[发明专利]一种风机叶片扭转疲劳试验装置及其测试方法

说明书

本发明公开了一种风机叶片扭转疲劳试验装置及其测试方法，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；所述叶片截面夹具套于叶片上，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。本发明的风机叶片扭转疲劳试验装置及其测试方法，填补了现有疲劳测试中叶片扭转疲劳测试的空白，通过对叶片施加扭转疲劳载荷，可以更为准确地评估叶片寿命，对大型风电机组叶片的结构设计以及减少叶片疲劳失效造成的经济损失具有非常重要的意义。

技术领域

本发明涉及风力发电风机叶片疲劳测试的技术领域，尤其是指一种风机叶片扭转疲劳试验装置及其测试方法。

背景技术

风电机组的各组成部分中，风机叶片是将风能转换成机械能的重要部件，是风电机组的核心部件之一，其结构、强度和稳定性对机组的可靠性起着重要作用。在风机叶片设计中，一般要求陆上风机叶片能满足20年的使用寿命，海上风机叶片要求25年的使用寿命。风电机组在非定常载荷作用下的运行特性使风机叶片易发生疲劳损坏，严重影响风电机组安全运行的可靠性和使用寿命，且由于风机叶片材质、结构、工艺以及工作环境的复杂性，导致叶片的疲劳性能通常采用对全尺寸风机叶片进行疲劳测试，以确认设计的可靠性。

现有技术中，一般将叶片沿翼型截面厚度方向的弯曲运行称为挥舞运动，而沿其弦长方向的弯曲运动称为摆振运动。现有叶片的动态疲劳试验的具体方法是将叶片叶根固定在试验台后，通过在指定截面安装激振装置，使叶片分别进行沿挥舞和摆振两个方向进行一定数目一定振幅的循环往复运动，使相应截面达到疲劳损伤的目的，从而验证叶片在挥舞方向和摆振方向承受疲劳载荷的能力。随着风电机组单机装机容量的增加，叶片的长度也不断增长，叶片变得更柔更长。伴随着叶片变长变柔，扭转疲劳载荷对叶片的影响会越来越大，验证扭转疲劳载荷下的叶片安全性也变得愈加必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种风机叶片扭转疲劳试验装置及其测试方法，填补了现有疲劳测试中叶片扭转疲劳测试的空白，通过扭转疲劳试验装置对叶片施加扭转疲劳载荷，从而验证叶片在扭转疲劳载荷下的扭转刚度变化以及扭转载荷下横截面上的切应力对疲劳损伤的影响，可以更为准确地评估叶片寿命，对大型风电机组叶片的结构设计以及减少叶片疲劳失效造成的经济损失具有非常重要的意义。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风机叶片扭转疲劳试验装置，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。

进一步，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。

进一步，所述驱动装置为液压缸或电动缸。

进一步，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。

进一步，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。

进一步，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。