CN115655694A - 一种风电叶片的全尺寸静力测试方法 - Google Patents

一种风电叶片的全尺寸静力测试方法 Download PDF

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冯学斌
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何莉娜
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Abstract

本发明涉及风电叶片静力测试技术领域，尤其涉及一种风电叶片的全尺寸静力测试方法，通过在叶片上设置多个加载点并通过静力加载支架对多个加载点进行同时加载，静力测试包括如下步骤：S1：获取叶片各加载点的实时位置信息和实时位姿信息；S2：对叶片各加载点的加载力实时方向进行测量；S3：通过步骤S1中的叶片实时位置信息和实时位姿信息获取叶片形变过程中各加载点的叶片法向；加载力实时方向与叶片法向之间形成夹角θ；S4：通过静力加载支架的加载力值、各加载点的实时加载方向及夹角θ计算叶片实时的弯矩分布及各静力加载支架加载力的补偿值并根据补偿值对静力加载支架的加载力进行调整。本发明可提高测试效率，降低测试难度。

Description

一种风电叶片的全尺寸静力测试方法
技术领域
本发明涉及风电叶片静力测试技术领域，尤其涉及一种风电叶片的全尺寸静力测试方法。
背景技术
随着国家节能减排政策的推进，绿色环保能源已成为未来的重点发展方向，风能作为一种无污染、可再生的绿色发展能源有着巨大的发展潜力，尤其对沿海岛屿、边远山区、草原牧场及远离电网和短期内电网难以到达的农村和边疆地区，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。风能具有能耗低、环保、储量大的优点，风能的利用方式通常是通过风电机组将风能转化成电能，以此来利用风力进行发电，而风电叶片是风电机组的核心部件之一，风力发电需要通过风电叶片来实现。
风电叶片的形状复杂，工作环境严峻，在工作过程中将受到多种复杂的载荷力作用，因此，在风电叶片使用前对其进行静力测试尤为重要。现有技术中，有如下专利涉及风电叶片的静力测试：
1、专利号为“201810114583.9”，专利名称为“一种叶尖三维位移量精准视觉测量方法”的发明专利，通过在待测叶片叶尖上粘贴标志圆，架设视觉传感器三维测量装置，对单个相机内参数进行标定，借助激光跟踪仪将所有相机坐标系转换到全局坐标系下，利用各种图像算法检测叶尖上标志圆中心点的亚像素图像坐标，最后借助于立体视觉重构原理得到静力加载前和加载后叶片叶尖标志圆中心点在全局坐标系下的三维坐标，利用加载前后三维坐标值计算叶尖各维度位移量。
该专利解决了风电叶片静力加载试验中叶尖三维变形测量不精确、测量范围有限的难题。但该专利需要额外搭建多个支架，且只能对叶片叶尖的位移进行测量，检测设备较复杂，检测范围的局限性较大。
2、专利号为“202110766870.X”，专利名称为“一种用于风电叶片全尺寸静力加载试验中钢丝绳和风电叶片空间角度的精准测量装置”的发明专利，包括静力加载和角度测量，可快速准确的计算叶片变形时钢丝绳的加载角度，实现对叶片空间扭转的三维空间轨迹数据的实时跟踪，测量过程简单，结果可靠。
但该专利中的夹具位置需要三个拉线传感器、准备时间较长、需要在外部固定支架、需引入解算算法、数据结果需要进行筛选，使得该专利中的检测设备和检测流程均较复杂。
同时，由上可知，目前对风电叶片的静力测试通常是采用若干个拉线传感器或全站仪测量叶片在静力测试中的形变，且难以对叶片进行全方位检测；当采用全站仪进行形变测量时，测量人员需具备一定的经验，且需要较多的时间来测量每个加载阶段的叶片位置，将大大延长叶片静力的测试时间及测试效率。
综上所述，如何设计一种无需通过多个拉线传感器，且能对叶片进行全方位静力检测的测试方法，是当下亟需解决的问题。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种风电叶片的全尺寸静力测试方法，通过在叶片上设置多个加载点并同时加载实现叶片的全尺寸静力测试，可测量得到叶片各加载点处的位置信息，也可测量得到叶片各加载点处的位姿信息，测试效率高，测试精度高，测试难度低。
为达到上述目的，本发明提出如下技术方案：一种风电叶片的全尺寸静力测试方法，在叶片上设置多个加载点并通过静力加载支架对多个加载点进行同时加载，静力测试包括如下步骤：
S1：获取叶片各加载点的实时位置信息和实时位姿信息；
S2：对叶片各加载点的加载力实时方向进行测量；
S3：通过步骤S1中的叶片实时位置信息和实时位姿信息获取叶片形变过程中各加载点的叶片法向；步骤S2中测量得到的加载力实时方向与叶片法向之间形成夹角θ；
S4：通过静力加载支架的加载力值、各加载点的实时加载方向及夹角θ计算叶片实时的弯矩分布及各静力加载支架加载力的补偿值，测试人员根据补偿值对静力加载支架的加载力进行调整。
优选的，步骤S1中叶片各加载点的实时位置信息和实时位姿信息的获取包括如下步骤：
S11：在叶片的每个加载点上均设置叶片夹具并在叶片夹具上安装RTK数据监测模块，通过RTK数据监测模块测量叶片各加载点的位置信息；
S12：搭建RTK基站以消除RTK数据监测模块的定位误差；
S13：设置中央解算软件模块以接收RTK数据监测模块测量的各加载点位置信息及RTK基站发送的定位误差信息，经解算得到叶片各加载点的实时位置信息及实时位姿信息。
优选的，步骤S2中叶片各加载点的加载力实时方向通过如下步骤得到：
S21：通过全站仪或距离传感器测量静力加载支架上定滑轮的出绳点位置信息；
S22：中央解算软件模块提前输入定滑轮出绳点的位置信息；
S23：中央解算软件模块结合步骤S1中的叶片实时位置信息和实时位姿信息，求解得到叶片夹具和定滑轮之间钢丝绳的方向，即各加载点的加载力实时方向。
优选的，将各加载点的加载力实时方向和叶片法向投影至平面坐标中，在平面坐标中获取步骤S3中的夹角θ。
优选的，步骤S4中叶片实时的弯矩为：FLcosθ；其中，F为叶片的目标加载力值，L为各加载点至叶根的距离。
优选的，步骤S4中静力加载支架加载力的补偿值F2通过如下公式得到：
F2＝Fx-F1
其中，Fx为叶片的实际加载力值，F1为叶片的目标加载力值。
优选的，Fx的计算方法如下：
FxLcosθ＝F1L；
Figure BDA0003920777460000031
优选的，叶片进行静力测试时，通过静力加载支架上的卷扬机经钢丝绳同时对各加载点上的叶片夹具施加加载拉力，此时叶片在多点加载作用力下发生形变。
优选的，RTK数据监测模块采用WGS84坐标或CGCS2000坐标，步骤S13中经解算得到叶片各加载点的实时位置信息及实时位姿信息，具体包括：
S131：中央解算软件模块采用三参数法或七参数法将WGS84坐标或CGCS2000坐标转化为叶片三维坐标系；
S132：通过中央解算软件模块显示叶片三维坐标系中叶片各加载点的实时位置和叶片各加载点的实时位姿。
优选的，在叶片每个加载点的叶片夹具上均水平间隔设置两个RTK数据监测模块；中央解算软件模块采用自适应滤波算法。
本发明有益效果是：
1、本发明通过在叶片上设置多个加载点并同时对多个加载点进行加载，可实现叶片的全尺寸静力测试，提高测试效率和测试精度。
2、本发明采用单加载点双RTK数据监测模块进行测量，不仅能够测量叶片各加载点处的位置信息，也可测量得到叶片各加载点处的位姿信息。
3、RTK数据监测模块安装便捷，无需较长的准备时间及复杂的准备工作，且无需测试人员具有相关的测绘经验，通过相应的解算软件即可显示结果，提高了测试效率，降低了测试难度。
4、中央解算模块可以利用RTK数据监测模块测量的数据及所需的信息，计算叶片实时弯矩分布及叶片各加载点处拉力的补偿值，能够协助测试人员调整静力加载支架的输出拉力，保证叶片静力测试的载荷精度和定位精度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的叶片加载点位置解算示意图。
图2为本发明实施例提供的叶片静力测试的俯视图。
图3为本发明实施例提供的加载力方向与叶片法向示意图。
附图标记：1、中央解算软件模块；2、RTK数据监测模块；3、RTK基站；4、静力加载支架；5、定滑轮出绳点；6、叶片夹具；7、钢丝绳；8、测试基座。
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，以下结合附图1-3及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
一种风电叶片的全尺寸静力测试方法，在叶片上设置多个加载点并通过静力加载支架4对多个加载点进行同时加载，具体为通过静力加载支架4上的卷扬机经钢丝绳7同时对各加载点上的叶片夹具6施加加载拉力，此时叶片在多点加载作用力下发生形变；如图2、3所示，叶片置于测试基座8上，D1处为叶片的初始位置，D2处为叶片发生形变后的位置，D3为加载点的叶片法向，D4为加载点的实际加载力方向。
静力测试包括如下步骤：
S1：获取叶片各加载点的实时位置信息和实时位姿信息；
S11：在叶片的每个加载点上均设置叶片夹具6并在叶片夹具6上安装RTK数据监测模块2，叶片每个加载点的叶片夹具6上均水平间隔设置两个RTK数据监测模块2，通过RTK数据监测模块2测量叶片各加载点的位置信息；
S12：搭建RTK基站3以消除RTK数据监测模块2的定位误差；
S13：设置中央解算软件模块1以接收RTK数据监测模块2测量的各加载点位置信息及RTK基站3发送的定位误差信息，经解算得到叶片各加载点的实时位置信息及实时位姿信息；中央解算软件模块1采用自适应滤波算，以对所获取到的测量数据进行无损滤波。RTK数据监测模块2采用WGS84坐标或CGCS2000坐标。
S131：中央解算软件模块1采用三参数法或七参数法将WGS84坐标或CGCS2000坐标转化为叶片三维坐标系；
S132：通过中央解算软件模块1显示叶片三维坐标系中叶片各加载点的实时位置和叶片各加载点的实时位姿。由于每个叶片夹具6上均安装有2套高精度RTK数据监测模块2，因此，中央解算软件模块1可解算得到叶片夹具6的位姿信息。
S2：对叶片各加载点的加载力实时方向进行测量；具体为：
S21：通过全站仪或距离传感器测量静力加载支架4上定滑轮出绳点5的位置信息；
S22：中央解算软件模块1提前输入定滑轮出绳点5的位置信息；
S23：中央解算软件模块1结合步骤S1中的叶片实时位置信息和实时位姿信息，求解得到叶片夹具6和定滑轮之间钢丝绳7的方向，即各加载点的加载力实时方向。
S3：通过步骤S1中的叶片实时位置信息和实时位姿信息获取叶片形变过程中各加载点的叶片法向；步骤S2中测量得到的加载力实时方向与叶片法向之间形成夹角θ；如图3所示，以XOZ平面坐标展开说明，将实际加载力方向D4和叶片法向D3投影至XOZ平面坐标中，实际加载力方向D4和叶片法向D3在该平面上形成投影，通过实际加载力方向D4和叶片法向D3的投影获取步骤S3中的夹角θ；同理，可求得其余两个平面坐标系中的夹角θ。
S4：通过静力加载支架4的加载力值、各加载点的实时加载方向及夹角θ计算叶片实时的弯矩分布及各静力加载支架4加载力的补偿值，测试人员根据补偿值对静力加载支架4的加载力进行调整。
其中叶片实时的弯矩＝FLcosθ；其中，F为叶片的目标加载力值，L为各加载点至叶根的距离。
静力加载支架4加载力的补偿值为F2，F2通过如下公式得到：
F2＝Fx-F1
其中，Fx为叶片的实际加载力值，F1为叶片的目标加载力值。
由于实际加载时，有夹角θ的存在，而理论加载时，不存在夹角θ的干扰，以此得出Fx的计算方法如下：
FxLcosθ＝F1L；
Figure BDA0003920777460000061
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种风电叶片的全尺寸静力测试方法，其特征在于，在叶片上设置多个加载点并通过静力加载支架(4)对多个加载点进行同时加载，静力测试包括如下步骤：
S1：获取叶片各加载点的实时位置信息和实时位姿信息；
S2：对叶片各加载点的加载力实时方向进行测量；
S3：通过步骤S1中的叶片实时位置信息和实时位姿信息获取叶片形变过程中各加载点的叶片法向；步骤S2中测量得到的加载力实时方向与叶片法向之间形成夹角θ；
S4：通过静力加载支架(4)的加载力值、各加载点的实时加载方向及夹角θ计算叶片实时的弯矩分布及各静力加载支架(4)加载力的补偿值，测试人员根据补偿值对静力加载支架(4)的加载力进行调整。
2.根据权利要求1所述的风电叶片的全尺寸静力测试方法，其特征在于，步骤S1中叶片各加载点的实时位置信息和实时位姿信息的获取包括如下步骤：
S11：在叶片的每个加载点上均设置叶片夹具(6)并在叶片夹具(6)上安装RTK数据监测模块(2)，通过RTK数据监测模块(2)测量叶片各加载点的位置信息；
S12：搭建RTK基站(3)以消除RTK数据监测模块(2)的定位误差；
S13：设置中央解算软件模块(1)以接收RTK数据监测模块(2)测量的各加载点位置信息及RTK基站(3)发送的定位误差信息，经解算得到叶片各加载点的实时位置信息及实时位姿信息。
3.根据权利要求2所述的风电叶片的全尺寸静力测试方法，其特征在于，步骤S2中叶片各加载点的加载力实时方向通过如下步骤得到：
S21：通过全站仪或距离传感器测量静力加载支架(4)上定滑轮出绳点(5)的位置信息；
S22：中央解算软件模块(1)提前输入定滑轮出绳点(5)的位置信息；
S23：中央解算软件模块(1)结合步骤S1中的叶片实时位置信息和实时位姿信息，求解得到叶片夹具(6)和定滑轮之间钢丝绳(7)的方向，即各加载点的加载力实时方向。
4.根据权利要求3所述的风电叶片的全尺寸静力测试方法，其特征在于，将各加载点的加载力实时方向和叶片法向投影至平面坐标中，在平面坐标中获取步骤S3中的夹角θ。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的风电叶片的全尺寸静力测试方法，其特征在于，步骤S4中所述叶片实时的弯矩为：FLcosθ；其中，F为叶片的目标加载力值，L为各加载点至叶根的距离。
6.根据权利要求5所述的风电叶片的全尺寸静力测试方法，其特征在于，步骤S4中所述静力加载支架(4)加载力的补偿值F2通过如下公式得到：
F2＝Fx-F1
其中，Fx为叶片的实际加载力值，F1为叶片的目标加载力值。
7.根据权利要求6所述的风电叶片的全尺寸静力测试方法，其特征在于，Fx的计算方法如下：
FxLcosθ＝F1L；
Figure FDA0003920777450000021
8.根据权利要求7所述的风电叶片的全尺寸静力测试方法，其特征在于，叶片进行静力测试时，通过静力加载支架(4)上的卷扬机经钢丝绳(7)同时对各加载点上的叶片夹具(6)施加加载拉力，此时叶片在多点加载作用力下发生形变。
9.根据权利要求8所述的风电叶片的全尺寸静力测试方法，其特征在于，RTK数据监测模块(2)采用WGS84坐标或CGCS2000坐标，步骤S13中所述经解算得到叶片各加载点的实时位置信息及实时位姿信息，具体包括：
S131：中央解算软件模块(1)采用三参数法或七参数法将WGS84坐标或CGCS2000坐标转化为叶片三维坐标系；
S132：通过中央解算软件模块(1)显示叶片三维坐标系中叶片各加载点的实时位置和叶片各加载点的实时位姿。
10.根据权利要求9所述的风电叶片的全尺寸静力测试方法，其特征在于，在叶片每个加载点的叶片夹具(6)上均水平间隔设置两个RTK数据监测模块(2)；中央解算软件模块(1)采用自适应滤波算法。
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CN117686209A (zh) * 2024-02-02 2024-03-12 盐城市质量技术监督综合检验检测中心 一种附带静力精控功能的风电叶片静态测试装置

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