本實(shí)用新型涉及風(fēng)電及試驗(yàn)領(lǐng)域，特別是涉及疲勞試驗(yàn)水平激勵(lì)裝置，尤其適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片。
背景技術(shù)：
風(fēng)輪葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，葉片在設(shè)計(jì)疲勞壽命內(nèi)安全工作至關(guān)重要。疲勞測(cè)試試驗(yàn)是葉片設(shè)計(jì)、定型、生產(chǎn)過(guò)程中重要的測(cè)試，通過(guò)試驗(yàn)可以模擬葉片20年的運(yùn)行壽命，考驗(yàn)葉片能夠安全工作。
目前，葉片疲勞試驗(yàn)激振類(lèi)型主要分為液壓法和共振法。共振法依靠激振電機(jī)帶動(dòng)擺臂在垂直于地面方向上作圓周擺動(dòng)，產(chǎn)生的離心力帶動(dòng)葉片在上下方向循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)載荷可通過(guò)公式Ftarget＝Fdesign×γnf×γsf×γef計(jì)算得出。
當(dāng)葉片在試驗(yàn)方向上垂直于地面進(jìn)行振動(dòng)時(shí)，由于葉片自重的影響，葉片各截面的均值不為0，需根據(jù)Goodman公式進(jìn)行等效載荷轉(zhuǎn)化，
Goodman公式：
試驗(yàn)設(shè)計(jì)載荷下，各個(gè)截面的，應(yīng)力比，各個(gè)截面的損傷為在考慮重力影響后，可求得沿葉片各個(gè)截面的彎矩分布。各截面的均值不為0。依據(jù)各截面單位彎矩下的應(yīng)變，可以求得各截面的。由等效損傷原理：推出,求出各個(gè)截面的Sk,M2后根據(jù)單位應(yīng)變即可求出考慮重力影響后各個(gè)截面的目標(biāo)載荷。
求出各個(gè)截面的后根據(jù)單位應(yīng)變即可求出考慮重力影響后各個(gè)截面的目標(biāo)載荷。
根據(jù)Goodman原理計(jì)算目標(biāo)載荷的方法的過(guò)于復(fù)雜，過(guò)多系數(shù)的引入造成了計(jì)算結(jié)果的不準(zhǔn)確性，同時(shí)在自重影響下葉片后緣承受的較大的壓應(yīng)力，不利于葉片疲勞試驗(yàn)的驗(yàn)證，并且垂直激振為抵消葉片自重，需激振系統(tǒng)提供較大的離心力使葉片振動(dòng)，縮短了設(shè)備的使用周期。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
本實(shí)用新型的目的是提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)水平激勵(lì)裝置，以解決試驗(yàn)過(guò)程中葉片自重對(duì)后緣造成的損傷的問(wèn)題。
(二)技術(shù)方案
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)水平激勵(lì)裝置，其包括：夾具結(jié)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、擺臂和質(zhì)量塊；所述夾具結(jié)構(gòu)的中部設(shè)置夾葉片位，所述夾具結(jié)構(gòu)的上表面固定安裝電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)配有減速機(jī)，所述減速機(jī)的輸出軸豎直向上，所述輸出軸連接水平向擺臂的一端，所述水平向擺臂的另一端安裝所述質(zhì)量塊。
在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述電動(dòng)機(jī)通過(guò)安裝支架固定于所述夾具結(jié)構(gòu)。
在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述安裝支架通過(guò)螺栓固定于所述夾具結(jié)構(gòu)。
在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述電動(dòng)機(jī)通過(guò)螺栓固定于所述安裝支架。
在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述夾具結(jié)構(gòu)包括：上夾具和下夾具，所述上夾具和所述下夾具上下相對(duì)而設(shè)固定連接，且二者之間存在所述夾葉片位。
在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述上夾具和所述下夾具之間通過(guò)多個(gè)螺桿固定連接。
在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述上夾具的內(nèi)側(cè)和所述下夾具的內(nèi)側(cè)分別設(shè)置隨型結(jié)構(gòu)。
在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述上夾具和設(shè)置于其內(nèi)側(cè)的所述隨型結(jié)構(gòu)之間固定連接。
在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述下夾具和設(shè)置于其內(nèi)側(cè)的所述隨型結(jié)構(gòu)之間固定連接。
在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述上夾具和設(shè)置于其內(nèi)側(cè)的所述隨型結(jié)構(gòu)之間焊接或粘接。
在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述下夾具和設(shè)置于其內(nèi)側(cè)的所述隨型結(jié)構(gòu)之間焊接或粘接。
在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述隨型結(jié)構(gòu)由多個(gè)木塊拼接而成。
(三)有益效果
本實(shí)用新型提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)水平激勵(lì)裝置，電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速機(jī)將轉(zhuǎn)矩輸出，并通過(guò)減速機(jī)放大，且減速機(jī)輸出端豎直向上，輸出端的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水平加載，消除了葉片自重對(duì)疲勞試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)載荷的影響，簡(jiǎn)化了葉片疲勞試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)載荷計(jì)算的過(guò)程，避免了試驗(yàn)過(guò)程中葉片自重對(duì)后緣造成的損傷，并且激勵(lì)設(shè)備無(wú)需抵抗葉片自重，延長(zhǎng)了激勵(lì)設(shè)備的使用周期，節(jié)省了試驗(yàn)成本。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)水平激勵(lì)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖備注：
1 下木制隨型；
2 下鋼制夾具；
3 上木制隨型；
4 上鋼制夾具；
5 長(zhǎng)連接螺桿；
6 電機(jī)安裝支架；
7 三相異步電動(dòng)機(jī)；
8 減速機(jī)；
9 擺臂；
10 質(zhì)量塊。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)例用于說(shuō)明本實(shí)用新型，但不用來(lái)限制本實(shí)用新型的范圍。
在在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
由于目前計(jì)算目標(biāo)載荷的方法過(guò)于復(fù)雜，過(guò)多系數(shù)的引入造成計(jì)算結(jié)果的不準(zhǔn)確性，且在自重影響下葉片后緣承受的較大的壓應(yīng)力，不利于葉片疲勞試驗(yàn)的驗(yàn)證。因此本實(shí)用新型提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)水平激勵(lì)裝置。
接下來(lái)通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和擴(kuò)展設(shè)計(jì)、替換設(shè)計(jì)對(duì)該方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片疲勞試驗(yàn)水平激勵(lì)裝置，主要由夾具結(jié)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、擺臂和質(zhì)量塊組成。夾具結(jié)構(gòu)用于夾住葉片，電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)提供動(dòng)力，擺臂用作傳動(dòng)。夾具結(jié)構(gòu)的中部設(shè)置夾葉片位，夾于葉片表面。夾具結(jié)構(gòu)的上表面固定安裝電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)配有減速機(jī)，減速機(jī)的輸出軸豎直向上，輸出軸連接水平向擺臂的一端，水平向擺臂的另一端安裝質(zhì)量塊，實(shí)現(xiàn)水平加載。電動(dòng)機(jī)的扭矩通過(guò)減速機(jī)放大，減速機(jī)的輸出軸將放大后的轉(zhuǎn)速輸出，該轉(zhuǎn)動(dòng)為水平面上的轉(zhuǎn)動(dòng)，以此消除了葉片自重對(duì)疲勞試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)載荷的影響，簡(jiǎn)化了葉片疲勞試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)載荷計(jì)算的過(guò)程，避免了試驗(yàn)過(guò)程中葉片自重對(duì)后緣造成的損傷，并且激勵(lì)設(shè)備無(wú)需抵抗葉片自重，延長(zhǎng)了激勵(lì)設(shè)備的使用周期，節(jié)省了試驗(yàn)成本。
至于夾葉片位的形狀可以根據(jù)葉片的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)，只要秉承穩(wěn)定夾持的目的即可。擺臂通過(guò)鍵與減速機(jī)輸出軸連接，質(zhì)量塊安裝于擺臂的非連接端。
在上述基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，為了將電動(dòng)機(jī)固定于夾具結(jié)構(gòu)上，通常使用安裝支架進(jìn)行固定。即安裝支架先固定于夾具結(jié)構(gòu)上，電動(dòng)機(jī)再固定于安裝支架上。
如圖1所示，安裝支架由多個(gè)豎梁和支于豎梁上端的橫梁(或橫臺(tái))組成。電動(dòng)機(jī)安裝于安裝支架的側(cè)面，減速機(jī)安裝于電動(dòng)機(jī)的側(cè)面。
在一些實(shí)施例中，安裝支架(在一些實(shí)施例中為安裝支架的縱梁)通過(guò)螺栓固定于夾具結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)通過(guò)螺栓固定于安裝支架。
需要說(shuō)明的是，在其他的實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)也可以采用其他的現(xiàn)有各種固定連接方式安裝于夾具結(jié)構(gòu)上，比如焊接。
基于上述基礎(chǔ)設(shè)計(jì)或擴(kuò)展設(shè)計(jì)，具體到夾具結(jié)構(gòu)，其主要由上夾具和下夾具組成。上夾具和下夾具上下相對(duì)而設(shè)固定連接，且二者之間存在夾葉片位，葉片夾于上夾具和下夾具之間。在一些實(shí)施例中，為了提高上夾具、下夾具的夾持力，上夾具、下夾具都可以采用鋼質(zhì)。
由于上夾具、下夾具之間均在一定的位置，因此，上夾具和下夾具之間通過(guò)多個(gè)螺桿(比如4根長(zhǎng)連接螺桿)固定連接。需要說(shuō)明的是，為了安裝的更加穩(wěn)定，建議長(zhǎng)連接螺桿的連接位能夠更均勻的分布。
在一些實(shí)施例中，為了更好的適應(yīng)葉片的結(jié)構(gòu)，上夾具的內(nèi)側(cè)和下夾具的內(nèi)側(cè)分別設(shè)置隨型結(jié)構(gòu)。上下兩個(gè)隨型結(jié)構(gòu)之間放置葉片。隨型結(jié)構(gòu)的具體形狀可以在貼合葉片外表面的情況下，根據(jù)葉片的結(jié)構(gòu)而定。
另一方面，為了上夾具、下夾具與隨型結(jié)構(gòu)更牢固的連接配合，上夾具和設(shè)置于其內(nèi)側(cè)的隨型結(jié)構(gòu)之間固定連接；下夾具和設(shè)置于其內(nèi)側(cè)的隨型結(jié)構(gòu)之間固定連接。上夾具和隨型結(jié)構(gòu)之間固定后，二者之間不會(huì)發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，下夾具和隨型結(jié)構(gòu)也類(lèi)同。
至于具體的固定結(jié)構(gòu)可以采用多種方式，比如：
方式一：上夾具和設(shè)置于其內(nèi)側(cè)的隨型結(jié)構(gòu)之間通過(guò)鋼片焊接；
方式二：下夾具和設(shè)置于其內(nèi)側(cè)的隨型結(jié)構(gòu)之間通過(guò)鋼片焊接；
方式三：上夾具和設(shè)置于其內(nèi)側(cè)的隨型結(jié)構(gòu)之間粘接；
方式四：下夾具和設(shè)置于其內(nèi)側(cè)的隨型結(jié)構(gòu)之間粘接。
在具體的實(shí)施方式中，方式一、方式二可以結(jié)合使用；方式一和方式四可以結(jié)合使用；方式二和方式三可以結(jié)合使用；方式三和方式四也可以結(jié)合使用。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，還可以采用其他的固定連接方式，比如：螺栓連接等。
為了更方便隨型和葉片更好的貼合，隨型通常采用木制，由多個(gè)木塊拼接而成。
本實(shí)用新型通過(guò)水平激振裝置可實(shí)現(xiàn)葉片在試驗(yàn)方向上水平振動(dòng)，從而避免了葉片自重對(duì)目標(biāo)載荷的影響，直接可按照公式Ftarget＝Fdesign×γnf×γsf×γef計(jì)算得到的目標(biāo)載荷進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，同時(shí)避免了疲勞試驗(yàn)過(guò)程中葉片自重對(duì)葉片后緣造成的疲勞損傷。
如圖1所示，首先將下木制隨型1(設(shè)置于下夾具內(nèi)側(cè)的隨型)與下鋼制夾具(即下夾具)粘接為一體，將上木制隨型3(設(shè)置于上夾具內(nèi)側(cè)的隨型)與上鋼制夾具4(即上夾具)粘接為另外一體，后利用起重機(jī)將下鋼制夾具2(即下夾具)和上鋼制夾具4放置于葉片加載截面表面，使木制隨型能與葉片表現(xiàn)為緊密貼合。后利用長(zhǎng)連接螺桿5(即螺栓)將上、下鋼制夾具固定于葉片加載截面位置。
然后將電機(jī)安裝支架6(即安裝支架)放置于上鋼制夾具4上方，并通過(guò)螺絲固定，后將三相異步電動(dòng)機(jī)7(即電動(dòng)機(jī))通過(guò)長(zhǎng)連接螺桿固定于支架6側(cè)面，減速機(jī)8連接電動(dòng)機(jī)7，擺臂9(即水平向擺臂)通過(guò)鍵安裝于減速機(jī)9輸出軸位置，質(zhì)量塊通過(guò)螺絲固定于擺臂末端位置。
安裝完成后，啟動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)7，通過(guò)減速機(jī)8輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)擺臂9水平轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)外接變頻器調(diào)節(jié)擺臂9轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，當(dāng)擺臂9轉(zhuǎn)動(dòng)頻率同葉片固有頻率一致時(shí)，兩者發(fā)生共振從而帶動(dòng)葉片水平振動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)質(zhì)量塊10的重量調(diào)節(jié)試驗(yàn)載荷，從而滿足葉片疲勞試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)載荷的要求。
以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。