风电叶片的疲劳测试方法技术

本发明专利技术公开了一种风电叶片的疲劳测试方法，包括以下步骤：将风电叶片以其后缘向上、前缘向下且弦长与地面垂直的方向安装在测试平台上；将多个激振器按照在挥舞方向水平加载的方式安装在风电叶片上的不同配重点位置；调整多个激振器的参数，使多个激振器协同加载，启动多个激振器，保持振动幅值稳定且达到规定目标要求。本发明专利技术通过将传统的垂直加载改为水平加载，并通过多个激振器进行多点协同加载，不仅可以提升单个激振器的加载效能，还能避免在进行大型风电叶片疲劳测试时加载力不足的状况，满足大型风电叶片的疲劳测试需求。该测试方法比传统测试方法更加符合疲劳设计载荷的设定，更加接近风电叶片运行过程中疲劳累积损伤的时空演化工况。

Fatigue Testing Method for Wind Power Blades

【技术实现步骤摘要】
风电叶片的疲劳测试方法
本专利技术涉及风力发电
，特别涉及一种风电叶片的疲劳测试方法。
技术介绍
风力发电机的叶片(以下简称“风电叶片”)的运动方向分成挥舞方向和摆振方向，且挥舞方向为其主要运动方向。风电叶片的结构特点决定了其对载荷的承受能力具有方向性，风电叶片在挥舞方向所能承受的弯矩要比摆振方向承受的要大。在进行疲劳测试时，挥舞方向的激振力需求高于摆振方向，需要激振器发出更强的激振力。现有的疲劳测试方式主要为在风电叶片的挥舞方向采用垂直加载，即风电叶片的PS面(迎风面)朝上、SS面(背风面)朝下、弦长方向与地面平行，激振器的加载力与激振器的重力互相平行，如图2和图3所示。随着风电叶片往大型化方向发展，大型风电叶片的疲劳测试技术开发成为关键瓶颈。目前激振器在遇到大型风电叶片疲劳测试时突显出激振力不足的问题。在现有技术中，为了使风电叶片的振动弯矩达到目标值，往往需要采取加大激振器的功率，增加质量块，加强夹具强度等措施。这些措施造成了激振器自身重量过重，使得激振器所在截面的附加质量过大，会造成局部弯矩与目标值偏差过大。由于激振器的重量对于测试风电叶片来说属于附加重量，使整个测试系统的共振频率下降，激振器的激振力与共振频率的平方成正比，共振频率下降，激振力就大打折扣。共振频率的下降也造成了测试周期的延长，在达到相同目标循环次数时，测试周期与共振频率成反比。一般八十多米叶片的测试周期为100天，如果共振频率下降10％，风电叶片测试周期就要延长10天。综上所述，在传统的风电叶片疲劳测试中，为了提高激振器的能力，增加了激振器的重量，从而使风电叶片上承受过多的激振器和配重的重力矩，造成测试系统的共振频率下降，大大降低了激振器的加载效能(加载效能为输出的激振力与激振器的轴向力之比)。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种风电叶片的疲劳测试方法。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种风电叶片的疲劳测试方法，其特点在于，包括以下步骤：S1、将风电叶片以其后缘向上、前缘向下且弦长与地面垂直的方向安装在测试平台上；S2、将多个激振器按照在挥舞方向水平加载的方式安装在所述风电叶片上的不同配重点位置，其中，所述水平加载为所述激振器的加载力方向与所述激振器的重力方向互相垂直的加载方式；S3、调整多个所述激振器的参数，使多个所述激振器协同加载，启动多个所述激振器，保持振动幅值稳定且达到规定目标要求。较佳地，在步骤S1前，所述疲劳测试方法还包括以下步骤：S01、根据规定的目标弯矩，对所述风电叶片设计多种不同的配重方案，根据各配重方案中配重点的配重块大小和位置，计算出所述风电叶片的弯矩偏差分布、共振频率指标，从中选择能够用激振器的自重替代额外配重块的配重方案；S02、计算从S01中选出的几种各配重方案中所述激振器和所述风电叶片自重的重力矩大小，并与所述风电叶片的摆振方向的极限载荷进行对比，评估所述风电叶片在摆振方向承受能力，从中得到所述风电叶片能采用在挥舞方向进行水平加载方式的最佳方案。较佳地，在步骤S1前，所述疲劳测试方法还包括以下步骤：S01、根据规定的目标弯矩，对所述风电叶片设计多种不同的配重方案，根据各配重方案中配重点的配重块大小和位置，计算出所述风电叶片的弯矩偏差分布、共振频率指标，从中选择能够用激振器的自重替代额外配重块的配重方案；S02、将所述激振器和所述风电叶片的重力矩施加在所述风电叶片的结构模型上，计算出所述风电叶片在摆振方向上各截面的安全系数，评估所述风电叶片在摆振方向承受能力，从中得到所述风电叶片能采用在挥舞方向进行水平加载方式的最佳方案。较佳地，在步骤S3后，所述疲劳测试方法还包括以下步骤：S4、把各截面应变转化的测试弯矩的分布振型与所述目标弯矩的分布振型进行对比，根据两者分布振型的偏差调整对应位置的所述激振器的参数，使所述测试弯矩的分布振型与所述目标弯矩的分布振型保持基本一致；S5、完成所述风电叶片进行疲劳测试的目标循环次数，对所述风电叶片的等效疲劳累积损伤统计，得出疲劳测试结果。较佳地，所述激振器为惯性式加载设备。较佳地，所述惯性式加载设备包括电机驱动摆锤装置或电机驱动质量块装置。较佳地，所述激振器采用机械式连杆共振方式加载，所述激振器的电机固定在地面或者支架上，所述激振器的质量块或摆锤固定在所述风电叶片上。较佳地，所述激振器为液压式激振器或电磁式激振器。较佳地，所述激振器的加载周期控制在1ms以内，并实时反馈加载力。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实施例。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术的风电叶片的疲劳测试方法将传统的垂直加载改为水平加载，并通过多个激振器进行多点协同加载，不仅可以提升单个激振器的加载效能，还能避免在进行大型风电叶片疲劳测试时加载力不足的状况，满足大型风电叶片的疲劳测试需求。该测试方法比传统测试方法更加符合疲劳设计载荷的设定，更加接近风电叶片运行过程中疲劳累积损伤的时空演化工况。附图说明图1为本专利技术较佳实施例中风电叶片的疲劳测试方法的流程示意图。图2为传统疲劳测试时风电叶片和激振器的安装结构示意图。图3为图2中风电叶片与激振器的安装位置A-A截面示意图。图4为本专利技术较佳实施例中疲劳测试时风电叶片和激振器的安装结构示意图。图5为图4中风电叶片与激振器的安装位置B-B截面示意图。图6为传统的垂直加载疲劳测试方法中激振器的质量块实际运动位置曲线。图7为风电叶片疲劳测试中单点激振与多点激振重力矩对比示意图。图8为本专利技术较佳实施例中激振器的结构示意图。附图标记说明：风电叶片1激振器2配重块3钢制框架4木质翼形轮廓板5伺服电机6螺杆7质量块8具体实施方式下面通过实施例的方式进一步说明本专利技术，但并不因此将本专利技术限制在的实施例范围之中。如图1所示，本专利技术的一种风电叶片的疲劳测试方法，包括以下步骤：S11、根据规定的目标弯矩，对风电叶片设计多种不同的配重方案，根据各配重方案中配重点的配重块的大小和位置，计算出风电叶片的弯矩偏差分布、共振频率指标，从中选择能够用激振器的自重替代额外配重块的配重方案。本步骤中，主要是根据要求在对风电叶片进行测试前，设计多种测试方案，从中选择几种可以用激振器的自重替代额外配重块的配重方案。S12、计算从S11中选出的几种各配重方案中激振器和风电叶片自重的重力矩大小，并与风电叶片的摆振方向的极限载荷进行对比，评估风电叶片在摆振方向承受能力，从中得到风电叶片能采用在挥舞方向进行水平加载方式的最佳方案。本步骤中，对几种测试方案进行进一步分析计算，筛选出一种最佳的方案。S13、将风电叶片1以其后缘向上、前缘向下且弦长与地面垂直的方向安装在测试平台上。本步骤中，主要是将风电叶片1按照水平加载的安装方法安装在测试平台上，具体安装结构参考图4和图5所示。S14、将多个激振器按照在挥舞方向水平加载的方式安装在风电叶片上的不同配重点位置，其中，水平加载为激振器的加载力方向与激振器的重力方向互相垂直的加载方式。本步骤中，将按照上述步骤S12中的测试方案，将相应的激振器安装在风电叶片的不同配重点上。S15、调整多个激振器的频率、质量块质量、行程、相位、加载周期等参数，使多个激振器协同加载，启动多个激振器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电叶片的疲劳测试方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、将风电叶片以其后缘向上、前缘向下且弦长与地面垂直的方向安装在测试平台上；S2、将多个激振器按照在挥舞方向水平加载的方式安装在所述风电叶片上的不同配重点位置，其中，所述水平加载为所述激振器的加载力方向与所述激振器的重力方向互相垂直的加载方式；S3、调整多个所述激振器的参数，使多个所述激振器协同加载，启动多个所述激振器，保持振动幅值稳定且达到规定目标要求。

【技术特征摘要】
1.一种风电叶片的疲劳测试方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、将风电叶片以其后缘向上、前缘向下且弦长与地面垂直的方向安装在测试平台上；S2、将多个激振器按照在挥舞方向水平加载的方式安装在所述风电叶片上的不同配重点位置，其中，所述水平加载为所述激振器的加载力方向与所述激振器的重力方向互相垂直的加载方式；S3、调整多个所述激振器的参数，使多个所述激振器协同加载，启动多个所述激振器，保持振动幅值稳定且达到规定目标要求。2.如权利要求1所述的风电叶片的疲劳测试方法，其特征在于，在步骤S1前，所述疲劳测试方法还包括以下步骤：S01、根据规定的目标弯矩，对所述风电叶片设计多种不同的配重方案，根据各配重方案中配重点的配重块大小和位置，计算出所述风电叶片的弯矩偏差分布、共振频率指标，从中选择能够用激振器的自重替代额外配重块的配重方案；S02、计算从S01中选出的几种各配重方案中所述激振器和所述风电叶片自重的重力矩大小，并与所述风电叶片的摆振方向的极限载荷进行对比，评估所述风电叶片在摆振方向承受能力，从中得到所述风电叶片能采用在挥舞方向进行水平加载方式的最佳方案。3.如权利要求1所述的风电叶片的疲劳测试方法，其特征在于，在步骤S1前，所述疲劳测试方法还包括以下步骤：S01、根据规定的目标弯矩，对所述风电叶片设计多种不同的配重方案，根据各配重方案中配重点的配重块大小和位置，计算出所述风电叶片的弯矩偏差分布、共振频率指标，从中选择能够用激振器的自重替...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘祖金，王国军，白宏伟，张振国，马锐，
申请(专利权)人：上海电气风电集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31