風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)方法及其在全尺寸疲勞試驗(yàn)中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)械行業(yè)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)方 法，以及該方法在風(fēng)輪葉片全尺寸疲勞試驗(yàn)中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，風(fēng)電技術(shù)也在不斷進(jìn)步。風(fēng)輪葉片是實(shí)現(xiàn) 風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的核心部件，造價(jià)昂貴且對(duì)運(yùn)行可靠性、安全性要求非常高。而對(duì)于風(fēng)輪葉 片而言，疲勞強(qiáng)度是保證葉片質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，通常，風(fēng)輪葉片的設(shè)計(jì)和使用要求至少 滿足20年的使用壽命。
[0003] 為了驗(yàn)證風(fēng)輪葉片的使用壽命，需要通過(guò)疲勞試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)其疲勞強(qiáng)度，掌握葉片 的結(jié)構(gòu)性能，而隨著對(duì)于檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性、有效性要求的提高，以及對(duì)于不斷增加的葉片 長(zhǎng)度的要求，對(duì)葉片疲勞試驗(yàn)的要求也越來(lái)越高。
[0004] 目前，在疲勞試驗(yàn)中常用的是單點(diǎn)共振法加載，如公開(kāi)號(hào)為202471379U、名稱(chēng)為 "一種大型風(fēng)輪葉片擺振方向疲勞試驗(yàn)裝置"的實(shí)用新型專(zhuān)利，公開(kāi)號(hào)為201464169U、名稱(chēng) 為"大型風(fēng)電葉片疲勞試驗(yàn)的激勵(lì)法試驗(yàn)裝置"的實(shí)用新型專(zhuān)利，該方法通常可以通過(guò)多次 試驗(yàn)的方法試驗(yàn)葉片的大部分展長(zhǎng)，但是依然存在一些不足之處，如：不能試驗(yàn)整個(gè)葉片長(zhǎng) 度；若需要試驗(yàn)整個(gè)葉片長(zhǎng)度時(shí)，則需要更多的試驗(yàn)；而多次試驗(yàn)不僅使得操作繁瑣，操作 時(shí)間長(zhǎng)，成本高，而且，更為重要的是，多次試驗(yàn)使得一部分區(qū)域重復(fù)損傷，對(duì)每一位置進(jìn)行 疲勞強(qiáng)度的評(píng)估受到干擾，使得最終結(jié)果不一定能夠達(dá)到精準(zhǔn)的要求。而增加單次試驗(yàn)的 葉片長(zhǎng)度，提高力矩分布的精度，對(duì)于風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)具有重大的積極意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有風(fēng)輪葉片疲勞測(cè)試中的以上問(wèn)題，本發(fā)明目的是提供一種風(fēng)輪葉片疲勞 試驗(yàn)方法，以及該方法在風(fēng)輪葉片全尺寸疲勞試驗(yàn)中的應(yīng)用，可以增加試驗(yàn)的葉片長(zhǎng)度，提 高力矩分布的精度，可以在一次試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)葉片進(jìn)行全尺寸疲勞試驗(yàn)。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的主要技術(shù)方案是： 一種風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)方法，其中， 在風(fēng)輪葉片的第一預(yù)定位置提供振動(dòng)的動(dòng)力； 在風(fēng)輪葉片的第二預(yù)定位置設(shè)置配重； 第一預(yù)定位置距離風(fēng)輪葉片的第一端具有一個(gè)第一預(yù)定距離，第二預(yù)定位置距離風(fēng)輪 葉片的第一端具有一個(gè)第二預(yù)定距離，且第一預(yù)定距離不等于第二預(yù)定距離。
[0007] 所述的風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)方法，其中， 所述第一預(yù)定位置的數(shù)量可以為一個(gè)。
[0008] 所述的風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)方法，其中， 所述第二預(yù)定位置的數(shù)量可以為一個(gè)。
[0009] 所述的風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)方法，其中， 所述第二預(yù)定位置的數(shù)量可以為兩個(gè)以上。
[0010] 所述的風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)方法，其中， 兩個(gè)以上的所述第二預(yù)定位置可以分設(shè)于第一預(yù)定位置的兩側(cè)。
[0011] 所述的風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)方法，其中， 當(dāng)所述第二預(yù)定位置的數(shù)量為偶數(shù)時(shí)，所述第二預(yù)定位置可以對(duì)稱(chēng)設(shè)置于第一預(yù)定位 置的兩側(cè)。
[0012] 所述的風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)方法，其中， 當(dāng)所述第二預(yù)定位置的數(shù)量為兩個(gè)以上時(shí)，各個(gè)所述第二預(yù)定位置的配重的質(zhì)量可以 相同。
[0013] 所述的風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)方法，其中， 當(dāng)所述第二預(yù)定位置的數(shù)量為兩個(gè)以上時(shí)，各個(gè)所述第二預(yù)定位置的配重的質(zhì)量可以 不同。
[0014] 優(yōu)選為，靠近風(fēng)輪葉片根部端的所述第二預(yù)定位置的配重的質(zhì)量大于遠(yuǎn)離風(fēng)輪葉 片根部端的所述第二預(yù)定位置的配重的質(zhì)量。
[0015] 所述的風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)方法，其中， 所述第一預(yù)定位置和/或第二預(yù)定位置離風(fēng)輪葉片根部端的距離大于離尖端的距離。
[0016] 上述任一種風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)方法，其中，所述第一位置設(shè)置激振器提供振動(dòng)的 動(dòng)力。
[0017] 所述第一預(yù)定位置也設(shè)有配重。
[0018] 所述第一預(yù)定位置的配重與第二預(yù)定位置的配重的質(zhì)量相同或不同 所述激振器可以為偏心激振器。
[0019] 上述任一種風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)方法在風(fēng)輪葉片全尺寸疲勞試驗(yàn)中的應(yīng)用。
[0020] 相較現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可以通過(guò)計(jì)算，在葉片上選取η個(gè)（η > 2)適當(dāng)?shù)奈恢?，?別施加相應(yīng)配重，在其中的一個(gè)位置安裝激振器，進(jìn)行激振，即由多點(diǎn)施加配重，一點(diǎn)進(jìn)行 激振，從而使葉片產(chǎn)生共振，利用接近葉片固有頻率的激振頻率震動(dòng)葉片來(lái)達(dá)到對(duì)葉片加 載的目的。由于葉片展向載荷的分布遵循葉片的振動(dòng)模態(tài)，因此，所需的試驗(yàn)載荷可以通過(guò) 分別在加載位置增加相應(yīng)的配重來(lái)獲得，從而增加了試驗(yàn)的葉片長(zhǎng)度，使得可以在一次試 驗(yàn)過(guò)程中對(duì)葉片進(jìn)行全尺寸疲勞試驗(yàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的202471379U的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的201464169U的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的試驗(yàn)原理圖； 圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是圖4的截面圖； 圖6是本發(fā)明第二實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖（兩個(gè)配重，與第一實(shí)施例區(qū)別在于不對(duì) 稱(chēng)設(shè)置）； 圖7是本發(fā)明第三實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖(一個(gè)配重，置于靠近尖端）； 圖8是本發(fā)明第四實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖(三個(gè)配重，靠近尖端設(shè)置一個(gè))。
[0022]【主要元件符號(hào)說(shuō)明】 試驗(yàn)臺(tái)座3,法蘭盤(pán)4,風(fēng)輪葉片1，工作面10、激振器2,偏心質(zhì)量200,最大厚度位置 100，第一預(yù)定位置101，第二預(yù)定位置102、102/、102"，配重111、112、112/、112"，第 一預(yù)定距離H1，第二預(yù)定距離H2、H2^、H2 "。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 為了更好的解釋本發(fā)明，以便于理解，下面結(jié)合附圖通過(guò)【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明 作詳細(xì)描述。
[0024] 參見(jiàn)圖3,本發(fā)明的原理圖，本發(fā)明的一種風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)方法，其中包括，在風(fēng) 輪葉片的第一預(yù)定位置提供振動(dòng)的動(dòng)力；在風(fēng)輪葉片的第二預(yù)定位置設(shè)置配重；第一預(yù)定 位置距離風(fēng)輪葉片的第一端具有一個(gè)第一預(yù)定距離，第二預(yù)定位置距離風(fēng)輪葉片的第一端 具有一個(gè)第二預(yù)定距離，且第一預(yù)定距離不等于第二預(yù)定距離。即由多點(diǎn)施加配重，一點(diǎn)進(jìn) 行激振，從而使葉片產(chǎn)生共振，利用接近葉片固有頻率的激振頻率震動(dòng)葉片來(lái)達(dá)到對(duì)葉片 加載的目的。由于葉片展向載荷的分布遵循葉片的振動(dòng)模態(tài)，因此，所需的試驗(yàn)載荷可以通 過(guò)分別在加載位置增加相應(yīng)的配重來(lái)獲得，以此來(lái)增加對(duì)葉片的試驗(yàn)長(zhǎng)度，甚至增加到整 個(gè)葉片的長(zhǎng)度。試驗(yàn)載荷通常設(shè)于葉片的最大厚度位置1〇〇處。
[0025] 以某型號(hào)風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)為例，模擬風(fēng)輪葉片的裝機(jī)固定要求，將風(fēng)輪葉片固 定在試驗(yàn)臺(tái)座上，工作面向上，風(fēng)輪葉片的0°刻度線與水平面平行。風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn) 采用共振法進(jìn)行，由離心式激振器施加交變載荷（即試驗(yàn)交變載荷Ma T，可由其換算到加載 位置的激振力Fd)，由配重等施加靜載（即試驗(yàn)靜載荷Ms，可由其換算到加載位置施加的力 Fs)〇
[0026] 例如，當(dāng)風(fēng)輪葉片總長(zhǎng)度為34000mm時(shí)，設(shè)： 葉片疲勞試驗(yàn)切面（11980mm)的試驗(yàn)載荷為Μ (包括靜載和交變載荷)， 葉片疲勞試驗(yàn)切面（11980mm)的試驗(yàn)靜載荷為Ms， 葉片疲勞試驗(yàn)切面（11980mm)的試驗(yàn)交變載荷幅值為MaT， 葉片疲勞試驗(yàn)切面（11980mm)的重量力矩為Ms， 由試驗(yàn)靜載荷Ms換算到的加載位置施加的力為Fs， 由試驗(yàn)交變載荷MaT換算到的加載位置激振力為Fd， 則： 按照某型號(hào)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)的要求，葉片疲勞試驗(yàn)切面（11980mm)的 試驗(yàn)載荷M= Ms+ MaT。
[0027] 其中：當(dāng)Hl=25980mm，H2=11980mm時(shí)，由配重、激振器等在加載切面處所有附加物 的重力產(chǎn)生的試驗(yàn)靜載荷Ms = 923. 51kN · m，采用調(diào)整加載位置激振力Fd頻率大小的方 法產(chǎn)生的交變載荷MaT = 461. 75kN · m，激振頻率范圍0. 5~0. 7Hz，則葉片疲勞試驗(yàn)切面 (11980mm)的試驗(yàn)載荷 Μ 為