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一種用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞試驗裝置的制作方法

文檔序號:5989409閱讀:322來源:國知局
專利名稱:一種用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實用新型涉及一種疲勞試驗裝置,具體涉及一種用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞試驗裝置。
背景技術(shù)
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各組成部分中,葉片是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的重要部件,其結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和穩(wěn)定性對風(fēng)力機(jī)組的可靠性起著重要作用。在葉片測試及認(rèn)證過程中,全尺寸結(jié)構(gòu)靜態(tài)測試可用于評價葉片的剛度及極限強(qiáng)度,葉片的設(shè)計使用壽命最少為二十年,在機(jī)組運(yùn)行的實際過程中,由于葉片長期受到各種外界環(huán)境以及風(fēng)剪切力、湍流等動態(tài)載荷的組合影響,可能產(chǎn)生疲勞破壞,因此,對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片,其設(shè)計使用壽命取決于疲勞載荷而不是極限載荷,除對其進(jìn)行全尺寸結(jié)構(gòu)靜態(tài)測試外,還需對其施加循環(huán)疲勞載荷進(jìn)行全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞測試,以測試其耐疲勞強(qiáng)度。由于對葉片施加疲勞荷載時,葉片材料仍處于線彈性階段,荷載與變形成線性關(guān)系。因此目前普遍采用的疲勞試驗技術(shù)主要以控制特定截面處變形來實現(xiàn)加載載荷的控制。疲勞試驗的工作頻率主要以定頻的方式進(jìn)行,加載頻率與葉片的實際交變載荷具有較大差距,而且缺乏有效的葉片變形連續(xù)測量技術(shù),導(dǎo)致實際加載載荷的準(zhǔn)確性難以保證,因此研發(fā)設(shè)計一套能實現(xiàn)葉片振幅、加載頻率及加載載荷協(xié)調(diào)控制的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗裝置具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有疲勞試驗技術(shù)的不足,提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,操作方便,可以通過控制加載截面處的振幅,達(dá)到控制葉片加載載荷的目的,實現(xiàn)振幅、加載頻率及加載載荷的協(xié)調(diào)控制,適用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞試驗的裝置。技術(shù)方案為了實現(xiàn)以上目的,本實用新型采取的技術(shù)方案如下一種用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗裝置,它包括用于支撐試驗風(fēng)電葉片的疲勞試驗臺、對風(fēng)電葉片施加循環(huán)載荷的激振系統(tǒng)、以及過程監(jiān)測與記錄系統(tǒng)。作為優(yōu)選方案,以上所述的用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗裝置,所述風(fēng)電葉片與疲勞試驗臺通過法蘭螺栓連接。作為優(yōu)選方案,以上所述的用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗裝置,所述激振系統(tǒng)包括安裝在葉片上的夾具和支架、裝配有減速機(jī)的伺服電機(jī)、安裝在減速機(jī)上的帶質(zhì)量塊的偏心輪及用來控制伺服電機(jī)的變頻器,所述的支架通過螺栓與夾具連接,裝配有減速機(jī)的伺服電機(jī)通過螺栓連接安裝在支架上,所述的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速由變頻器的輸出頻率控制。本實用新型提供的激振系統(tǒng)采用偏心輪旋轉(zhuǎn)激勵法,適用共振激勵法原理,通過將初始激勵頻率設(shè)定為葉片的固有振動頻率,控制偏心輪轉(zhuǎn)速,激振裝置與葉片產(chǎn)生共振,從而實現(xiàn)對葉片施加交變恒幅荷載。并且激振系統(tǒng)中輸入的初始激勵頻率可以調(diào)節(jié),偏心輪重量可以調(diào)節(jié),該初始激勵頻率及偏心輪重量的大小對使葉片揮舞需要的加載載荷的大小有影響,對葉片特定截面處的振幅大小有影響,因此,通過調(diào)節(jié)初始激勵頻率或偏心輪重量的大小,可以調(diào)節(jié)或確定加載載荷的大小。本實用新型提供的激振系統(tǒng),其中所述變頻器輸出頻率設(shè)置主要依據(jù)風(fēng)電葉片在裝配激振系統(tǒng)后在 車舞方向振動的固有頻率。并且所述風(fēng)電葉片在揮舞方向振動的固有頻率可通過頻率測試裝置預(yù)先測試而確定。作為優(yōu)選方案,以上所述的用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗裝置,所述過程監(jiān)測與記錄系統(tǒng)包括用于采集位移數(shù)據(jù)變化的激光位移傳感器及對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、處理、監(jiān)控的計算機(jī)系統(tǒng),所述的激光位移傳感器安裝固定在風(fēng)電葉片加載截面下方,所述激光位移傳感器通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化接口連接在計算機(jī)系統(tǒng)上。 本實用新型所述的計算機(jī)系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、風(fēng)電葉片加載截面處位移變化曲線及振幅的實時顯示與存儲,以及風(fēng)電葉片揮舞次數(shù)的實時顯示與累計。該系統(tǒng)不僅可以通過設(shè)置初始激勵頻率或調(diào)節(jié)偏心輪重量,來控制加載截面處的振幅,達(dá)到控制葉片加載載荷的目的,實現(xiàn)振幅、加載頻率及加載載荷的協(xié)調(diào)控制,同時可以通過監(jiān)控加載截面處的振幅變化,來監(jiān)測疲勞試驗過程中葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度的變化。有益效果本實用新型提供的用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗裝置和現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點本實用新型提供的用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗裝置,結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,操作方便,可以通過控制特定截面處的振幅,達(dá)到控制葉片加載載荷的目的,實現(xiàn)振幅、力口載頻率及加載載荷的協(xié)調(diào)控制,從而通過實現(xiàn)葉片加載截面處振幅變化的精確測量,保證葉片疲勞加載載荷的精確控制,該疲勞實驗系統(tǒng)可實現(xiàn)1-5MW風(fēng)電葉片的疲勞試驗,適用范圍廣泛,而且運(yùn)行成本低、運(yùn)行過程平穩(wěn)。

圖I是本實用新型所述的用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例,進(jìn)一步闡明本實用新型,應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍,在閱讀了本實用新型之后,本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。如圖I所示,一種用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗裝置,它包括用于支撐試驗風(fēng)電葉片(2)的疲勞試驗臺(I)、對風(fēng)電葉片(2)施加循環(huán)載荷的激振系統(tǒng)、以及過程監(jiān)測與記錄系統(tǒng)。所述風(fēng)電葉片(2)與疲勞試驗臺(I)通過法蘭螺栓連接。以上所述的用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗裝置,所述激振系統(tǒng)包括安裝在葉片上的夾具(3-1)和支架(3-2)、裝配有減速機(jī)的伺服電機(jī)(3-3)、安裝在減速機(jī)上的帶質(zhì)量塊的偏心輪(3-4)及用來控制伺服電機(jī)(3-3)的變頻器(3-5),所述的支架(3-2)通過螺栓與夾具(3-1)連接,裝配有減速機(jī)的伺服電機(jī)(3-3)通過螺栓連接安裝在支架(3-2)上。以上所述的用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗裝置,所述過程監(jiān)測與記錄系統(tǒng)包括用于采集位移數(shù)據(jù)變化的激光位移傳感器(4-1)及對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、處理、監(jiān)控的計算機(jī)系統(tǒng)(4-2),激光位移傳感器(4-1)與計算機(jī)系統(tǒng)(4-2)通過專用信號線或無線傳輸相連。以上所述的用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗裝置,所述的激光位移傳感器(4-1)安裝固定在風(fēng)電葉片(2)加載截面下方,所述激光位移傳感器(4-1)通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化接口連接在計算機(jī)系統(tǒng)(4-2)上。測試固有頻率,計算風(fēng)電葉片(2)加載界面處的振幅,設(shè)置變頻器(3-5)輸出頻率為風(fēng)電葉片(2)固有頻率,啟動激振系統(tǒng),同時開啟數(shù)據(jù)監(jiān)測與記錄系統(tǒng),顯示與記錄風(fēng)電葉片(2)振動次數(shù)、加載界面處位移變化曲線、加載界面處振幅等數(shù)據(jù),通過調(diào)節(jié)偏心輪(3-4)重量或變頻器(3-5)輸出頻率,使加載界面處振幅達(dá)到計算值。 本實用新型提供的試驗裝置實際使用時,將測試葉片(2)通過法蘭螺栓固定在疲勞試驗臺(I)上,通過在葉片(2)加載截面處安裝偏心輪(3-4)激振器,應(yīng)用共振激勵法對葉片(2)施加循環(huán)激勵載荷;其次,設(shè)計并建立風(fēng)電葉片(2)疲勞試驗過程監(jiān)測及記錄系統(tǒng),實現(xiàn)葉片(2)加載截面處振動位移變化曲線的時時顯示與記錄,以及葉片振動次數(shù)的累計與記錄,并通過控制加載截面處的振幅,達(dá)到控制葉片加載載荷的目的,實現(xiàn)振幅、力口載頻率及加載載荷的協(xié)調(diào)控制,同時可以通過監(jiān)控特定截面處的位移變化,來監(jiān)測疲勞試驗過程中葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度的變化。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本實用新型原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤飾,這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗裝置,其特征在于,它包括用于支撐試驗風(fēng)電葉片(2)的疲勞試驗臺(I)、對風(fēng)電葉片(2)施加循環(huán)載荷的激振系統(tǒng)、以及過程監(jiān)測與記錄系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗裝置,其特征在于,所述風(fēng)電葉片(2)與疲勞試驗臺(I)通過法蘭螺栓連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗裝置,其特征在于,所述激振系統(tǒng)包括安裝在葉片上的夾具(3-1)和支架(3-2)、裝配有減速機(jī)的伺服電機(jī)(3-3)、安裝在減速機(jī)上的帶質(zhì)量塊的偏心輪(3-4)及用來控制伺服電機(jī)(3-3)的變頻器(3-5),所述的支架(3-2)通過螺栓與夾具(3-1)連接,裝配有減速機(jī)的伺服電機(jī)(3-3)通過螺栓連接安裝在支架(3-2)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗裝置,其特征在于,所述過程監(jiān)測與記錄系統(tǒng)包括用于采集位移數(shù)據(jù)變化的激光位移傳感器(4-1)及對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、處理、監(jiān)控的計算機(jī)系統(tǒng)(4-2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗裝置,其特征在于,所述的激光位移傳感器(4-1)安裝固定在風(fēng)電葉片(2)加載截面下方,所述激光位移傳感器(4-1)通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化接口連接在計算機(jī)系統(tǒng)(4-2)上。
專利摘要本實用新型公開了一種用于兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞試驗裝置,它包括用于支撐試驗風(fēng)電葉片(2)的疲勞試驗臺(1)、對風(fēng)電葉片(2)施加循環(huán)載荷的激振系統(tǒng)、以及過程監(jiān)測與記錄系統(tǒng)。該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,操作方便,可以通過控制加載截面處的振幅,達(dá)到控制葉片加載載荷的目的,實現(xiàn)振幅、加載頻率及加載載荷的協(xié)調(diào)控制,從而通過實現(xiàn)葉片加載截面處振幅變化的精確測量,保證葉片疲勞加載載荷的精確控制,該疲勞實驗系統(tǒng)可實現(xiàn)1-5MW風(fēng)電葉片的疲勞試驗,適用范圍廣泛,而且運(yùn)行成本低、運(yùn)行過程平穩(wěn)。
文檔編號G01M13/00GK202710300SQ20122038110
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者劉永, 劉衛(wèi)生, 喬光輝, 李忠祥, 徐陽, 武莉萍 申請人:連云港中復(fù)連眾復(fù)合材料集團(tuán)有限公司
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