[发明专利]一种水平轴风力机叶片静力测试结果修正方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械行业风力发电技术领域，尤其涉及一种水平轴风力机叶片在静力载荷作用下结构性能的评估方法。

背景技术

风能作为未来能源供应重要组成部分的战略地位受到世界各国的普遍重视。我国风能资源储量丰富，从宏观上看，我国具备大规模发展风力发电的资源条件。

风电叶片在极限载荷作用下发生损伤破坏问题是风电叶片设计、制造、运行中所关注的一项重要内容。在风电叶片设计中，一般都要求风电叶片能满足20年的使用寿命。在如此长的服役期间和恶劣的工作环境下，风电机组经常要在多种极限载荷作用下运行，严重影响了风电机组安全运行的可靠性和使用寿命。准确评估叶片运行中，在极限载荷作用下的力学特性，是保证叶片安全运行的一项前提，因此在叶片的设计阶段和检测过程中，合理有效的预测极限载荷作用下的力学特性就十分重要。

由于风电叶片结构及运行情况的特殊性，其它行业已建立的工程实践经验和知识不能有效的应用到风电机组叶片的性能评估中来。进行叶片在极限载荷作用下的静力测试可以提供对设计的可靠确认。对于新设计、新工艺、新材料的风电叶片，静力测试是保证叶片质量关键的一环。通过测试，可以将测量数据与设计的数据进行比较，以掌握叶片的结构性能。并且可以利用测试的结果改进与优化结构设计。

为了实现风能的规模利用，降低风能利用成本，风电机组正向着大尺寸、大功率的方向发展。由于大尺寸叶片质量也往往很大，在运行状态下会产生较大的离心力惯性载荷，在这种大的离心力惯性载荷作用下，叶片有可能会发生非线性变形，这些非线性因素会造成叶片结构刚度相对静止状态下发生改变。而在试验台架上所开展的叶片静力测试则无法反应离心载荷所造成的影响，单纯依靠试验台架上的试验，不能准确预估叶片在极限载荷（或其它静力载荷）作用下的实际结构响应，包括叶片变形与关键部分的应力/应变。由于叶片变形与关键部分的应力/应变是影响叶片安全运行的重要因素，因此，如不能对其作出准确评估，所设计出的叶片将会有可能无法满足叶片及机组的安全运行要求。因此，有必要提供一种更加有效的水平轴风力机叶片在静力载荷作用下结构性能的评估方法，使得在叶片挂机运行之前，能够比较准确地考虑离心载荷对结构响应的影响，从而保证叶片在运行情况下，处于安全合理的变形与应力/应变，保障叶片及机组的安全运行。

本专利所提供方法，就是针对这一目标所发明的，可通过对叶片台架试验条件下的静力测试结果进行相关修正，以达到模拟和评估叶片运行环境中在极限载荷或其它静力载荷作用下结构响应的目的。该方法可利用现有国内外叶片检测设施，采用比较经济的检测方法，获得比较精准的评估效果，具有十分重要与现实的意义。

发明内容

（一）要解决的技术问题

针对风力机叶片在试验台架上所开展的静力测试难以真实反映叶片实际运行情况下的结构响应，无法反应离心载荷所造成的影响，不能准确预估叶片在极限载荷或其它静力载荷作用下的实际结构响应这一问题，本发明提出了一种利用试验与计算相结合，开展水平轴风力机叶片在静力载荷作用下结构性能评估的方法，通过对叶片台架试验条件下的静力测试结果进行相关修正，以达到模拟和评估叶片运行环境中在极限载荷或其它静力载荷作用下结构响应的目的，使得在叶片挂机运行之前，能够比较准确地考虑离心载荷对结构响应的影响，从而保证叶片在运行情况下，处于安全合理的变形与应力/应变，保障叶片及机组的安全运行，该方法可在保障检测成本较低的前提下，提高对叶片实际结构响应的评判精度。

（二）技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种利用试验与计算相结合，以获得更为准确的叶片静力结构响应参数的评估方法，其特征在于，该方法由以下几部分组成：叶片在试验台架上的静力测试；台架静力测试过程的数值模拟；试验与计算的相关性分析；实际运行情况下离心载荷对叶片结构响应的影响分析；该影响对试验结果的修正。具体步骤如下：

1）采用现有通用的水平轴风力机叶片静力试验方法，对固定在试验台架上的叶片进行挥舞、摆振方向的静力测试，获取不同方向下的叶片结构响应，包括叶片变形量与关键部位的应变值；

2）采用数值仿真方法，对步骤1）中的试验过程进行数值模拟，分别对叶片挥舞、摆振方向进行结构静力分析，计算得到叶片在不同方向下的叶片变形量与关键部位的应变值；

3）对步骤1）的测试结果和步骤2）的数值计算结果进行对比，对试验与计算中叶片的尺寸结构、和/或材料性能参数进行分析，确定影响数值计算准确度的因素，调整与完善数值计算中的相关尺寸结构、和/或材料性能参数；