一种风机叶片分布式加载及载荷评估方法技术

本发明专利技术公开了一种风机叶片分布式加载及载荷评估方法，该方法包括：根据目标弯矩的要求，确定叶片所需的加载点数和各加载点的加载力；提取在所述目标弯矩下的目标应变和目标挠度；按照确定的加载点数和各加载点的加载力布置伺服电机驱动加载模组；根据目标弯矩偏差控制算法，调节叶片截面的剪力大小，使加载弯矩偏差控制在设定范围之内；通过控制伺服电机驱动加载模组，对叶片施加弯矩，并记录对应的应变和挠度；在叶片静载测试时，对比实测应变和目标应变的偏差以及实测挠度和目标挠度之间的偏差。本发明专利技术能够有效地解决局部加载力过大的问题，使静载测试加载方法能够更真实地模拟风机叶片实际运行工况。风机叶片实际运行工况。风机叶片实际运行工况。

【技术实现步骤摘要】
一种风机叶片分布式加载及载荷评估方法


[0001]本专利技术涉及风电
，具体涉及一种风机叶片分布式加载及载荷评估方法。

技术介绍

[0002]传统全尺度叶片静力测试加载时，为了使叶片承受的测试弯矩包络风机运行过程中各种工况的载荷，采用集中力加载模拟叶片设计载荷。单点最大加载力需要达到数百千牛。传统静载测试加载如图1所示，在静载测试实施过程中加载力的传递路径如下：通过大功率电机或者液压驱动卷扬机旋转，卷扬机收紧钢丝绳，钢丝绳通过固定支架上的滑轮与叶片夹具相连接，使得加载力施加到叶片上。在电机的驱动力转换到叶片上加载力的过程中，必须设计并制造加载设备，例如：叶片壳体加强和夹具，加载工装和地面固定装置。在载荷的传递路径上需要满足数百千牛的加载力，这些工装设备需要特殊设计和验证。
[0003]现有技术存在的问题为利用集中力加载方式模拟风机叶片实际运行过程中的风载。集中力加载使得叶片局部受到较大剪力，叶片发生局部屈曲或者强度破坏的风险加大，需要对叶片壳体和腹板进行局部增强，在制作样片时就要加以考虑，需要耗费大量的材料。测试的样片是经过局部加强，而实际量产叶片是没有经过加强，如果加载位置选择不当，往往给量产叶片带来风险。在相同弯矩水平下，采用集中力加载计算的叶片屈曲，比分布力加载计算的叶片屈曲因子要苛刻。全尺度叶片测试工况需要模拟叶片运行工况，采用分布力加载更接近叶片实际运行工况。从设备和操作的角度看，单点最大加载力需要达到数百千牛，在静载测试实施过程中，需要设计并制造加载设备，叶片壳体夹具，加载工装和地面固定装置。叶片壳体夹具会对叶片局部进行增强，使得该叶片截面未获得充分验证，导致叶片部分截面存在风险。叶片夹具的重量高达数十吨，依据静载测试的数据，加载测试夹具的重量甚至超过叶片本身的重量，在重力方向给叶片造成极大的负载。叶片带夹具进行翻转相当困难，而且出现问题的机率增大。叶片夹具不仅造价高，加工周期长，而且安装起来非常不便。

技术实现思路

[0004]为了解决或部分解决相关技术中存在的问题，本专利技术提供了一种风机叶片分布式加载及载荷评估方法，该方法在静载测试时，对风机叶片采用分布式加载，能够更真实地模拟风机叶片实际运行工况。
[0005]本专利技术提供了一种风机叶片分布式加载及载荷评估方法，该方法在静载测试时，对风机叶片采用分布式加载；该方法包含：
[0006]根据目标弯矩的要求，确定叶片所需的加载点数和各加载点的加载力；
[0007]提取在所述目标弯矩下的对应目标应变和目标挠度；
[0008]按照确定的加载点数和各加载点的加载力布置伺服电机驱动加载模组；
[0009]根据目标弯矩偏差控制算法，对于布置了伺服电机驱动加载模组的各个叶片截面，调节叶片截面的剪力大小，使加载弯矩与目标弯矩的偏差控制在设定范围之内；
[0010]通过控制伺服电机驱动加载模组输出的加载力，对叶片施加弯矩，并记录对应的应变和挠度；
[0011]在叶片静载测试时，对比各个叶片截面的实测应变和目标应变之间的偏差以及实测挠度和目标挠度之间的偏差。
[0012]可选地，还包括：
[0013]将叶片安装在测试平台上，并保持叶片的PS面朝上，SS面朝下，叶片弦向与地面平行。
[0014]可选地，单个加载点的加载力控制在10kN以内，且加载力的偏差控制在1％以内。
[0015]可选地，所述目标应变为在截面关键位置的目标应变；和/或所述目标挠度为在截面关键位置的目标挠度。
[0016]可选地，所述按照确定的加载点数和各加载点的加载力布置伺服电机驱动加载模组，具体包括：
[0017]使叶片投影至地面；
[0018]按照确定的加载点数和各加载点的加载力，沿叶片在地面上的投影方向布置伺服电机驱动加载模组。
[0019]可选地，沿叶片的主梁在地面上的投影方向布置伺服电机驱动加载模组，进而使伺服电机驱动加载模组的加载力分布在叶片主梁的轴向位置上。
[0020]可选地，所述弯矩具体通过如下公式进行调整：
[0021][0022]W
n
＝0
[0023]式中，W
i
为截面i的弯矩，W
i
‑1为截面i
‑
1的弯矩，L
i
为截面i距离叶根的长度，L
i
‑1为截面i
‑
1距离叶根的长度，n为伺服电机驱动加载模组的布置数量，对应n个叶片截面，W
n
为最靠近叶尖的截面n的弯矩，F
i
‑1为截面i
‑
1的剪力，F
n
为截面n的剪力。
[0024]可选地，所述通过控制伺服电机驱动加载模组，对叶片施加弯矩，并记录对应的应变和挠度，具体包括：
[0025]通过控制伺服电机驱动加载模组对叶片施加弯矩，弯矩分依次递进的多个阶段进行加载，并记录相应的应变和挠度。
[0026]可选地，所述伺服电机驱动加载模组通过T型螺栓或膨胀螺丝与地面水泥桩相连；和/或所述伺服电机驱动加载模组通过配重块布置于地面。
[0027]可选地，该方法还包括：
[0028]在叶片弦向布置伺服电机驱动加载模组，实现叶片弦向的检测。
[0029]可选地，该方法还包括：
[0030]识别故障的伺服电机驱动加载模组，通过调整与故障的伺服电机驱动加载模组邻近的伺服电机驱动加载模组的加载力，使原本加载故障伺服电机驱动加载模组的叶片截面上的弯矩达到目标值。
[0031]本专利技术提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0032](1)采用分布式加载能更真实模拟风机叶片集中力，测试叶片本身不需要局部加
强，测试样片和量产叶片采用的是同一种结构型式，测试叶片更能代表量产叶片；
[0033](2)采用分布式加载不需要对叶片局部进行增强，加载截面同样可以得到有效验证。加载点可布置更靠近叶尖点，覆盖叶尖关键截面的验证区域，达到全尺度叶片验证的目的；
[0034](3)采用分布力加载可有效避免集中力加载对叶片局部造成的屈曲和强度的损伤。在达到包络载荷的前提下，降低测试过程中叶片超载的风险；
[0035](4)在叶片测试实施过程中，不需要制作叶片测试夹具等加载工装，避免在叶片上增加数十吨的加载重量。可有效缩短叶片测试前的准备周期，降低测试的复杂程度；
[0036](5)采用分布式加载技术，叶片截面上的弯矩水平可由几十个加载点进行调整，增加载荷匹配的自由度，缩小测试弯矩与目标弯矩的偏差。
[0037]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术专利实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术专利的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风机叶片分布式加载及载荷评估方法，其特征在于，该方法在静载测试时，对风机叶片采用分布式加载；该方法包含：根据目标弯矩的要求，确定叶片所需的加载点数和各加载点的加载力；提取在所述目标弯矩下的对应目标应变和目标挠度；按照确定的加载点数和各加载点的加载力布置伺服电机驱动加载模组；根据目标弯矩偏差控制算法，对于布置了伺服电机驱动加载模组的各个叶片截面，调节叶片截面的剪力大小，使加载弯矩与目标弯矩的偏差控制在设定范围之内；通过控制伺服电机驱动加载模组输出的加载力，对叶片施加弯矩，并记录对应的应变和挠度；在叶片静载测试时，对比各个叶片截面的实测应变和目标应变之间的偏差以及实测挠度和目标挠度之间的偏差。2.如权利要求1所述的风机叶片分布式加载及载荷评估方法，其特征在于，还包括：将叶片安装在测试平台上，并保持叶片的PS面朝上，SS面朝下，叶片弦向与地面平行。3.如权利要求1所述的风机叶片分布式加载及载荷评估方法，其特征在于，单个加载点的加载力控制在10kN以内，且加载力的偏差控制在1％以内。4.如权利要求1所述的风机叶片分布式加载及载荷评估方法，其特征在于，所述目标应变为在截面关键位置的目标应变；和/或所述目标挠度为在截面关键位置的目标挠度。5.如权利要求1所述的风机叶片分布式加载及载荷评估方法，其特征在于，所述按照确定的加载点数和各加载点的加载力布置伺服电机驱动加载模组，具体包括：使叶片投影至地面；按照确定的加载点数和各加载点的加载力，沿叶片在地面上的投影方向布置伺服电机驱动加载模组。6.如权利要求5所述的风机叶片分布式加载及载荷评估方法，其特征在于，沿叶片的主梁在地面上的投影方向布置伺服电机驱动加载模组，进而使伺服电机驱动加载模组的加载力分布在叶片主梁的轴向位置上。7.如权利要求1所述...

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