CN219870789U - 一种风机叶片扭转疲劳测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及风电技术领域，具体涉及一种风机叶片扭转疲劳测试装置。一种风机叶片扭转疲劳测试装置，包括：测试台，适于固定待测试风机叶片的根部；至少一个加载结构，包括动力件、夹具和固定台，夹具的加载截面与待测试风机叶片的外周面适配，动力件与固定台分别设于夹具的两侧，夹具的两侧分别设有若干个加载点，动力件与夹具间设有钢索、固定台与夹具间设有弹性件和铰链约束横梁；控制器，与动力件信号连接，铰链约束横梁、弹性件和钢索分别与加载点连接确定扭心位置，以使待测试风机叶片的扭心和剪心重合，控制器控制动力件通过钢索带动夹具进行摆动，以对待测试风机叶片进行扭矩的测试。本实用新型解决测试装置的测试结果不准确问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及风电技术领域，具体涉及一种风机叶片扭转疲劳测试装置。
背景技术
随着叶片长度的增加和柔性的增强，大型风机叶片的气弹稳定性和结构安全性面临极大的挑战。叶片的常规测试项目通常只包含挥舞方向和摆阵方向，相关测试设备和方法非常成熟，但测试项目中并未包含扭转方向的静力及疲劳测试，叶片扭转变形数据极为匮乏。叶片扭转响应是影响叶片性能评估的最关键因素之一，为了对叶片的扭转性能进行全面、准确、可靠的评估，需要开展相关的扭转疲劳测试，积累充足的数据。
目前，扭转属于旋转自由度，叶片对扭转载荷的敏感性高，而业内缺乏相关加载设备和经验积累。现有的叶片扭转疲劳测试装置，忽视了剪心对叶片扭转载荷的影响，导致叶片在加载时剪心与扭心没有完全重合，非加载截面出现弯曲，影响到测试结果的准确性。
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测试装置在使用中忽视了剪心对叶片扭转载荷的影响，导致叶片在加载时剪心与扭心没有完全重合，非加载截面出现弯曲，测试结果不准确缺陷，从而提供一种风机叶片扭转疲劳测试装置。
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种风机叶片扭转疲劳测试装置，包括：
测试台，所述测试台适于固定待测试风机叶片的根部；
至少一个加载结构，所述加载结构包括动力件、夹具和固定台，所述夹具的加载截面与待测试风机叶片的外周面适配，所述动力件与固定台分别设于夹具的两侧，所述夹具的两侧分别设有若干个加载点，所述动力件与夹具间设有钢索、所述固定台与夹具间设有弹性件和铰链约束横梁；
控制器，所述控制器与动力件信号连接，所述铰链约束横梁、弹性件和钢索分别与加载点连接确定扭心位置，所述控制器控制动力件通过钢索带动夹具进行摆动，以对待测试风机叶片进行扭矩的测试。
可选地，所述夹具与动力件间设有平面四连杆结构。
可选地，所述动力件为激振电机。
可选地，所述弹性件为弹簧。
可选地，所述平面四连杆结构设有滑块，所述滑块与钢索间设有力感应器，所述力感应器与控制器通讯连接。
可选地，所述夹具包括框架，所述框架内设有与待测试风机叶片的外周适配的加载截面，所述框架与待测试叶片的外周间设有橡胶垫。
可选地，所述橡胶垫与框架间填充有木块。
可选地，所述固定台朝向夹具的面上设有滑轨、以及与滑轨适配的滑台，所述滑台上连接有弹性件和铰链约束横梁，所述滑台沿滑轨进行上下方向移动。
可选地，所述固定台的顶部设有卷扬机，所述卷扬机与滑台间通过钢丝绳连接。
本实用新型技术方案，具有如下优点：
1.本实用新型提供的风机叶片扭转疲劳测试装置，包括：测试台，适于固定待测试风机叶片的根部；至少一个加载结构，包括动力件、夹具和固定台，夹具的加载截面与待测试风机叶片的外周面适配，动力件与固定台分别设于夹具的两侧，夹具的两侧分别设有若干个加载点，动力件与夹具间设有钢索、固定台与夹具间设有弹性件和铰链约束横梁；控制器，与动力件信号连接，铰链约束横梁、弹性件和钢索分别与加载点连接确定扭心位置，以使待测试风机叶片的扭心和剪心重合，控制器控制动力件通过钢索带动夹具进行摆动，以对待测试风机叶片进行扭矩的测试。由于剪心为加载截面的固有属性，即，加载截面确定后剪心位置会确定。在实验中，现场人员通过调整铰链约束横梁、弹性件和钢索与加载点的连接，使待测试风机叶片的剪心和扭心重合，在测试中铰链约束横梁约束夹具的水平位移，使夹具绕加载点发生扭转，在保证剪心和扭心的前提下，保证在施加扭转载荷时扭矩不发生偏心，非加载截面不会发生弯曲扭转的现象，使测试结构更加准确。
2.本实用新型提供的风机叶片扭转疲劳测试装置，夹具与动力件间设有平面四连杆结构，以将动力件的旋转运动通过杆件转换为往复平移运动，对夹具实现力的反复加载。
3.本实用新型提供的风机叶片扭转疲劳测试装置，动力件为激振电机，以提供激励载荷和动力。
4.本实用新型提供的风机叶片扭转疲劳测试装置，弹性件为弹簧，以在测试时提供回复力。
5.本实用新型提供的风机叶片扭转疲劳测试装置，平面四连杆结构设有滑块，滑块与钢索间设有力感应器，力感应器与控制器通讯连接，以感应传递给钢索的力的大小，并将感应到的力的值传递给控制器。
6.本实用新型提供的风机叶片扭转疲劳测试装置，夹具包括框架，框架内设有与待测试风机叶片的外周适配的加载截面，框架与待测试叶片的外周间设有橡胶垫，橡胶垫以避免待测试风机叶片的外周与框架出现刚性碰撞。
7.本实用新型提供的风机叶片扭转疲劳测试装置，橡胶垫与框架间填充有木块，木块起到橡胶垫和框架间的缓冲。
8.本实用新型提供的风机叶片扭转疲劳测试装置，固定台朝向夹具的面上设有滑轨、以及与滑轨适配的滑台，滑台上连接有弹性件和铰链约束横梁，滑台沿滑轨进行上下方向移动，通过滑台和滑轨的相互运动，以使加载结构在加载同一叶片的不同位置时，使铰链约束横梁在安装时始终保持与框架的垂直。
9.本实用新型提供的风机叶片扭转疲劳测试装置，固定台的顶部设有卷扬机，卷扬机与滑台间通过钢丝绳连接，通过卷扬机调节滑台相对于固定台的位置。
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为本实用新型的实施方式中提供的风机叶片扭转疲劳测试装置的示意图；
图2为本实用新型的实施方式中提供的加载结构的A－A向截面图；
图3为本实用新型的实施方式中提供的待测试风机叶片的受力图。
附图标记说明：1、测试台；2、待测试风机叶片；3、加载结构；4、动力件；5、平面四连杆结构；6、钢索；7、加载截面；8、夹具；9、弹性件；10、铰链约束横梁；11、固定台；12、加载点。
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－图3所示的风机叶片扭转疲劳测试装置的一种具体实施方式，包括：用于固定待测试风机叶片2的根部的测试台1、以及用于施加给待测试风机叶片2扭矩载荷的三个间隔设置的加载结构3。
如图2所示，每一加载结构3均包括动力件4、夹具8和固定台11，其中，夹具8设于动力件4和固定台11的之间，动力件4与夹具8之间设有钢索6、固定与夹具8间设有弹性件9和铰链约束横梁10。具体的，弹性件9为弹簧、动力件4为激振电机。为便于与夹具8连接，夹具8的框架两侧分别与两列加载点12，每一列加载点12均有5个，钢索6、弹性件9和铰链约束横梁10分别通过加载点12与夹具8连接以确定扭心位置，以通过调整加载点12的连接使同一加载截面7的剪心和扭心重合，且铰链约束横梁10与固定台11铰接连接。为将动力件4的旋转运动转换为平移运动，动力件4与夹具8间设有平面四连杆结构5。为测量钢索6收到的力，平面四连杆结构5设有滑块，滑块与钢索6间设有力感应器。
如图2所示，夹具8包括框架，框架内设有与待测试风机叶片2的外周适配的加载截面7，橡胶垫与框架间填充有木块。
为便于使加载结构3在同一待测试风机叶片2的不同位置施加扭转载荷，固定台11朝向夹具8的面上设有滑轨、以及与滑轨适配的滑台，滑台上连接有弹性件9和铰链约束横梁10，滑台沿滑轨进行上下方向移动。为便于滑台的上下移动，固定台11的顶部设有卷扬机，卷扬机与滑台间通过钢丝绳连接。
一种基于风机叶片扭转疲劳测试装置的测试方法，包括以下测试步骤：
1)将待测试风机叶片2吊装至测试台1并进行固定安装，待测试风机叶片2实际测试中以摆阵方向垂直于地面，前缘朝向地面，根据测试要求中指定的截面位置设置加载结构3，将夹具8安装在待测试风机叶片2的加载截面7上，在合适位置固定固定台11，在安装完成后，测量环境的温湿度，对相关设备进行标定和校准；
2)在进行叶片扭转疲劳测试之前，控制器仿真计算得到各个截面的扭转刚度及剪心位置，通过卷扬机调节滑台位置，铰链约束横梁10、弹性件9和钢索6分别与某一个加载点12连接确定扭心位置，保证同一加载截面7的扭心与剪心重合；
3)当满足各项测试要求时，首先将钢索6连接在夹具8的一个加载孔上，利用动力件4、平面四连杆机构和钢索6进行预加载，并缓慢增大载荷；
4)正式开展测试后，通过改变夹具8左右两个加载点12(钢索6与夹具8连接点、弹性件9与夹具8连接点)的位置，进行扭矩的加载测量，加载截面7扭转角的幅值可根据公式得到，最后将载荷卸载，完成测试。
由以下公式计算得到叶片扭转疲劳测试时该截面扭转角的幅值ψ，开展后续扭转疲劳的分析计算：
Ψ＝T/K＝(FL2)/(KT+KAL1)
其中，拉力F与动力件4的转矩呈正相关关系，力感应器测量动力件4在某功率运行下滑块受到的力F；L1和L2为加载孔与铰链约束横梁10的间距，可直接测量得到；KA为柔性弹簧的拉伸刚度，为弹簧的固有属性；KT为叶片截面的扭转刚度，在测试前由控制器计算获得。
需要注意的是，实际测试过程中，若发现加载截面7出现除扭转变形外的弯曲变形，及时确认仿真结果或调整约束横梁的位置；根据待测试风机叶片2扭转疲劳测试的要求，结合实际动力件4配置和测试时间要求，调节动力件4的转速以调整待测试风机叶片2扭转疲劳测试的振动频率。当对待测试风机叶片2单个截面进行扭转疲劳测试时，无需调整动力件4相位；如需同一待测试风机叶片2的多个截面同时进行测试，可将动力件4的转速和相位调为一致。
在本申请中，剪心：即剪切中心，待测试风机叶片2截面绕该点进行剪切扭转变形，不产生额外的弯曲变形，剪心是待测试风机叶片2截面的固有属性；扭心：即扭矩中心，扭矩载荷的中心点，待测试风机叶片2截面上可根据加载设备调节扭心的位置，最理想的扭转测试载荷需将各个截面的扭心与剪心保持重合。
作为替代的实施方式，加载结构3的数量还可为1个、2个、4个甚至更多个。
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他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。而由此所引申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 (9)
1.一种风机叶片扭转疲劳测试装置，其特征在于，包括：
测试台(1)，所述测试台(1)适于固定待测试风机叶片(2)的根部；
至少一个加载结构(3)，所述加载结构(3)包括动力件(4)、夹具(8)和固定台(11)，所述夹具(8)的加载截面(7)与待测试风机叶片(2)的外周面适配，所述动力件(4)与固定台(11)分别设于夹具(8)的两侧，所述夹具(8)的两侧设有若干个加载点(12)，所述动力件(4)与夹具(8)间设有钢索(6)、所述固定台(11)与夹具(8)间设有弹性件(9)和铰链约束横梁(10)；
控制器，所述控制器与动力件(4)信号连接，所述铰链约束横梁(10)、弹性件(9)和钢索(6)分别与加载点(12)连接确定扭心位置，以使待测试风机叶片(2)的扭心和剪心重合，所述控制器控制动力件(4)通过钢索(6)带动夹具(8)进行摆动，以对待测试风机叶片(2)进行扭矩的测试。
2.根据权利要求1所述的风机叶片扭转疲劳测试装置，其特征在于，所述夹具(8)与动力件(4)间设有平面四连杆结构(5)。
3.根据权利要求1所述的风机叶片扭转疲劳测试装置，其特征在于，所述动力件(4)为激振电机。
4.根据权利要求1所述的风机叶片扭转疲劳测试装置，其特征在于，所述弹性件(9)为弹簧。
5.根据权利要求2所述的风机叶片扭转疲劳测试装置，其特征在于，所述平面四连杆结构(5)设有滑块，所述滑块与钢索(6)间设有力感应器，所述力感应器与控制器通讯连接。
6.根据权利要求5所述的风机叶片扭转疲劳测试装置，其特征在于，所述夹具(8)包括框架，所述框架内设有与待测试风机叶片(2)的外周适配的加载截面(7)，所述框架与待测试叶片的外周间设有橡胶垫。
7.根据权利要求6所述的风机叶片扭转疲劳测试装置，其特征在于，所述橡胶垫与框架间填充有木块。
8.根据权利要求1－7任一项所述的风机叶片扭转疲劳测试装置，其特征在于，所述固定台(11)朝向夹具(8)的面上设有滑轨、以及与滑轨适配的滑台，所述滑台上连接有弹性件(9)和铰链约束横梁(10)，所述滑台沿滑轨进行上下方向移动。
9.根据权利要求8所述的风机叶片扭转疲劳测试装置，其特征在于，所述固定台(11)的顶部设有卷扬机，所述卷扬机与滑台间通过钢丝绳连接。
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