[实用新型]一种用于兆瓦级风力发电机叶片的全尺寸结构疲劳试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种疲劳试验装置，具体涉及一种用于兆瓦级风力发电机叶片的全尺寸结构疲劳试验装置。

背景技术

风力发电机组的各组成部分中，叶片是将风能转换成机械能的重要部件，其结构、强度和稳定性对风力机组的可靠性起着重要作用。在叶片测试及认证过程中，全尺寸结构静态测试可用于评价叶片的刚度及极限强度，叶片的设计使用寿命最少为二十年，在机组运行的实际过程中，由于叶片长期受到各种外界环境以及风剪切力、湍流等动态载荷的组合影响，可能产生疲劳破坏，因此，对于风力发电机叶片，其设计使用寿命取决于疲劳载荷而不是极限载荷，除对其进行全尺寸结构静态测试外，还需对其施加循环疲劳载荷进行全尺寸结构疲劳测试，以测试其耐疲劳强度。

    由于对叶片施加疲劳荷载时，叶片材料仍处于线弹性阶段，荷载与变形成线性关系。因此目前普遍采用的疲劳试验技术主要以控制特定截面处变形来实现加载载荷的控制。疲劳试验的工作频率主要以定频的方式进行，加载频率与叶片的实际交变载荷具有较大差距，而且缺乏有效的叶片变形连续测量技术，导致实际加载载荷的准确性难以保证，因此研发设计一套能实现叶片振幅、加载频率及加载载荷协调控制的风力发电机叶片的疲劳试验装置具有重要意义。

发明内容

    本实用新型的目的是为了解决现有疲劳试验技术的不足，提供一种结构设计合理，操作方便，可以通过控制加载截面处的振幅，达到控制叶片加载载荷的目的，实现振幅、加载频率及加载载荷的协调控制，适用于兆瓦级风力发电机叶片全尺寸结构疲劳试验的装置。

技术方案：为了实现以上目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，它包括用于支撑试验风电叶片的疲劳试验台、对风电叶片施加循环载荷的激振系统、以及过程监测与记录系统。

作为优选方案，以上所述的用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，所述风电叶片与疲劳试验台通过法兰螺栓连接。

作为优选方案，以上所述的用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，所述激振系统包括安装在叶片上的夹具和支架、装配有减速机的伺服电机、安装在减速机上的带质量块的偏心轮及用来控制伺服电机的变频器，所述的支架通过螺栓与夹具连接，装配有减速机的伺服电机通过螺栓连接安装在支架上，所述的伺服电机的转速由变频器的输出频率控制。本实用新型提供的激振系统采用偏心轮旋转激励法，适用共振激励法原理，通过将初始激励频率设定为叶片的固有振动频率，控制偏心轮转速，激振装置与叶片产生共振，从而实现对叶片施加交变恒幅荷载。并且激振系统中输入的初始激励频率可以调节，偏心轮重量可以调节，该初始激励频率及偏心轮重量的大小对使叶片挥舞需要的加载载荷的大小有影响，对叶片特定截面处的振幅大小有影响，因此，通过调节初始激励频率或偏心轮重量的大小，可以调节或确定加载载荷的大小。

本实用新型提供的激振系统，其中所述变频器输出频率设置主要依据风电叶片在装配激振系统后在挥舞方向振动的固有频率。并且所述风电叶片在挥舞方向振动的固有频率可通过频率测试装置预先测试而确定。

作为优选方案，以上所述的用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，所述过程监测与记录系统包括用于采集位移数据变化的激光位移传感器及对数据进行记录、处理、监控的计算机系统，所述的激光位移传感器安装固定在风电叶片加载截面下方，所述激光位移传感器通过数据转化接口连接在计算机系统上。

本实用新型所述的计算机系统可实现数据采集、风电叶片加载截面处位移变化曲线及振幅的实时显示与存储，以及风电叶片挥舞次数的实时显示与累计。该系统不仅可以通过设置初始激励频率或调节偏心轮重量，来控制加载截面处的振幅，达到控制叶片加载载荷的目的，实现振幅、加载频率及加载载荷的协调控制，同时可以通过监控加载截面处的振幅变化，来监测疲劳试验过程中叶片结构强度与刚度的变化。

有益效果：本实用新型提供的用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置和现有技术相比具有如下优点：

本实用新型提供的用于兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，结构设计合理，操作方便，可以通过控制特定截面处的振幅，达到控制叶片加载载荷的目的，实现振幅、加载频率及加载载荷的协调控制，从而通过实现叶片加载截面处振幅变化的精确测量，保证叶片疲劳加载载荷的精确控制，该疲劳实验系统可实现1-5MW风电叶片的疲劳试验，适用范围广泛，而且运行成本低、运行过程平稳。

附图说明