风力发电机组风轮叶片疲劳加载试验装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103512732103512732A(43)申请公布日2014.01.15(21)申请号201210199338.5(22)申请日2012.06.15(71)申请人上海同韵环保能源科技有限公司地址200092上海市杨浦区赤峰路65号401室(72)发明人乌建中(74)专利代理机构上海集信知识产权代理有限公司31254代理人肖祎(51)Int.Cl.G01M13/00(2006.01)权权利要求书3页利要求书3页说明书8页说明书8页附图3页附图3页(54)发明名称风力发电机组风轮叶片疲劳加载试验装置及方法(57)摘要本发明涉及一种风力发电机组风轮叶片疲劳加载试验装置及方法，属于叶片载荷模拟试验领域，解决现有试验装置结构复杂，可靠性差的问题。本装置的被试叶片横向固定于加载试验支座上，在叶片一截面上安装叶片夹具，本装置包含：电机，固定于叶片夹具底部；减速机，固定于叶片夹具底部并与电机连接，其输出轴端设置一销轴；连杆，一端铰接于输出轴的销轴；质量块，固定于连杆另一端。本装置利用偏心质量块旋转频率与叶片横向固有频率一致产生共振对叶片进行加载，电机运行功耗少，节省加载能量；因质量块连杆铰接于减速机输出轴，可避免由于质量块自重所产生的对减速机输出轴的弯矩，减少对设备的损坏；本装置结构简单，有利于提高疲劳试验的可靠性。CN103512732ACN103527ACN103512732A权利要求书1/3页1.一种风力发电机组风轮叶片疲劳加载试验装置，所述疲劳加载试验装置（400）对被试叶片（40）进行水平方向疲劳加载模拟试验，被试叶片（40）横向固定于加载试验支座（41）上，在叶片（40）的一个截面上安装叶片夹具（42），其特征在于所述疲劳加载试验装置（400）包含：电机（401），是三相交流电机，固定于所述叶片夹具（42）的底部；减速机（402），固定于所述叶片夹具（42）的底部并与所述电机（401）连接，在其输出轴（403）端部设置一个销轴（406）；连杆（404），其一端铰接于所述输出轴（403）端部的销轴（406）上；质量块（405），其固定于所述连杆（404）的另一端。2.如权利要求1所述的风力发电机组风轮叶片疲劳加载试验装置，其特征在于：所述减速机（402）采用蜗轮减速机或伞齿轮减速机。3.一种风力发电机组风轮叶片疲劳加载试验方法，其特征在于：所述疲劳加载试验是对被试叶片进行水平方向疲劳加载模拟试验，被试叶片横向固定于加载试验支座上，在叶片的一个截面上安装叶片夹具，其特征在于所述疲劳加载试验方法包含：将一个电机固定于所述叶片夹具的底部；将一个减速机固定于所述叶片夹具的底部并与所述电机连接，减速机输出轴端部设置一个销轴，受电机驱动，减速机输出轴作旋转运动；在减速机输出轴端部的销轴上铰接一根连杆，输出轴旋转时，其随输出轴一起旋转；在连杆的另一端固定一个质量块，连杆未作旋转时，质量块下垂；连杆作旋转运动时，其随连杆一起旋转，旋转的质量块产生水平方向的离心力，随着连杆转动速度加快，离心力增大，使质量块的离心力克服重力后与连杆一起绕着销轴向上旋转甩动，质量块的旋转半径逐渐增大，直到旋转频率与所述叶片横向固有频率一致时，达到共振，此时旋转的质量块产生的离心力对所述叶片进行水平疲劳共振加载。4.如权利要求3所述的风力发电机组风轮叶片疲劳加载试验方法，其特征在于：所述连杆的长度，质量块的质量以及电机的功率选用依据如下：所述旋转的质量块产生水平方向的离心力F与已知参数之间的关系：公式（1）得：公式（2）则：公式（3）上述公式（1）-公式（3）中的符号含义：m—质量块质量，单位为kg，根据加载要求调整其值；r—质量块的旋转半径，单位为m；2CN103512732A权利要求书2/3页g-重力加速度，单位为m/s2；ω—质量块绕减速机输出轴旋转的角速度，单位为1/s；L—连杆长度，单位为m；F-质量块旋转产生的水平方向离心力，单位为N；质量块旋转时离心力克服重力甩动起来的条件是：公式（2）中根号内必须为非负，此时，装置连杆长度L必须满足：公式（4）此时，质量块旋转时所述离心力F克服重力旋转甩动起来；在对叶片振动加载过程中，质量块产生的离心力F在每一个振动周期内对叶片作功，来补偿叶片阻尼所消耗的能量，当离心力F作功与叶片振动消耗的能量相等时，振动进入稳定状态；在一个振动周期T内，所述离心力F对叶片所作的功WF为：公式（5）式中：A—叶片加载点振幅，其值由理论计算或实测得到，单位为m；θ—叶片与偏心质量块振动相位差，单位为°；dx—离心力F在其作用方向上的距离微分；dt—离心力F对叶片作功的时间微分；当质量块与叶片处于共振时，叶片振动相位与质量块的相位差约为90