一种风机叶片多级静力加载试验系统及控制系统技术方案

一种风机叶片多级静力加载试验系统及控制系统，采用控制反馈单元实时采集拉力作为力反馈，实现了位移和应变等信息的自动采集；采用多个静力加载试验通道分别通过固定夹具向所述叶片各静力加载点施加力，实现了100米大功率叶片8点多级同步静力试验的协调、平稳、同步加载，能够实现风电叶片不基于模型的自适应控制方法，不用考虑加载过程中叶片多个加载点力耦合情况，实现每个加载点的载荷拉力同步、匀速稳定变化，同时保证每个加载点的加载同步过程相互独立，具有一定的通用性，本实用新型专利技术通过预测控制+模糊PID控制算法对伺服电机采用速度控制模式，在保证加载稳定性和安全性的同时大大提高了工作效率，减轻了工人劳动强度和工作量。和工作量。和工作量。

【技术实现步骤摘要】
一种风机叶片多级静力加载试验系统及控制系统


[0001]本技术涉及风机叶片静力加载控制领域，具体涉及一种风机叶片多级静力加载试验系统及控制系统。

技术介绍

[0002]风电正成为新能源领域发展的热点之一，为了俘获更多的能量，风电叶片的尺寸越来越大。风机叶片是风机机组的重要组成部分，也是风机机组中较易发生损伤的部件，叶片的好坏直接影响风力发电机组的效率、寿命和性能，而叶片的研制、生产涉及到多个学科，是多学科的高科技产品。随着风电叶片技术的发展和规范，对于自主设计和生产兆瓦级风电叶片，风电叶片的产品化必须得到相应国际组织的认证，而风电叶片的静力认证是风电叶片必不可少的认证项目之一。
[0003]风机叶片静力加载试验的主要目的是对风机叶片承受的极限载荷进行校验，确定叶片各个截面的实际刚度，对风机叶片的强度极限和刚度性能考核验证，为结构优化提供必要的试验数据及分析结果。目前对叶片施加测试载荷基于两个原因：一是为了验证叶片的时效行为，对其进行全尺寸的破坏试验，强调了大变形的几何非线性，发现Brazier效应可以诱发在翼梁帽上的大变形以及进一步的分层屈曲是导致结构失效的原因；二是为了获得叶片出厂认证，必须对其进行静力加载试验。
[0004]用静力试验的测试数据来对比设计计算结果，一般要求计算的叶片频率值和叶片敏感处的应变分别在
±
5％和
±
10％范围以内，只有试验测试值和设计计算值达到允许范围之内后，方能认定设计和制造的一致性，同时可以认定设计的可靠性和可行性。
[0005]兆瓦级风机叶片的静力加载试验多采用多点同步加载拉力的方法实现，即采用多点同步加载方式，在载荷拉力加载过程中，应确保每个加载点的载荷拉力匀速变化，以保证随着载荷拉力的增加而保持载荷分布，多点加载过程中，控制点之间存在载荷耦合现象，容易引起加载点拉力突变，从而导致叶片受力非均匀变化而损坏。由于叶片材料及结构的特殊性导致加载过程中叶片模型在时刻发生变化，多个加载点之间的耦合性比较复杂，从刚体耦合控制来做的话困难比较大，很难采用传统的解耦控制方法完全消除加载点之间的耦合性问题。对于兆瓦级风机叶片静力加载试验来说，不具有通用性。
[0006]加载方式主要采用起吊机竖向加载或者卷扬机横向侧拉方式。起吊机加载方式存在加载力不能很好协调控制，造成测试数据不准等缺点，横向侧拉方式则主要因为空间受限，目前主要应用于小功率叶片的静力试验。随着叶片逐渐向大功率方向发展，横向侧拉存在加载能力不足及加载空间不足等缺点逐渐暴露。目前通常采用多点多个吊车垂直加载的方式完成兆瓦级风机叶片的静力加载试验，但该方法加载和测量的精度不高，载荷变化不均匀，加载时间需要人工经验辅助，具有较大的局限性。
[0007]在现有叶片静力认证试验测试技术中，主要存在以下几个问题：
[0008]东方电气集团东方汽轮机有限公司2010年08月14日申请的技术专利CN101949770.B“风力发电机叶片静力认证试验测试系统”公开了一种风力发电机叶片静力
认证试验测试系统，主要包括由测力传感器和有温度自补偿的应变片组成的信号检测元件和信号处理装置，该信号处理装置具有分流校准模块，可重新校准应变片的灵敏度；具有远程距离检测模块，可补偿测力传感器信号电缆内阻对测力传感器桥工作电压的线路损失；具有调平载荷和应变值归零模块，可将叶片调平时所产生的载荷初始值和应变初始值自动归零；具有高速同步数据采集卡，可高速同步采集并保持信号检测元件的输出信号。该技术专利仅对检测中的精度进行了补偿，但是对控制同步协调一致性方面没有介绍。
[0009]北京航天斯达科技有限公司2017年05月5日申请的技术专利CN108798995.B“一种风电叶片静力控制方法、单元和系统”公开了一直风电叶片静力控制方法、单元和系统，包括：实时采集加载点的反馈拉力，并根据加载点的反馈拉力确定加载速率误差上限和下限；根据加载速率误差上限和下限计算加载点实时拉力的加载速率和加载速率误差，将加载速率误差与加载速率误差上限和下限进行比较，实时输出位移参数和驱动指令，实现对风电叶片的静力控制。该技术在多个加载点同时加载时，通过实时调整伺服电机的转速和方向改变实时拉力的加载速率，实现了每个加载点的同步、匀速稳定变化，且不用考虑加载过程中不同风电叶片各个加载点之间的力耦合情况，各个加载点的加载过程相互独立；该方法运算过程较长,加载速度慢,时间长,拉力小,其完成加载卸载试验大概需要1个小时左右,拉力只能到达100KN,加载级数只有三级,加载点最多5个,震荡误差偏大。

技术实现思路

[0010]为了解决现有技术中所存在的问题，本技术提供一种风机叶片多级静力加载试验系统，包括：多个静力加载试验通道、多个固定夹具、固定装置和控制反馈单元；
[0011]所述固定装置垂直设置于地面，被测叶片与地面水平设置且一端安装于所述固定装置上；
[0012]各静力加载试验通道一端设置于地面另一端通过各固定夹具固定于所述叶片的各静力加载点上；
[0013]在多级静力加载试验过程中，控制所述多个中的若干个加载试验通道分别通过固定夹具向所述叶片各静力加载点施加力，通过控制反馈单元对所述叶片进行监测得到所述叶片的受力数据。
[0014]优选的，所述静力加载试验通道包括：加载装置和力传动装置；
[0015]所述加载装置设置于地面；所述力传动装置分别与加载装置和固定夹具连接；
[0016]通过驱动加载装置完成静力加载工作，并通过所述力传动装置将所述静力传递至所述固定夹具。
[0017]优选的，所述力传动装置包括：动滑轮组、钢丝绳和定滑轮组；所述试验系统还包括：挂钩；
[0018]所述挂钩与所述拉力传感器固定后与所述动滑轮组连接；所述钢丝绳依次穿过动滑轮组和所述定滑轮组后进入所述加载装置中。
[0019]优选的，所述动滑轮组包括一片或多片动滑轮；所述定滑轮组包括一片或多片定滑轮；
[0020]所述动滑轮和定滑轮的数量由所述多级静力加载试验设定的力和位移确定。
[0021]优选的，所述试验系统还包括：桁架和地梁；所述地梁提前预埋，所述加载装置通
过所述桁架螺接于地梁上；所述定滑轮固定于所述桁架上。
[0022]优选的，所述加载装置包括：伺服电机，减速箱，卷筒，挡板，排线器和固定支架；
[0023]所述减速箱进端接伺服电机，出端接卷筒；
[0024]所述卷筒内缠所述钢丝绳；
[0025]所述固定支架为凹型结构，所述卷筒的一侧与所述减速箱连接后与排线器平行设置于所述支架凹型结构的凹部内侧；且所述排线器延所述排线器轴向旋转；
[0026]所述卷筒与所述排线器齿轮连接；
[0027]所述卷筒挡板为两个设置于卷筒两侧；
[0028]优选的，所述排线器上均匀布置有多个导向槽，所述导向槽的数量与卷筒缠绕钢丝绳的匝数一致，所述加载装置还包括导线器，所述导线器安装于所述排线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风机叶片多级静力加载试验系统，其特征在于，包括：多个静力加载试验通道、多个固定夹具、固定装置和监测单元；所述固定装置垂直设置于地面，被测叶片与地面水平设置且一端安装于所述固定装置上；各静力加载试验通道一端设置于地面另一端通过各固定夹具固定于所述叶片的各静力加载点上；在多级静力加载试验过程中，控制所述多个中的若干个加载试验通道分别通过固定夹具向所述叶片各静力加载点施加力，通过监测单元对所述叶片进行监测得到所述叶片的受力数据。2.如权利要求1所述的加载试验系统，其特征在于，所述静力加载试验通道包括：加载装置和力传动装置；所述加载装置设置于地面；所述力传动装置分别与加载装置和固定夹具连接；通过驱动加载装置完成静力加载工作，并通过所述力传动装置将所述静力传递至所述固定夹具。3.如权利要求2所述的加载试验系统，其特征在于，所述监测单元包括三坐标位移测量仪、拉力传感器和应变片；所述拉力传感器为多个，数量与静力加载试验通道一致，各拉力传感器分别安装于各固定夹具上并与力传动装置连接；所述拉力传感器用于实时采集所述静力加载通道的拉力；并将所述拉力通过模拟量信号进行输出；三坐标位移测量仪设置于所有力传动装置的一侧，且位于所述加载装置上方；所述三坐标位移测量仪用于采集所述被测叶片的位移信息，并将所述位移信息转换为位移信号进行输出；所述应变片贴于被测叶片工艺要求的采集位置，用于采集被测叶片的应变信息并输出；其中所述叶片受力数据包括：拉力和位移。4.如权利要求3所述的加载试验系统，其特征在于，所述力传动装置包括：动滑轮组、钢丝绳和定滑轮组；所述试验系统还包括：挂钩；所述挂钩与所述拉力传感器固定后与所述动滑轮组连接；所述钢丝绳依次穿过动滑轮组和所述定滑轮组后进入所述加载装置中。5.如权利要求4所述的加载试验系统，其特征在于，所述动滑轮组包括一片或多片动滑轮；所述定滑轮组包括一片或多片定滑轮；所述动滑轮和定滑轮的数量由所述多级静力加载试验设定的力和位移确定。6.如权利要求5所述的加载试验系统，其特征在于，所述加载试验系统还包括：桁架和地梁；所述地梁提前预埋，所述加载装置通过所述桁架螺接于地梁上；所述定滑轮固定于所述桁架上。7.如权利要求4所述的加载试验系统，其特征在于，所述加载装置包括：伺服电机，减速箱，卷筒，挡板，排线器和固定支架；所述减速箱进端接伺服电机，出端接卷筒；所述卷筒内缠所述钢丝绳；
所述固定支架为凹型结构，所述卷筒的一侧与所述减速箱连接后与排线器平行设置于所述固定支架的凹型结构的凹部内侧；且所述排线器延所述排线器轴向旋转；所述卷筒与所述排线器齿轮连接；所述卷筒挡板为两个设置于卷筒两侧。8.如权利要求7所述的加载试验系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨红亮，李铁康，田广夺，陈柯勋，陈凌云，李文宇，陈东伟，
申请(专利权)人：北京航天斯达科技有限公司，
类型：新型
国别省市：