[发明专利]一种风机叶片扭转疲劳试验装置及其测试方法

权利要求书

1.一种风机叶片扭转疲劳试验装置，其特征在于：包括驱动装置、力臂架、叶片截面夹具和限位支撑装置；所述驱动装置通过球铰轴承装于地基上，其驱动杆通过球铰轴承与其上方的力臂架相连接，通过驱动杆的上下运动作用于力臂架上产生扭转力矩；所述叶片截面夹具套于叶片上，其内侧面包裹住叶片上待加载扭转载荷的翼型截面，该叶片截面夹具与力臂架相连接；所述限位支撑装置支撑于叶片截面夹具的下方，该限位支撑装置的一端通过球铰轴承与叶片截面夹具相连接，其另一端通过球铰轴承支撑于地基上，且初始平衡状态下限位支撑装置的轴线与叶片待加载扭转载荷截面的扭转中心重合，所述叶片截面夹具在扭转力矩的作用下以其与限位支撑装置相连接的支撑点为中心旋转。

2.根据权利要求1所述的风机叶片扭转疲劳试验装置，其特征在于：所述驱动杆上分别安装有第一力传感器和位移传感器，所述第一力传感器用于测量驱动杆的驱动力大小，所述位移传感器用于测量加载位置处的位移变化量。

3.根据权利要求1所述的风机叶片扭转疲劳试验装置，其特征在于：所述驱动装置为液压缸或电动缸。

4.根据权利要求1所述的风机叶片扭转疲劳试验装置，其特征在于：所述限位支撑装置包括限位支撑杆和第二力传感器，所述限位支撑杆的两端分别通过球铰轴承与地基及叶片截面夹具相连接，所述第二力传感器装于限位支撑杆上，用于测量限位支撑杆传递给叶片的支撑力。

5.根据权利要求1所述的风机叶片扭转疲劳试验装置，其特征在于：所述力臂架沿其长度方向加工有多个连接孔位，选择不同的连接孔位与叶片截面夹具相连接以改变力臂的长度，进而调节扭转力矩的大小。

6.根据权利要求1所述的风机叶片扭转疲劳试验装置，其特征在于：所述叶片截面夹具和力臂架之间设有用于传递载荷的斜支撑。

7.根据权利要求1所述的风机叶片扭转疲劳试验装置，其特征在于：所述叶片截面夹具包括铁制框架和内置于铁质框架内的木芯，所述木芯根据叶片待加载扭转载荷的翼型截面的外形制作，且木芯与叶片之间设有橡胶垫。

8.根据权利要求1所述的风机叶片扭转疲劳试验装置，其特征在于：所述叶片能够根据需要在合适位置安装扭角仪，用于观察在扭转载荷作用下叶片不同截面的扭角变化。

9.根据权利要求1所述的风机叶片扭转疲劳试验装置，其特征在于：所述叶片能够根据需要在合适位置粘贴应变片，用于观察在扭转载荷作用下叶片特定位置的应变分布。

10.根据权利要求1至9任一项所述的风机叶片扭转疲劳试验装置的测试方法，其特征在于：包括以下步骤，

1)根据叶片扭转疲劳载荷要求，选定需要进行扭转疲劳验证的截面，设计并确定待测叶片的加载位置，确定加载位置处的目标扭矩，并确定加载位置的扭转变形量与加载载荷大小；

2)将叶片的叶根通过法兰固定在试验台上，并使叶片的0°弦方向水平，将叶片截面夹具套于叶片上，使叶片截面夹具包裹需要进行扭转疲劳验证的截面；

3)在叶根与叶片安装叶片截面夹具的位置之间选定测试的目标截面安装扭转仪和应变片；

4)确定叶片截面夹具内叶片需要进行扭转疲劳验证的截面的扭转中心，进而确定限位支撑装置与叶片截面夹具的连接位置，保证初始平衡状态下限位支撑装置的轴线与叶片加载截面的扭转中心重合；

5)对初始平衡状态下所有传感器清零；

6)调试扭转疲劳试验装置，逐渐增加驱动载荷，使扭转力矩以及叶片扭转的变形能够达到测试的目标值，达到设计要求完成调试，其中扭转力矩M的计算公式如下，

M＝(F_驱动-F_支撑)/2×L

式中，F_驱动为驱动杆处的加载力，F_支撑为限位支撑装置的限位支撑杆的支撑力，L为驱动杆到限位支撑杆的水平距离；

7)叶片扭转疲劳测试，通过驱动装置的驱动杆上下运动驱动力臂架带动待测叶片绕限位支撑杆转动设定的角度，使叶片循环扭转设定的次数，通过力传感器实时获取载荷变化，并通过扭转仪和应变片实时获取扭角变化和应变变化；

8)评估扭转疲劳测试损伤，完成叶片的扭转疲劳测试。