CN112557017A - 风力发电叶片试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电叶片试验装置，包括支座，其用于固定叶片的叶根部，夹具，其用于夹持叶片截面，夹具底部设有底座，包括：激振加载机构，其包括：第一电机；双轴减速器、传动轴、安装板Ⅰ、电缸、安装板Ⅱ；一对重力块，重力块包括磁铁柱和套设于磁铁柱外部的重力套筒，重力套筒沿其轴向设有多个贯通孔；多个重力柱体和多对锁紧螺母；激振辅助机构，其包括设置于夹具外侧表面上的一对第二电机、设置于第二电机上的空心的圆环心的托盘、设置于托盘内的圆球，托盘的材料为非磁性材料，圆球为电磁铁；其中，电缸的移动端伸长至极限时，重力套筒与托盘不接触。本发明具有提高疲劳测试强度和准确性的有益效果。

Description

风力发电叶片试验装置

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域。更具体地说，本发明涉及一种风力发电叶片试验装置。

背景技术

叶片是风力发电设备的关键部件，是将风能转换成机械能的重要部件，在实际运行过程中，叶片长期受到各种外界环境雨水风霜的破坏，比如风剪切力、湍流等动态载荷的组合影响，可能产生疲劳破坏，因此，疲劳测试试验是风力发电叶片在设计、定型、生产过程中重要的测试试验，通常叶片的设计寿命为20年，通过疲劳测试试验来确定风电叶片能否在设计寿命期间内安全地工作。但目前的疲劳测试都是单纯的采用液压加载或共振法加载，虽然液压加载准确、可靠，但价格昂贵，成本高，共振法加载成本低但误差大，试验不易控制。也有通过创造恶劣环境，使测试在恶劣环境中进行测试，比如采用冰冻试验仓制造冰冻雨，使测试在冰冻雨中进行，以提高疲劳测试强度和准确性，但所需要设备仍然复杂，价格不匪，因此，如何改进现有的风电叶片疲劳加载方法，进而为风电叶片性能提供更加准确、可靠的检测数据是值得我们思量的。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种风力发电叶片试验装置，可以提高疲劳测试强度和准确性。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种风力发电叶片试验装置，包括支座，其用于固定叶片的叶根部，夹具，其用于夹持叶片截面，所述夹具底部设有底座，包括：

激振加载机构，其包括：

第一电机，其固定于所述夹具外侧面上；

双轴减速器，其输入轴与所述第一电机的输出轴固接，所述双轴减速器的两个输出轴分别竖直朝上和竖直朝下，所述双轴减速器的两个输出轴上均固接有传动轴，所述传动轴上固接有安装板Ⅰ，所述安装板Ⅰ上均设有一对电缸，所述电缸的移动方向沿所述传动轴的径向设置，所述电缸的移动端上设有安装板Ⅱ；

一对重力块，每个重力块对应固定于两块安装板Ⅱ之间，所述重力块包括磁铁柱和套设于所述磁铁柱外部的重力套筒，所述重力套筒沿其轴向设有多个贯通孔；

多个重力柱体和多对锁紧螺母，多个重力柱体外侧壁上设有螺纹，所述重力柱体的直径小于所述贯通孔的内径，所述重力柱体的长度大于所述贯通孔的长度，所述锁紧螺母的外径大于所述贯通孔的内径，所述锁紧螺母与所述重力柱体螺接；

激振辅助机构，其包括设置于所述夹具外侧表面上的一对第二电机、设置于所述第二电机上的中空的圆环形的托盘、设置于所述托盘内的圆球，其中，一对第二电机分别设置于一对传动轴下方，并且输出轴朝向所述传动轴设置，所述托盘的材料为非磁性材料，所述圆球为电磁铁，其中，当所述圆球通过电时，所述圆球与对应的磁铁柱相互磁吸引；

其中，所述电缸的移动端伸长至极限时，所述重力套筒与所述托盘不接触。

优选的是，所述夹具与所述叶片接触的表面上敷设有橡胶层。

优选的是，所述第一电机通过支撑柱固定于所述夹具外侧面上。

优选的是，一对第二电机采用同一开关控制启动，两个圆球采用同一开关控制启动。

优选的是，所述安装板Ⅱ呈圆形。

优选的是，所述圆球与所述重力块的重量比为1:5～10。

优选的是，所述托盘的材质为铜。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、先将待测试叶片安装固定到支座上，然后将夹具夹持于叶片的一个截面上，通过计算得到该叶片的固有频率，然后选取适宜的根数的重力柱安装到贯通孔内，形成一个整体的重量，调节电缸的移动端伸长长度，启动第一电机，使第一电机带动重力块转动，当达到与叶片固有频率相同时，形成共振，此时，再启动第二电机驱动托盘转动，并同时使圆球通电，从而使圆球具有磁吸引力，并且周期性改变对磁铁柱的磁吸引力的大小，从而对重力块形成干扰，增强激振加载强度，提升疲劳测试准确性。

第二、可以根据重力块重量的需要，将重力柱体通过锁紧螺母是否穿设安装到贯通孔内，以及调整重力柱体的安装的数量，实现整个重力块的重量的调节。

第三、重力块是提供偏心激振载荷的关键部件，影响激振载荷大小的有重力块的重量(此处由是否将重力柱体穿设安装于贯通孔内，以及安装多少根重力柱体来调节)、重力块旋转的直径(此处为电缸的移动端伸长长度)、以及重力块旋转的速度(此处由第一电机和双轴减速器决定)，采用上述重力柱体、电缸的移动端的伸长长度、及第一电机的输出轴的转动速度来适应不同叶片的固有频率，从而实现同一个激振加载机构可以针对不同固有频率的叶片进行测试。

第四、启动第二电机，可以驱动托盘转动，由于惯性可以带动圆球转动；当通电时，由于与磁铁柱的磁吸力而制约干扰重力块的转动参数，从而促进激振加载机构的加载模式的变化，模拟外界干扰因素，从而提升疲劳测试准确性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的其中一种技术方案的所述叶片的安装示意图；

图2为本发明的其中一种技术方案的所述激振加载机构和所述激振辅助机构左视图；

图3为本发明的其中一种技术方案的所述重力块的细节图；

图4为本发明的其中一种技术方案的所述托盘的细节图；

图5为本发明的其中一种技术方案的所述重力柱体的细节图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语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，并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1～5所示，本发明提供一种风力发电叶片试验装置，包括支座1，其用于固定叶片4的叶根部，通常采用将轮毂、连接法兰和待测试的叶片4连接在一起的方式，连接方式与风轮实际的安装方式相同。轮毂与支座1固定在一起。夹具2，其用于夹持叶片4截面，所述夹具2底部设有底座3，包括：

激振加载机构5，其包括：

第一电机51，其固定于所述夹具2外侧面上；用于提供驱动力；

双轴减速器52，其输入轴与所述第一电机51的输出轴固接，所述双轴减速器52的两个输出轴分别竖直朝上和竖直朝下，用于将一个原驱动转化为两个同步的输出，所述双轴减速器52的两个输出轴上均固接有传动轴53，所述传动轴53上固接有安装板Ⅰ54，所述安装板Ⅰ54上均设有一对电缸55，所述电缸55的移动方向沿所述传动轴53的径向设置，所述电缸55的移动端上设有安装板Ⅱ56；第一电机51带动双轴减速器52的两个输出轴转动，然后带动传动轴53转动，然后带动安装板Ⅰ54转动，然后带动电缸55转动，然后带动安装板Ⅱ56转动，且上下的安装板Ⅱ56分布于叶片4的上下，具有一定的平衡作用；

一对重力块57，每个重力块57对应固定于两块安装板Ⅱ56之间，所述重力块57包括磁铁柱58和套设于所述磁铁柱58外部的重力套筒59，所述重力套筒59沿其轴向设有多个贯通孔50；

多个重力柱体71和多对锁紧螺母72，多个重力柱体71外侧壁上设有螺纹，所述重力柱体71的直径小于所述贯通孔50的内径，所述重力柱体71的长度大于所述贯通孔50的长度，所述锁紧螺母72的外径大于所述贯通孔50的内径，所述锁紧螺母72与所述重力柱体71螺接；可以根据重力块57重量的需要，将重力柱体71通过锁紧螺母72是否穿设安装到贯通孔50内，以及调整重力柱体71的安装的数量，实现整个重力块57的重量的调节。

重力块57是提供偏心激振载荷的关键部件，影响激振载荷大小的有重力块57的重量(此处由是否将重力柱体71穿设安装于贯通孔50内，以及安装多少根重力柱体71来调节)、重力块57旋转的直径(此处为电缸55的移动端伸长长度)、以及重力块57旋转的速度(此处由第一电机51和双轴减速器52决定)，采用上述重力柱体71、电缸55的移动端的伸长长度、及第一电机51的输出轴的转动速度来适应不同叶片4的固有频率，从而实现同一个激振加载机构5可以针对不同固有频率的叶片4进行测试。

激振辅助机构6，其包括设置于所述夹具2外侧表面上的一对第二电机61、设置于所述第二电机61上的中空的圆环形的托盘62、设置于所述托盘62内的圆球63，其中，一对第二电机61分别设置于一对传动轴53下方，并且输出轴朝向所述传动轴53设置，所述托盘62的材料为非磁性材料，所述圆球63为电磁铁，其中，当所述圆球63通过电时，所述圆球63与对应的磁铁柱58相互磁吸引；其中，所述电缸55的移动端伸长至极限时，所述重力套筒59与所述托盘62不接触。启动第二电机61，可以驱动托盘62转动，由于惯性可以带动圆球63转动；当通电时，由于与磁铁柱58的磁吸力而制约干扰重力块57的转动参数，从而促进激振加载机构5的加载模式的变化，模拟外界干扰因素，从而提升疲劳测试准确性。

在上述技术方案中，先将待测试叶片4安装固定到支座1上，然后将夹具2夹持于叶片4的一个截面上，通过计算得到该叶片4的固有频率，然后选取适宜的根数的重力柱安装到贯通孔50内，形成一个整体的重量，调节电缸55的移动端伸长长度，启动第一电机51，使第一电机51带动重力块57转动，当达到与叶片4固有频率相同时，形成共振，此时，再启动第二电机61驱动托盘62转动，并同时使圆球63通电，从而使圆球63具有磁吸引力，并且周期性改变对磁铁柱58的磁吸引力的大小，从而对重力块57形成干扰，增强激振加载强度，提升疲劳测试准确性。

在另一种技术方案中，所述夹具2与所述叶片4接触的表面上敷设有橡胶层。为了减少夹具2对待测试叶片4外表面造成伤害，增设橡胶层，有助于缓解夹持力的伤害，又不影响夹持力的稳定性。

在另一种技术方案中，所述第一电机51通过支撑柱固定于所述夹具2外侧面上。由于电缸55需要一定的伸缩空间，采用支撑柱可以更稳定的固定第一电机51，又能提供需要的伸缩空间。

在另一种技术方案中，一对第二电机61采用同一开关控制启动，两个圆球63采用同一开关控制启动。以确保上下的重力块57同时受到相同转动速度的圆球63的磁吸引力，减少误差。

在另一种技术方案中，所述安装板Ⅱ56呈圆形。设置为圆形可以留出更多操作空间，方便重力柱体71的安装与拆卸。

在另一种技术方案中，所述圆球63与所述重力块57的重量比为1:5～10。圆球63的重量不能过重或过轻，过重会严重制约重力块57的激振作用，而过轻则起不到有力使激振强度产生波动的强度，也不能达到预期的加强效果。

在另一种技术方案中，所述托盘62的材质为铜。铜材料一是满足非磁性的条件，不会制约圆球63的磁吸引力；二是铜材料耐磨，提高托盘62的使用寿命。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.风力发电叶片试验装置，包括支座，其用于固定叶片的叶根部，夹具，其用于夹持叶片截面，所述夹具底部设有底座，其特征在于，包括：

激振加载机构，其包括：

第一电机，其固定于所述夹具外侧面上；

双轴减速器，其输入轴与所述第一电机的输出轴固接，所述双轴减速器的两个输出轴分别竖直朝上和竖直朝下，所述双轴减速器的两个输出轴上均固接有传动轴，所述传动轴上固接有安装板Ⅰ，所述安装板Ⅰ上均设有一对电缸，所述电缸的移动方向沿所述传动轴的径向设置，所述电缸的移动端上设有安装板Ⅱ；

一对重力块，每个重力块对应固定于两块安装板Ⅱ之间，所述重力块包括磁铁柱和套设于所述磁铁柱外部的重力套筒，所述重力套筒沿其轴向设有多个贯通孔；

多个重力柱体和多对锁紧螺母，多个重力柱体外侧壁上设有螺纹，所述重力柱体的直径小于所述贯通孔的内径，所述重力柱体的长度大于所述贯通孔的长度，所述锁紧螺母的外径大于所述贯通孔的内径，所述锁紧螺母与所述重力柱体螺接；

激振辅助机构，其包括设置于所述夹具外侧表面上的一对第二电机、设置于所述第二电机上的中空的圆环形的托盘、设置于所述托盘内的圆球，其中，一对第二电机分别设置于一对传动轴下方，并且输出轴朝向所述传动轴设置，所述托盘的材料为非磁性材料，所述圆球为电磁铁，其中，当所述圆球通过电时，所述圆球与对应的磁铁柱相互磁吸引；

其中，所述电缸的移动端伸长至极限时，所述重力套筒与所述托盘不接触。

2.如权利要求1所述的风力发电叶片试验装置，其特征在于，所述夹具与所述叶片接触的表面上敷设有橡胶层。

3.如权利要求1所述的风力发电叶片试验装置，其特征在于，所述第一电机通过支撑柱固定于所述夹具外侧面上。

4.如权利要求1所述的风力发电叶片试验装置，其特征在于，一对第二电机采用同一开关控制启动，两个圆球采用同一开关控制启动。

5.如权利要求1所述的风力发电叶片试验装置，其特征在于，所述安装板Ⅱ呈圆形。

6.如权利要求1所述的风力发电叶片试验装置，其特征在于，所述圆球与所述重力块的重量比为1:5～10。

7.如权利要求1所述的风力发电叶片试验装置，其特征在于，所述托盘的材质为铜。

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