風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片疲勞加載試驗(yàn)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片疲勞加載試驗(yàn)裝置及方法，屬于葉片載荷模擬試驗(yàn)領(lǐng)域，解決現(xiàn)有試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差的問題。本裝置的被試葉片橫向固定于加載試驗(yàn)支座上，在葉片一截面上安裝葉片夾具，本裝置包含：電機(jī)，固定于葉片夾具底部；減速機(jī)，固定于葉片夾具底部并與電機(jī)連接，其輸出軸端設(shè)置一銷軸；連桿，一端鉸接于輸出軸的銷軸；質(zhì)量塊，固定于連桿另一端。本裝置利用偏心質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)頻率與葉片橫向固有頻率一致產(chǎn)生共振對葉片進(jìn)行加載，電機(jī)運(yùn)行功耗少，節(jié)省加載能量；因質(zhì)量塊連桿鉸接于減速機(jī)輸出軸，可避免由于質(zhì)量塊自重所產(chǎn)生的對減速機(jī)輸出軸的彎矩，減少對設(shè)備的損壞；本裝置結(jié)構(gòu)簡單，有利于提高疲勞試驗(yàn)的可靠性。
【專利說明】風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片疲勞加載試驗(yàn)裝置及方法【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片載荷模擬試驗(yàn)技術(shù)，尤其是指一種風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組風(fēng)輪葉片疲勞加載試驗(yàn)裝置及方法?！颈尘凹夹g(shù)】[0002]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片載荷模擬試驗(yàn)裝置的主要功能是對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉 片進(jìn)行模擬加載試驗(yàn)，其中可分為靜力模擬加載和疲勞模擬加載。[0003]對疲勞模擬加載而言，又可分為垂直疲勞加載、水平疲勞加載、扭轉(zhuǎn)疲勞加載以及 由垂直、水平、扭轉(zhuǎn)三者不同組合的復(fù)合疲勞加載。[0004]對于葉片水平方向的疲勞加載，現(xiàn)有的加載裝置及其加載方式有以下幾種:[0005]( I)作動器強(qiáng)制加載裝置，該裝置以大地為支點(diǎn)，作動器連桿對葉片的某個截面施 加一水平方向的載荷。這種利用作動器對葉片進(jìn)行強(qiáng)制往復(fù)加載運(yùn)動的裝置能量消耗較 大，且加載裝置結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。[0006](2)液壓慣性加載裝置，如圖1所示，該液壓慣性加載裝置100安裝在葉片10的某 個截面的夾具上，通過其中的液壓缸101帶動質(zhì)量塊102作水平往復(fù)運(yùn)動，其往復(fù)頻率與葉 片10橫向固有頻率基本一致，依靠質(zhì)量塊102的慣性力對葉片10進(jìn)行共振加載。這種加 載方式雖然是共振加載，但其中液壓缸的往復(fù)運(yùn)動需要依靠電液伺服系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，而電 液伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制要求高，能耗大，效率低(電液伺服系統(tǒng)的最大有效效率還不到 非伺服系統(tǒng)的40%)，且由于該裝置涉及泵、閥、缸、蓄能器等諸多液壓元件，這些元件本身的 疲勞壽命會影響葉片疲勞加載試驗(yàn)的可靠性。[0007](3)旋轉(zhuǎn)偏心質(zhì)量塊加載裝置，如圖3a、圖3b所示，該加載方式為:被試葉片30橫 向固定于加載試驗(yàn)支座31上，在葉片30的某個截面上安裝葉片夾具32，在葉片夾具32的 上部裝有旋轉(zhuǎn)偏心質(zhì)量塊加載裝置300，對葉片30進(jìn)行旋轉(zhuǎn)偏心質(zhì)量塊加載。該旋轉(zhuǎn)偏心 質(zhì)量塊加載裝置300包含:電機(jī)301 ;減速機(jī)302，與電機(jī)301連接，受電機(jī)301驅(qū)動，減速機(jī) 302的輸出軸303作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其旋轉(zhuǎn)頻率與葉片橫向固有頻率基本一致；連桿304，其一端 固定于輸出軸303端部，隨輸出軸303 —起旋轉(zhuǎn)；質(zhì)量塊305，其固定于連桿304的另一端， 通過連桿304帶動質(zhì)量塊305旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力對葉片30進(jìn)行共振加載；環(huán)形托架306，由圓 環(huán)架及支撐圓環(huán)架的數(shù)個支腳組成，圓環(huán)架的圓環(huán)尺寸與質(zhì)量塊305旋轉(zhuǎn)軌跡相匹配，數(shù) 個支腳置于葉片夾具32上，其高度是使圓環(huán)架與質(zhì)量塊305底部接觸，該環(huán)形托架306作 用:由于偏心質(zhì)量塊305是懸臂的，其重力將會對裝置輸出軸303產(chǎn)生較大的彎矩，該環(huán)形 托架306是支撐偏心質(zhì)量塊305重力的托架，質(zhì)量塊305沿著環(huán)形托架306的圓環(huán)架為軌 道作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以減小對裝置輸出軸303的彎矩。由此可見，由于旋轉(zhuǎn)偏心質(zhì)量塊加載裝置 300需要環(huán)形托架306，結(jié)構(gòu)顯得比較復(fù)雜，會影響葉片疲勞加載試驗(yàn)的可靠性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，功耗少，并能提高葉片疲勞加載試驗(yàn)可靠性的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片水平方向疲勞加載試驗(yàn)裝置及方法。[0009]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:[0010]一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片疲勞加載試驗(yàn)裝置，所述疲勞加載試驗(yàn)裝置對被試葉片進(jìn)行水平方向疲勞加載模擬試驗(yàn)，被試葉片橫向固定于加載試驗(yàn)支座上，在葉片的一個截面上安裝葉片夾具，其中所述疲勞加載試驗(yàn)裝置包含:[0011]電機(jī)，是三相交流電機(jī)，固定于所述葉片夾具的底部；[0012]減速機(jī)，固定于所述葉片夾具的底部并與所述電機(jī)連接，在其輸出軸端部設(shè)置一個銷軸；[0013]連桿，其一端鉸接于所述輸出軸端部的銷軸上；[0014]質(zhì)量塊，其固定于所述連桿的另一端。[0015]所述減速機(jī)采用蝸輪減速機(jī)或傘齒輪減速機(jī)。[0016]本發(fā)明的另一目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片疲勞加載試驗(yàn)方法，其包含:[0017]所述疲勞加載試驗(yàn)是對被試葉片進(jìn)行水平方向疲勞加載模擬試驗(yàn)，被試葉片橫向固定于加載試驗(yàn)支座上，在葉片的一個截面上安裝葉片夾具，其特征在于所述疲勞加載試驗(yàn)方法包含:[0018]將一個電機(jī)固定于所述葉片夾具的底部；[0019]將一個減速機(jī)固定于所述葉片夾具的底部并與所述電機(jī)連接，減速機(jī)輸出軸端部設(shè)置一個銷軸，受電機(jī)驅(qū)動，減速機(jī)輸出軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；[0020]在減速機(jī)輸出軸端部的銷軸上鉸接一根連桿，輸出軸旋轉(zhuǎn)時，其隨輸出軸一起旋轉(zhuǎn);[0021]在連桿的另一端固定一個質(zhì)量塊，連桿未作旋轉(zhuǎn)時，質(zhì)量塊下垂；連桿作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，其隨連桿一起旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量塊產(chǎn)生水平方向的離心力，隨著連桿轉(zhuǎn)動速度加快，離心力增大，使質(zhì)量塊的離心力克服重力后與連桿一起繞著銷軸向上旋轉(zhuǎn)甩動，質(zhì)量塊的旋轉(zhuǎn)半徑逐漸增大，直到旋轉(zhuǎn)頻率與所述葉片橫向固有頻率一致時，達(dá)到共振，此時旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量塊產(chǎn)生的離心力對所述葉片進(jìn)行水平疲勞共振加載。[0022]所述連桿的長度，質(zhì)量塊的質(zhì)量以及電機(jī)的功率選用依據(jù)如下:[0023]所述旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量塊產(chǎn)生水平方向的離心力F與已知參數(shù)之間的關(guān)系:
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片疲勞加載試驗(yàn)裝置，所述疲勞加載試驗(yàn)裝置(400)對被試葉片(40)進(jìn)行水平方向疲勞加載模擬試驗(yàn)，被試葉片(40)橫向固定于加載試驗(yàn)支座(41)上，在葉片(40)的一個截面上安裝葉片夾具(42)，其特征在于所述疲勞加載試驗(yàn)裝置 (400)包含:電機(jī)(401)，是三相交流電機(jī)，固定于所述葉片夾具(42)的底部；減速機(jī)(402 )，固定于所述葉片夾具(42 )的底部并與所述電機(jī)(401)連接，在其輸出軸 (403)端部設(shè)置一個銷軸(406)；連桿(404)，其一端鉸接于所述輸出軸(403)端部的銷軸(406)上；質(zhì)量塊(405 )，其固定于所述連桿(404 )的另一端。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片疲勞加載試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述減速機(jī)(402)采用蝸輪減速機(jī)或傘齒輪減速機(jī)。
3.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片疲勞加載試驗(yàn)方法，其特征在于:所述疲勞加載試驗(yàn)是對被試葉片進(jìn)行水平方向疲勞加載模擬試驗(yàn)，被試葉片橫向固定于加載試驗(yàn)支座上，在葉片的一個截面上安裝葉片夾具，其特征在于所述疲勞加載試驗(yàn)方法包含:將一個電機(jī)固定于所述葉片夾具的底部；將一個減速機(jī)固定于所述葉片夾具的底部并與所述電機(jī)連接，減速機(jī)輸出軸端部設(shè)置一個銷軸，受電機(jī)驅(qū)動，減速機(jī)輸出軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；在減速機(jī)輸出軸端部的銷軸上鉸接一根連桿，輸出軸旋轉(zhuǎn)時，其隨輸出軸一起旋轉(zhuǎn)； 在連桿的另一端固定一個質(zhì)量塊，連桿未作旋轉(zhuǎn)時，質(zhì)量塊下垂；連桿作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時， 其隨連桿一起旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量塊產(chǎn)生水平方向的離心力，隨著連桿轉(zhuǎn)動速度加快，離心力增大，使質(zhì)量塊的離心力克服重力后與連桿一起繞著銷軸向上旋轉(zhuǎn)甩動，質(zhì)量塊的旋轉(zhuǎn)半徑逐漸增大，直到旋轉(zhuǎn)頻率與所述葉片橫向固有頻率一致時，達(dá)到共振，此時旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量塊產(chǎn)生的離心力對所述葉片進(jìn)行水平疲勞共振加載。
4.如權(quán)利要求3所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片疲勞加載試驗(yàn)方法，其特征在于:所述連桿的長度，質(zhì)量塊的質(zhì)量以及電機(jī)的功率選用依據(jù)如下:所述旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量塊產(chǎn)生水平方向的離心力F與已知參數(shù)之間的關(guān)系:F mofr r ,,-=-=1.公式(I)mg mg-r得:r =.1z2 -呈j公式(2)\ Cf/則:F = marr = m ψ--:-g2 = mg`j0 ^ -1 公式(3)上述公式(I)-公式(3)中的符號含義: m—質(zhì)量塊質(zhì)量，單位為kg，根據(jù)加載要求調(diào)整其值； r一質(zhì)量塊的旋轉(zhuǎn)半徑，單位為m ；g-重力加速度，單位為m/s2 ；ω 一質(zhì)量塊繞減速機(jī)輸出軸旋轉(zhuǎn)的角速度，單位為Ι/s ;L一連桿長度，單位為m ；F-質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的水平方向離心力，單位為N ；質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)時離心力克服重力甩動起來的條件是:公式(2)中根號內(nèi)必須為非負(fù)，此時，裝置連桿長度L必須滿足:
【文檔編號】G01M13/00GK103512732SQ201210199338
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月15日
【發(fā)明者】烏建中 申請人:上海同韻環(huán)保能源科技有限公司