[发明专利]风力发电叶片疲劳测试试验装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风电叶片的性能测试装置及测试方法，尤其涉及一种风电叶片的疲劳测试装置及测试方法。

背景技术

叶片是风力发电设备的关键部件。疲劳测试试验是风力发电叶片在设计、定型、生产过程中重要的测试试验，叶片的设计寿命是20年，通过疲劳测试试验可确定风电叶片能否在设计寿命期间内安全地工作。

在整个风电叶片的使用期间，叶片受到各种外界环境及风载荷的组合影响，叶片载荷较复杂，叶片疲劳载荷谱可由计算得到，也可用测试方法得到。在疲劳试验过程中，为了在可接受的时间内完成试验，必须将载荷放大。目前，使用较多的疲劳加载方法有液压加载和共振法加载，液压加载准确、可靠，但价格昂贵，成本太高，共振法加载成本低但误差大，试验不易控制，且只能满足一个方向加载。

如何改进现有的风电叶片疲劳加载方法，进而为风电叶片性能提供更加准确、可靠和经济的性能检测数据和预报，这成为本领域技术人员需要解决的问题。

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，提供一种试验结果准确可靠、试验成本低、结构简单的风力发电叶片疲劳测试试验装置，还相应提供一种试验周期短、试验成本低、试验结果准确科学的风力发电叶片疲劳测试试验方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种风力发电叶片疲劳测试试验装置，包括用于固定叶片叶根部的试验基座和用于给叶片叶面加载的加载装置，所述加载装置包括驱动装置、曲柄连杆机构和叶片限位装置，所述驱动装置通过曲柄连杆机构与叶片限位装置相连，所述叶片限位装置为一限制待测试叶片的加载部位在特定范围内位移的限位装置。

上述的风力发电叶片疲劳测试试验装置中，所述特定范围内位移可以不作严格的限制，但优选是指加载部位在设定长度范围内作往复直线位移。前述的风力发电叶片疲劳测试试验装置中，所述直线位移的方向同样并无严格限制，但优选为竖直方向的往复直线位移或水平方向的往复直线位移。

上述的风力发电叶片疲劳测试试验装置中，所述叶片限位装置优选包括限位基架和使待测试叶片的加载部位能在限位基架内滑动的工装（工装与限位基架相互配合），所述工装与所述曲柄连杆机构的自由端相连（曲柄连杆机构的另一端则连接驱动装置）。

上述的风力发电叶片疲劳测试试验装置中，所述工装优选的结构形式是由两定位组件对接而成，两定位组件的对接部位开设有供叶片穿过的定位槽；所述定位组件的外侧安装有滚轮，所述限位基架上安装有供滚轮滑动的轨道。

上述的风力发电叶片疲劳测试试验装置中，所述定位槽内优选设有缓冲叶片与定位组件相互作用的缓冲垫。

上述的风力发电叶片疲劳测试试验装置中，优选的，所述驱动装置主要由偏心轮、电机和减速器构成。

上述的风力发电叶片疲劳测试试验装置中，优选的，所述曲柄连杆机构主要由曲柄和连杆连接组成，所述曲柄与所述驱动装置相连，所述连杆与叶片限位装置相连。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种用上述试验装置对风力发电叶片进行疲劳测试的试验方法，包括以下步骤：

（1）依据计算的疲劳载荷确定疲劳载荷（挥舞和摆振两个方向）的合力方向作为叶片的安装方向，根据安装方向将待测试叶片的叶根部固定安装于所述试验基座上；

（2）根据疲劳载荷大小，通过有限元方法和试验方法确定加载部位的挠度变形，再依据挠度变形和疲劳载荷大小设计所述叶片限位装置、驱动装置、曲柄连杆机构的尺寸大小；

（3）设计并确定待测试叶片的加载部位（一般可依据试验标准和经验确定试验区域和加载部位），并通过所述叶片限位装置限制待测试叶片的加载部位在特定范围内位移；安装叶片限位装置时使待测试叶片的加载方向与位移方向一致；

（4）调试加载设备，配平试验区内叶片的重力荷载，再调节叶片的挠度变形直至达到设计要求，然后开始疲劳试验；

（5）启动驱动装置，使驱动装置带动曲柄连杆机构、并进而带动叶片限位装置和待测试叶片在所述特定范围内作往复运动；通过位移传感器控制待测试叶片的位移，以实现设定疲劳荷载下的叶片性能测试。每间隔一段时间测试叶片的刚度衰减情况，并根据刚度衰减情况重新调整加载装置，继续进行疲劳试验。

上述的试验方法中，所述驱动装置优选主要由偏心轮、电机和减速器构成。