CN206772577U - 一种风轮叶片疲劳试验用的双轴激励装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及风轮叶片结构试验设备技术领域，尤其涉及一种风轮叶片疲劳试验用的双轴激励装置。该装置的第一夹具和第二夹具相互连接，且同时相对的夹持在叶片两侧；第一夹具和第二夹具分别连接有第一驱动机构和第二驱动机构，第一驱动机构和第二驱动机构用于分别向第一夹具和第二夹具施加水平方向和垂直方向的负载力，以带动叶片同时沿摆振方向和挥舞方向往复振动。该装置能够采用双轴激励模式进行疲劳试验，试验时叶片能同时承受摆振方向和挥舞方向的载荷，从而能更加真实的反映运行过程中承受的风载荷，叶片同时在两个方向产生累积损伤更接近真实情况，更有利于叶片疲劳设计的验证，大大缩短疲劳试验周期。

Description

一种风轮叶片疲劳试验用的双轴激励装置

技术领域

本实用新型涉及风轮叶片结构试验设备技术领域，尤其涉及一种风力发电机组风轮叶片疲劳试验用的双轴激励装置。

背景技术

风轮叶片是风力发电机组的关键部件，在风机运行过程中叶片要长期承受较大的风载荷，因此，使叶片在预计的疲劳寿命内安全工作至关重要。叶片疲劳测试是叶片设计、定型、生产过程中非常重要的测试，通过叶片疲劳试验可以模拟叶片20年的运行寿命，可以检验叶片的结构、铺层和粘接设计是否合理，也可发现叶片在生产制造过程中的一些生产缺陷，验证叶片能否安全工作，提供对设计的可靠确认。

目前，叶片疲劳试验激振模式主要是利用液压法或共振法对叶片进行单轴加载。采用单轴激励时，需分别对叶片进行展向和弦向的激励，即从挥舞方向和摆振方向分别对叶片进行测试，采用单轴激励模式时，疲劳试验周期长，且不能真实反映叶片实际承受的风载荷工况。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是提供了一种风轮叶片疲劳试验用的双轴激励装置，能够采用双轴激励模式进行疲劳试验，且在双轴激励模式中，叶片能同时承受摆振方向和挥舞方向的载荷而产生往复振动，从而能够更加真实的反映运行过程中承受的风载荷，大大缩短疲劳试验周期。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种风轮叶片疲劳试验用的双轴激励装置，包括相互连接的第一夹具和第二夹具，所述第一夹具和第二夹具同时相对的夹持在叶片两侧；所述第一夹具和第二夹具分别连接有第一驱动机构和第二驱动机构，所述第一驱动机构和第二驱动机构用于分别向第一夹具和第二夹具施加水平方向和垂直方向的负载力，以带动所述叶片同时沿摆振方向和挥舞方向往复振动。

优选的，所述第一驱动机构包括第一减速电机和第一电动机，所述第一减速电机固定于第一夹具上，用于向所述第一夹具施加水平方向的负载力；所述第一电动机与第一减速电机的输出轴连接，所述第一减速电机的输出轴的端部连接有第一偏心摆臂机构。

优选的，所述第一偏心摆臂机构包括第一摆臂和第一偏心质量块，所述第一摆臂的一端与所述第一减速电机的输出轴的端部连接，所述第一摆臂的另一端固定有所述第一偏心质量块。

优选的，所述第二驱动机构包括第二减速电机和第二电动机，所述第二减速电机固定于第二夹具上，用于向所述第二夹具施加垂直方向的负载力；所述第二电动机与第二减速电机的输出轴连接，所述第二减速电机的输出轴的端部连接有第二偏心摆臂机构。

优选的，所述第二偏心摆臂机构包括第二摆臂和第二偏心质量块，所述第二摆臂的一端与所述第二减速电机的输出轴的端部连接，所述第二摆臂的另一端固定有所述第二偏心质量块。

优选的，所述第一夹具的外表面固定有第一安装支架，所述第一驱动机构连接在第一安装支架的端面上，通过所述第一安装支架向所述第一夹具传递水平负载力。

优选的，所述第二夹具的外表面固定有第二安装支架，所述第二驱动机构连接在第二安装支架的侧面上，通过所述第二安装支架向所述第二夹具传递垂直负载力。

优选的，所述第一夹具和第二夹具的内表面分别相对的固定有第一随型件和第二随型件，所述第一随型件和第二随型件的内表面分别设有与所述叶片的两侧表面相契合的型线结构。

优选的，所述第一夹具和第二夹具之间通过连接螺栓连接固定。

优选的，所述第一驱动机构和第二驱动机构分别连接有用于调节振动频率的变频器。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有以下有益效果：本实用新型的风轮叶片疲劳试验用的双轴激励装置中，第一夹具和第二夹具相互连接，且同时相对的夹持在叶片两侧；第一夹具和第二夹具分别连接有第一驱动机构和第二驱动机构，第一驱动机构和第二驱动机构用于分别向第一夹具和第二夹具施加水平方向和垂直方向的负载力，以带动叶片同时沿摆振方向和挥舞方向往复振动。该装置不但能够通过仅开启第一驱动机构或第二驱动机构，从而采用单轴激励模式进行疲劳试验，更能够采用双轴激励模式进行疲劳试验，且在双轴激励模式中，叶片能同时承受摆振方向和挥舞方向的载荷，从而能够更加真实的反映运行过程中承受的风载荷，双轴激励模式下叶片同时在两个方向产生累积损伤更接近真实情况，更有利于叶片疲劳设计的验证，大大缩短疲劳试验周期。

附图说明

图1为本实用新型实施例的风轮叶片疲劳试验用的双轴激励装置的结构示意图。

其中，1、第一电动机；2、第一减速电机；3、第一摆臂；4、第一偏心质量块；5、第一安装支架；6、连接螺栓；7、第一夹具；8、第一随型件；9、第二随型件；10、第二夹具；11、第二安装支架；12、第二电动机；13、第二减速电机；14、第二摆臂；15、第二偏心质量块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；除非另有说明，“缺口状”的含义为除截面平齐外的形状。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本实施例所述的风轮叶片疲劳试验用的双轴激励装置中，第一夹具7和第二夹具10相互连接，且同时相对的夹持在叶片两侧，为了保证可靠夹持，防止叶片在振动时脱离装置，优选第一夹具7和第二夹具10之间通过连接螺栓6连接固定，本实施例中，第一夹具7和第二夹具10的外表面对称的制作成矩形结构，在矩形结构的四角处分别设有螺栓孔，四个连接螺栓6分别顺次穿过第一夹具7和第二夹具10相对设置的螺栓孔，并通过螺母拧紧将第一夹具7和第二夹具10紧密且可靠的夹持在叶片的两侧。

第一夹具7和第二夹具10分别连接有第一驱动机构和第二驱动机构，第一驱动机构和第二驱动机构用于分别向第一夹具7和第二夹具10施加水平方向和垂直方向的负载力，以带动叶片同时沿摆振方向和挥舞方向往复振动，在仅开启第一驱动机构或第二驱动机构时，可以采用单轴激励模式进行疲劳试验，利用第一驱动机构或第二驱动机构单独为第一夹具7或第二夹具10施加水平方向或垂直方向的负载力；当同时开启第一驱动机构和第二驱动机构时，即可采用双轴激励模式进行疲劳试验，且在双轴激励模式中，叶片能同时承受摆振方向和挥舞方向的载荷，从而能够更加真实的反映运行过程中承受的风载荷，双轴激励模式下叶片同时在两个方向产生累积损伤更接近真实情况，更有利于叶片疲劳设计的验证，大大缩短疲劳试验周期。

本实施例中，以第一夹具7和第二夹具10之间相对的一面为内表面，朝外的一面为外表面，则叶片被夹持在第一夹具7的内表面和第二夹具10的内表面之间；为了保证负载力的可靠传动，优选在第一夹具7的外表面固定有第一安装支架5，第一驱动机构连接在第一安装支架5的端面上，通过第一安装支架5向第一夹具7传递水平负载力，水平方向的负载力通过第一安装支架5的端面被传递至第一夹具7上，从而使第一夹具7在摆振方向发生往复振动；优选在第二夹具10的外表面固定有第二安装支架11，第二驱动机构连接在第二安装支架11的侧面上，通过第二安装支架11向第二夹具10传递垂直负载力，垂直方向的负载力通过第二安装支架11的侧面被传递至第二夹具10上，从而使第二夹具10在挥舞方向发生往复振动，两个方向的振动同时进行，从而满足叶片的振动疲劳试验要求，更真实的模拟了叶片的承载工况。

为了更加可靠的夹持叶片，优选第一夹具7和第二夹具10的内表面分别相对的固定有第一随型件8和第二随型件9，第一随型件8和第二随型件9的内表面分别设有与叶片的两侧表面相契合的型线结构；优选第一夹具7和第二夹具10分别采用钢材料制成，优选第一随型件8和第二随型件9分别采用木质材料制成。为了确保在试验中，装置自身具有足够的连接可靠性和承重性，优选第一安装支架5和第二安装支架11分别通过螺栓固定在第一夹具7的外表面和第二夹具10的外表面上。

本实施例中，第一驱动机构包括第一减速电机2和第一电动机1，第一减速电机2固定于第一夹具7上，用于向第一夹具7施加水平方向的负载力，优选的，第一减速电机2的侧面固定在第一安装支架5的上端面上，以保证第一减速电机2的输出轴与叶片的摆振方向平行；第一电动机1与第一减速电机2的输出轴连接，利用第一电动机1带动第一减速电机2的输出轴转动、并传递负载力，第一减速电机2的输出轴的端部连接有第一偏心摆臂机构，利用第一偏心摆臂机构控制并调整负载力大小，从而调整叶片振动频率，第一偏心摆臂机构优选包括第一摆臂3和第一偏心质量块4，第一摆臂3的一端与第一减速电机2的输出轴的端部连接，第一摆臂3的另一端固定有第一偏心质量块4。

本实施例中，第二驱动机构包括第二减速电机13和第二电动机12，第二减速电机13固定于第二夹具10上，用于向第二夹具10施加水平方向的负载力，优选的，第二减速电机13的侧面固定在第二安装支架11的侧面上，以保证第二减速电机13的输出轴与叶片的挥舞方向平行；第二电动机12与第二减速电机13的输出轴连接，利用第二电动机12带动第二减速电机13的输出轴转动、并传递负载力，第二减速电机13的输出轴的端部连接有第二偏心摆臂机构，利用第二偏心摆臂机构控制并调整负载力大小，从而调整叶片振动频率，第二偏心摆臂机构优选包括第二摆臂14和第二偏心质量块15，第二摆臂14的一端与第二减速电机13的输出轴的端部连接，第二摆臂14的另一端固定有第二偏心质量块15。

上述结构中，第一电动机1和第二电动机12均优选为变频调速三相异步电动机，第一减速电机2优选为水平轴输出减速电机，第二减速电机13优选为垂直轴输出减速电机；优选第一摆臂3和第二摆臂14分别通过键与第一减速电机2和第二减速电机13的输出轴连接，以便使第一摆臂3和第二摆臂14能随着第一减速电机2和第二减速电机13的输出轴转动而转动，且两个摆臂3、14的转动频率可以分别调节，当两个摆臂3、14转动频率均同叶片固有频率一致时，发生共振现象，从而带动叶片在摆振方向和挥舞方向同时振动，在该实验中可以通过调节两个偏心质量块的重量，来调节施加在叶片上的水平方向和垂直方向的载荷，从而满足叶片疲劳试验的目标载荷要求。

为了便于调节摆臂的转动频率，优选第一驱动机构和第二驱动机构分别连接有用于调节振动频率的变频器，进一步优选在第一摆臂3和第二摆臂14上分别连接变频器，以各自调节两个摆臂3、14的转动频率。

本实施例的装置在安装时，首先将预设夹持在叶片上侧的第一随型件8与第一夹具7的内表面粘接为一体，将预设夹持在叶片下侧的第二随型件9与第二夹具10的内表面粘接为一体，也可采用锚固或其他连接方式；然后，利用起重机将第二夹具10和第一夹具7分别放置在叶片加载截面的上下两侧表面外，使第一随型件8和第二随型件9分别能与叶片的上下两侧表面紧密贴合在一起；最后利用四组连接螺栓6将第一夹具7和第二夹具10固定在叶片加载截面位置外，从而完成叶片夹持工序。

完成叶片夹持工序后，将第一安装支架5放置于第一夹具7的外表面上，并通过螺栓固定，将第一减速电机2通过若干组连接螺杆固定于第一安装支架5的上端面上，将第一电动机1连接在第一减速电机2的输出轴上，且将第一摆臂3的一端通过键安装于第一减速电机2的输出轴端部位置，将第一偏心质量块4通过螺栓固定于第一摆臂3的另一端部；然后，将第二安装支架11放置于第二夹具10的外表面上，并通过螺栓固定，将第二减速电机13通过若干组连接螺杆固定于第二支架的侧面上，第二电动机12连接第二减速电机13的输出轴，且第二摆臂14的一端通过键安装于第二减速电机13的输出轴端部位置，将第二偏心质量块15通过螺栓固定于第二摆臂14的另一端部，从而完成第一驱动机构和第二驱动机构的组装，并最终完成该装置的整体组装。

装置安装完成后，启动第一电动机1和第二电动机12，通过第一减速电机2和第二减速电机13的输出轴转动分别带动第一摆臂3和第二摆臂14转动，并通过外接的变频器调节两个摆臂3、14的转动频率，当两个摆臂3、14转动频率均同叶片固有频率一致时，发生共振现象，从而带动叶片在摆振方向和挥舞方向同时振动，在该实验中可以通过调节两个偏心质量块的重量，来调节施加在叶片上的水平方向和垂直方向的载荷，从而满足叶片疲劳试验的目标载荷要求。

综上所述，本实施例的风轮叶片疲劳试验用的双轴激励装置中，第一夹具7和第二夹具10相互连接，且同时相对的夹持在叶片两侧；第一夹具7和第二夹具10分别连接有第一驱动机构和第二驱动机构，第一驱动机构和第二驱动机构用于分别向第一夹具7和第二夹具10施加水平方向和垂直方向的负载力，以带动叶片同时沿摆振方向和挥舞方向往复振动。该装置不但能够通过仅开启第一驱动机构或第二驱动机构，从而采用单轴激励模式进行疲劳试验，更能够采用双轴激励模式进行疲劳试验，且在双轴激励模式中，叶片能同时承受摆振方向和挥舞方向的载荷，从而能够更加真实的反映运行过程中承受的风载荷，双轴激励模式下叶片同时在两个方向产生累积损伤更接近真实情况，更有利于叶片疲劳设计的验证，大大缩短疲劳试验周期。

本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种风轮叶片疲劳试验用的双轴激励装置，其特征在于，包括相互连接的第一夹具和第二夹具，所述第一夹具和第二夹具同时相对的夹持在叶片两侧；所述第一夹具和第二夹具分别连接有第一驱动机构和第二驱动机构，所述第一驱动机构和第二驱动机构用于分别向第一夹具和第二夹具施加水平方向和垂直方向的负载力，以带动所述叶片同时沿摆振方向和挥舞方向往复振动。

2.根据权利要求1所述的双轴激励装置，其特征在于，所述第一驱动机构包括第一减速电机和第一电动机，所述第一减速电机固定于第一夹具上，用于向所述第一夹具施加水平方向的负载力；所述第一电动机与第一减速电机的输出轴连接，所述第一减速电机的输出轴的端部连接有第一偏心摆臂机构。

3.根据权利要求2所述的双轴激励装置，其特征在于，所述第一偏心摆臂机构包括第一摆臂和第一偏心质量块，所述第一摆臂的一端与所述第一减速电机的输出轴的端部连接，所述第一摆臂的另一端固定有所述第一偏心质量块。

4.根据权利要求1所述的双轴激励装置，其特征在于，所述第二驱动机构包括第二减速电机和第二电动机，所述第二减速电机固定于第二夹具上，用于向所述第二夹具施加垂直方向的负载力；所述第二电动机与第二减速电机的输出轴连接，所述第二减速电机的输出轴的端部连接有第二偏心摆臂机构。

5.根据权利要求4所述的双轴激励装置，其特征在于，所述第二偏心摆臂机构包括第二摆臂和第二偏心质量块，所述第二摆臂的一端与所述第二减速电机的输出轴的端部连接，所述第二摆臂的另一端固定有所述第二偏心质量块。

6.根据权利要求1-5任一项所述的双轴激励装置，其特征在于，所述第一夹具的外表面固定有第一安装支架，所述第一驱动机构连接在第一安装支架的端面上，通过所述第一安装支架向所述第一夹具传递水平负载力。

7.根据权利要求1-5任一项所述的双轴激励装置，其特征在于，所述第二夹具的外表面固定有第二安装支架，所述第二驱动机构连接在第二安装支架的侧面上，通过所述第二安装支架向所述第二夹具传递垂直负载力。

8.根据权利要求1-5任一项所述的双轴激励装置，其特征在于，所述第一夹具和第二夹具的内表面分别相对的固定有第一随型件和第二随型件，所述第一随型件和第二随型件的内表面分别设有与所述叶片的两侧表面相契合的型线结构。

9.根据权利要求1-5任一项所述的双轴激励装置，其特征在于，所述第一夹具和第二夹具之间通过连接螺栓连接固定。

10.根据权利要求1-5任一项所述的双轴激励装置，其特征在于，所述第一驱动机构和第二驱动机构分别连接有用于调节振动频率的变频器。