用于风力机叶片的振动特性分析装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于风力机叶片的振动特性分析装置，它包括液压牵引机构、采集单元、主控单元和用于固定待测叶片一端的底座，液压牵引机构包括液压驱动组件、牵引支架、牵引绳和至少一个第一夹具，第一夹具夹持固定于待测叶片上，牵引绳设于牵引支架上，牵引绳的一端与液压驱动组件相连，另一端分别与第一夹具相连，采集单元包括两个以上用于采集待测叶片受牵引力时的应变响应信息的测点元件，测点元件均匀分布于待测叶片的表面上。本实用新型专利技术可实现对待测叶片的模态分析和静态分析，具有结构简单紧凑、操作简单方便、适用范围广、分析精度高的优点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及风力机领域，具体用于对风力机叶片以及其他机械结构的振动特性分析装置。
技术介绍
近年来风力发电在世界范围内迅猛发展，据世界风能理事会(GffEC)宣布，2009年全球风力发电总装机容量为1. 579亿KW，比2008年新增加31%。风力机叶片成本占整台风力发电机组的1/5，叶片结构设计是整个风力机组设计的基础，它的设计根据应该根据气动设计中计算的载荷，并考虑机组实际运行环境的影响，如风沙、低温结冰等问题，使叶片具有足够的强度和刚度，保证叶片在规定的使用环境条件下，在其使用寿命周期内部发生损坏。因此风力机叶片的振动特性分析对于提高风力机的生产成本、工作效率以及使用寿命等具有非常重要的意义。风力机叶片的振动特性分析主要研究机械结构的固有频率、阻尼和振型图。通过固有频率、阻尼和振型图，可以对风力机叶片进行振动故障诊断、结构损伤预测以及结构动力特性优化，从而可以有效提高风力机叶片的效率和性能、延长风力机叶片的使用寿命。获取风力机叶片的固有频率以后，在风力机工作的时候，则可以将风力机的激振频率与风力机叶片的固有频率错开，可以避免风力机发生共振，有效提高风力机的性能、延长风力机的使用寿命。在风力机叶片的各种振动特性分析方法中，模态分析是被广泛采用的一种手段。 模态分析的经典定义为将线性定常系统振动微分方程中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数， 坐标变换的矩阵为模态矩阵，且每列为模态振型。模态分析的计算主要采用有限元分析或通过降阶进行数值积分求解的方法，有限元分析可以运用国际上成熟的有限元分析软件 (如 ANSYS、MARC、ALGOR、ABAQUS 等)进行处理分析。目前对于风力机叶片的振动特性分析方法比较少，缺乏可以对风力机叶片在定常载荷下的分析方法。而风力机叶片的工作环境比较恶劣，例如需要承载叶片的离心拉力、风力、冰雪覆盖的载荷等等，因此对风力机叶片在定常载荷下的动力学响应分析可以更加精确地获得风力机叶片的振动特性，对于风力机叶片进行振动故障诊断、结构损伤预测以及结构动力特性优化具有重要的意义。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种可实现模态分析和静态分析，结构简单紧凑、操作简单方便、适用范围广、分析精度高的用于风力机叶片的振动特性分析装置。为了解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为一种用于风力机叶片的振动特性分析装置，其特征在于它包括液压牵引机构、采集单元、主控单元和用于固定待测叶片一端的底座，所述液压牵引机构包括液压驱动组件、牵引支架、牵引绳和至少一个第一夹具，所述第一夹具夹持固定于待测叶片上，所述牵引绳设于牵引支架上，所述牵引绳的一端与液压驱动组件相连，另一端与第一夹具相连，所述采集单元包括两个以上用于采集待测叶片受牵引力时的应变响应信息的测点元件，所述测点元件均勻分布于待测叶片的表面上。作为本技术的进一步改进所述测点元件包括至少一组应变检测单元，所述应变检测单元包括用于检测检测横向应变的第一应变计和用于检测纵向应变的第二应变计。同一所述应变检测单元中的第一应变计和第二应变计呈T字形布置。所述牵引绳靠第一夹具的一端设有悬梁，所述悬梁上设有等距分布的挂绳，所述第一夹具等距固定于待测叶片上、并通过挂绳竖直悬挂于悬梁上。它还包括用于对待测叶片施加振动激励的振动激励源，所述测点元件采集待测叶片的振动响应信息并输出至主控单元。所述振动激励源包括力锤，所述力锤上设有力传感器，所述力传感器与主控单元相连。所述振动激励源包括偏心电机，所述主控单元包括用于控制偏心电机振动频率的变频器，所述变频器与偏心电机相连，所述偏心电机通过第二夹具固定于待测叶片上，所述第二夹具上设有弹簧和支承于弹簧上的电机安装板，所述偏心电机固定于电机安装板上。所述测点元件还包括用于检测加速度信息的加速度传感单元，所述加速度传感单元包括第一加速度传感器和第二加速度传感器，所述第一加速度传感器设于待测叶片的翼型表面上，所述第二加速度传感器设于待测叶片的翼型前缘，同一测点元件中的第一加速度传感器和第二加速度传感器位于待测叶片的同一个翼型截面上。所述底座上设有通过螺栓固定的夹具，待测叶片的一端通过夹具固定于底座上。所述夹具上设有圆形的安装盘，所述夹具通过安装盘安装固定于底座上，所述底座上对应所述安装盘的安装位上设有角度刻度盘。本技术具有下述优点1、本技术包括液压牵引机构，因此可以通过液压驱动组件方便对待测叶片施加不同的牵引力完成对待测叶片的静态分析，液压驱动组件通过牵引绳、第一夹具对待测叶片实施牵引，牵引力调节灵活方便，自动化程度高，可以通过调整牵引支架的位置可改变对风力机叶片力施加牵引力的位置，具有结构简单紧凑、操作简单方便、适用范围广、分析精度高的优点。2、第一应变计和第二应变计作为应变检测单元的一组测点，测出的应变响应信息包含横向和纵向两个方向上的应变变化，既可以作为风力机叶片可靠性分析、静态分析的依据，也可作为模态分析的基础，同时可以直接研究某些关键点的应变，如叶片振动的节点或者局部结构变动对变动区附近的影响。3、第一应变计和第二应变计之间呈T字形分布，因此其分别检测横向和纵向两个方向上的应变变化更加准确，从而分析得到的各个翼型截面的应变信息更加准确。4、牵引绳靠待测叶片的一侧设有悬梁，第一夹具等距固定于待测叶片上、并通过挂绳悬挂于悬梁上，因此对风力机叶片施加的牵引力更加均勻。5、它还包括用于对待测叶片施加振动激励的振动激励源，从而可以通过模态分析获取待测叶片的固有频率、阻尼、振型图等模态振动特性数据，可以实现风力机叶片的损伤检测。6、振动激励源包括力锤，可根据用户需要人为施加振动激励，使用方便，力锤上装有力传感器，可以将可测量的激励力作为输入信号导入到主控单元模态分析软件中进行频响函数的计算，主控单元可以通过监视力传感器输入的激励力信号，通过预览平均的办法将受到干扰的力信号剔除，可以确保实验结果的最终精度。7、振动激励源包括偏心电机，控制台通过变频器与偏心电机相连，偏心电机通过电机安装板、弹簧固定于第二夹具上，可以方便控制偏心电机的转速，偏心电机可以产生偏心正弦激励，偏心正弦激励具有较好的信噪比、峰值有效值比以及同样的非线性检测特性， 电机与变频器集成为一体，对叶片激励的动态性能检测更好。8、风力机叶片的表面是曲面，各截面形状和相对扭转角度也不同，因此安装传感器时第一加速度传感器设于待测叶片的翼型表面上，第二加速度传感器设于待测叶片的翼型前缘，第一加速度传感器和第二加速度传感器同时测试同一个翼型截面的挥舞方向和摆振方向的振动，模态分析软件可以动画显示更加形象的模拟被测叶片的耦合振动振型图， 符合理论和实际要求。9、底座上设有通过螺栓固定的夹具，待测叶片一端通过夹具固定于底座上，安装拆卸方便，分析测试效率高。10、底座上对应所述安装盘的安装位上设有角度刻度盘，在安装的时候可以方便调整风力机叶片的安装角度，可方便用于探索安装方位对风力机叶片动力特性的影响。附图说明图1为本技术在应用实施例中的结构示意图；图2为本技术实施例应变检测单元的结构示意图；图3为本技术实施例应变检测单元的详细结构示意图；图4为本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于风力机叶片的振动特性分析装置，其特征在于：它包括液压牵引机构（１１）、采集单元（２）、主控单元（３）和用于固定待测叶片（５）一端的底座（４），所述液压牵引机构（１１）包括液压驱动组件、牵引支架（１１０）、牵引绳（１１５）和至少一个第一夹具（１１２），所述第一夹具（１１２）夹持固定于待测叶片（５）上，所述牵引绳（１１５）设于牵引支架（１１０）上，所述牵引绳（１１５）的一端与液压驱动组件相连，另一端与第一夹具（１１２）相连，所述采集单元（２）包括两个以上用于采集待测叶片（５）受牵引力时的应变响应信息的测点元件（２１），所述测点元件（２１）均匀分布于待测叶片（５）的表面上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢绪祥，李录平，李海波，邓晓湖，刘雨佳，饶洪德，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：实用新型
国别省市：43