CN202710300U - 一种用于兆瓦级风力发电机叶片的全尺寸结构疲劳试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，它包括用于支撑试验风电叶片(2)的疲劳试验台(1)、对风电叶片(2)施加循环载荷的激振系统、以及过程监测与记录系统。该装置结构设计合理，操作方便，可以通过控制加载截面处的振幅，达到控制叶片加载载荷的目的，实现振幅、加载频率及加载载荷的协调控制，从而通过实现叶片加载截面处振幅变化的精确测量，保证叶片疲劳加载载荷的精确控制，该疲劳实验系统可实现1-5MW风电叶片的疲劳试验，适用范围广泛，而且运行成本低、运行过程平稳。

Description

一种用于兆瓦级风力发电机叶片的全尺寸结构疲劳试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种疲劳试验装置，具体涉及一种用于兆瓦级风力发电机叶片的全尺寸结构疲劳试验装置。

背景技术

风力发电机组的各组成部分中，叶片是将风能转换成机械能的重要部件，其结构、强度和稳定性对风力机组的可靠性起着重要作用。在叶片测试及认证过程中，全尺寸结构静态测试可用于评价叶片的刚度及极限强度，叶片的设计使用寿命最少为二十年，在机组运行的实际过程中，由于叶片长期受到各种外界环境以及风剪切力、湍流等动态载荷的组合影响，可能产生疲劳破坏，因此，对于风力发电机叶片，其设计使用寿命取决于疲劳载荷而不是极限载荷，除对其进行全尺寸结构静态测试外，还需对其施加循环疲劳载荷进行全尺寸结构疲劳测试，以测试其耐疲劳强度。

    由于对叶片施加疲劳荷载时，叶片材料仍处于线弹性阶段，荷载与变形成线性关系。因此目前普遍采用的疲劳试验技术主要以控制特定截面处变形来实现加载载荷的控制。疲劳试验的工作频率主要以定频的方式进行，加载频率与叶片的实际交变载荷具有较大差距，而且缺乏有效的叶片变形连续测量技术，导致实际加载载荷的准确性难以保证，因此研发设计一套能实现叶片振幅、加载频率及加载载荷协调控制的风力发电机叶片的疲劳试验装置具有重要意义。

发明内容

    本实用新型的目的是为了解决现有疲劳试验技术的不足，提供一种结构设计合理，操作方便，可以通过控制加载截面处的振幅，达到控制叶片加载载荷的目的，实现振幅、加载频率及加载载荷的协调控制，适用于兆瓦级风力发电机叶片全尺寸结构疲劳试验的装置。

技术方案：为了实现以上目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，它包括用于支撑试验风电叶片的疲劳试验台、对风电叶片施加循环载荷的激振系统、以及过程监测与记录系统。

作为优选方案，以上所述的用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，所述风电叶片与疲劳试验台通过法兰螺栓连接。

作为优选方案，以上所述的用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，所述激振系统包括安装在叶片上的夹具和支架、装配有减速机的伺服电机、安装在减速机上的带质量块的偏心轮及用来控制伺服电机的变频器，所述的支架通过螺栓与夹具连接，装配有减速机的伺服电机通过螺栓连接安装在支架上，所述的伺服电机的转速由变频器的输出频率控制。本实用新型提供的激振系统采用偏心轮旋转激励法，适用共振激励法原理，通过将初始激励频率设定为叶片的固有振动频率，控制偏心轮转速，激振装置与叶片产生共振，从而实现对叶片施加交变恒幅荷载。并且激振系统中输入的初始激励频率可以调节，偏心轮重量可以调节，该初始激励频率及偏心轮重量的大小对使叶片挥舞需要的加载载荷的大小有影响，对叶片特定截面处的振幅大小有影响，因此，通过调节初始激励频率或偏心轮重量的大小，可以调节或确定加载载荷的大小。

本实用新型提供的激振系统，其中所述变频器输出频率设置主要依据风电叶片在装配激振系统后在挥舞方向振动的固有频率。并且所述风电叶片在挥舞方向振动的固有频率可通过频率测试装置预先测试而确定。

作为优选方案，以上所述的用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，所述过程监测与记录系统包括用于采集位移数据变化的激光位移传感器及对数据进行记录、处理、监控的计算机系统，所述的激光位移传感器安装固定在风电叶片加载截面下方，所述激光位移传感器通过数据转化接口连接在计算机系统上。

本实用新型所述的计算机系统可实现数据采集、风电叶片加载截面处位移变化曲线及振幅的实时显示与存储，以及风电叶片挥舞次数的实时显示与累计。该系统不仅可以通过设置初始激励频率或调节偏心轮重量，来控制加载截面处的振幅，达到控制叶片加载载荷的目的，实现振幅、加载频率及加载载荷的协调控制，同时可以通过监控加载截面处的振幅变化，来监测疲劳试验过程中叶片结构强度与刚度的变化。

有益效果：本实用新型提供的用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置和现有技术相比具有如下优点：

本实用新型提供的用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，结构设计合理，操作方便，可以通过控制特定截面处的振幅，达到控制叶片加载载荷的目的，实现振幅、加载频率及加载载荷的协调控制，从而通过实现叶片加载截面处振幅变化的精确测量，保证叶片疲劳加载载荷的精确控制，该疲劳实验系统可实现1-5MW风电叶片的疲劳试验，适用范围广泛，而且运行成本低、运行过程平稳。

附图说明

图1是本实用新型所述的用于兆瓦级风力发电机叶片的全尺寸结构疲劳试验装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，一种用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，它包括用于支撑试验风电叶片(2)的疲劳试验台(1)、对风电叶片(2)施加循环载荷的激振系统、以及过程监测与记录系统。所述风电叶片(2)与疲劳试验台(1)通过法兰螺栓连接。

以上所述的用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，所述激振系统包括安装在叶片上的夹具(3-1)和支架(3-2)、装配有减速机的伺服电机(3-3)、安装在减速机上的带质量块的偏心轮(3-4)及用来控制伺服电机(3-3)的变频器(3-5)，所述的支架(3-2)通过螺栓与夹具(3-1)连接，装配有减速机的伺服电机(3-3)通过螺栓连接安装在支架(3-2)上。

以上所述的用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，所述过程监测与记录系统包括用于采集位移数据变化的激光位移传感器(4-1)及对数据进行记录、处理、监控的计算机系统(4-2)，激光位移传感器(4-1)与计算机系统(4-2)通过专用信号线或无线传输相连。

以上所述的用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，所述的激光位移传感器(4-1)安装固定在风电叶片(2)加载截面下方，所述激光位移传感器(4-1)通过数据转化接口连接在计算机系统(4-2)上。

测试固有频率，计算风电叶片(2)加载界面处的振幅，设置变频器(3-5)输出频率为风电叶片(2)固有频率，启动激振系统，同时开启数据监测与记录系统，显示与记录风电叶片(2)振动次数、加载界面处位移变化曲线、加载界面处振幅等数据，通过调节偏心轮(3-4)重量或变频器(3-5)输出频率，使加载界面处振幅达到计算值。

本实用新型提供的试验装置实际使用时，将测试叶片(2)通过法兰螺栓固定在疲劳试验台(1)上，通过在叶片(2)加载截面处安装偏心轮(3-4)激振器，应用共振激励法对叶片(2)施加循环激励载荷；其次，设计并建立风电叶片(2)疲劳试验过程监测及记录系统，实现叶片(2)加载截面处振动位移变化曲线的时时显示与记录，以及叶片振动次数的累计与记录，并通过控制加载截面处的振幅，达到控制叶片加载载荷的目的，实现振幅、加载频率及加载载荷的协调控制，同时可以通过监控特定截面处的位移变化，来监测疲劳试验过程中叶片结构强度与刚度的变化。

    以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，其特征在于，它包括用于支撑试验风电叶片(2)的疲劳试验台(1)、对风电叶片(2)施加循环载荷的激振系统、以及过程监测与记录系统。

2.根据权利要求1所述的用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，其特征在于，所述风电叶片(2)与疲劳试验台(1)通过法兰螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，其特征在于，所述激振系统包括安装在叶片上的夹具(3-1)和支架(3-2)、装配有减速机的伺服电机(3-3)、安装在减速机上的带质量块的偏心轮(3-4)及用来控制伺服电机(3-3)的变频器(3-5)，所述的支架(3-2)通过螺栓与夹具(3-1)连接，装配有减速机的伺服电机(3-3)通过螺栓连接安装在支架(3-2)上。

4.根据权利要求1所述的用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，其特征在于，所述过程监测与记录系统包括用于采集位移数据变化的激光位移传感器(4-1)及对数据进行记录、处理、监控的计算机系统(4-2)。

5.根据权利要求4所述的用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，其特征在于，所述的激光位移传感器(4-1)安装固定在风电叶片(2)加载截面下方，所述激光位移传感器(4-1)通过数据转化接口连接在计算机系统(4-2)上。

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