一种风电叶片双轴动态加载装置、方法和系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种风电叶片双轴动态加载装置、方法和系统，所述动态加载装置包括：激振模组、支撑架、夹具和控制装置；所述夹具套接于风电叶片外侧，且夹紧风电叶片；所述支撑架设置于地基上；所述激振模组与所述支撑架连接；所述控制装置与激振模组连接；所述控制装置用于，控制所述激振模组为所述夹具提供竖直方向的周期激励载荷，进而使所述风电叶片在摆振方向以固有频率振动；和/或为所述夹具提供水平方向的周期激励载荷，进而使所述风电叶片在挥舞方向以固有频率振动；本发明专利技术通过外部作用力激振的方式实现同时对摆振和挥舞方向分别加载，加载方式不会影响叶片固有频率在摆振和挥舞两个方向的激振。舞两个方向的激振。舞两个方向的激振。

【技术实现步骤摘要】
一种风电叶片双轴动态加载装置、方法和系统


[0001]本专利技术属于风力发电机组试验检测
，具体涉及一种风电叶片双轴动态加载装置、方法和系统。

技术介绍

[0002]由于叶片长期运行在恶劣的环境中，要求叶片具有较高的疲劳强度和力学性能，因此叶片疲劳性能测试非常必要。目前普遍采用质量块共振的方式对叶片进行动态加载，激振方向通常为单一摆振或挥舞方向。但伴随着大型、超大型海上风电叶片的设计和制造，偏心质量块的激振方式逐渐显示出叶片载荷分布不均、激振力过小、周期过长等缺点。中国国家标准《风力发电机组—风轮叶片》GB/T 25383规定叶片的设计寿命应该大于或等于20年的使用寿命。实际上叶片的使用寿命在很大程度上取决于它的疲劳寿命，疲劳破坏是叶片最主要的失效方式之一。为保证叶片实际使用寿命不低于设计寿命，需在叶片服役之前对叶片进行疲劳性能试验。
[0003]现有的叶片疲劳试验普遍以沿叶片展向的设计弯矩为依据，采用单点激励对叶片的危险区域进行针对性试验。随着叶片尺寸大型化，单点加载疲劳试验已不能满足实际需要。为准确把握叶片在设计寿命期内的损伤情况，只有在试验弯矩更接近目标弯矩的条件下对叶片进行全尺寸疲劳试验，才能有效验证叶片质量和寿命。世界上知名叶片的生产制造公司大都拥有双轴疲劳测试设备，类型主要有强制位移式和强制共振混合式，系统存在效率低、控制复杂等不足。
[0004]在现有技术中，风电叶片双向电动往复式疲劳加载系统振动特性分析基于电动往复式激振器，设计风电叶片摆振和挥舞双向共振疲劳加载试验系统，建立系统动力学耦合模型，数值仿真系统的振动耦合特性，构建风电叶片双向疲劳加载系统，现场试验验证理论分析及仿真试验的正确性。激振方式仍采用质量块沿摆振和挥舞方向往复运动的加载模式；该技术仅针对风电叶片采用质量共振的方式加载。同时在叶片的摆振和挥舞方向安装质量块，并控制质量块按叶片的固有频率进行往复运动，以激发结构共振，有以下缺点：（1）由于挥舞和摆振方向的质量块款均直接安装在叶片上，相当于增加了叶片本身的质量，且对叶片引入了额外的重力作用。
[0005]（2）摆振方向的附加质量块，不仅影响系统摆振固有频率，也影响了挥舞方向固有频率。挥舞方向的附加质量块，不仅影响系统挥舞固有频率，也影响了摆振方向固有频率。
[0006]（3）在摆振和挥舞方向同时附加质量块，在两个方向同时干扰了固有频率，使得质量块往复运动的频率的控制难度增大。
[0007]在现有的一种风力机叶片共振式双轴疲劳加载方法，CN113624428A公开了一种风力机叶片共振式双轴疲劳加载方法，通过分别考虑风电叶片在挥舞与摆振方向的目标载荷，在叶片挥舞与摆振方向分别安放激振装置以及配重质量块。通过试加载，分别监控叶片在挥舞与摆振方向振动情况的力矩分布情况，通过调节激振装置位置、配重质量块的质量大小与位置，以及激振频率和激振幅值，实现在挥舞方向与摆振方向的加载载荷与测试目
标载荷相一致或相接近，但该技术仍然是直接在叶片上附加质量块来施加动态载荷。

技术实现思路

[0008]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提出一种风电叶片双轴动态加载装置，所述动态加载装置包括：激振模组、支撑架、夹具和控制装置；所述夹具套接于风电叶片外侧，且夹紧风电叶片；所述支撑架设置于地基上；所述激振模组与所述支撑架连接；所述控制装置与激振模组连接；所述控制装置用于：控制所述激振模组在竖直方向为所述夹具提摆振输出力幅值，进而使所述风电叶片在摆振方向以固有频率振动；和/或在水平方向为所述夹具提供挥舞输出力幅值，进而使所述风电叶片在挥舞方向以固有频率振动。
[0009]优选的，所述激振模组包括：激振模块、激振连杆、力传感器；所述激振模块与所述控制装置连接，所述激振连杆的一端通过所述力传感器连接夹具，所述激振连杆的另一端连接激振模块。
[0010]优选的，所述力传感器与所述夹具通过球形铰链连接。
[0011]优选的，所述支撑架包括：底座，所述底座固定设置于地基上；所述激振模组与所述底座固定连接；所述激振模组垂直于底座且靠近夹具的一端与所述夹具的底部连接；所述激振模组用于在水平方向为所述夹具提供挥舞输出力幅值。
[0012]优选的，所述支撑架包括：底座和支撑结构，所述底座固定设置于地基上，所述支撑结构垂直设置于所述底座上。
[0013]优选的，所述激振模组与所述支撑结构的一侧固定连接；所述激振模组垂直于支撑结构且靠近夹具的一端与所述夹具靠近所述支撑结构的一侧连接；所述激振模组用于在竖直方向为所述夹具提供摆振输出力幅值。
[0014]优选的，所述激振模组有两个，分别为第一激振模组和第二激振模组；所述第一激振模组与所述底座固定连接；所述第一激振模组垂直于底座且靠近夹具的一端与所述夹具的底部连接；所述第一激振模组用于在水平方向为所述夹具提供挥舞输出力幅值；所述第二激振模组与所述支撑结构的一侧固定连接；所述第二激振模组垂直于支撑结构且靠近夹具的一端与所述夹具靠近所述支撑结构的一侧连接；所述第二激振模组用于在竖直方向为所述夹具提供摆振输出力幅值。
[0015]优选的，所述激振模块包括：中空的激振模块框架、作动器、连接装置和激振端铰链；所述激振模块框架与支撑架固定连接；所述作动器设置于所述激振模块框架内；所述连接装置一部分固定于所述激振模块框架内，另一部分穿过激振模块框架与激振端铰链连接；所述激振端铰链与激振连杆连接；所述作动器还与控制装置相连接。
[0016]优选的，所述连接装置包括：支撑端铰链、平面轴承、作动端铰链和加载臂；所述支撑端铰链和所述平面轴承设置于所述激振模块框架内，且位于所述激振模块框架的两侧；所述作动器设置于所述支撑端铰链和所述平面轴承之间，并与所述支撑端铰链和
所述平面轴承固定连接；所述支撑端铰链远离所述作动器的一端固定于所述激振模块框架的内表面；所述平面轴承的轴心固定于激振模块框架的内壁；所述加载臂为三角形结构，所述三角形结构的两个端点位于所述激振模块框架内，剩余一个端点位于所述激振模块框架外；所述加载臂位于所述激振模块框架内的两个端点分别与所述作动端铰链和所述平面轴承的轴承外圈连接；激振端铰链与所述加载臂位于所述激振模块框架外的端点连接。
[0017]优选的，所述平面轴承用于所述加载臂绕轴承在竖直方向的加载平面内或水平方向的加载平面内进行转动。
[0018]优选的，所述作动器的作动结构为液压机结构。
[0019]优选的，所述支撑端铰链、作动端铰链和激振端铰链均为球形铰链。
[0020]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了一种风电叶片双轴动态加载方法，所述方法包括：根据风电叶片动态加载的实验参数，计算风电叶片在摆振方向和/或挥舞方向固有频率振动下的摆振和/或挥舞输出力幅值；基于所述风电叶片在摆振方向和/或挥舞方向的输出力幅值得到风电叶片双轴动态加载装置的夹具在竖直方向和/或水平方向输出力；基于所述竖直方向和/或水平方向输出力控制风电叶片双轴动态加载装置的激振模组在竖直方向和/或水平方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电叶片双轴动态加载装置，其特征在于，所述动态加载装置包括：激振模组、支撑架、夹具（6）和控制装置；所述夹具（6）套接于风电叶片（7）外侧，且夹紧风电叶片（7）；所述支撑架设置于地基（5）上；所述激振模组与所述支撑架连接；所述控制装置与激振模组连接；所述控制装置用于：控制所述激振模组在竖直方向为所述夹具（6）提供摆振输出力幅值，进而使所述风电叶片（7）在摆振方向以固有频率振动；和/或在水平方向为所述夹具（6）提供挥舞输出力幅值，进而使所述风电叶片（7）在挥舞方向以固有频率振动。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激振模组包括：激振模块（1）、激振连杆（2）、力传感器（3）；所述激振模块（1）与所述控制装置连接，所述激振连杆（2）的一端通过所述力传感器（3）连接夹具（6），所述激振连杆（2）的另一端连接激振模块（1）。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述力传感器（3）与所述夹具（6）通过球形铰链连接。4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述支撑架包括：底座（4），所述底座（4）固定设置于地基（5）上；所述激振模组与所述底座（4）固定连接；所述激振模组垂直于底座（4）且靠近夹具（6）的一端与所述夹具（6）的底部连接；所述激振模组用于在水平方向为所述夹具（6）提供挥舞输出力幅值。5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述支撑架包括：底座（4）和支撑结构（8），所述底座（4）固定设置于地基（5）上，所述支撑结构（8）垂直设置于所述底座（4）上。6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述激振模组与所述支撑结构（8）的一侧固定连接；所述激振模组垂直于支撑结构（8）且靠近夹具（6）的一端与所述夹具（6）靠近所述支撑结构（8）的一侧连接；所述激振模组用于在竖直方向为所述夹具（6）提供摆振输出力幅值。7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述激振模组有两个，分别为第一激振模组和第二激振模组；所述第一激振模组与所述底座（4）固定连接；所述第一激振模组垂直于底座（4）且靠近夹具（6）的一端与所述夹具（6）的底部连接；所述第一激振模组用于在水平方向为所述夹具（6）提供挥舞输出力幅值；所述第二激振模组与所述支撑结构（8）的一侧固定连接；所述第二激振模组垂直于支撑结构（8）且靠近夹具（6）的一端与所述夹具（6）靠近所述支撑结构（8）的一侧连接；所述第二激振模组用于在竖直方向为所述夹具（6）提供摆振输出力幅值。8.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述激振模块（1）包括：中空的激振模块框架（9）、作动器（11）、连接装置和激振端铰链（10）；所述激振模块框架（9）与支撑架固定连接；所述作动器（11）设置于所述激振模块框架（9）内；所述连接装置一部分固定于所述激振模块框架（9）内，另一部分穿过激振模块框架（9）与激振端铰链（10）连接；所述激振端铰链（10）与激振连杆（2）连接；所述作动器（11）还与控制装置相连接。9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述连接装置包括：支撑端铰链（13）、平面轴承（12）、作动端铰链（14）和加载臂（15）；
所述支撑端铰链（13）和所述平面轴承（12）设置于所述激振模块框架（9）内，且位于所述激振模块框架（9）的两侧；所述作动器（11）设置于所述支撑端铰链（13）和所述平面轴承（12）之间，并与所述支撑端铰链（13）和所述平面轴承（12）固定连接；所述支撑端铰链（13）远离所述作动器（11）的一端固定于所述激振模块框架（9）的内表面；所述平面轴承（12）的轴心固定于激振模块框架（9）的内壁；所述加载臂（15）为三角形结构，所述三角形结构的两个端点位于所述激振模块框架（9）内，剩余一个端点位于所述激振模块框架（9）外；所述加载臂（15）位于所述激振模块框架（9）内的两个端点分别与所述作动端铰链（14）和所述平面轴承（12）的轴承外圈连接；激振端铰链（10）与所述加载臂（15）位于所述激振模块框架（9）外的端点连接。10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述平面轴承（12）用于所述加载臂（15）绕轴承在竖直方向的加载平面内或水平方...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾海坤，秦世耀，薛扬，王瑞明，付德义，王安庆，孔令行，王文卓，李婷，龚利策，边伟，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：