和力反馈功能，实时反馈对叶片上加载的力或载荷的数值。

所述扭转加载设备还包括伺服电机系统，所述伺服电机系统根据所述叶片翼形截面中心的运动轨迹控制所述升降装置及所述移动装置。

另一方面，基于同一发明构思，本发明还提供一种利用如上文所述的扭转加载设备进行叶片扭转测试方法，包括：

步骤S100、预先将待检测的叶片进行固定，使得所述叶片的PS面(迎风面)朝上，SS面(背风面)朝下，叶片弦长与地面呈平行方向。在本实施例中，对所述待检测的叶片进行固定可以是将所述的叶片的叶根固定于预先设置好的测试平台法兰上。

步骤S101、获取所述叶片的数值模型，并根据所述数值模型以及所述叶片的翼形截面上的扭矩分布，计算出所述叶片的翼形截面中心的运动轨迹。

步骤S102、获取叶片的关键翼形截面的位置，并在关键翼形截面的位置的前后缘安装用于检测所述叶片扭角的倾角传感器，分别在所述叶片的前缘、PS面主梁、SS面主梁、PS面尾缘梁和SS面尾缘梁的正中间位置处安装用于检测叶片应变的应变片。本实施例中，叶片的关键翼形截面包括叶片的最大弦长截面、叶根截面从圆形过渡至翼形区域、不同种结构材料的搭接过渡区域或结构设计时的危险截面中的一个或多个。例如，可以选用叶片的最大弦长截面作为关键翼形截面，因为此处的叶片产生的扭转角相对于其它截面更大。又例如，叶片在结构设计时的危险截面包括静强度和疲劳强度安全系数最低的区域或者稳定性系数较低区域，这些位置在外力作用下很容易产生扭转，也均可作为关键翼形截面。

如图4所示，其为待检测叶片的一个翼形截面示意图，其中，其给出了叶片的PS面主梁701，SS面主梁702，PS面后缘711，SS面后缘712和叶片前缘703的位置。

在本实施例中，如果只选一个或很少的几个关键截面，通过倾角传感器得到相关扭转角后，也可再通过公式计算得到其它未安装倾角传感器的关键截面的扭转角所对应的单位扭矩，然后再对叶片进行有限元模型(数值模型)分析，得到其它未安装传感器截面的单位扭矩与倾角传感器的关系。

步骤S103、调整所述扭转加载设备上的叶片夹具，使得所述叶片夹具夹持在当前待检测的叶片的关键翼形截面的位置上；根据所述叶片的翼形截面中心的运动轨迹，通过所述扭转加载设备上的升降装置，调整所述扭转加载设备的升降高度；以及通过所述扭转加载设备上的移动装置，调整所述扭转加载设备的在水平面上的运动路线；

步骤S104、根据预设的扭矩施加条件，通过所述扭转加载设备上的第一加载设备和第二加载设备对所述叶片施加扭矩或施加扭转力，并且记录位于当前待检测叶片的关键翼形截面的位置上的所述倾角传感器所检测到的扭角和位于当前待检测的叶片的关键翼形截面的位置上的应变片所检测到的应变(应变值，一般检测的是叶片材料应变)；

步骤S105、重复所述步骤S103～步骤S104，直至得到所述叶片的所有关键翼形截面的扭角和应变。

步骤S106、根据所述叶片的所有关键翼形截面的位置处的扭角和应变，解析扭矩与叶片的关键翼形截面的位置处的扭角之间的关系，获得所述叶片的扭转刚度。

优选地，所述预设的扭矩施加条件包括：根据极限加载扭矩，按照如下四个施加阶段进行扭矩加载，第一施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩的25％。第二施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩的50％。第三施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩的75％。第四施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩。

由此可知，实施例可以采用一个扭转加载设备实现对所述叶片的各个关键截面施加纯扭转力，即本实施例通过该工装实现对叶片上各截面位置的极限扭转力矩进行加载，加载方式为单个加载工装通过多次实验对叶片进行分段加载，逐段验证。该加载方式在加载操作和中心轨迹跟踪控制上降低了难度。

再一方面，基于同一发明构思，本发明还提供一种利用如上文所述的扭转加载设备进行叶片扭转测试方法，包括：

步骤S200、获取叶片的所有关键翼形截面的位置，并在每一关键翼形截面的位置对应设置一所述扭转加载设备；当前待检测的叶片的关键翼形截面上承受的扭矩为位于该当前待检测的叶片的关键翼形截面的位置处的所述扭转加载设备至叶尖上的所述扭转加载设备所施加的扭矩之和。

本实施例中，叶片的关键翼形截面的选择和上一实施例类似，不再赘述。

步骤S201、分别计算出叶片的各个关键翼形截面的翼形截面中心的运动轨迹，所得到的所有翼形截面中心的运动轨迹作为各个扭转加载设备的运动依据。即后续施加的扭转力矩或扭转载荷或扭转力时需使得所述扭转加载设备的中心位置(支撑外环或支撑内环的圆心)的运动轨迹与翼形截面中心的保持运动轨迹一致。

步骤S202、在所述叶片的各个关键翼形截面位置的前后缘安装倾角传感器，分别在叶片前缘、PS面主梁、SS面主梁、PS面尾缘梁和SS面尾缘梁的正中间安装应变片，以监测所述叶片的状态指标。

步骤S203、根据预设的扭矩施加条件，通过每一所述扭转加载设备上的第一加载设备和第二加载设备对所述叶片施加扭矩，并且记录位于所有倾角传感器所检测到的扭角和所有应变片所检测到的应变。

步骤S204、根据所述叶片的所有关键翼形截面的位置处的扭角和应变，解析扭矩与叶片的关键翼形截面的位置处的扭角之间的关系，获得所述叶片的扭转刚度。

步骤S205、判断实际加载的扭矩是否包络在所述叶片上的预先设计的设计扭矩，若是，则所述叶片能够承受设计扭矩；若否，则所述叶片不能承受设计扭矩。

优选地，所述预设的扭矩施加条件包括：根据极限加载扭矩，按照如下四个施加阶段进行扭矩加载，第一施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩的25％；第二施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩的50％；第三施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩的75％；第四施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩。

由此可知，本实施例采用多个扭转加载设备同步施加扭转载荷或扭转力，提高了测试效率。

综上所述，本发明提供一种扭转加载设备，包括：支撑外环、支撑内环、叶片夹具、升降装置和移动装置；所述支撑外环套设于所述支撑内环的外周侧，且与所述支撑内环的外周侧面接触；所述支撑外环与所述支撑内环同轴设置，所述支撑内环沿所述支撑外环的周向旋转；所述叶片夹具与所述支撑内环连接，用于加持待检测的叶片；所述升降装置与所述支撑外环连接，用于调节所述支撑外环的的竖直高度；所述移动装置与所述升降装置连接，用于调节所述支撑外环在水平面上的位置。

由此可知，本发明所设有的支撑外圈和支撑内圈，功能是对加载的力矢进行限制，使加载的力沿所述支撑外圈切向。而在对所述叶片进行加载过程中产生的弯矩，由于支撑外圈的外形圆圈的限制，产生的弯矩会上、下相互抵消，由此保留旋转方向上的运动自由度，进而解决了叶片扭转测试的问题，实现叶片的纯扭矩极限测试，解决扭转加载过程中伴随弯矩的问题，实现纯扭矩加载的目的。

由此进一步可知，本发明所提供利用如上文所述的扭转加载设备进行叶片扭转测试方法能够提高叶片上各截面所能承受的极限扭转特性结果的精度。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (11)

1.一种扭转加载设备，其特征在于，包括：

支撑外环、支撑内环、叶片夹具、升降装置和移动装置；

所述支撑外环套设于所述支撑内环的外周侧，且与所述支撑内环的外周侧面接触；所述支撑外环与所述支撑内环同轴设置，所述支撑内环沿所述支撑外环的周向旋转；

所述叶片夹具与所述支撑内环连接，用于加持待检测的叶片；

所述升降装置与所述支撑外环连接，用于调节所述支撑外环的的竖直高度；

所述移动装置与所述升降装置连接，用于调节所述支撑外环在水平面上的位置。

2.如权利要求1所述的扭转加载设备，其特征在于，所述扭转加载设备还包括：第一工装横梁、第二工装横梁、第一加载设备和第二加载设备；

所述第一工装横梁的两端分别与所述支撑内环的内圆周连接，且所述第一工装横梁不经过所述支撑内环的圆心；

所述第二工装横梁的两端分别与所述支撑内环的内圆周连接，且所述第二工装横梁不经过所述支撑内环的圆心；

所述叶片夹具分别与所述第一工装横梁和所述第二工装横梁连接，且位于所述第一工装横梁和所述第二工装横梁之间；

所述第一加载设备的一端与所述支撑外环连接，其另一端与所述第一工装横梁连接；

所述第二加载设备的一端与所述支撑外环连接，其另一端与所述第二工装横梁连接；

所述第一加载设备与所述第一工装横梁的连接点与所述第二加载设备与所述第二工装横梁的连接点绕所述支撑内环的圆心旋转对称。

3.如权利要求2所述的扭转加载设备，其特征在于，所述第一加载设备和所述第二加载设备为带有控制系统的液压装置、电动葫芦、手动葫芦和链式扳手式加载装置中的一种或多种。

4.如权利要求2所述的扭转加载设备，其特征在于，所述叶片夹具包括两个翼形随行板以及若干个固定件；

所述两个翼形随行板中的一个通过所述固定件固定于所述第一工装横梁上；其另一个通过所述固定件固定于所述第二工装横梁上；

两个所述翼形随行板用于夹持所述叶片所对应的主梁位置。

5.如权利要求1所述的扭转加载设备，其特征在于，所述升降装置为螺栓顶升装置。

6.如权利要求1所述的扭转加载设备，其特征在于，所述移动装置为自动控制运动轨迹的物流小车。

7.如权利要求1所述的扭转加载设备，其特征在于，还包括：伺服电机系统；所述伺服电机系统根据所述叶片翼形截面中心的运动轨迹控制所述升降装置及所述移动装置。

8.一种利用如权利要求1～7任意一项所述的扭转加载设备进行叶片扭转测试方法，其特征在于，包括：

获取所述叶片的关键翼形截面的位置；

计算出所述关键翼形截面的翼形截面中心的运动轨迹；

在所述关键翼形截面的前后缘安装用于检测叶片扭角的倾角传感器，以及分别在所述叶片的前缘、PS面主梁、SS面主梁、PS面尾缘梁和SS面尾缘梁的正中间位置处安装用于检测叶片应变的应变片；

调整所述叶片夹具，使得所述叶片夹具夹持在所述关键翼形截面上；

根据所述关键翼形截面的翼形截面中心的运动轨迹，调整所述扭转加载设备的升降高度及运动路线；

根据预设的扭矩施加条件，对所述叶片施加扭矩，并且记录所述倾角传感器所检测到的扭角和所述应变片所检测到的应变。

9.如权利要求8所述的叶片扭转测试方法，其特征在于，所述预设的扭矩施加条件包括：根据极限加载扭矩，按照如下四个施加阶段进行扭矩加载，第一施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩的25％；

第二施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩的50％；

第三施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩的75％；

第四施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩。

10.一种利用如权利要求1～7任意一项所述的扭转加载设备进行叶片扭转测试方法，其特征在于，包括：

获取所述叶片的多个关键翼形截面的位置，并在每一所述关键翼形截面对应设置一所述扭转加载设备；

计算出各个所述关键翼形截面的翼形截面中心的运动轨迹；

在每一所述关键翼形截面的前后缘安装用于检测扭角的倾角传感器，以及分别在所述叶片的前缘、PS面主梁、SS面主梁、PS面尾缘梁和SS面尾缘梁的正中间位置处安装用于检测应变的应变片；

调整每一所述扭转加载设备的所述叶片夹具，使得所述叶片夹具夹持在对应的所述关键翼形截面上；

根据每一所述关键翼形截面的翼形截面中心的运动轨迹，调整对应的所述扭转加载设备的升降高度及运动路线；

根据预设的扭矩施加条件，通过所述扭转加载设备对所述叶片施加扭矩，并且记录所有倾角传感器所检测到的扭角和所有应变片所检测到的应变。

11.如权利要求10所述的叶片扭转测试方法，其特征在于，所述预设的扭矩施加条件包括：根据极限加载扭矩，按照如下四个施加阶段进行扭矩加载，第一施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩的25％；

第二施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩的50％；

第三施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩的75％；

第四施加阶段为施加扭矩等于极限加载扭矩。

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