CN113865853A - 风电叶片静力结构试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种风电叶片静力结构试验装置及试验方法，涉及静力结构试验技术领域。风电叶片静力结构试验装置包括承载台以及沿预设方向布置的至少一个加载机构，用于支撑并固定风电叶片的叶根部，承载台被配置为使位于预设方向的风电叶片的叶尖部高于叶根部，以使叶尖部和叶根部的连线与水平面之间的具有预设夹角，加载机构用于对风电叶片施加加载力，加载力与风电叶片、夹具的重力方向相同。利用上述风电叶片静力结构试验装置进行风电叶片的静力结构试验，不仅降低试验成本及风电叶片的加载难度，同时有效提高静力试验的准确度。

Description

风电叶片静力结构试验装置及试验方法

技术领域

本申请涉及静力结构试验技术领域，具体而言，涉及一种风电叶片静力结构试验装置及试验方法。

背景技术

如图1以及图2，现有的风电叶片结构静力加载机构采用侧向水平加载技术，风电叶片20水平安装于承载台11，在承载台11的一侧安装加载件135，加载件135产生的拉力通过位于其上方的导向轮133将牵引力转向成水平加载力，对风电叶片20实施加载载荷，称之为侧向水平加载技术。

随着风电叶片大型化，实际测试过程中侧向水平加载技术会出现高度方向空间不足，导致测试风电叶片触及地面而无法试验的问题。同时实际测试过程中发现，随着风电叶片大型化，侧向水平加载技术容易影响静力试验结果，导致静力试验结果不精准。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种风电叶片静力结构试验装置及试验方法，其能够改善上述至少一个技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种风电叶片静力结构试验装置，其包括承载台以及沿预设方向布置的至少一个加载机构。

承载台用于支撑并固定风电叶片的叶根部，承载台被配置为使位于预设方向的风电叶片的叶尖部高于叶根部，以使叶尖部和叶根部的连线与水平面之间的具有预设夹角。每个加载机构设有用于与风电叶片连接的夹具，加载机构用于对风电叶片施加加载力，加载力与风电叶片的重力方向相同。

在上述实现过程中，首先利用加载机构对风电叶片施加加载力，且加载力与风电叶片重力方向相同，使风电叶片的自重作为加载载荷的一部分，以减少加载机构施加在风电叶片的加载力，提高加载机构安全性，同时由于加载力的方向与风电叶片的重力方向相同，避免形成额外的加载载荷，从而提高静力试验的准确度。其次风电叶片倾斜装配在承载台，风电叶片的叶尖部高于风电叶片的叶根部，以使风电叶片与地面在竖直方向上的空间变大，满足风电叶片试验中大形变的需要，并且相比于侧向水平加载技术，利用预设夹角的设置，可有效降低风电叶片的加载难度，同时有效降低成本。

在一种可能的实施方案中，每个加载机构包括：柔性牵引件、导向轮和加载件。

其中，柔性牵引件具有相对的第一固定端以及第二固定端，第一固定端设有夹具，夹具用于与风电叶片连接以对风电叶片施加加载力；导向轮与柔性牵引件滑动配合，导向轮被配置为使夹具的重力方向与加载力方向相同；加载件与第二固定端连接以调节加载力的大小。

在上述实现过程中，加载机构结构简单，利用导向轮调节加载力的方向，使夹具的重力方向、风电叶片的重力方向以及加载力方向夹具的重力方向相同，将夹具的自重也作为加载载荷的一部分，有效减少加载机构施加在风电叶片的加载力，提高加载机构安全性，同时利用加载件调节加载力的大小，使风电叶片静力结构试验装置能够满足不同规格的风电叶片的载荷需求。

在一种可能的实施方案中，加载件以及导向轮沿预设方向间隔布置，加载件对第二固定端施加沿预设方向的牵引力。

在上述实现过程中，利用加载件以及导向轮沿预设方向间隔布置，有效节省占地面积。

可选地，风电叶片静力结构试验装置包括加载轨道，加载轨道沿预设方向延伸，加载机构以及导向轮均装配于加载轨道。

在上述实现过程中，利用加载轨道的设置有效限定加载件以及导向轮沿预设方向布置，同时由于加载件以及导向轮位于同一轨道，因此可有效降低制作成本。

在一种可能的实施方案中，导向轮为定滑轮。

在上述实现过程中，由于导向轮为定滑轮，因此导向轮和柔性牵引件之间滚动配合，可有效降低导向轮和柔性牵引件之间的摩擦力。

在一种可能的实施方案中，加载机构的数量为多个，多个加载机构沿预设方向间隔布置。

在上述实现过程中，多个加载机构的设置，可满足不同的加载需求。

在一种可能的实施方案中，预设夹角为12°-18°。

在上述实现过程中，上述预设夹角角度合理，不仅能够使风电叶片与地面在竖直方向上的空间大，同时降低风电叶片的加载难度。

在一种可能的实施方案中，承载台被配置为能够调节预设夹角的大小。

在上述实现过程中，通过调节预设夹角的大小，满足试验中对于风电叶片与地面在竖直方向上的所需空间不同的需求，提高风电叶片静力结构试验装置的利用率。

在一种可能的实施方案中，承载台包括至少一个垫片，各垫片用于装配于承载台以及叶根部之间以调节预设夹角的大小。

在上述实现过程中，利用垫片调节预设夹角的大小，不仅操作方便，同时有效降低制作成本。

第二方面，本申请实施例提供一种基于本申请第一方面提供的风电叶片静力结构试验装置的静力结构试验方法，其包括：

将风电叶片的叶根部固定于承载台，使叶尖部和叶根部的连线与水平面之间的具有预设夹角。将加载机构与风电叶片连接，使加载机构对风电叶片施加加载力。

在上述实现过程中，利用上述风电叶片静力结构试验装置进行风电叶片的静力结构试验，不仅降低风电叶片的加载难度，同时由于加载力的方向与风电叶片、夹具的重力方向相同，避免形成额外的加载载荷，有效提高静力试验的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有的风电叶片结构静力加载机构的第一视角的结构示意图；

图2为现有的加载机构与风电叶片的装配示意图；

图3为本申请提供的风电叶片静力结构试验装置10的正视图；

图4为本申请提供的承载台的剖视图；

图5为本申请提供的加载机构与风电叶片的装配示意图。

图标：10-风电叶片静力结构试验装置；11-承载台；111-承载部；1111-第一端；1113-第二端；113-垫片；13-加载机构；131-柔性牵引件；1311-第一固定端；1313-第二固定端；1315-夹具；133-导向轮；135-加载件；14-加载轨道；20-风电叶片；21-叶根部；22-叶尖部。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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申请中的具体含义。

发明人针对侧向水平加载风电叶片静力结构试验中，风电叶片触及地面而无法试验的问题研究发现，导致上述问题的主要原因在于：虽然风电叶片水平安装于承载台，但是随着风电叶片大型化导致风电叶片自重增加，导致用于加载的夹具也越来越重，在风电叶片自重和夹具自重的影响下使风电叶片向下产生较大变形，在做摆振方向测试、PS面向等试验时，需预弯处理的风电叶片又进一步占用了高度方向的空间，从而导致测试风电叶片触及地面而无法试验的问题。

一般为了解决高度方向空间不足的问题，常规做法为大幅提高承载台的中心高度，并同时提高加载机构的高度，但是由于风电叶片自重很大，因此此时将风电叶片固定于承载台的加载操作将变得很困难，并且也会造成承载台建设成本高昂，并且实际试验过程中由于定滑轮对风电叶片施加的为水平加载力，水平加载力将导致风电叶片在水平方向产生较大变形，并且基于加载机构与风电叶片间需要预留一定的空间，使得承载台的占地面积进一步扩大，这将进一步加大承载台建设成本。并且在侧向水平加载技术的背景下，由于加载力的方向与风电叶片自重、夹具等的重量方向不同，还会对风电叶片形成荷外的加载载荷，影响静力结构试验结果的精准度。

针对上述研究，申请人提供一种新的风电叶片静力结构试验装置，一方面利用风电叶片相对于地面向上倾斜设置，使风电叶片与地面在竖直方向上的空间变大，满足风电叶片试验中大形变的需要并且减少占地面积，有效降低成本，另一方面对风电叶片施加与风电叶片的重力方向相同的加载力，使风电叶片的自重均作为加载载荷的一部分，以减少加载机构所要施加在风电叶片的加载力，降低加载机构所要施加的加载力，提高加载机构的安全性，同时避免对风电叶片形成额外的加载载荷，从而提高风电叶片静力结构试验结果的精准度。

请参阅图3，风电叶片静力结构试验装置10包括承载台11以及沿预设方向布置的至少一个加载机构13(图3中为X方向)。

承载台11用于支撑并固定风电叶片20的叶根部21，承载台11被配置为使位于预设方向的风电叶片20的叶尖部22高于风电叶片20的叶根部21，以使叶尖部22和叶根部21的连线与水平面之间的具有预设夹角；每个加载机构13用于对风电叶片20施加加载力，加载力与风电叶片20的重力方向相同。

其中，承载台11用于安装于作业面，其中作业面主要是指基本水平布置的地面，承载台11的材质包括但不局限于钢筋混凝土，还可以为其他常用的材料，例如钢材等制得，在此不做限定。

请参阅图3以及图4，承载台11设有用于支撑风电叶片20的承载部111、以及将叶根部21固定于承载台11的固定件(图未示)。

其中，承载部111可以为开设于承载台11沿预设方向的至少一侧面的限位孔、限位槽，也可以为与叶根部21的外壁配合的承载面，其中承载面包括但不局限于环形面、弧形面或者平面等，其中承载部111具有沿预设方向布置的第一端1111以及第二端1113，第一端1111位于第二端1113靠近风电叶片20的叶尖部22的一侧，且第一端1111高于第二端1113，以使风电叶片20的叶尖部22高于叶根部21，且叶尖部22和叶根部21的连线与水平面之间的具有预设夹角。

固定件包括但不局限于法兰盘，还可以为与叶根部21、承载台11螺纹连接的螺杆、抱箍等等，在此不做限定，只要将叶根部21稳定的可拆卸固定于承载部111即可。在一些可选地实施例中，预设夹角为12°-18°，例如预设夹角为12°、13°、14°、15°、16°、17°、18°中的任一角度值或介于任意两个角度值之间。上述角度设置合理，若角度过小，会造成风电叶片20与地面在竖直方向上的空间不足，若角度过大，则会造成静力结构试验成本高且风电叶片20的加载难度大。

在一些可选地实施例中，预设夹角不可调。此时需要针对特定的夹角设置特定的承载台11。

在另一些可选地实施例中，承载台11被配置为能够调节预设夹角的大小。此时只需要设置一个承载台11，针对不同的需求调节预设夹角的大小即可，不仅能够有效降低制作成本，同时提高承载台11的利用率。

调节预设夹角的设置方式有多种，例如可选地，承载台11包括至少一个垫片113，各垫片113用于装配于承载台11的承载部111以及叶根部21之间以调节预设夹角的大小。

加载机构13设置于作用面，加载机构13用于对风电叶片20施加加载力。

可选地，加载机构13的数量为多个，例如两个、三个、五个、八个等等，根据风电叶片20所需要的加载位置的实际数量进行具体选择，其中每个加载位置对应一个加载机构13，且多个加载机构13沿预设方向间隔布置。

请参阅图3以及图5，每个加载机构13包括柔性牵引件131、导向轮133以及加载件135。

其中，柔性牵引件131具有相对的第一固定端1311以及第二固定端1313，第一固定端1311设有夹具1315，夹具1315用于与风电叶片20连接以对风电叶片20施加加载力；导向轮133与柔性牵引件131滑动配合，导向轮133被配置为使夹具1315的重力方向与加载力方向相同；加载件135与第二固定端1313连接以调节加载力的大小。上述加载机构13结构简单，可使夹具1315的重力方向与加载力方向相同，也可灵活调节加载件135的安装位置以及加载力的大小，使风电叶片静力结构试验装置10能够满足风电叶片20的不同载荷需求。

需要说明的是，本申请中夹具1315的重力方向是指夹具1315的重心所在的重力方向，风电叶片20的重力方向是指风电叶片20的重心所在的重力方向，其中加载力与风电叶片20以及夹具1315的重力方向相同是指三者的方向重合。

柔性牵引件131是指其与导向轮133配合时，柔性牵引件131能够被导向轮133改变牵引力的方向，其中柔性牵引件131包括但不局限于钢丝绳，还可以为其他合适的材质制备所得。

夹具1315可以为可拆卸安装于风电叶片20且不损伤风电叶片20的夹具1315，具体例如为套箍等，在此不做限定。

导向轮133可以为固定在作用面且相对于作业面不转动的轮子，但是由于导向轮133受力大，因此本实施例中，导向轮133为安装于作业面的定滑轮，可有效降低导向轮133和柔性牵引件131之间的摩擦力。

为了保证第一固定端1311对风电叶片20施加的加载力与风电叶片20的重力方向、夹具1315的重力方向均相同，实际设置中，导向轮133应当位于风电叶片20的正下方，保证牵引件位于风电叶片20和导向轮133之间的部分的延伸方向与重力方向相同。

加载件135用于调节加载力的大小，基于柔性牵引件131的布置，加载件135可以为能够收卷及放卷柔性牵引件131的部件，且试验过程中加载件135与承载台11之间的距离保持相对不变，或者，加载件135为能够牵引第二端1113向远离风电叶片20的一侧移动，从而利用加载件135调节柔性牵引件131对于风电叶片20施加的加载力的大小，其中加载件135的具体结构可参考相关技术，在此不做限定。

其中导向轮133和加载件135均设置于作业面。

请继续参阅图3以及图5，10加载件135以及导向轮133沿预设方向间隔布置，加载件135对第二固定端1313施加沿预设方向的牵引力。

可选地，风电叶片静力结构试验装置10包括加载轨道14，加载轨道14沿预设方向延伸，加载件135以及导向轮133均装配于加载轨道14。利用加载件135以及导向轮133均装配于加载轨道14的设置，有效节省占地面积，降低风电叶片静力结构试验装置10的制备成本。

本申请还提供基于上述风电叶片静力结构试验装置10的静力结构试验方法，其包括：

S1、将风电叶片20的叶根部21固定于承载台11，使叶尖部22和叶根部21的连线与水平面之间的具有预设夹角。

具体地，将叶根部21经固定件固定于承载部111。

S2、将加载机构13与风电叶片20连接，使加载机构13对风电叶片20施加加载力。

具体地，采用夹具1315连接至风电叶片20的加载位置后，加载件135收卷或牵拉柔性牵引件131，使柔性牵引件131对风电叶片20施加加载力。

综上，本申请提供的风电叶片静力结构试验装置相比于侧向水平加载技术所需装置，可显著降低制作成本，同时利用本申请提供的风电叶片静力结构试验装置进行风电叶片的静力结构试验，不仅能够降低风电叶片的加载难度，同时由于风电叶片的重力方向相同，避免对风电叶片形成额外的加载载荷，有效提高风电叶片静力结构试验的精准度。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风电叶片静力结构试验装置，其特征在于，包括：

承载台，用于支撑并固定所述风电叶片的叶根部，所述承载台被配置为使位于预设方向的所述风电叶片的叶尖部高于所述叶根部，以使所述叶尖部和所述叶根部的连线与水平面之间的具有预设夹角；以及

沿所述预设方向布置的至少一个加载机构，每个所述加载机构用于对所述风电叶片施加加载力，所述加载力与所述风电叶片的重力方向相同。

2.根据权利要求1所述的风电叶片静力结构试验装置，其特征在于，每个所述加载机构包括：

柔性牵引件，具有相对的第一固定端以及第二固定端，所述第一固定端设有夹具，所述夹具用于与所述风电叶片连接以对所述风电叶片施加所述加载力；

导向轮，与所述柔性牵引件滑动配合，所述导向轮被配置为使所述夹具的重力方向与所述加载力的方向相同；

加载件，与所述第二固定端连接以调节所述加载力的大小。

3.根据权利要求2所述的风电叶片静力结构试验装置，其特征在于，所述加载件以及所述导向轮沿所述预设方向间隔布置，所述加载件对所述第二固定端施加沿所述预设方向的牵引力。

4.根据权利要求3所述的风电叶片静力结构试验装置，其特征在于，所述风电叶片静力结构试验装置包括加载轨道，所述加载轨道沿所述预设方向延伸，所述加载件以及所述导向轮均装配于所述加载轨道。

5.根据权利要求2所述的风电叶片静力结构试验装置，其特征在于，所述导向轮为定滑轮。

6.根据权利要求1所述的风电叶片静力结构试验装置，其特征在于，所述加载机构的数量为多个，多个所述加载机构沿所述预设方向间隔布置。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的风电叶片静力结构试验装置，其特征在于，所述预设夹角为12°-18°。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的风电叶片静力结构试验装置，其特征在于，所述承载台被配置为能够调节所述预设夹角的大小。

9.根据权利要求8所述的风电叶片静力结构试验装置，其特征在于，所述承载台包括至少一个垫片，各所述垫片用于装配于所述承载台与所述叶根部之间以调节所述预设夹角的大小。

10.一种基于权利要求1-9任意一项所述的风电叶片静力结构试验装置的静力结构试验方法，其特征在于，包括：

将风电叶片的叶根部固定于所述承载台，使所述叶尖部和所述叶根部的连线与水平面之间的具有预设夹角；

将所述加载机构与所述风电叶片连接，使所述加载机构对所述风电叶片施加所述加载力。

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