CN204594684U - 一种叶片结构疲劳试验装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种叶片结构疲劳试验装置，包括支座部件、分配梁、加载抱箍、支撑连杆和偏心电机。分配梁、加载抱箍与支撑连杆用螺栓连接，组成整个载荷分配系统，能有效传递上下往复作用的疲劳载荷。试验时，通过调节分配梁长度L和加载抱箍位置B，可以模拟叶片在各类工况下的疲劳弯矩分布；调节支座部件和加载抱箍结构形式，可模拟叶片在轴向扭转和多攻角下的疲劳受力状态。测量叶片在疲劳受载情况下的应变分布，进而评估叶片疲劳结构性能。本实用新型仅对装置施加一个外部疲劳载荷，便可实现叶片弯曲、扭转、多攻角组合疲劳加载形式，操作简单方便，结果准确可靠，具有较强的普适性。

Description

一种叶片结构疲劳试验装置
技术领域
本实用新型涉及一种疲劳结构试验装置，尤其涉及一种叶片疲劳结构试验装置。
背景技术
大型H型垂直轴风力机的风轮装置由叶片、支架和主轴构成，支架用来连接叶片和主轴，以形成具有一定刚度的大型H型框架结构，常见的框架结构有单支架型和双支架型两种。叶片是风力发电机的关键部件，设计使用寿命一般为20年，疲劳损伤是导致叶片损坏的重要原因之一，其疲劳性能关系到整个机组的运行安全和稳定。为确保叶片在疲劳载荷下的承载能力和强度，需要对叶片进行结构疲劳试验，测定叶片在各类工况下的疲劳性能。在实际运行中，叶片的受力情况比较复杂，风载荷和惯性载荷使叶片承受弯曲、扭转等多种受力形式，且叶片具有一定攻角，这样使得叶片的结构疲劳性能分析更为困难。因此，如何有更好的装置和方法来对大型H型垂直轴风力发电机叶片进行结构疲劳试验，亟待解决。
实用新型内容
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种叶片结构疲劳试验装置，仅对装置施加一个外部上下往复载荷，便可实现叶片弯曲、扭转、多攻角组合疲劳加载形式，操作简单方便，结果准确可靠，具有较强的普适性。
本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种叶片结构疲劳试验装置，包括支座部件、分配梁、加载抱箍、支撑连杆和偏心电机，其特征在于，分配梁、加载抱箍与支撑连杆用螺栓连接，组成整个载荷分配系统，用于传递并分配上下往复作用的疲劳载荷；所述支 座部件固定设置在基础或地面上，包括从下到上依次安装在一起的固定基座、支撑立柱和支座抱箍，用于支撑叶片并调节叶片攻角；在每个支座部件两侧一定距离处的叶片上套一对加载抱箍，用于确定加载点，控制叶片扭转角度和攻角；加载抱箍通过支撑连杆与分配梁连接，在分配梁中部设置偏心电机，在偏心电机上安装速度传感器，在叶片轴线方向布置应变片。
优选地，所述偏心电机的转速和偏心质量可以调节，用于提供不同频率、不同量级的疲劳载荷。
优选地，所述支座抱箍由固定外环和旋转内环组合而成，外环与支撑立柱固定连接，内环固定套住叶片使二者可一起转动，根据叶片所需攻角调节内环角度，内外环锁紧后可提供叶片所需工况下的攻角。
优选地，内环固定套住叶片的方式为：先由随形抱箍紧固叶片，再用夹具固定夹持，通过固定销将夹具紧固在内环上。
优选地，所述加载抱箍结构为：随形抱箍紧固叶片，随形抱箍两侧面焊接上、下法兰，法兰通过支撑连杆连接分配梁，通过法兰的偏心位置实现往复扭矩加载。
优选地，所述叶片结构疲劳试验装置包括一个支座部件和一个分配梁，所述分配梁的中部安装偏心电机，距离偏心电机Lx、Ly的两端分别连接加载抱箍。
优选地，所述叶片结构疲劳试验装置包括两个支座、一个一级分配梁和两个二级分配梁，一级分配梁中部安装偏心电机，二级分配梁两端连接加载抱箍。
优选地，分配梁、加载抱箍与支撑连杆组成内部静定结构；分配梁材料选用工字钢。
本实用新型的叶片结构疲劳试验装置，试验时，通过调节分配梁长度L和加载抱箍位置B，近似模拟叶片在各类工况下的疲劳弯矩分布；同时，支座抱箍旋转角度、加载抱箍偏心距使具有一定攻角的叶片承受疲劳扭转载荷。测量叶片在疲劳受载情况下的应变分布，进而评估叶片疲劳结构性能。这样 仅通过偏心电机，便可实现叶片弯曲、扭转、多攻角组合疲劳加载形式。通过疲劳载荷和应变分布，可评估叶片在疲劳载荷下的结构性能。
相对于现有技术，本实用新型的优点在于，仅对装置施加一个外部载荷，便可实现叶片弯曲、扭转、多攻角组合加载形式，操作简单方便，结果准确可靠，具有较强的普适性。
附图说明
图1为本实用新型的叶片结构疲劳试验装置示意图，其中图1(A)为正视图，图1(B)为侧视图；
图2为支座部件示意图，其中，图2(A)为支座部件装置组成图，图2(B)为支座抱箍内环未锁紧示意图，图2(C)为支座抱箍内环锁紧示意图；
图3为加载抱箍示意图，其中，图3(A)为叶片无攻角无扭矩示意图，图3(B)为支叶片有攻角无扭矩示意图，图3(C)为叶片无攻角有扭矩示意图，图3(D)为叶片有攻角有扭矩示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。
以双支座叶片为例，如图1所示，本实用新型的叶片结构疲劳试验装置，它包括支座部件1、加载抱箍2、一级分配梁3、二级分配梁4、支撑连杆5、偏心电机6。一级分配梁3、二级分配梁4、加载抱箍2与支撑连杆5用螺栓连接，组成整个载荷分配系统，用于传递并分配上下往复作用的疲劳载荷；在一级分配梁3中部设置偏心电机6，偏心电机6用于提供上下往复作用的疲劳载荷。支座部件1固定设置在基础或地面上，用于支撑叶片并调节叶片攻角；在每个支座部件1两侧一定距离处的叶片上套一对加载抱箍2，用于确定加载点，控制叶片扭转角度和攻角。
根据叶片所需加载的弯矩分布，确定支座部件1位置、加载抱箍2位置和分配梁3、4长度，具体包括：加载抱箍2与支座部件1之间的距离B1、B2和B3、B4，二级分配梁4中部加载点与两端之间的距离L21、L22和L23、 L24，一级分配梁3中部加载点与两端之间的距离L11、L12。
参照图2，支座部件1固定设置在基础或地面上，包括从下到上依次安装在一起的固定基座7、立柱8和支座抱箍9，用于支撑叶片并调节叶片攻角。支座抱箍9由固定外环10和旋转内环11组合而成，外环10与立柱8固定连接，内环11固定套住叶片使二者可一起转动。其中，内环11固定套住叶片的方式为：先由随形抱箍12紧固叶片，再用夹具13固定夹持，通过固定销14将夹具13紧固在内环11上。根据试验工况所需的叶片攻角，旋转内环11至所需角度，用螺栓15锁紧外环10和内环11。
参照图3，在B1、B2和B3、B4处的叶片上各套一个加载抱箍2，用于确定加载点，控制叶片扭转角度和攻角。加载抱箍2结构设计为：随形抱箍12紧固叶片，两侧面焊接上法兰16和下法兰17；根据是否扭转加载，设置具有适当偏心距e的下法兰17。
参照图1，用支撑连杆5连接下法兰17和二级分配梁4，以及连接二级分配梁4与一级分配梁3，组成整个载荷分配系统，用于传递并分配载荷。在一级分配梁3中部设置偏心电机6，用于提供上下往复作用的疲劳载荷。在偏心电机6上安装速度传感器，在叶片轴线方向布置应变片。
利用偏心电机6的旋转次数或应变片记录的应变时程数据推算疲劳载荷次数，利用偏心电机6上的速度传感器测量疲劳载荷频率，根据偏心电机6和质量块18的总质量计算输入疲劳载荷大小；利用分配梁长度比例Lx、Ly计算在各个加载抱箍2处的作用力，获得叶片疲劳弯矩分布；同样，根据支座抱箍9旋转角度、加载抱箍2偏心距和作用力，可计算疲劳扭矩T分布；利用应变片，测量叶片的应变分布。根据叶片的疲劳弯矩分布、疲劳扭矩分布和应变分布，确定叶片受力关键截面的位置和应变水平，进而评估叶片疲劳结构性能。
该试验装置和方法亦可适用于单支座的大型H型垂直轴风力发电机复合材料叶片结构静力试验，此时，装置仅有一个支座部件1、两个加载抱箍2和一个分配梁3。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的范围之内。

Claims (8)

1.一种叶片结构疲劳试验装置，包括支座部件、分配梁、加载抱箍、支撑连杆和偏心电机，其特征在于，分配梁、加载抱箍与支撑连杆用螺栓连接，组成整个载荷分配系统，用于传递并分配上下往复作用的疲劳载荷；所述支座部件固定设置在基础或地面上，包括从下到上依次安装在一起的固定基座、支撑立柱和支座抱箍，用于支撑叶片并调节叶片攻角；在每个支座部件两侧一定距离处的叶片上套一对加载抱箍，用于确定加载点，控制叶片扭转角度和攻角；加载抱箍通过支撑连杆与分配梁连接，在分配梁中部设置偏心电机，在偏心电机上安装速度传感器，在叶片轴线方向布置应变片。
2.根据权利要求1所述的叶片结构疲劳试验装置，其特征在于，所述偏心电机的转速和偏心质量可以调节，用于提供不同频率、不同量级的疲劳载荷。
3.根据权利要求1所述的叶片结构疲劳试验装置，其特征在于，所述支座抱箍由固定外环和旋转内环组合而成，外环与支撑立柱固定连接，内环固定套住叶片使二者可一起转动，根据叶片所需攻角调节内环角度，内外环锁紧后可提供叶片所需工况下的攻角。
4.根据权利要求3所述的叶片结构疲劳试验装置，其特征在于，内环固定套住叶片的方式为：先由随形抱箍紧固叶片，再用夹具固定夹持，通过固定销将夹具紧固在内环上。
5.根据权利要求1所述的叶片结构疲劳试验装置，其特征在于，所述加载抱箍结构为：随形抱箍紧固叶片，随形抱箍两侧面焊接上、下法兰，法兰通过支撑连杆连接分配梁，通过法兰的偏心位置实现往复扭矩加载。
6.根据权利要求1所述的叶片结构疲劳试验装置，其特征在于，所述叶片结构疲劳试验装置包括一个支座部件和一个分配梁，所述分配梁的中部安装偏心电机，距离偏心电机Lx、Ly的两端分别连接加载抱箍。
7.根据权利要求1所述的叶片结构疲劳试验装置，其特征在于，所述叶片结构疲劳试验装置包括两个支座、一个一级分配梁和两个二级分配梁，一级分配梁中部安装偏心电机，二级分配梁两端连接加载抱箍。
8.根据权利要求1所述的叶片结构疲劳试验装置，其特征在于，分配梁、加载抱箍与支撑连杆组成内部静定结构；分配梁材料选用工字钢。
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