一種h型垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種疲勞結(jié)構(gòu)試驗(yàn)裝置及方法，尤其涉及一種大型H型垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片疲勞結(jié)構(gòu)試驗(yàn)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大型H型垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪裝置由葉片、支架和主軸構(gòu)成，支架用來(lái)連接葉片和主軸，以形成具有一定剛度的大型H型框架結(jié)構(gòu)，常見的框架結(jié)構(gòu)有單支架型和雙支架型兩種。葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部件，設(shè)計(jì)使用壽命一般為20年，疲勞損傷是導(dǎo)致葉片損壞的重要原因之一，其疲勞性能關(guān)系到整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行安全和穩(wěn)定。為確保葉片在疲勞載荷下的承載能力和強(qiáng)度，需要對(duì)葉片進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)，測(cè)定葉片在各類工況下的疲勞性能。在實(shí)際運(yùn)行中，葉片的受力情況比較復(fù)雜，風(fēng)載荷和慣性載荷使葉片承受彎曲、扭轉(zhuǎn)等多種受力形式，且葉片具有一定攻角，這樣使得葉片的結(jié)構(gòu)疲勞性能分析更為困難。因此，如何有更好的裝置和方法來(lái)對(duì)大型H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)，亟待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種大型H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)裝置及方法，僅對(duì)裝置施加一個(gè)外部上下往復(fù)載荷，便可實(shí)現(xiàn)葉片彎曲、扭轉(zhuǎn)、多攻角組合疲勞加載形式，操作簡(jiǎn)單方便，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，具有較強(qiáng)的普適性。
[0004]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種H型垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)裝置，包括支座部件、分配梁、加載抱箍、支撐連桿和偏心電機(jī)，其特征在于，分配梁、加載抱箍與支撐連桿用螺栓連接，組成整個(gè)載荷分配系統(tǒng)，用于傳遞并分配上下往復(fù)作用的疲勞載荷；所述支座部件固定設(shè)置在基礎(chǔ)或地面上，包括從下到上依次安裝在一起的固定基座、支撐立柱和支座抱箍，用于支撐葉片并調(diào)節(jié)葉片攻角；在每個(gè)支座部件兩側(cè)一定距離處的葉片上套一對(duì)加載抱箍，用于確定加載點(diǎn)，控制葉片扭轉(zhuǎn)角度和攻角；加載抱箍通過支撐連桿與分配梁連接，在分配梁中部設(shè)置用于提供上下往復(fù)作用疲勞載荷的偏心電機(jī)，在偏心電機(jī)上安裝速度傳感器，在葉片軸線方向布置應(yīng)變片。
[0006]優(yōu)選地，所述偏心電機(jī)的轉(zhuǎn)速和偏心質(zhì)量可以調(diào)節(jié)，用于提供不同頻率、不同量級(jí)的疲勞載荷。
[0007]優(yōu)選地，所述支座抱箍由固定外環(huán)和旋轉(zhuǎn)內(nèi)環(huán)組合而成，固定外環(huán)與支撐立柱固定連接，旋轉(zhuǎn)內(nèi)環(huán)固定套住葉片使二者可一起轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)葉片所需攻角調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)角度，內(nèi)外環(huán)鎖緊后可提供葉片所需工況下的攻角。其中，內(nèi)環(huán)固定套住葉片的方式為:先由隨形抱箍緊固葉片，再用夾具固定夾持，通過固定銷將夾具緊固在旋轉(zhuǎn)內(nèi)環(huán)上。
[0008]優(yōu)選地，所述加載抱箍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為:隨形抱箍緊固葉片，兩側(cè)面焊接上、下法蘭，法蘭通過支撐連桿連接分配梁，通過法蘭的偏心位置(距葉片剪力中心有偏心距)實(shí)現(xiàn)往復(fù)扭矩加載。
[0009]優(yōu)選地，所述分配梁的設(shè)置隨支座數(shù)目而變化:單支座時(shí)，一個(gè)分配梁，中部安裝偏心電機(jī)，距離偏心電機(jī)一定距離的兩端分別連接加載抱箍；雙支座時(shí)，分配梁包括一個(gè)一級(jí)分配梁和兩個(gè)二級(jí)分配梁，一級(jí)分配梁中部安裝偏心電機(jī)，二級(jí)分配梁兩端連接加載抱箍，分配梁、加載抱箍與支撐連桿組成內(nèi)部靜定結(jié)構(gòu)。其中，分配梁材料一般選用工字鋼，保證截面抗彎剛度，避免分配梁的過度變形。
[0010]本發(fā)明的H型垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)時(shí)，通過調(diào)節(jié)分配梁長(zhǎng)度L和加載抱箍位置B，近似模擬葉片在各類工況下的疲勞彎矩分布；同時(shí)，支座抱箍旋轉(zhuǎn)角度、加載抱箍偏心距使具有一定攻角的葉片承受疲勞扭轉(zhuǎn)載荷。測(cè)量葉片在疲勞受載情況下的應(yīng)變分布，進(jìn)而評(píng)估葉片疲勞結(jié)構(gòu)性能。這樣僅通過偏心電機(jī)，便可實(shí)現(xiàn)葉片彎曲、扭轉(zhuǎn)、多攻角組合疲勞加載形式。通過疲勞載荷和應(yīng)變分布，可評(píng)估葉片在疲勞載荷下的結(jié)構(gòu)性能。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種利用本發(fā)明的H型垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟:
[0012]SSl.根據(jù)葉片所需加載的彎矩分布，確定支座部件位置、加載臂BjP L x、1^的長(zhǎng)度，其中Bj為一對(duì)加載抱箍與支座部件之間的距離，Lx、Ly為分配梁中部加載點(diǎn)與兩端之間的距離；
[0013]其中當(dāng)支座部件為兩個(gè)時(shí)，分配梁包括一個(gè)一級(jí)分配梁和兩個(gè)二級(jí)分配梁；
[0014]SS2.支座部件固定設(shè)置在基地或地面上，包括從下到上依次安裝在一起的固定基座、立柱和支座抱箍，支座抱箍的旋轉(zhuǎn)內(nèi)環(huán)套住葉片，根據(jù)所需試驗(yàn)的葉片攻角大小調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)角度，用螺栓鎖緊內(nèi)外環(huán)；
[0015]SS3.在距離支座部件左右側(cè)分別為Bp B^h的葉片上套一對(duì)加載抱箍，根據(jù)所需扭矩大小確定焊接法蘭的偏心距；
[0016]SS4.用支撐連桿將加載抱箍與分配梁連接，形成穩(wěn)定的內(nèi)部靜定結(jié)構(gòu)。
[0017]SS5.在一級(jí)分配梁中部安裝偏心電機(jī)，用于施加上下往復(fù)作用的疲勞載荷；
[0018]SS6.利用偏心電機(jī)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)或應(yīng)變片記錄的應(yīng)變時(shí)程數(shù)據(jù)推算疲勞載荷次數(shù)，利用偏心電機(jī)上的速度傳感器測(cè)量疲勞載荷頻率，根據(jù)偏心電機(jī)和質(zhì)量塊的總質(zhì)量計(jì)算輸入疲勞載荷大?。焕梅峙淞洪L(zhǎng)度比例Lx、Ly計(jì)算在各個(gè)加載抱箍處的作用力，獲得葉片疲勞彎矩分布；同樣，根據(jù)支座抱箍旋轉(zhuǎn)角度、加載抱箍偏心距和作用力，可計(jì)算疲勞扭矩分布；利用應(yīng)變片，測(cè)量葉片的應(yīng)變分布；
[0019]SS7.根據(jù)葉片的疲勞彎矩分布、疲勞扭矩分布和應(yīng)變分布，確定葉片受力關(guān)鍵截面的位置和應(yīng)變水平，進(jìn)而評(píng)估葉片疲勞結(jié)構(gòu)性能。
[0020]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，僅對(duì)裝置施加一個(gè)外部載荷，便可實(shí)現(xiàn)葉片彎曲、扭轉(zhuǎn)、多攻角組合加載形式，操作簡(jiǎn)單方便，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，具有較強(qiáng)的普適性。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的H型垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)裝置示意圖，其中(A)為正視圖，⑶為側(cè)視圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的支座部件示意圖，其中，(A)為支座部件裝置組成圖，(B)為支座抱箍?jī)?nèi)環(huán)未鎖緊示意圖，(C)為支座抱箍?jī)?nèi)環(huán)鎖緊示意圖；
[0023]圖3為加載抱箍示意圖，其中，(A)為葉片無(wú)攻角無(wú)扭矩示意圖，(B)為支葉片有攻角無(wú)扭矩示意圖，(C)為葉片無(wú)攻角有扭矩示意圖，(D)為葉片有攻角有扭矩示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]以雙支座葉片為例，如圖1所示，本發(fā)明的H型垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)裝置，它包括支座部件1、加載抱箍2、一級(jí)分配梁3、二級(jí)分配梁4、支撐連桿5、偏心電機(jī)6。一級(jí)分配梁3、二級(jí)分配梁4、加載抱箍2與支撐連桿5用螺栓連接，組成整個(gè)載荷分配系統(tǒng)，用于傳遞并分配上下往復(fù)作用的疲勞載荷；在一級(jí)分配梁3中部設(shè)置偏心電機(jī)6，偏心電機(jī)6用于提供上下往復(fù)作用的疲勞載荷。支座部件I固定設(shè)置在基礎(chǔ)或地面上，用于支撐葉片并調(diào)節(jié)葉片攻角；在每個(gè)支座部件I兩側(cè)一定距離處的葉片上套一對(duì)加載抱箍2，用于確定加載點(diǎn)，控制