CN219242107U - 一种风力机塔架模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及风机塔架设计技术领域，具体涉及一种风力机塔架模拟试验装置，该风力机塔架模拟试验装置包括底座、塔架模型和风载荷模拟机构，塔架模型，设置于底座上，风载荷模拟机构包括均与塔架模型连接的第一载荷加载组件和第二载荷加载组件，第一载荷加载组件的载荷加载方向和第二载荷加载组件的载荷加载方向呈夹角设置。本实用新型的风力机塔架模拟试验装置，当第一载荷加载组件和第二载荷加载组件对塔架模型进行载荷加载时，能够模拟出塔架模型受到两个不同方向的风载荷，从而反映出不同方向风载荷对风力机塔架力学的影响，提升模拟测试的准确性。

Description

一种风力机塔架模拟试验装置

技术领域

本实用新型涉及风机塔架设计技术领域，具体涉及一种风力机塔架模拟试验装置。

背景技术

风力机正朝着超大型化发展，尽管尺寸的增加可以提高发电效率，但这也导致风力机各部件的结构尺寸及其所受重力载荷急剧增加。兆瓦级风力机塔架高度的增加不可避免增大了结构柔性，同时风力机塔架作为支撑结构还需要承载风轮、机舱(内部包含发电机等设备)等部件的巨大重量，这使得塔架结构对风荷载变化更加敏感，塔架结构的变形和振动等结构动力学特性不仅影响发电性能，还决定了风力机是否能够安全运行。

当前关于风力机塔架动力学测试装置多数仅采用负重方式模拟风载荷对塔架单一自由度的影响，而实际场景中风力机塔架往往需要承受多自由度方向的风载荷影响，因此当前风力机塔架动力学测试装置无法反映出不同方向风载荷对风力机塔架力学的影响、其测试结果准确性低。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的风力机塔架动力学测试装置无法反映出不同方向风载荷对风力机塔架力学的影响、其测试结果准确性低的缺陷，从而提供一种能够反映出不同方向风载荷对风力机塔架力学的影响以提升测试准确性的风力机塔架模拟试验装置。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种风力机塔架模拟试验装置，包括：底座；塔架模型，设置于所述底座上；风载荷模拟机构，包括均与所述塔架模型连接的第一载荷加载组件和第二载荷加载组件，所述第一载荷加载组件的载荷加载方向和所述第二载荷加载组件的载荷加载方向呈夹角设置。

可选的，所述风力机塔架模拟试验装置还包括与所述塔架模型连接的连接臂，并且所述第二载荷加载组件的载荷加载方向与所述连接臂的长度方向一致；所述风载荷模拟机构还包括第三载荷加载组件，与所述连接臂远离所述塔架模型的一端连接，并且所述第三载荷加载组件的载荷加载方向与所述连接臂的长度方向呈夹角设置。

可选的，所述第一载荷加载组件的载荷加载方向沿x轴方向，所述第二载荷加载组件的载荷加载方向沿y轴方向，x轴垂直于y轴，所述第三载荷加载组件的载荷加载方向与所述连接臂的长度方向相垂直。

可选的，所述第一载荷加载组件设置于所述塔架模型的背风侧，所述第二载荷加载组件沿所述塔架模型对称设置有两个，所述第三载荷加载组件设置有两个并沿所述塔架模型中心对称设置。

可选的，所述第一载荷加载组件包括第一激振器、第一配重部和第一缆绳，所述第一激振器设置于所述底座上，所述第一配重部与所述第一激振器连接，所述第一缆绳的两端分别与所述第一配重部和所述塔架模型的背风侧连接；所述第二载荷加载组件包括第二激振器、第二配重部和第二缆绳，所述第二激振器设置于所述底座上，所述第二配重部与所述第二激振器连接，所述第二缆绳的两端分别与所述第二配重部和所述连接臂连接，所述第二缆绳与所述连接臂的长度方向一致；所述第三载荷加载组件包括第三激振器、第三配重部和第三缆绳，所述第三激振器设置于所述底座上，所述第三配重部与所述第三激振器连接，所述第三缆绳的两端分别与所述第三配重部和连接臂连接，所述第三缆绳与所述连接臂的长度方向呈夹角设置。

可选的，所述连接臂为伸缩臂。

可选的，所述风力机塔架模拟试验装置还包括支撑架，所述支撑架设置于所述底座上，所述第一缆绳、所述第二缆绳和所述第三缆绳均通过所述支撑架张紧。

可选的，所述支撑架包括：立柱，竖向设置在所述底座上；横向撑杆，固定连接在所述立柱的顶部，所述横向撑杆对所述第一缆绳、所述第二缆绳和所述第三缆绳的中部进行张紧。

可选的，所述立柱为伸缩杆，所述伸缩杆能够带动所述横向撑杆竖向移动。

可选的，所述支撑架还包括支撑滑轮，所述支撑滑轮可转动地设置在所述横向撑杆上，所述第一缆绳、所述第二缆绳和所述第三缆绳均通过所述支撑滑轮张紧。

可选的，所述风力机塔架模拟试验装置还包括位移计，所述位移计设置于所述横向撑杆上，以检测所述塔架模型顶端的位移。

可选的，所述风力机塔架模拟试验装置还包括形变检测机构，所述形变检测机构设置于所述塔架模型的迎风侧。

可选的，所述形变检测机构包括多个应变片，多个所述应变片沿所述塔架模型的高度方向间隔分布。

可选的，所述风力机塔架模拟试验装置还包括加速度检测机构，所述加速度检测机构设置于所述塔架模型的背风侧。

可选的，所述加速度检测机构包括多个加速度计，多个所述加速度计沿所述塔架模型的高度方向间隔分布，并且多个所述加速度计与多个所述应变片一一对应。

本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型的风力机塔架模拟试验装置，通过将塔架模型设置在底座上，第一载荷加载组件和第二载荷加载组件均与塔架模型连接，并且第一载荷加载组件的载荷加载方向和第二载荷加载组件的载荷加载方向呈夹角设置，当第一载荷加载组件和第二载荷加载组件对塔架模型进行载荷加载时，能够模拟出塔架模型受到两个不同方向的风载荷，从而反映出不同方向风载荷对风力机塔架力学的影响，提升模拟测试的准确性。

2、本实用新型的风力机塔架模拟试验装置，还包括与塔架模型连接的连接臂，并且第二载荷加载组件的载荷加载方向与连接臂的长度方向一致；风载荷模拟机构还包括第三载荷加载组件，第三载荷加载组件与连接臂远离塔架模型的一端连接，并且第三载荷加载组件的载荷加载方向与连接臂的长度方向呈夹角设置。连接臂作为第三载荷加载组件的力臂，第三载荷加载组件进行载荷加载时，力通过连接臂作用至塔架模型上，使塔架模型具有扭转载荷Mz，能够使塔架模型具有以z轴为中心扭转的趋势，因此，本实施例通过设置的第一载荷加载组件、第二载荷加载组件和第三载荷加载组件，就能够模拟出塔架模型受多个方向(x轴向、y轴向及z轴向)风载荷的力学情况，提升测试准确性。

3、本实用新型的风力机塔架模拟试验装置，第一载荷加载组件包括第一激振器、第一配重部和第一缆绳，第一激振器设置于所述底座上，第一配重部与第一激振器连接，第一缆绳的两端分别与第一配重部和塔架模型的背风侧连接；第二载荷加载组件包括第二激振器、第二配重部和第二缆绳，第二激振器设置于底座上，第二配重部与第二激振器连接，第二缆绳的两端分别与第二配重部和连接臂连接，第二缆绳与连接臂的长度方向一致；第三载荷加载组件包括第三激振器、第三配重部和第三缆绳，第三激振器设置于底座上，第三配重部与第三激振器连接，第三缆绳的两端分别与第三配重部和连接臂连接，第三缆绳与连接臂的长度方向呈夹角设置。加载时，启动第一激振器、第二激振器及第三激振器，第一激振器带动第一配重部振动，从而将力通过第一缆绳传递至塔架模型，使塔架模型受到沿x轴向的摆动载荷Fx及扭矩力矩My，第二激振器带动第二配重部振动，从而将力通过第二缆绳传递至连接臂最后传递至塔架模型，使塔架模型受到沿y轴向的摆动载荷Fy及扭矩力矩Mx，第三激振器带动第三配重部振动，从而将力通过第三缆绳传递至连接臂最后传递至塔架模型，使塔架模型受到沿z轴向的扭矩力矩Mz。

4、本实用新型的风力机塔架模拟试验装置，连接臂为伸缩臂。通过伸缩臂的伸长和缩短来实现力臂的变化，从而实现扭转载荷Mz的调节，以满足不同的试验需求。

5、本实用新型的风力机塔架模拟试验装置，还包括支撑架，支撑架包括立柱和横向撑杆，立柱竖向设置在底座上，横向撑杆固定连接在立柱的顶部，横向撑杆对第一缆绳、第二缆绳和第三缆绳的中部进行张紧。立柱对横向撑杆起到支撑固定作用，而横向撑杆对第一缆绳、第二缆绳和第三缆绳的中部起到张紧支撑作用。

6、本实用新型的风力机塔架模拟试验装置，立柱为伸缩杆，伸缩杆能够带动横向撑杆竖向移动，以适应不同高度尺寸的塔架模型的试验需求，适用性强。

7、本实用新型的风力机塔架模拟试验装置，支撑架还包括支撑滑轮，支撑滑轮可转动地设置在横向撑杆上，第一缆绳、第二缆绳和第三缆绳均通过支撑滑轮张紧。可转动的支撑滑轮既能够对第一缆绳、第二缆绳和第三缆绳进行张紧支撑，又可以减小缆绳摩擦，减小载荷的传递损耗，提升试验准确性。

8、本实用新型的风力机塔架模拟试验装置，还包括位移计，位移计设置于横向撑杆上，以检测塔架模型顶端的位移。塔架模型在受到风载荷模拟机构加载的各方向的载荷时，塔架模型的顶端会因受力进行摆动，而通过位移计能够及时检测出塔架模型摆动的位移，从而较为直观化观测塔架模型顶端的受力情况。

9、本实用新型的风力机塔架模拟试验装置，还包括形变检测机构，形变检测机构设置于塔架模型的迎风侧。塔架模型在受到风载荷模拟机构加载的各方向的载荷时，塔架模型会因受力发生形变，而形变检测机构能够检测到塔架模型的变形情况并通过直观化数据进行呈现。

10、本实用新型的风力机塔架模拟试验装置，还包括加速度检测机构，加速度检测机构设置于塔架模型的背风侧。加速度检测机构用于测量塔架模型对应截面的受剪切力的大小，其与前述的形变检测机构成正比关系，两者可相互印证，提升检测结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实施例的风力机塔架模拟试验装置的立体整体结构示意图一；

图2示出了本实施例的风力机塔架模拟试验装置的俯视图；

图3示出了本实施例的风力机塔架模拟试验装置的立体整体结构示意图二；

图4示出了本实施例的塔架模型的受力示意图。

附图标记说明：

1、底座；2、塔架模型；3、第一载荷加载组件；31、第一激振器；32、第一配重部；33、第一缆绳；4、第二载荷加载组件；41、第二激振器；42、第二配重部；43、第二缆绳；5、连接臂；6、第三载荷加载组件；61、第三激振器；62、第三配重部；63、第三缆绳；7、支撑架；71、立柱；72、横向撑杆；73、支撑滑轮；74、第四翼缘板；8、位移计；9、应变片；10、加速度计。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1和图2所示，本实施例公开了一种风力机塔架模拟试验装置，包括底座1、塔架模型2和风载荷模拟机构，其中，塔架模型2设置于底座1上，风载荷模拟机构包括均与塔架模型2连接的第一载荷加载组件3和第二载荷加载组件4，第一载荷加载组件3的载荷加载方向和第二载荷加载组件4的载荷加载方向呈夹角设置。

本实施例的风力机塔架模拟试验装置，通过将塔架模型2设置在底座1上，第一载荷加载组件3和第二载荷加载组件4均与塔架模型2连接，并且第一载荷加载组件3的载荷加载方向和第二载荷加载组件4的载荷加载方向呈夹角设置，当第一载荷加载组件3和第二载荷加载组件4对塔架模型2进行载荷加载时，能够模拟出塔架模型2受到两个不同方向的风载荷，从而反映出不同方向风载荷对风力机塔架力学的影响，提升模拟测试的准确性。

下面结合说明书附图，对该风力机塔架模拟试验装置的结构进行详细介绍。

本实施例中，底座1为矩形平板，其与塔架模型2固定连接，用于支撑塔架模型2。示例性的，底座1还可以设置为圆形或菱形等其他形状，不以本实施例为限。进一步的，底座1的底部固定有高密度的地锚器，地锚器与地基紧密相连，从而将底座1固定在地基上。

塔架模型2为风力机塔架缩比模型，其大小根据风力机塔架的型号以及试验需要进行设置。塔架模型2的底部通过法兰固定在底座1上，从而实现塔架模型2与底座1的连接固定，法兰也便于拆装。

本实施例中，第一载荷加载组件3的载荷加载方向沿x轴方向，第二载荷加载组件4的载荷加载方向沿y轴方向，x轴垂直于y轴。当第一载荷加载组件3和第一载荷加载组件3对塔架模型2进行载荷加载时，就能够使塔架模型2受到沿x轴及y轴方向的载荷，从而模拟分析出风力机塔架受到沿x轴及y轴方向的风载荷的力学影响。

如图1、图3和图4所示，具体的，第一载荷加载组件3加载时使塔架模型2受到沿x轴的摆动载荷Fx以及沿y轴扭转的扭矩力矩My，即摆动载荷Fx使塔架模型2有沿x轴摆动的趋势，扭矩力矩My使塔架模型2具有以y轴为中心扭转的趋势。

相应的，第二载荷加载组件4加载时使塔架模型2受到沿y轴的摆动载荷Fy以及沿x轴扭转的扭矩力矩Mx，即摆动载荷Fy使塔架模型2有沿y轴摆动的趋势，扭矩力矩Mx使塔架模型2具有以x轴为中心扭转的趋势。

就设置位置和数量来说，以模拟的塔架模型2受正向风载荷的情况来说，第一载荷加载组件3设置于塔架模型2的背风侧，第二载荷加载组件4沿塔架模型2对称设置有两个。按此设置，第一载荷加载组件3使塔架模型2受到迎风载荷Fx，能够驱使塔架模型2迎风摆动，第二载荷加载组件4使塔架模型2受到沿y轴的摆动载荷Fy，能够驱使塔架模型2沿y轴方向来回摆动，实际操作时，可根据风力机塔架各方向的实际受力情况，选择性启动第一载荷加载组件3和两个第二载荷加载组件4。

就具体结构来说，第一载荷加载组件3包括第一激振器31、第一配重部32和第一缆绳33，其中，第一激振器31设置于底座1上，第一配重部32与第一激振器31连接，第一缆绳33的两端分别与第一配重部32和塔架模型2的背风侧连接。加载时，启动第一激振器31，第一激振器31带动第一配重部32振动，从而将力载荷通过第一缆绳33传递至塔架模型2的背风侧，使塔架模型2受到沿x轴向的摆动载荷Fx及扭矩力矩My。

相应的，第二载荷加载组件4包括第二激振器41、第二配重部42和第二缆绳43，其中，第二激振器41设置于底座1上，第二配重部42与第二激振器41连接，第二缆绳43的两端分别与第二配重部42和塔架模型2连接。加载时，启动第二激振器41，第二激振器41带动第二配重部42振动，从而将力通过第二缆绳43传递至塔架模型2，使塔架模型2受到沿y轴向的摆动载荷Fy及扭矩力矩Mx。

本实施例中，该风力机塔架模拟试验装置还包括与塔架模型2连接的连接臂5，并且第二载荷加载组件4的载荷加载方向与连接臂5的长度方向一致；风载荷模拟机构还包括第三载荷加载组件6，第三载荷加载组件6与连接臂5远离塔架模型2的一端连接，并且第三载荷加载组件6的载荷加载方向与连接臂5的长度方向呈夹角设置。连接臂5作为第三载荷加载组件6的力臂，第三载荷加载组件6进行载荷加载时，力通过连接臂5作用至塔架模型2上，使塔架模型2具有扭转载荷Mz，能够使塔架模型2具有以z轴为中心扭转的趋势，因此，本实施例通过设置的第一载荷加载组件3、第二载荷加载组件4和第三载荷加载组件6，就能够模拟出塔架模型2受多个方向(x轴向、y轴向及z轴向)风载荷的力学情况，提升测试准确性。

本实施例中，连接臂5沿y轴方向设置，第三载荷加载组件6的载荷加载方向与连接臂5的长度方向相垂直，即第三载荷加载组件6的载荷加载方向与第二载荷加载组件4的载荷加载方向相垂直，第三载荷加载组件6的载荷加载方向与第一载荷加载组件3的载荷加载方向相平行。

第三载荷加载组件6使塔架模型2受到沿z轴扭转的扭矩力矩Mz，即扭矩力矩Mz使塔架模型2有以z轴为中心扭转的趋势。因此，塔架模型2通过第一载荷加载组件3、第二载荷加载组件4和第三载荷加载组件6的加载可实现Fx、Fy、Mx、My及Mz最多五个自由度的动态风载荷试验。

优选的，连接臂5为伸缩臂，通过伸缩臂的伸长和缩短来实现力臂的变化，从而实现扭转载荷Mz的调节，以满足不同的试验需求。具体的，连接臂5可以由多个直径不等并且依次套接的锥形筒/圆形筒构成，即锥形筒/圆形筒按照直径由小直大逐一套接实现伸缩，伸缩后可由限位销实现定位。

就设置位置来说，第三载荷加载组件6设置有两个并沿塔架模型2中心对称设置，两个中心对称的第三载荷加载组件6加载时共同对塔架模型2形成扭转载荷Mz。可以理解的是，若塔架模型2需要反方向的扭转力矩Mz，则可以沿现有的两个第三载荷加载组件6镜像安装另外两个第三载荷加载组件6对塔架模型2进行载荷加载。

就具体结构来说，与第一载荷加载组件3和第二载荷加载组件4的结构设置相似，第三载荷加载组件6包括第三激振器61、第三配重部62和第三缆绳63，其中，第三激振器61设置于底座1上，第三配重部62与第三激振器61连接，第三缆绳63的两端分别与第三配重部62和连接臂5连接，第三缆绳63与连接臂5的长度方向呈夹角设置。加载时，启动第三激振器61，第三激振器61带动第三配重部62振动，从而将力通过第三缆绳63传递至连接臂5最后传递至塔架模型2，使塔架模型2受到沿z轴向的扭矩力矩Mz。

具体的，第一激振器31、第二激振器41和第三激振器61是附加在某些机械和设备上用以产生激励力的装置，是利用机械振动的重要部件。通过第一激振器31、第二激振器41和第三激振器61的可选择性启动能够模拟出不同方向的风载荷对塔架模型2的影响。

实际运用中，还可将第一激振器31、第二激振器41和第三激振器61与控制端(例如电脑或控制器)相连用以调节第一激振器31、第二激振器41和第三激振器61的工作频率，从而实现风载荷大小的调节，满足多样化的试验需求。

第一配重部32、第二配重部42和第三配重部62均为配重块，配重块与激振器联合作用，以模拟实时变化的非定常风载荷。并且，配重块还可以代替风力机叶片和轮毂进行试验、即用同等质量的配重块代替同等质量的风力机叶片和轮毂施加至风力机塔架上进行试验，无需连同风力机叶片和轮毂均代入试验、从而节省试验成本。

第一缆绳33、第二缆绳43和第三缆绳63均为钢缆，钢缆韧性好、强度高。第一缆绳33沿x轴方向设置，第二缆绳43沿y轴方向设置并且与连接臂5连接，第三缆绳63垂直于连接臂5和第二缆绳43设置。需要说明的是，由于塔架模型2受风载荷时其顶端变形或摆动最为明显，因此，本实施例中，第一缆绳33与连接臂5均和塔架模型2的顶端连接，而第二缆绳43和第三缆绳63均与连接臂5远离塔架模型2的一端连接，由此使得塔架模型2的顶端受到第一缆绳33、第二缆绳43和第三缆绳63加载的风载荷。

此外，本实施例的风力机塔架模拟试验装置还可以包括支撑架7，支撑架7设置于底座1上，第一缆绳33、第二缆绳43和第三缆绳63均通过支撑架7张紧。因此，支撑架7能够对第一缆绳33、第二缆绳43和第三缆绳63起到张紧支撑作用，提高载荷加载准确性。

就支撑架7的具体结构来说，本实施例中，支撑架7包括立柱71和横向撑杆72，其中，立柱71竖向设置在底座1上，横向撑杆72固定连接在立柱71的顶部，横向撑杆72对第一缆绳33、第二缆绳43和第三缆绳63的中部进行张紧。立柱71对横向撑杆72起到支撑固定作用，而横向撑杆72对第一缆绳33、第二缆绳43和第三缆绳63的中部起到张紧支撑作用。

可选的，立柱71设置有四个并沿底座1的四个角设置，塔架模型2则设置在底座1的中心，四个立柱71围绕塔架模型2设置。

立柱71为伸缩杆，伸缩杆能够带动横向撑杆72竖向移动，以适应不同高度尺寸的塔架模型2的试验需求，适用性强。具体的，伸缩杆可以由多个直径不等并且依次套接的锥形套筒/圆形套筒构成，即锥形套筒/圆形套筒按照直径由小到大逐一套接实现伸缩，伸缩后可由锥形套筒的摩擦力或限位销实现锁紧定位。

横向撑杆72设置有四根，每根横向撑杆72的两端均与相邻的两个立柱71连接固定，以此四根横向撑杆72围设形成矩形支撑架7，矩形支撑架7可对不同方向的第一缆绳33、第二缆绳43和第三缆绳63进行张紧支撑，并且可实现缆绳的力的方向改变。

此外，支撑架7还包括支撑滑轮73，支撑滑轮73可转动地设置在横向撑杆72上，第一缆绳33、第二缆绳43和第三缆绳63均通过支撑滑轮73张紧。可转动的支撑滑轮73既能够对第一缆绳33、第二缆绳43和第三缆绳63进行张紧支撑，又可以减小缆绳摩擦，减小载荷的传递损耗，提升试验准确性。

更进一步的，支撑滑轮73可移动地设置在横向撑杆72上，以通过支撑滑轮73的移动来适应性调整第一缆绳33、第二缆绳43和第三缆绳63的拉力方向，使拉力方向与试验要求一致，提升试验结果的可靠性。

支撑滑轮73的高度和塔架模型2的高度相等，当对高度不同的塔架模型2进行试验时，立柱71伸缩即可带动支撑滑轮73升降，从而使支撑滑轮73的高度始终与塔架模型2的高度保持一致。

为便于直观化观测塔架模型2的受力情况，该风力机塔架模拟试验装还包括位移计8，位移计8设置于横向撑杆72上，以检测塔架模型2顶端的位移。塔架模型2在受到风载荷模拟机构加载的各方向的载荷时，塔架模型2的顶端会因受力进行摆动，而通过位移计8能够及时检测出塔架模型2摆动的位移，从而较为直观化观测塔架模型2顶端的受力情况。

本实施例中，当塔架模型2受x轴向的Fx和y轴向的Fy时，塔架模型2的顶端可能会沿x轴向和/或沿y轴向摆动，而通过位移计8就能够及时检测出塔架模型2的顶端沿x轴向和/或沿y轴向摆动位移，从而判定分析出塔架模型2的受力情况。

具体的，位移计8可以是激光测距仪。

进一步的，本实施例还包括形变检测机构，形变检测机构设置于塔架模型2的迎风侧。塔架模型2在受到风载荷模拟机构加载的各方向的载荷时，塔架模型2会因受力发生形变，而形变检测机构能够检测到塔架模型2的变形情况并通过直观化数据进行呈现。

具体的，形变检测机构包括多个应变片9，多个应变片9沿塔架模型2的高度方向间隔分布，从而对塔架模型2的各个地方进行变形检测，利于观测塔架模型2各处的变形情况。本实施例中，应变片9设置有9个并且沿塔架模型2的高度方向均匀分布。

除上述设置外，该风力机塔架模拟试验装还包括加速度检测机构，加速度检测机构设置于塔架模型2的背风侧。加速度检测机构用于测量塔架模型2对应截面的受剪切力的大小，其与前述的形变检测机构成正比关系，两者可相互印证，提升检测结果的准确性。

具体的，加速度检测机构包括多个加速度计10，多个加速度计10沿塔架模型2的高度方向间隔分布，并且多个加速度计10与多个应变片9一一对应。通过设置多个加速度计10，以对塔架模型2的高度方向的各处进行检测，并与多个应变片9一一印证。本实施例中，加速度计10设置有9个并且沿塔架模型2的高度方向均匀分布，9个加速度计10与9个应变片9一一对应。

为便于理解本实施例的风力机塔架模拟试验装置，现对其整个试验过程作如下介绍：

通过风载荷软件或其他途径获取真实动态下风力机塔架的风载荷的时域数据；

根据风力机型号，选择相应缩比的塔架模型2并安装在底座1上，同时调节立柱71的高度使其与塔架模型2相适应；

根据风载荷时域数据的最大值，选取相应的配重部(包括第一配重部32、第二配重部42和第三配重部62)；

根据各自由度上的风载荷时域数据，通过控制端对激振器(第一激振器31、第二激振器41及第三激振器61)进行调节，第一激振器31用于模拟x轴方向上的风载荷Fx及My，第二激振器41用于模拟载荷Fy及Mx，第三激振器61用于模拟扭转力矩Mz；

将第一缆绳33、第二缆绳43和第三缆绳63的长度调至恰好紧绷状态，并确保此时位移计8、应变片9、加速度计10数值仍为0；

将各自由度的信号(包括Fx、Fy、My、Mx及Mz的数据)输入对应的各激振器(包括第一激振器31、第二激振器41及第三激振器61)中，记录各位移计8、应变片9、加速度计10的时域数据，并对结果进行分析；

若需测试静态载荷，则直接调节第一配重部32、第二配重部42和第三配重部62的质量进行测试即可。

综上所述，本实用新型的风力机塔架模拟试验装置具有以下优点：

通过不同方向上安装的配重部和激振器的联合作用，能够模拟出塔架模型2多自由度下的动态、静态风载荷，并且通过控制端实时操控载荷大小，再通过位移计8、加速度计10及应变片9实时监测塔顶位移、等效应力、塔底加速度等塔架动力学响应数据；

设计了具有伸缩功能的支架，用于调节不同高度，从而适应不同型号风力机塔架的测试；此外，Mz方向的扭转力矩还可以通过调节连接臂5的长度实现力臂的变化，从而实现扭转载荷Mz的大幅度变化。

可以理解的是，本实施例的位移计8、形变检测机构及加速度检测机构的具体形式还可根据需要设置，不局限于本实施例的形式。

并且，在一些实施例中，还可以根据需要添加更多组的支撑滑轮73及第一载荷加载组件3、第二载荷加载组件4和第三载荷加载组件6，从而实现载荷数量的增加和载荷方向的变化，不局限于本实施例的设置。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (15)

1.一种风力机塔架模拟试验装置，其特征在于，包括：

底座(1)；

塔架模型(2)，设置于所述底座(1)上；

风载荷模拟机构，包括均与所述塔架模型(2)连接的第一载荷加载组件(3)和第二载荷加载组件(4)，所述第一载荷加载组件(3)的载荷加载方向和所述第二载荷加载组件(4)的载荷加载方向呈夹角设置。

2.根据权利要求1所述的风力机塔架模拟试验装置，其特征在于，还包括与所述塔架模型(2)连接的连接臂(5)，并且所述第二载荷加载组件(4)的载荷加载方向与所述连接臂(5)的长度方向一致；

所述风载荷模拟机构还包括第三载荷加载组件(6)，与所述连接臂(5)远离所述塔架模型(2)的一端连接，并且所述第三载荷加载组件(6)的载荷加载方向与所述连接臂(5)的长度方向呈夹角设置。

3.根据权利要求2所述的风力机塔架模拟试验装置，其特征在于，所述第一载荷加载组件(3)的载荷加载方向沿x轴方向，所述第二载荷加载组件(4)的载荷加载方向沿y轴方向，x轴垂直于y轴，所述第三载荷加载组件(6)的载荷加载方向与所述连接臂(5)的长度方向相垂直。

4.根据权利要求3所述的风力机塔架模拟试验装置，其特征在于，所述第一载荷加载组件(3)设置于所述塔架模型(2)的背风侧，所述第二载荷加载组件(4)沿所述塔架模型(2)对称设置有两个，所述第三载荷加载组件(6)设置有两个并沿所述塔架模型(2)中心对称设置。

5.根据权利要求2至4中的任一项所述的风力机塔架模拟试验装置，其特征在于，所述第一载荷加载组件(3)包括第一激振器(31)、第一配重部(32)和第一缆绳(33)，所述第一激振器(31)设置于所述底座(1)上，所述第一配重部(32)与所述第一激振器(31)连接，所述第一缆绳(33)的两端分别与所述第一配重部(32)和所述塔架模型(2)的背风侧连接；

所述第二载荷加载组件(4)包括第二激振器(41)、第二配重部(42)和第二缆绳(43)，所述第二激振器(41)设置于所述底座(1)上，所述第二配重部(42)与所述第二激振器(41)连接，所述第二缆绳(43)的两端分别与所述第二配重部(42)和所述连接臂(5)连接，所述第二缆绳(43)与所述连接臂(5)的长度方向一致；

所述第三载荷加载组件(6)包括第三激振器(61)、第三配重部(62)和第三缆绳(63)，所述第三激振器(61)设置于所述底座(1)上，所述第三配重部(62)与所述第三激振器(61)连接，所述第三缆绳(63)的两端分别与所述第三配重部(62)和连接臂(5)连接，所述第三缆绳(63)与所述连接臂(5)的长度方向呈夹角设置。

6.根据权利要求2至4中的任一项所述的风力机塔架模拟试验装置，其特征在于，所述连接臂(5)为伸缩臂。

7.根据权利要求5所述的风力机塔架模拟试验装置，其特征在于，还包括支撑架(7)，所述支撑架(7)设置于所述底座(1)上，所述第一缆绳(33)、所述第二缆绳(43)和所述第三缆绳(63)均通过所述支撑架(7)张紧。

8.根据权利要求7所述的风力机塔架模拟试验装置，其特征在于，所述支撑架(7)包括：

立柱(71)，竖向设置在所述底座(1)上；

横向撑杆(72)，固定连接在所述立柱(71)的顶部，所述横向撑杆(72)对所述第一缆绳(33)、所述第二缆绳(43)和所述第三缆绳(63)的中部进行张紧。

9.根据权利要求8所述的风力机塔架模拟试验装置，其特征在于，所述立柱(71)为伸缩杆，所述伸缩杆能够带动所述横向撑杆(72)竖向移动。

10.根据权利要求8所述的风力机塔架模拟试验装置，其特征在于，所述支撑架(7)还包括支撑滑轮(73)，所述支撑滑轮(73)可转动地设置在所述横向撑杆(72)上，所述第一缆绳(33)、所述第二缆绳(43)和所述第三缆绳(63)均通过所述支撑滑轮(73)张紧。

11.根据权利要求8所述的风力机塔架模拟试验装置，其特征在于，还包括位移计(8)，所述位移计(8)设置于所述横向撑杆(72)上，以检测所述塔架模型(2)顶端的位移。

12.根据权利要求1至4中的任一项所述的风力机塔架模拟试验装置，其特征在于，还包括形变检测机构，所述形变检测机构设置于所述塔架模型(2)的迎风侧。

13.根据权利要求12所述的风力机塔架模拟试验装置，其特征在于，所述形变检测机构包括多个应变片(9)，多个所述应变片(9)沿所述塔架模型(2)的高度方向间隔分布。

14.根据权利要求13所述的风力机塔架模拟试验装置，其特征在于，还包括加速度检测机构，所述加速度检测机构设置于所述塔架模型(2)的背风侧。

15.根据权利要求14所述的风力机塔架模拟试验装置，其特征在于，所述加速度检测机构包括多个加速度计(10)，多个所述加速度计(10)沿所述塔架模型(2)的高度方向间隔分布，并且多个所述加速度计(10)与多个所述应变片(9)一一对应。

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