CN207850635U - 一种风轮叶片双电机单轴激励装置、以及风轮叶片试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及风力发电机组风轮叶片结构试验设备技术领域，尤其涉及一种风轮叶片双电机单轴激励装置、以及风轮叶片试验系统。该装置的夹具机构用于夹紧待测叶片的上下两侧，从动轴的两端各安装有一组驱动机构，每组驱动机构分别固定在夹具机构上，两组驱动机构能同步驱动从动轴旋转；从动从动轴上连接有共振机构，共振机构用于在从动轴的旋转驱动下、通过共振作用带动叶片做疲劳振动；本实用新型还基于该装置提出了一种风轮叶片试验系统。该装置和系统通过两组驱动机构同步带动从动轴旋转，从而利用双电机带动共振机构的双摆臂同步转动，为共振作用输出更大的激振力，从而解决叶片常规偏心轮电机激励装置激振力不足的问题。

Description

一种风轮叶片双电机单轴激励装置、以及风轮叶片试验系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电机组风轮叶片结构试验设备技术领域，尤其涉及一种风轮叶片双电机单轴激励装置、以及风轮叶片试验系统。

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，叶片能否在设计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、生产过程中重要的测试，通过试验可以模拟叶片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，验证叶片的设计、制造是否满足要求。

目前，叶片疲劳试验的激励模式主要为利用强迫驱动法或共振法对叶片进行加载。其中强迫驱动加载设备能耗高，成本昂贵，且设备故障维修周期长，所以国内大多数采用减速电机带动偏心轮共振法激励。用单轴激励时，需分别对叶片进行展向和弦向的激励，即挥舞方向和摆振方向分别进行疲劳测试。随着风电行业的发展，风力发电机组的功率不断提高，风电叶片的长度不断增加，叶片设计载荷不断增大，尤其是叶片挥舞方向疲劳所需激振力大大增加，常规单电机激励设备已经无法满足叶片疲劳试验所需激振力的要求。

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双电机单轴激励装置、以及风轮叶片试验系统，能够有效提高激振力，从而满足大叶片疲劳试验所需的激振力要求。

(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双电机单轴激励装置，包括夹具机构、从动轴和共振机构，所述夹具机构用于夹紧待测叶片的上下两侧，所述从动轴的两端各安装有一组驱动机构，每组所述驱动机构分别固定在所述夹具机构上，两组所述驱动机构能同步驱动所述从动轴旋转；所述从动轴上连接有共振机构，所述共振机构用于在从动轴的旋转驱动下、通过共振作用带动所述叶片做疲劳振动。

优选的，所述共振机构包括摆臂和质量块，所述从动轴的两端各连接有一个所述摆臂，所述质量块可拆卸的安装在两个所述摆臂之间的连接轴上；在所述从动轴的旋转带动下，两个所述摆臂以预设频率同步转动，从而与所述叶片之间产生共振作用。

优选的，两个所述摆臂的预设频率与所述叶片的固有频率相等时，两个所述摆臂的转动与所述叶片之间产生共振作用。

优选的，所述共振机构还包括有变频器，所述变频器与驱动机构连接，用于调节两个所述摆臂同步转动的频率。

优选的，所述驱动机构包括电动机、减速机和轴套法兰，所述减速机通过安装架固定在夹紧机构上，所述减速机的动力输入轴与电动机连接，所述减速机的动力输出轴与轴套法兰连接，所述轴套法兰套装在所述从动轴的一端外，用于在所述减速机的驱动下带动所述从动轴旋转。

优选的，所述轴套法兰包括法兰盘，所述法兰盘与所述减速机的动力输出轴连接，以在所述减速机的驱动下旋转；所述法兰盘的轴心处设有轴孔，所述轴孔内分别对称的设有两个用于装配键的键槽，所述法兰盘分别通过键连接套装在从动轴的端部外，以使所述法兰盘在旋转时，带动所述从动轴旋转。

优选的，所述驱动机构还包括轴承支架，所述轴承支架套装在所述从动轴的一端外，且位于所述轴套法兰的内侧。

优选的，所述轴承支架包括轴承本体、轴承座和固定架，所述轴承本体套装在所述从动轴的一端外，并通过所述轴承座固定在固定架的顶部，所述固定架的底部固定在所述夹具机构上。

优选的，所述夹具机构包括上夹具和下夹具，所述上夹具和下夹具分别通过连接杆相对连接，以使所述上夹具和下夹具分别夹紧固定在所述叶片的上下两侧，所述驱动机构固定在所述上夹具上；所述上夹具和下夹具的内侧面上分别设有上随型和下随型，所述上随型和下随型分别与所述叶片的上表面和下表面相适配。

本实用新型还提供了一种风轮叶片试验系统，包括如上所述的风轮叶片双电机单轴激励装置。

(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双电机单轴激励装置包括夹具机构、从动轴和共振机构，夹具机构用于夹紧待测叶片的上下两侧，从动轴的两端各安装有一组驱动机构，每组驱动机构分别固定在夹具机构上，两组驱动机构能同步驱动从动轴旋转；从动轴上连接有共振机构，共振机构用于在从动轴的旋转驱动下、通过共振作用带动叶片做疲劳振动；本实用新型还基于该装置提出了一种风轮叶片试验系统。该装置和系统通过两组驱动机构同步带动从动轴旋转，从而利用双电机带动共振机构的双摆臂同步转动，与现有技术相比，该装置能为共振机构的共振作用输出更大的激振力，从而解决叶片挥舞方向疲劳试验激振力不足的问题，并通过调节共振机构的双摆臂转动频率，从而提高共振机构与叶片的共振效率，且通过共振机构的质量块的可拆卸更换的设置，从而能够灵活调整共振机构的载荷，进而满足大叶片疲劳试验的载荷要求。

附图说明

图1为本实用新型实施例的风轮叶片双电机单轴激励装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的轴承支架的主视图；

图3为本实用新型实施例的轴套法兰的主视图。

其中，1、9、电动机；2、8、减速机；3、7、轴套法兰；4、6、轴承支架；5、从动轴；10、15、安装架；11、12、摆臂；13、连接轴；14、质量块；16、上夹具；17、上随型；18、下随型；19、下夹具；20、连接杆；21、轴承本体；22、轴承座；23、固定架；24、法兰盘；25、轴孔；26、键槽；27、固定螺栓。

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。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。

如图1所示，本实施例所述的风轮叶片双电机单轴激励装置包括夹具机构、从动轴5和共振机构，夹具机构用于夹紧待测叶片的上下两侧，以便于向叶片施加共振力；从动轴5的两端各安装有一组驱动机构，每组驱动机构分别固定在夹具机构上，两组驱动机构能同步驱动从动轴5旋转，从动轴5上连接有共振机构，共振机构用于在从动轴5的旋转驱动下、通过共振作用带动叶片做疲劳振动，该疲劳振动指共振疲劳，即共振机构带动叶片产生振动的激励频率与叶片结构的共振频率相重合或接近，以使叶片结构产生共振，从而导致的疲劳被称为共振疲劳。本实施例中，通过两组驱动机构同步带动从动轴5旋转，从而为共振机构的共振作用输出更大的激振力，叶片在激振力作用下，可以在挥舞方向振动，进而有效解决风轮叶片在挥舞方向疲劳试验中激振力不足的问题。其中，以叶片的放置方向为挥舞方向，即叶片平置于地面上时，挥舞面与地面平行。

为了在试验中对叶片可靠固定，并能将共振机构的激振力可靠的传递给叶片，以保证共振机构与叶片之间的共振作用，优选本实施例的夹具机构包括上夹具16和下夹具19，上夹具16和下夹具19分别通过连接杆20相对连接，以使上夹具16和下夹具19分别夹紧固定在叶片的上下两侧，驱动机构固定在上夹具16上，从而在共振机构的摆臂11、12转动时，通过驱动机构将激振力传递给上夹具16，从而引起叶片的共振；优选以上夹具16和下夹具19相对的一面为内侧面，则上夹具16和下夹具19的内侧面上分别设有上随型17和下随型18，上随型17和下随型18分别与叶片的上表面和下表面相适配。当上夹具16通过上随型17贴合在叶片上表面，且下夹具19通过下随型18贴合在叶片下表面以后，将上夹具16与下夹具19之间分别通过若干个连接杆20相对夹紧，即可将上夹具16和下夹具19可靠夹紧叶片的上下两侧。

优选的，上夹具16和下夹具19分别由钢材制成，上随型17和下随型18分别由木材制成，上夹具16的上表面固定有驱动机构，上夹具16的下表面通过钢片与上随型17的上表面焊接，而下夹具19的上表面通过钢片与下随型18的下表面焊接，则上随型17和下随型18相对设置的内侧面上各自设有分别与叶片加载截面的上表面和下表面相适配的型线，以确保上随型17与下随型18分别与叶片的上表面和下表面之间紧密贴合，从而保证叶片的夹持可靠，且保证激振力的可靠传递，避免因叶片夹持不牢而对叶片疲劳试验的试验结果造成不必要的影响。

本实施例的共振机构包括摆臂11、12和质量块14，从动轴5的两端各连接有一个摆臂11、12，当从动轴5的两端分别在两组驱动机构的同步驱动作用下同向旋转时，两组驱动机构的输出转速相等，则可以保证从动轴5的转动平稳，故而两个摆臂11、12在转动时具有相等的转动频率，以使该装置利用双电机带动共振机构的双摆臂11、12同步转动，在从动轴5的旋转带动下，两个摆臂11、12可以预设频率同步转动，当该预设频率与叶片的固有频率相等时，两个所述摆臂11、12的转动与叶片之间产生共振作用，从而带动叶片做疲劳振动；优选的，共振机构还包括有变频器，变频器与驱动机构连接，在驱动机构的电动机1、9的驱动下，变频器分别与两个摆臂11、12之间具有信号控制关系，该变频器用于调节两个摆臂11、12同步转动的频率，同理的，也可以同时利用两个变频器分别控制两个摆臂11、12，只需要将变频器的输出频率调整为相等频率，即可保证两个摆臂11、12的转动频率相等，通过调节共振机构的双摆臂11、12转动频率，从而提高共振机构与叶片的共振效率。

该共振机构的两个摆臂11、12的一端分别套装在从动轴5的两端外，另一端通过连接轴13连接，质量块14可拆卸的安装在两个摆臂11、12之间的连接轴13上，优选质量块14套装在连接轴13外，连接轴13的两端分别穿过两个摆臂11、12后通过螺母固定，通过拆卸连接轴13即可实现质量块14的更换；除了上述结构外，还可以在质量块14的径向(与轴向垂直的方向)上设置一缺口，质量块14通过该缺口装配在连接轴13外，需要更换质量块14时仅需要直接将原质量块14从连接轴13上取下，并将新质量块14重新插装在连接轴13外即可。

需要说明的是，为了保证质量块14的灵活更换，质量块14与连接轴13的连接结构除了上述结构外，还可以采用其他现有可拆卸结构，只要满足能够根据疲劳试验的目标载荷需要灵活调整质量块14的质量即可。

本实施例中，在从动轴5的两端分别安装有结构相同的驱动机构，以其中任一组驱动机构为例详细说明驱动机构的结构组成。该驱动机构包括电动机1、9、减速机2、8和轴套法兰3、7，减速机2、8通过安装架10、15固定在夹紧机构上，以确保整个驱动机构的结构稳定可靠；减速机2、8的动力输入轴与电动机1、9连接，该电动机1、9优选为可变频调速的三相异步电动机1、9；减速机2、8的动力输出轴与轴套法兰3、7连接，以使轴套法兰3、7在减速机2、8的动力驱动作用下旋转，轴套法兰3、7套装在从动轴5的一端外，用于带动从动轴5旋转。

如图2所示，轴套法兰3、7包括法兰盘24，法兰盘24与减速机2、8的动力输出轴连接，以在减速机2、8的驱动下旋转；法兰盘24的轴心处设有轴孔25，轴孔25内分别对称的设有两个用于装配键的键槽26，法兰盘24分别通过键连接套装在从动轴5的端部外，当从动轴5的端部插入轴孔25时，通过从动轴5上的键与轴孔25的键槽26之间的装配关系，以确保法兰盘24在旋转时带动从动轴5稳定旋转。

为了保证法兰盘24与从动轴5的端部之间的连接紧固，优选法兰盘24包括两个相对设置的盘体，每个盘体的轴心处均设有如上所述的轴孔25；在两个盘体的径向(与轴向垂直的方向)上分别相对的设置有若干个通孔，则两个盘体之间通过若干个固定螺栓27夹紧固定，且各个固定螺栓27分别装配在每个盘体径向上的任一通孔内，每个通孔内表面上可以攻有螺纹，以便于使固定螺栓27与各个通孔之间锁紧，进一步优选在每个固定螺栓27的两端分别锁紧有螺母，从而使两个盘体相对的紧贴在一起，将该结构与键连接协同配合，可以进一步加强法兰盘24与从动轴5之间的连接可靠性。

为了保证从动轴5转动时的稳定可靠，该驱动机构还包括轴承支架4、6，轴承支架4、6套装在从动轴5的一端外，且位于轴套法兰3、7的内侧；如图3所示，轴承支架4、6包括轴承本体21、轴承座22和固定架23，轴承本体21套装在从动轴5的一端外，并通过轴承座22固定在固定架23的顶部，固定架23的底部固定在夹具机构上，优选固定架23为三脚架结构，底部通过螺栓固定在夹具机构的上夹具16上表面。

本实施例的装置在组装时，首先将下随型18与下夹具19固定为一体，将上随型17与上夹具16粘接固定为一体，利用起重机将下夹具19和上夹具16分别放置于叶片加载截面的上表面和下表面外，使木制随型能与叶片表面紧密贴合在一起；然后利用连接杆20将上夹具16和下夹具19固定于叶片加载截面位置。

将两组驱动机构的安装架10、15分别放置于上夹具16上表面的左右两端，并分别通过螺栓固定，然后将两个减速机2、8分别通过连接螺杆固定于安装架10、15的上方，在两个减速机2、8的外侧(远离从动轴5的一侧)安装电动机1、9，并将每个减速机2、8的动力输入轴分别与电动机1、9的输出轴连接；将两个摆臂11、12的一端分别套装在从动轴5外，将两个轴承支架4、6分别通过螺栓固定于上夹具16的上方，并使从动轴5的两端分别穿过两个轴承本体21内的轴承孔后，分别通过两个轴套法兰3、7与两个减速机2、8的动力输出轴相连接；将两个摆臂11、12的另一端(摆动端)之间通过连接轴13连接，并将各个质量块14放置于连接轴13上并通过螺栓锁紧，然后将连接轴13的两端分别与两个摆臂11、12的摆动端连接固定，即完成装置的组装工序。

装置安装完成后，通过外置控制系统同时启动两台电动机1、9，并协调两个减速机2、8的动力输出轴以达到同步转速，以使得两个减速机2、8能带动从动轴5和两个摆臂11、12同步转动；通过在摆臂11、12上或者从动轴5上外接变频器调节摆臂11、12转动频率，当摆臂11、12的转动频率同叶片的固有频率一致时，两者发生共振从而带动叶片做疲劳振动，通过调节所有质量块14的总重量来调节试验载荷，以满足叶片疲劳试验目标载荷的要求。

综上所述，本实施例的风轮叶片双电机单轴激励装置包括夹具机构、从动轴5和共振机构，夹具机构用于夹紧待测叶片的上下两侧，从动轴5的两端各安装有一组驱动机构，每组驱动机构分别固定在夹具机构上，两组驱动机构能同步驱动从动轴5旋转；从动轴5上连接有共振机构，共振机构用于在从动轴5的旋转驱动下、通过共振作用带动叶片做疲劳振动；本实施例还基于该装置提出了一种风轮叶片试验系统。该装置和系统通过两组驱动机构同步带动从动轴5旋转，从而利用双电机带动共振机构的双摆臂11、12同步转动，与现有技术相比，该装置能为共振机构的共振作用输出更大的激振力，从而解决叶片挥舞方向疲劳试验激振力不足的问题，并通过调节共振机构的双摆臂11、12转动频率，从而提高共振机构与叶片的共振效率，且通过共振机构的质量块14的可拆卸更换的设置，从而能够灵活调整共振机构的载荷，进而满足大叶片疲劳试验的载荷要求。

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)

1.一种风轮叶片双电机单轴激励装置，其特征在于，包括夹具机构、从动轴和共振机构，所述夹具机构用于夹紧待测叶片的上下两侧，所述从动轴的两端各安装有一组驱动机构，每组所述驱动机构分别固定在所述夹具机构上，两组所述驱动机构能同步驱动所述从动轴旋转；所述从动轴上连接有共振机构，所述共振机构用于在从动轴的旋转驱动下、通过共振作用带动所述叶片做疲劳振动。

2.根据权利要求1所述的风轮叶片双电机单轴激励装置，其特征在于，所述共振机构包括摆臂和质量块，所述从动轴的两端各连接有一个所述摆臂，所述质量块可拆卸的安装在两个所述摆臂之间的连接轴上；在所述从动轴的旋转带动下，两个所述摆臂以预设频率同步转动，从而与所述叶片之间产生共振作用。

3.根据权利要求2所述的风轮叶片双电机单轴激励装置，其特征在于，两个所述摆臂的预设频率与所述叶片的固有频率相等时，两个所述摆臂的转动与所述叶片之间产生共振作用。

4.根据权利要求2所述的风轮叶片双电机单轴激励装置，其特征在于，所述共振机构还包括有变频器，所述变频器与驱动机构连接，用于调节两个所述摆臂同步转动的频率。

5.根据权利要求1所述的风轮叶片双电机单轴激励装置，其特征在于，所述驱动机构包括电动机、减速机和轴套法兰，所述减速机通过安装架固定在夹紧机构上，所述减速机的动力输入轴与电动机连接，所述减速机的动力输出轴与轴套法兰连接，所述轴套法兰装在所述从动轴的一端外，用于在所述减速机的驱动下带动所述从动轴旋转。

6.根据权利要求5所述的风轮叶片双电机单轴激励装置，其特征在于，所述轴套法兰包括法兰盘，所述法兰盘与所述减速机的动力输出轴连接，以在所述减速机的驱动下旋转；所述法兰盘的轴心处设有轴孔，所述轴孔内分别对称的设有两个用于装配键的键槽，所述法兰盘分别通过键连接套装在从动轴的端部外，以使所述法兰盘在旋转时，带动所述从动轴旋转。

7.根据权利要求5所述的风轮叶片双电机单轴激励装置，其特征在于，所述驱动机构还包括轴承支架，所述轴承支架套装在所述从动轴的一端外，且位于所述轴套法兰的内侧。

8.根据权利要求7所述的风轮叶片双电机单轴激励装置，其特征在于，所述轴承支架包括轴承本体、轴承座和固定架，所述轴承本体套装在所述从动轴的一端外，并通过所述轴承座固定在固定架的顶部，所述固定架的底部固定在所述夹具机构上。

9.根据权利要求1-8任一项所述的风轮叶片双电机单轴激励装置，其特征在于，所述夹具机构包括上夹具和下夹具，所述上夹具和下夹具分别通过连接杆相对连接，以使所述上夹具和下夹具分别夹紧固定在所述叶片的上下两侧，所述驱动机构固定在所述上夹具上；所述上夹具和下夹具的内侧面上分别设有上随型和下随型，所述上随型和下随型分别与所述叶片的上表面和下表面相适配。

10.一种风轮叶片试验系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的风轮叶片双电机单轴激励装置。