CN212110522U - 一种风电叶片疲劳测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种风电叶片疲劳测试系统，包括安装在叶片上相应加载位置的叶片夹具和至少一个加载模块，其中，每个加载模块包括电机、卷筒、转向滑轮单元和加载缆索。电机的输出轴直接驱动卷筒，加载缆索一端绕制在卷筒上，另一端穿过其对应的转向滑轮单元后连接叶片夹具的侧边；多个加载模块的加载缆索通过滑轮单元分布在叶片夹具的同一侧或不同侧。与现有技术相比，本实用新型既能够实现对叶片单一挥舞方向或摆振方向的单侧、双侧的单点、多点加载测试场景，也能够实现同时进行挥舞和摆振方向的单侧、双侧的单点、多点双轴加载测试场景，既符合叶片实际应用工况，又能加快疲劳测试进程；功耗低、适用性广、易于控制。

Description

一种风电叶片疲劳测试系统

技术领域

本实用新型涉及风电疲劳测试领域，尤其是涉及一种风电叶片疲劳测试系统。

背景技术

现阶段，风电叶片在出厂之前，需要经历一系列的疲劳测试。通常，叶片需要经过挥舞和摆振两个方向的振动测试，并且振动次数一般需要两百万次。

目前常用的叶片疲劳测试系统通常使用偏心块对叶片进行共振测试或者使用液压杆对叶片进行强制振动。如公开号为CN202710300U的中国实用新型专利公开了一种兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，其通过旋转安装在叶片上的偏心质量块对叶片施加简谐激振力，对叶片进行共振测试。这种依靠额外的质量块提供激振力的激振设备往往需要提供很大的电机轴力和电机功率。

因此，现有的疲劳测试装置存在以下问题：1、当叶片趋向大型化时，液压强制加载所需能量大大增加，存在功率和能耗问题；2、惯性式加载装置安装于叶片会受到惯性附加力，不仅影响装置的使用寿命，还会增加电机额外的功率；3、对叶片的疲劳振动测试情景单一，难以同时实现挥舞和摆振方向的测试。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种风电叶片疲劳测试系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种风电叶片疲劳测试系统，包括安装在叶片上相应加载位置的叶片夹具和至少一个加载模块，其中，每个加载模块包括电机、卷筒、转向滑轮单元和加载缆索，所述的电机的输出轴直接驱动卷筒，所述的加载缆索一端绕制在卷筒上，另一端穿过其对应的转向滑轮单元后连接叶片夹具的侧边；多个加载模块的加载缆索通过滑轮单元分布在叶片夹具的同一侧或不同侧。

进一步地，每个转向滑轮单元并排安装在叶片夹具的下方，每根加载缆索连接叶片夹具的底部侧边，各个加载缆索位于转向滑轮单元和叶片夹具之间的部分互相平行。

进一步地，包括两个加载模块，其中，两个转向滑轮单元对称安装在叶片夹具的下方两端，两根加载缆索对称连接叶片夹具的底部侧边的两端，两根加载缆索位于转向滑轮单元和叶片夹具之间的部分互相成90°夹角。

进一步地，转向滑轮单元对称安装在叶片夹具的上方和下方，两根加载缆索分别连接叶片夹具的底部侧边和顶部侧边，并且两根加载缆索中位于转向滑轮单元和叶片夹具之间的部分共线设置。

进一步地，包括两个加载模块，其中，一个转向滑轮单元安装在叶片夹具的下方，一根加载缆索穿过该转向滑轮单元后连接叶片夹具的底部侧边；另一个转向滑轮单元安装在叶片夹具的左侧方或右侧方，一根加载缆索穿过该转向滑轮单元后连接叶片夹具的左侧边或右侧边；两根加载缆索中位于转向滑轮单元和叶片夹具之间的部分互相垂直。

进一步地，每个加载模块还包括第一滑轮和轮滑支座，所述的轮滑支座两端连接叶片夹具的同一侧边，中间安装第一滑轮，所述的加载缆索依次穿过转向滑轮单元和第一滑轮后连接地面进行固定。

进一步地，所述的转向滑轮单元为定滑轮、定滑轮组，或者定滑轮和动滑轮的组合。

进一步地，所述的加载缆索为钢索或缆绳。

进一步地，所述叶片夹具的四周分布有安装孔，用于和加载缆索相连。

进一步地，所述的电机为带有检测加载力和位移的传感器的电机。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型通过叶片夹具和多个加载模块的设计，加载缆索通过转向轮滑单元分布在叶片夹具的同一侧或不同侧，实现了对风电叶片单一挥舞方向或摆振方向的单侧、双侧的单点、多点加载测试场景，也能够实现同时进行挥舞和摆振方向的单侧、双侧的单点、多点双轴加载测试场景，特别是后者，双轴共振加载测试更符合叶片实际应用工况，既接近于叶片实际损伤，又能加快疲劳测试进程。

2、本实用新型中多个加载模块的设计能够减小对单体加载模块的载荷，降低对每个电机的功率要求，提升平均使用寿命。每个加载模块中，卷筒直接连接电机的输出轴，舍去了不必要的传动部件，减少了传动部件的磨损，不仅有助于提高加载系统的使用寿命，而且有助于提高系统的传动效率。

3、采用电机、加载缆索带动叶片夹具的结构避免了加载模块受到叶片的附加惯性力，减小了电机的功率，提升加载模块的使用寿命。

4、本实用新型通过卷筒上绕制的加载缆索时刻连接叶片夹具，同时卷筒直接连接电机的输出轴，由此对风电叶片的加载和回弹过程均能通过电机内部的检测传感器进行实时监控，更好地监测和控制测试过程中叶片振动频率，达到精准的共振效果。

5、通过第一滑轮和滑轮支座成的动滑轮，降低电机的负载，进一步降低测试过程对电机转矩的要求。

附图说明

图1为实施例一的正视结构示意图。

图2为实施例一的侧视结构示意图。

图3为实施例二的结构示意图。

图4为实施例三的结构示意图。

图5为实施例四的结构示意图。

图6为实施例五的结构示意图。

附图标记：1、叶片夹具，11、安装孔，2、电机，3、卷筒，4、转向滑轮单元，5、加载缆索，6、风电叶片，7、第一滑轮，8、滑轮支座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

如图1和图2所示，本实施例提供了一种风电叶片疲劳测试系统，包括叶片夹具1和至少一个加载模块。风电叶片6被水平设置在测试基座上，其根部和基座固定。叶片夹具1安装在风电叶片6的端部。

每个加载模块包括电机2、卷筒3、转向滑轮单元4和加载缆索5。卷筒3和电机2的输出轴刚性连接卷筒3。加载缆索5一端绕制在卷筒3上，另一端穿过转向滑轮单元4后连接叶片夹具1。电机2输出周期力，带动卷筒3转动，卷筒3回收加载缆索5，带动叶片夹具1和风电叶片6发生周期性的激振。

一般情况下，多个加载模块的转向滑轮单元4分布在叶片夹具1的同一侧或不同侧，每根加载缆索5穿过其对应的转向滑轮单元4后连接叶片夹具1的侧边。在本实施例中，加载模块的数量为两个。两个转向滑轮单元4对称安装在叶片夹具1的下方，两根加载缆索5对称连接叶片夹具1的底部侧边的两端。两个加载缆索5位于转向滑轮单元4和叶片夹具1之间的部分互相平行。

转向滑轮单元4一般为定滑轮、定滑轮组，或者定滑轮和动滑轮的组合，转向滑轮单元4能够使得各个加载缆索5之间不发生交叉缠绕。本实施例中转向滑轮单元4采用单个的定滑轮。加载缆索5可以采用钢索或缆绳。叶片夹具1的四周分布有安装孔11，便于和加载缆索5进行连接。电机2为带有检测传感器的电机2，具体可采用伺服电机，如型号为PHASEU1010F。所有电机2均通过支架安装在地面上。

本实施例的工作原理为：两个电机2进行同步工作，同步地输出周期力，通过滚筒和加载缆索5施加在叶片夹具1上，实现对叶片的共振加载。电机2进行正反转提供周期性的负载力。本实施例可以对风电叶片6实施单侧共振加载，结构简单，易于安装，使用寿命极大延长。此外，本系统能通过控制电机2实现闭环控制，具有对叶片共振频率跟踪的优点。

实施例二

如图3所示，本实施例和实施例一的区别点在于：两个转向滑轮单元4对称安装在叶片夹具1的上方和下方。上方的转向滑轮单元4为定滑轮组，下方的转向滑轮单元4为单个定滑轮。两根加载缆索5分别连接叶片夹具1的底部侧边和顶部侧边，并且两根加载缆索5中位于转向滑轮单元4和叶片夹具1之间的部分共线设置。两个转向滑轮单元4分别连接各自的电机，也可连接同一个电机。本实施例中采用了单个电机。

本实施例的工作原理为：若为两个电机，则两个电机2进行交替工作，轮流地输出周期力，通过滚筒和加载缆索5施加在叶片夹具1上，实现对叶片的共振加载。若为单个电机，则单个电机2进行正反转，输出周期力。本实施例可充分利用电机的工作状态，并能够进一步减小单侧加载所需的电机功率，理论上是单侧加载功率的一半。

实施例三

如图4所示，本实施例和实施例一的区别点在于：一个转向滑轮单元4安装在叶片夹具1的下方，一根加载缆索5穿过该转向滑轮单元4后连接叶片夹具1的底部侧边。另一个转向滑轮单元4安装在叶片夹具1的左侧方，一根加载缆索5穿过该转向滑轮单元4后连接叶片夹具1的左侧边。两根加载缆索5中位于转向滑轮单元4和叶片夹具1之间的部分互相垂直。

本实施例的工作原理为：两个电机2进行工作，按风电叶片6的两个方向各自的固有频率输出周期力，通过卷筒3和加载缆索5施加在叶片夹具1上，实现对叶片的共振加载。该结构能够使得风电叶片6同时进行挥舞和摆振的测试场景，双轴共振加载测试更接近于叶片实际损伤，提高叶片疲劳测试效率。

实施例四

如图5所示，本实施例和实施例一的区别点在于：两根加载缆索5位于转向滑轮单元4和叶片夹具1之间的部分互相成90°夹角。

本实施例的工作原理为：两个电机2进行工作，按风电叶片6的两个方向各自的固有频率输出周期力，通过滚筒和加载缆索5施加在叶片夹具1上，实现对叶片的共振加载。该结构通过互相成90°夹角的加载方向实现对风电叶片6双轴疲劳测试，不仅提高测试效率，并且简化了部件安装过程。

实施例五

如图6所示，本实施例和实施例一的区别点在于：加载模块的数量为一个。加载模块还包括第一滑轮7和滑轮支座8。滑轮支座8两端连接叶片夹具1的同一侧边，中间安装第一滑轮7，加载缆索5依次穿过转向滑轮单元4和第一滑轮7后连接后进行固定，形成动滑轮结构。该结构能降低电机2的负载，进一步降低测试过程对电机转矩的要求。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种风电叶片疲劳测试系统，其特征在于，包括安装在叶片(6)上相应加载位置的叶片夹具(1)和至少一个加载模块，其中，每个加载模块包括电机(2)、卷筒(3)、转向滑轮单元(4)和加载缆索(5)，所述的卷筒(3)直接连接电机(2)的输出轴，所述的加载缆索(5)一端绕制在卷筒(3)上，另一端穿过其对应的转向滑轮单元(4)后连接叶片夹具(1)的侧边；多个加载模块的加载缆索(5)通过滑轮单元(4)分布在叶片夹具(1)的同一侧或不同侧。

2.根据权利要求1所述的一种风电叶片疲劳测试系统，其特征在于，每个转向滑轮单元(4)并排安装在叶片夹具(1)的下方，每根加载缆索(5)连接叶片夹具(1)的底部侧边，各个加载缆索(5)位于转向滑轮单元(4)和叶片夹具(1)之间的部分互相平行。

3.根据权利要求1所述的一种风电叶片疲劳测试系统，其特征在于，包括两个加载模块，其中，两个转向滑轮单元(4)对称安装在叶片夹具(1)的下方两端，两根加载缆索(5)对称连接叶片夹具(1)的底部侧边的两端，两根加载缆索(5)位于转向滑轮单元(4)和叶片夹具(1)之间的部分互相成90°夹角。

4.根据权利要求1所述的一种风电叶片疲劳测试系统，其特征在于，转向滑轮单元(4)对称安装在叶片夹具(1)的上方和下方，两根加载缆索(5)分别连接叶片夹具(1)的底部侧边和顶部侧边，并且两根加载缆索(5)中位于转向滑轮单元(4)和叶片夹具(1)之间的部分共线设置。

5.根据权利要求1所述的一种风电叶片疲劳测试系统，其特征在于，包括两个加载模块，其中，一个转向滑轮单元(4)安装在叶片夹具(1)的下方，一根加载缆索(5)穿过该转向滑轮单元(4)后连接叶片夹具(1)的底部侧边；另一个转向滑轮单元(4)安装在叶片夹具(1)的左侧方或右侧方，一根加载缆索(5)穿过该转向滑轮单元(4)后连接叶片夹具(1)的左侧边或右侧边；两根加载缆索(5)中位于转向滑轮单元(4)和叶片夹具(1)之间的部分互相垂直。

6.根据权利要求1所述的一种风电叶片疲劳测试系统，其特征在于，每个加载模块还包括第一滑轮(7)和轮滑支座(8)，所述的轮滑支座(8)两端连接叶片夹具(1)的同一侧边，中间安装第一滑轮(7)，所述的加载缆索(5)依次穿过转向滑轮单元(4)和第一滑轮(7)后连接地面进行固定。

7.根据权利要求1所述的一种风电叶片疲劳测试系统，其特征在于，所述的转向滑轮单元(4)为定滑轮、定滑轮组，或者定滑轮和动滑轮的组合。

8.根据权利要求1所述的一种风电叶片疲劳测试系统，其特征在于，所述的加载缆索(5)为钢索或缆绳。

9.根据权利要求1所述的一种风电叶片疲劳测试系统，其特征在于，所述叶片夹具(1)的四周分布有安装孔(11)，用于和加载缆索(5)相连。

10.根据权利要求1所述的一种风电叶片疲劳测试系统，其特征在于，所述的电机(2)为带有检测加载力和位移的传感器的电机(2)。

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