[发明专利]静态试验中的风轮机叶片应变测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及对风轮机叶片执行的、用于检定(certification)和其它目的的静态试验，而且尤其涉及用于测量所述试验中应变(strain)的系统。

背景技术

当前的风轮机(wind turbine)叶片检定需要对叶片执行几个静态试验，以确认叶片性能可以承受预期负载，尤其是检验处于极端设计负载下叶片性能的静态强度试验，关于叶片设计使用年限而检测叶片承受工作负载的疲劳试验，以及其它用于表现诸如重量、重心或固有模态和频率等叶片物理特性的试验。

这些试验通常在试验台中执行，叶片在试验台中被栓到刚性结构，然后通过不同方式将静态或动态负载施加到叶片上。

当前试验系统依赖于一套应变仪以确定沿着叶片的应变分布(strain distribution)。随着叶片尺寸的增加，所需的仪器数目也快速增加，这意味着为充分估计前述分布的更大努力。每个仪器需要2或4条电线，电缆敷设量、复杂度和受电磁干扰的脆弱性变得显著和令人厌烦。另外，这种测量的分立特性意味着，在两个测量仪之间区域内非线性特征的情形下丢失信息。

本发明致力于上述问题的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供静态试验中的风轮机叶片应变测量系统，具有高应变分辨率。

本发明的另一目的是提供静态试验中的风轮机叶片应变测量系统，具有高空间分辨率。

本发明的另一目的是提供静态试验中的风轮机叶片应变测量系统，从而便利检测和评估本地和全局非线性性能，比如应力集中、弯曲或弯曲形状。

本发明的另一目的是提供静态试验中的风轮机叶片应变测量系统，可以快速和便利地安装。

通过提供静态试验执行中的风轮机的应变测量系统实现这些或者其它目的，该系统包括：用于使用瑞利散射光在单模光学纤维中测量多个位置处应变的装备，所述单模光学纤维结合到承受所述试验的叶片，用于获取所述测试中叶片应变的高空间分辨率测量。重要的是：应该理解到在本发明范围之内，风轮机的静态试验应该被理解为，向结合到试验台中刚性结构的风轮机叶片施加负载的任意试验。

在优选实施例中，光学纤维可以在纵向或非纵向或以非线性形状布置在给定叶片部分中。因此，该系统允许在沿叶片的不同位置处获取应变测量，更好适用于不同需求。

在适用于检定目的的优选实施例中，该系统包括分别沿着该叶片前缘、该叶片后缘、该叶片上部盖和该叶片底盖布置的4个光学纤维。因此实现了改善的系统，用于获取在检定目的所需要的静态试验中需要的应变测量。

在另外的优选实施方式中，光学纤维结合到叶片的外皮或叶片的外皮的槽中，或嵌入到叶片的两个结构层压之间。因此，该系统为更好适用于不同需求，允许获取叶片横断部分中不同位置处的应变测量。

根据下面结合附图的详细描述，本发明的其它特征和优点可以被理解。

附图说明

图1示出了根据本发明的应变测量系统。

图2示出了单光学纤维的三种不同布置式样：纵向，横越和斜线。

图3示出了包括非线性部分的单光学纤维的另外可能布置式样。

图4示出了在检定试验中使用的优选传感器配置。

图5a、5b、5c、5d和5e示出了安装在叶片不同位置中的光学纤维的示意图。

具体实施方式

典型风轮机叶片长度可能在20到60米之间或更长，而且它由合成材料构成，比如玻璃钢(Glass Reinforced Plastic，GRP)。可能损坏风轮机的因素有很多，比如疲劳、阵风、雷击、风轮机之间的空气动力干扰，其中一些会导致叶片上的不可预期负载。用于静态试验的良好叶片应变测试系统的重要性不仅在于检定目的，而且还在于提供关于叶片经受预定负载时性能的有价值信息，特别是悬臂叶片的偏转和应变。

按照图1可以发现，根据本发明静态试验中的风轮机叶片应变测试系统包括：

a)多个单模光学纤维5，5′，5″，附到经受所述试验的叶片11之上。

b)用于根据所述光纤5，5′，5″的光学性能在所述试验中的变化来测量所述光纤5，5′，5″中应变的装备，包括：

b1)光后向散射反射(OBR)询问器23，从光纤5，5′，5″获取光学信号并将其转化成应变数据。

b2)接口设备25，连接所述光纤5，5′，5″到所述OBR询问器23。

b3)获取系统27，典型是专用计算机，用于接收和处理由OBR询问器23提供的应变数据。