[发明专利]风机叶片的疲劳加载与重力补偿装置及其试验方法

说明书

技术领域

风机叶片的疲劳加载与重力补偿装置及其试验方法，属于叶片载荷模拟试验设备领域，具体涉及一种四缸驱动的风力机叶片的疲劳加载试验装置。

背景技术

风力机叶片疲劳加载试验装置，主要用于风力发电机叶片的载荷模拟试验，目前的技术方案主要存在如下不足：第一，目前均采用疲劳加载试验装置固定在叶片加载点，与叶片通过夹具联为一体的结构方案，加载装置安置于叶片之上，给叶片增加了一个较大的额外重量，改变了叶片的固有特性，容易造成疲劳测试数据失真。

第二，当前基于液压缸驱动的风力机叶片疲劳加载试验装置，只能实现叶片单轴加载，即采用叶片面向和弦向分别加载（叶片上下位置振动认为是面向加载，左右位置振动认为是弦向加载）的方式，当面向加载完毕之后，先将疲劳加载装置和夹具从叶片上拆下来，再将叶片从筒形加载支座上拆下来，将叶片转动90度，再重新安装到疲劳加载支座上，再安装叶片夹具和疲劳加载装置，工程应用上非常麻烦。加之疲劳加载装置均安装在叶片上，给叶片增加了一个额外的重量，同时又不具备重力补偿的装置，加剧了实验结构的不准确性。

因此，现有技术的单轴加载方式与叶片的实际受力工况相差较大，试验周期较长，试验装置并不适用，且试验结果也并不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种试验周期短、不影响叶片固有特性、试验结果准确、疲劳加载同时能够实现重力补偿的风机叶片的疲劳加载与重力补偿装置及其试验方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该风机叶片的疲劳加载与重力补偿装置及其试验方法，其特征在于：包括疲劳加载装置和重力补偿装置，疲劳加载装置包括叶片夹具、动力装置和固定用的导轨，动力装置底部与固定在地面上的导轨相连接，动力装置顶部铰接叶片夹具底部，疲劳加载装置的一侧设置重力补偿装置，重力补偿装置的外力加载端连接叶片夹具顶部。叶片夹具的尺寸和大小可任意调整，具有良好的通用性，且叶片夹具的安装不影响叶片的固有特性，在不改变装置结构的前提下可实现叶片单轴或两轴疲劳加载试验，灵活性非常高。

所述的叶片夹具安装在沿叶片展向70%处。

所述的动力装置为液压动力装置，左右对称设置两组，每组均包括一个水平安装在导轨中的水平液压缸和一个与之连接的倾斜设置的斜置液压缸，左侧水平液压缸和左侧斜置液压缸之间通过左滑块铰接，右侧水平液压缸和右侧斜置液压缸之间通过右滑块铰接；左侧水平液压缸左端部和右侧水平液压缸的右端部分别固定连接导轨内左右两端。实时调整两斜置液压缸的长度实现叶片面向、弦向或者两轴加载，在试验过程中，若叶片的振幅不够，可以辅助调整两水平液压缸的长度，也可以提前调整两水平液压缸中两侧的固定端的位置以改变叶片加载的幅值。

所述的动力装置的每个液压缸里都内嵌有实时监测液压缸长度的磁致伸缩传感器。

所述的重力补偿装置包括固定支架及安装在固定支架上的多个滑轮、滑块连杆机构、推拉油缸和液压绞车，固定支架底部设有走轮，上部右侧铰接支撑架，支撑架下方连接滑块连杆机构上端，滑块连杆机构下端连接竖直安装在固定支架右侧的推拉油缸。

所述的多个滑轮包括安装在固定支架左侧下部的第一滑轮、固定支架左侧上部的第二滑轮和支撑架外侧端部安装的第三滑轮，从液压绞车伸出的钢丝绳顺序绕经第一滑轮、第二滑轮和第三滑轮，钢丝绳的自由端作为外力加载端固定连接叶片夹具顶部。

所述的滑块连杆机构包括滑轨、纵向滑块和连杆，滑轨竖直安装在固定支架的右侧面上，滑块安装在滑轨内，滑块上侧连接连杆下端，下侧连接推拉油缸的输出端；连杆顶端连接支撑架外侧的滑动端。

所述的疲劳加载装置的另一侧设置有与叶片夹具等高的叶片加载支座，叶片加载支座为设有用于放置叶片根部的叶片固定孔的筒型支架。

一种利用如上所述的风机叶片的疲劳加载与重力补偿装置进行试验的试验方法，其特征在于：包括以下步骤，

a、首先固定安装风机叶片的疲劳加载装置，将导轨通过高强度螺栓固定在地面上，动力装置安装在导轨内，并在动力装置顶部铰接叶片夹具；

b、在导轨一侧放置一个筒型叶片加载支座，将风机叶片的根部固定在筒型叶片加载支座的叶片固定孔内，沿叶片展向70%处安装叶片夹具，使风机叶片保持水平安装；

c、从重力补偿装置的液压绞车中拉伸出钢丝绳，将钢丝绳顺序绕经第一滑轮、第二滑轮和第三滑轮，钢丝绳的自由端作为外力加载端固定连接到叶片夹具的上方，并在钢丝绳上串联一个拉力传感器，实时监测钢丝绳上的拉力；