CN113821890B - 一种风电机组叶片疲劳寿命预测装置和方法 - Google Patents

一种风电机组叶片疲劳寿命预测装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种风电机组叶片疲劳寿命预测装置和方法，装置包括测试箱，所述测试箱的两端侧壁均贯穿开设有进出口，所述测试箱的端部转动连接有密封门，所述测试箱的内壁固定有多个导向杆，多个所述导向杆的周向侧壁共同滑动连接有支撑板，所述测试箱的内壁通过轴承转动连接有两个对称设置的调节杆，所述两个调节杆均与支撑板贯穿转动连接，所述支撑板的侧壁贯穿开设有通槽，所述通槽与两个进出口对应，两个所述进出口和通槽内壁均滑动连接有压板，测量方法是通过上述装置，能够实现多点的同时测量，可大大减少测量次数，能够有效增加预测装置的测量效率，可便于对风电机组叶片的疲劳寿命预测使用。

Description

一种风电机组叶片疲劳寿命预测装置和方法
技术领域
本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种风电机组叶片疲劳寿命预测装置和方法。
背景技术
风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机一般有风轮、发电机、调向器、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成，是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发电机，而风电叶片是风力发电机内部最为管件的组成部分，因而在生产过程中对风电叶片要求较高，往往在使用之前需要利用测量装置对叶片进行疲劳寿命预测，以便确定后期的更换周期。
传统的测量方式方式较为单一，无法采用单次多点同时测量，需要进行多次单独测量，会影响其预测效率，而且测量过程中容易造成叶片的撬动，从而会对测量数据形成较大的误差，进而使得测量数据精确度较低。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种风电机组叶片疲劳寿命预测装置和方法，解决现有技术中效率较慢且测量精确度较低的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种风电机组叶片疲劳寿命预测装置，包括测试箱1，测试箱1的两端侧壁均贯穿开设有进出口2，测试箱1的端部转动连接有密封门3，所述测试箱1的内壁固定有多个导向杆4，多个所述导向杆4的周向侧壁共同滑动连接有支撑板6，所述测试箱1的内壁通过轴承转动连接有两个对称设置的调节杆5，两个所述调节杆5均与支撑板6贯穿转动连接，所述支撑板6的侧壁贯穿开设有通槽7，所述通槽7与两个进出口2对应，所述支撑板6的侧壁贯穿滑动连接有两个水平板11，两个所述水平板11对应设置，两个所述水平板11相靠近的一侧均固定有多个测量块14，每个所述测量块14的内部均设置有测量装置，两个所述水平板11的端壁均开设有螺纹槽12，螺纹槽12内部设置丝杆13，丝杆13通过轴承转动连接在测试箱1的内壁上，所述测试箱1的侧壁设置有连接装置；
所述的两个进出口2和通槽7内壁均滑动连接有压板8，所述的两个进出口2和通槽7的内顶部均固定有限位推杆9，每个所述限位推杆9的杆头均与相应的压板8的上端固定，每个所述压板8的底部均胶合有接触层10。
所述测量装置包括固定于测量块14内底部的测量推杆21，所述测量推杆21的杆头处固定有连接板22，连接板22与测量块14内壁密封相抵，连接板22的上端固定有感应块23和接触球24，所述接触球24为中空型半球，所述感应块23位于接触球24内部。
所述连接装置包括固定于测试箱1一侧端部的电机15，所述电机15的主轴贯穿测试箱1的内壁并与下端的调节杆5固定，所述测试箱1的另一侧端部通过轴承转动连接有两个第一转杆16和两个第二转杆17，两个所述第一转杆16和两个第二转杆17的端部均贯穿至测试箱1内部，两个第一转杆16与两个调节杆5对应固定，两个第二转杆17与两个丝杆13对应固定；两个第一转杆16的周向侧壁均固定有第一齿轮18，两个第二转杆17的周向侧壁均固定有第二齿轮19，两个第一齿轮18与两个第二齿轮19对应啮合，所述两个第一转杆16的周向侧壁共同套设有皮带20。
所述第一齿轮18的齿数是第二齿轮19齿数的一半。
基于上述一种风电机组叶片疲劳寿命预测装置的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：限位夹紧
在对风电机组叶片疲劳寿命进行预测之前，首先需要将风电机组叶片放置于测试箱1内部，使得风电机组叶片停放在进出口2和通槽7的上端，然后再利用限位推杆9推动压板8移动，使得压板8底部的接触层10与风电机组叶片表面紧密贴合；
步骤二：利用测量装置进行单点测量
利用测量块14内部的测量推杆21推动连接板22向风电机组叶片方向移动，使得连接板22上端的接触球24与风电机组叶片相抵，利用接触球24内部感应块23对风电机组叶片各点的应力进行感应测量；
步骤三：调节测量位置
在对其他部位进行测量时，首先需要将通槽7内部的限位推杆9复位，然后启动电机15，通过电机15旋转带动调节杆5旋转，从而能够实现支撑板6的移动，而在第一转杆16、第二转杆17、第一齿轮18和第二齿轮19的带动下，能够实现水平板11的移动，从而能够实现测量块14位置的改变，进而实现对风电机组叶片不同位置的应力进行测量；
步骤四：利用多点测量数据绘制S-N曲线
通过多点的测量，利用外部设备对感应块23传出的电信号进行滤波处理，在将电信号转换至实际数值，再利用测量的数值绘制出以疲劳强度为纵坐标，以疲劳寿命的对数值为横坐标，展示风电机组叶片的疲劳强度与疲劳寿命之间关系的S-N曲线；
步骤五：利用S-N曲线对叶片疲劳寿命进行预测
最后利用S-N曲线实现对风电机组叶片的疲劳寿命进行预测，进而可得出精确度较高的风电机组叶片的疲劳寿命。
所述的第一转杆16和第二转杆17通过第一齿轮18和第二齿轮19啮合连接，由于第一齿轮18的齿数是第二齿轮19齿数的一半，在调节杆5带动支撑板6移动过程中可实现水平板11移动，同时可使得水平板11移动距离是支撑板6移动距离的一半，能够使得测量块14始终位于支撑板6与测试箱1端部之间，使得风电机组叶片测量部位两端均与夹紧。
在皮带20带动下，能够使得上下两端的水平板11同时同向移动，使得测量部位上下两端的同时测量。
所述的接触层10和接触球24均为橡胶材料制成。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明中，通过在同一水平板上端设置两个对称的测量装置，能够实现多点的同时测量，可大大减少测量次数，能够有效增加预测装置的测量效率，可便于对风电机组叶片的疲劳寿命预测使用。
2、本发明中，通过设置第一齿轮的齿数为第二齿轮齿数的一半，同时可使得水平板移动距离是支撑板移动距离的一半，能够使得测量块始终位于支撑板与测试箱端部之间，能够使得风电机组叶片测量部位两端均与夹紧，能够使得测量数据更加精确。
3、本发明中，在水平板移动过程中，经过皮带带动下，能够使得上下两端的水平板能够同时同向移动，从而能够使得测量部位上下两端的同时测量，可保证风电机组叶片稳定性的同时也能够使得测量数据的精确性更高。
4、本发明中，接触层和接触球均为橡胶材料制成，能够保证在风电机组叶片夹紧和测量过程中保证风电机组叶片的完整性，可避免对风电机组叶片表面的损伤，使得风电机组叶片预测结果误差较小，准确度更高。
附图说明
图1为本发明提出的一种风电机组叶片疲劳寿命预测装置的结构示意图。
图2为本发明提出的一种风电机组叶片疲劳寿命预测装置的俯剖视图。
图3为图1中A部分的放大图。
图4为本发明提出的一种风电机组叶片疲劳寿命预测装置中测量装置的示意图。
图5为本发明提出的一种风电机组叶片疲劳寿命预测装置的侧视图。
图中：1测试箱、2进出口、3密封门、4导向杆、5调节杆、6支撑板、7通槽、8压板、9限位推杆、10接触层、11水平板、12螺纹槽、13丝杆、14测量块、15电机、16第一转杆、17第二转杆、18第一齿轮、19第二齿轮、20皮带、21测量推杆、22连接板、23感应块、24接触球。
具体实施方式
以下实施例仅处于说明性目的，而不是想要限制本发明的范围。
参照图1-3，一种风电机组叶片疲劳寿命预测装置，包括测试箱1，测试箱1的两端侧壁均贯穿开设有进出口2，测试箱1的端部转动连接有密封门3，测试箱1的内壁固定有多个导向杆4，多个导向杆4的周向侧壁共同滑动连接有支撑板6，测试箱1的内壁通过轴承转动连接有两个对称设置的调节杆5，两个调节杆5均与支撑板6贯穿转动连接，支撑板6的侧壁贯穿开设有通槽7，通槽7与两个进出口2对应，两个进出口2和通槽7内壁均滑动连接有压板8，两个进出口2和通槽7的内顶部均固定有限位推杆9，每个限位推杆9的杆头均与相应的压板8的上端固定，每个压板8的底部均胶合有接触层10，支撑板6的侧壁贯穿滑动连接有两个水平板11，两个水平板11对应设置，两个水平板11相靠近的一侧均固定有多个测量块14，每个测量块14的内部均设置有测量装置，两个水平板11的端壁均开设有螺纹槽12，测试箱1的内壁通过轴承转动连接有两个丝杆13，丝杆13位于螺纹槽12内部，测试箱1的侧壁设置有连接装置。
连接装置包括固定于测试箱1一侧端部的电机15，电机15的主轴贯穿测试箱1的内壁并与下端的调节杆5固定，测试箱1的另一侧端部通过轴承转动连接有两个第一转杆16和两个第二转杆17，两个第一转杆16和两个第二转杆17的端部均贯穿至测试箱1内部，两个第一转杆16与两个调节杆5对应固定，两个第二转杆17与两个丝杆13对应固定；两个第一转杆16的周向侧壁均固定有第一齿轮18，两个第二转杆17的周向侧壁均固定有第二齿轮19，两个第一齿轮18与两个第二齿轮19对应啮合，两个第一转杆16的周向侧壁共同套设有皮带20，调节杆6和丝杆13均为螺纹杆。
参照图4，测量装置包括固定于测量块14内底部的测量推杆21，测量推杆21的杆头处固定有连接板22，连接板22与测量块14内壁密封相抵，连接板22的上端固定有感应块23和接触球24，接触球24为中空型半球，感应块23位于接触球24内部，测量推杆21和限位推杆9均为电动推杆。
所述第一齿轮18的齿数是第二齿轮19齿数的一半。
一种风电机组叶片疲劳寿命预测方法，包括如下步骤：
步骤一：限位夹紧
在对风电机组叶片疲劳寿命进行预测之前，首先需要将风电机组叶片放置于测试箱1内部，使得风电机组叶片停放在进出口2和通槽7的上端，然后再利用限位推杆9推动压板8移动，使得压板8底部的接触层10与风电机组叶片表面紧密贴合，保证风电机组叶片的测量过程中的稳定性，使得测量数据更加精确；
步骤二：利用测量装置进行单点测量
利用测量块14内部的测量推杆21推动连接板22向风电机组叶片方向移动，使得连接板22上端的接触球24与风电机组叶片相抵，利用接触球24内部感应块23对风电机组叶片各点的应力进行感应测量；
步骤三：调节测量位置
在对其他部位进行测量时，首先需要将通槽7内部的限位推杆9复位，然后启动电机15，通过电机15旋转带动调节杆5旋转，从而能够实现支撑板6的移动，而在第一转杆16、第二转杆17、第一齿轮18和第二齿轮19的带动下，能够实现水平板11的移动，从而能够实现测量块14位置的改变，进而能够实现对风电机组叶片不同位置的应力进行测量，实现多次不同位置的测量，可避免数据收集的偶然性；
步骤四：利用多点测量数据绘制S-N曲线
通过外部设备对感应块23传出的电信号进行滤波处理，在将电信号转换至实际数值，再利用测量的数值绘制出以疲劳强度为纵坐标，以疲劳寿命的对数值为横坐标，展示风电机组叶片的疲劳强度与疲劳寿命之间关系的S-N曲线，而通过多点的测量，能够使得S-N曲线的精确度更高；
步骤五：利用S-N曲线对叶片疲劳寿命进行预测
最后利用S-N曲线实现对风电机组叶片的疲劳寿命进行预测，进而可得出精确度较高的风电机组叶片的疲劳寿命，能够便于风电机组叶片的使用。
第一转杆16和第二转杆17通过第一齿轮18和第二齿轮19啮合连接，由于第一齿轮18的齿数是第二齿轮19齿数的一半，在调节杆5带动支撑板6移动过程中可实现水平板11移动，同时可使得水平板11移动距离是支撑板6移动距离的一半，能够使得测量块14始终位于支撑板6与测试箱1端部之间，能够使得风电机组叶片测量部位两端均与夹紧，使得测量数据更加精确；在皮带20带动下，能够使得上下两端的水平板11能够同时同向移动，从而能够使得测量部位上下两端的同时测量，可保证风电机组叶片稳定性的同时也能够使得测量数据的精确性更高；接触层10和接触球24均为橡胶材料制成，能够保证在风电机组叶片夹紧和测量过程中保证风电机组叶片的完整性，可避免对风电机组叶片表面的损伤，使得风电机组叶片预测结果误差较小，准确度更高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种风电机组叶片疲劳寿命预测装置，包括测试箱(1)，其特征在于，测试箱(1)的两端侧壁均贯穿开设有进出口(2)，测试箱(1)的端部转动连接有密封门(3)，所述测试箱(1)的内壁固定有多个导向杆(4)，多个所述导向杆(4)的周向侧壁共同滑动连接有支撑板(6)，所述测试箱(1)的内壁通过轴承转动连接有两个对称设置的调节杆(5)，两个所述调节杆(5)均与支撑板(6)贯穿转动连接，所述支撑板(6)的侧壁贯穿开设有通槽(7)，所述通槽(7)与两个进出口(2)对应，所述支撑板(6)的侧壁贯穿滑动连接有两个水平板(11)，两个所述水平板(11)对应设置，两个所述水平板(11)相靠近的一侧均固定有多个测量块(14)，每个所述测量块(14)的内部均设置有测量装置，两个所述水平板(11)的端壁均开设有螺纹槽(12)，螺纹槽(12)内部设置丝杆(13)，丝杆(13)通过轴承转动连接在测试箱(1)的内壁上，所述测试箱(1)的侧壁设置有连接装置；
所述的两个进出口(2)和通槽(7)内壁均滑动连接有压板(8)，两个所述进出口(2)和通槽(7)的内顶部均固定有限位推杆(9)，每个所述限位推杆(9)的杆头均与相应的压板(8)的上端固定，每个所述压板(8)的底部均胶合有接触层(10)；
所述测量装置包括固定于测量块(14)内底部的测量推杆(21)，所述测量推杆(21)的杆头处固定有连接板(22)，连接板(22)与测量块(14)内壁密封相抵，连接板(22)的上端固定有感应块(23)和接触球(24)，所述接触球(24)为中空型半球，所述感应块(23)位于接触球(24)内部；
所述连接装置包括固定于测试箱(1)一侧端部的电机(15)，所述电机(15)的主轴贯穿测试箱(1)的内壁并与下端的调节杆(5)固定，所述测试箱(1)的另一侧端部通过轴承转动连接有两个第一转杆(16)和两个第二转杆(17)，两个所述第一转杆(16)和两个第二转杆(17)的端部均贯穿至测试箱(1)内部，两个第一转杆(16)与两个调节杆(5)对应固定，两个第二转杆(17)与两个丝杆(13)对应固定；两个第一转杆(16)的周向侧壁均固定有第一齿轮(18)，两个第二转杆(17)的周向侧壁均固定有第二齿轮(19)，两个第一齿轮(18)与两个第二齿轮(19)对应啮合，两个所述第一转杆(16)的周向侧壁共同套设有皮带(20)。
2.根据权利要求1所述的一种风电机组叶片疲劳寿命预测装置，其特征在于，所述的接触层(10)和接触球(24)均为橡胶材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种风电机组叶片疲劳寿命预测装置，其特征在于，所述第一齿轮(18)的齿数是第二齿轮(19)齿数的一半。
4.基于权利要求1-3任一权利要求所述的一种风电机组叶片疲劳寿命预测装置的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：限位夹紧
在对风电机组叶片疲劳寿命进行预测之前，首先需要将风电机组叶片放置于测试箱(1)内部，使得风电机组叶片停放在进出口(2)和通槽(7)的上端，然后再利用限位推杆(9)推动压板(8)移动，使得压板(8)底部的接触层(10)与风电机组叶片表面紧密贴合；
步骤二：利用测量装置进行单点测量
利用测量块(14)内部的测量推杆(21)推动连接板(22)向风电机组叶片方向移动，使得连接板(22)上端的接触球(24)与风电机组叶片相抵，利用接触球(24)内部感应块(23)对风电机组叶片各点的应力进行感应测量；
步骤三：调节测量位置
在对其他部位进行测量时，首先需要将通槽(7)内部的限位推杆(9)复位，然后启动电机(15)，通过电机(15)旋转带动调节杆(5)旋转，从而能够实现支撑板(6)的移动，而在第一转杆(16)、第二转杆(17)、第一齿轮(18)和第二齿轮(19)的带动下，能够实现水平板(11)的移动，从而能够实现测量块(14)位置的改变，进而实现对风电机组叶片不同位置的应力进行测量；
步骤四：利用多点测量数据绘制S-N曲线
通过多点的测量，利用外部设备对感应块(23)传出的电信号进行滤波处理，在将电信号转换至实际数值，再利用测量的数值绘制出以疲劳强度为纵坐标，以疲劳寿命的对数值为横坐标，展示风电机组叶片的疲劳强度与疲劳寿命之间关系的S-N曲线；
步骤五：利用S-N曲线对叶片疲劳寿命进行预测
最后利用S-N曲线实现对风电机组叶片的疲劳寿命进行预测，进而可得出精确度较高的风电机组叶片的疲劳寿命。
5.根据权利要求4所述的一种风电机组叶片疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述的第一转杆(16)和第二转杆(17)通过第一齿轮(18)和第二齿轮(19)啮合连接，由于第一齿轮(18)的齿数是第二齿轮(19)齿数的一半，在调节杆(5)带动支撑板(6)移动过程中可实现水平板(11)移动，同时可使得水平板(11)移动距离是支撑板(6)移动距离的一半，能够使得测量块(14)始终位于支撑板(6)与测试箱(1)端部之间，能够使得风电机组叶片测量部位两端均与夹紧。
6.根据权利要求4所述的一种风电机组叶片疲劳寿命预测方法，其特征在于，在皮带(20)带动下，能够使得上下两端的水平板(11)同时同向移动，使得测量部位上下两端的同时测量。
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