一種h型垂直軸風力機葉片靜力結(jié)構(gòu)試驗裝置及方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種靜力結(jié)構(gòu)試驗裝置，尤其是一種大型H型垂直軸風力發(fā)電機葉片靜力結(jié)構(gòu)試驗裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大型H型垂直軸風力機的風輪裝置由葉片、支架和主軸構(gòu)成，支架用來連接葉片和主軸，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。葉片是風力發(fā)電機的關鍵部件，關系到整個機組的運行安全和穩(wěn)定，為確保葉片靜載荷承載能力和強度，需要對葉片進行結(jié)構(gòu)靜力試驗，測定葉片在各類工況下的結(jié)構(gòu)性能。在實際運行中，葉片的受力情況比較復雜，風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)性能分析更為困難。因此，如何有更好的裝置和方法來對大型H型垂直軸風力發(fā)電機葉片進行靜力結(jié)構(gòu)試驗，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型垂直軸風力發(fā)電機葉片靜力結(jié)構(gòu)試驗裝置及方法，僅對裝置施加一個外部載荷，便可實現(xiàn)葉片彎曲、扭轉(zhuǎn)、多攻角組合加載形式，操作簡單方便，結(jié)果準確可靠，具有較強的普適性。
[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型垂直軸風力機葉片結(jié)構(gòu)靜力試驗裝置，包括支座部件、加載抱箍、分配梁、連接部件、力傳感器、位移傳感器和應變片，其特征在于，至少一所述支座部件固定設置在基礎或地面上，所述支座部件包括從下到上依次安裝在一起的固定基座、支撐支座和支座抱箍，用于支撐葉片并調(diào)節(jié)葉片攻角；在每個支座部件兩側(cè)一定距離處的葉片上套一對加載抱箍，用于確定加載點，控制葉片扭轉(zhuǎn)角度和攻角；用連接部件將加載抱箍與分配梁兩端相連，分配梁中部施加外部載荷，用于傳遞并分配載荷；在外部載荷作用點安裝力傳感器，在加載抱箍位置和/或其他葉片軸線位置安裝位移傳感器，在葉片軸線方向布置應變片。
[0006]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，所述固定外環(huán)與支撐支座固定連接，所述旋轉(zhuǎn)內(nèi)環(huán)固定套住葉片使二者可一起轉(zhuǎn)動，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。
[0007]優(yōu)選地，所述加載抱箍結(jié)構(gòu)設計為:隨形抱箍緊固葉片，兩側(cè)面焊接上、下法蘭，法蘭上設計多個吊孔(距葉片剪力中心有不同的偏心距)，吊孔處通過連接部件連接分配梁，根據(jù)法蘭和吊孔位置實現(xiàn)葉片偏心扭轉(zhuǎn)以及多攻角加載。
[0008]優(yōu)選地，所述分配梁的設置隨支座數(shù)目而變化:單支座時，設置一個分配梁，中部承受外加載荷，距離加載點一定距離的兩端分別連接加載抱箍；雙支座時，設置一個一級分配梁和兩個二級分配梁，一級分配梁中部承受外加載荷，二級分配梁兩端連接加載抱箍，一級分配梁兩端與兩個二級分配梁中部用連接部件連接。
[0009]本發(fā)明的H型垂直軸風力機葉片靜力結(jié)構(gòu)試驗裝置，試驗時，在分配梁中部施加拉力，并利用分配梁的力劈長度和加載抱箍位置，近似模擬葉片在各類工況下的實際彎矩分布；同時，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產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。這樣僅輸入一個拉力載荷，便可實現(xiàn)葉片彎曲、扭轉(zhuǎn)、多攻角組合加載形式。通過載荷、變形和應變分布，可評估葉片在靜載荷下的結(jié)構(gòu)性能。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種利用本發(fā)明的大型H型垂直軸風力發(fā)電機葉片靜力結(jié)構(gòu)試驗裝置進行試驗的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟:
[0011]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B1、Bj和Lx、1^的長度，其中，Bj為一對加載抱箍與支座部件之間的距離，L x、Ly為分配梁中部加載點與兩端之間的距離；
[0012]SS2.支座部件固定設置在基地或地面上，包括從下到上依次安裝在一起的固定基座、支撐支座和支座抱箍，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)；
[0013]SS3.在距離支座部件左右側(cè)分別為Bj處的葉片上套一對加載抱箍，根據(jù)所需扭轉(zhuǎn)角度大小選擇適當偏心距的吊孔位置，用連接部件將吊孔與分配梁端部相連；
[0014]SS4.當裝置為雙支座型時，添加兩個二級分配梁，連接在一級分配梁與加載抱箍之間，用于二次傳遞和分配載荷；
[0015]SS5.對分配梁中部加載點施加外部載荷，根據(jù)現(xiàn)場條件可采用方法:利用吊車施加向上拉力，或利用懸掛重物方式施加向下拉力；
[0016]SS6.利用力傳感器測量葉片的總載荷，再利用分配梁長度比例Lx、Ly計算作用在各個加載抱箍上的拉力，最后計算葉片的彎矩分布；同樣，根據(jù)支座抱箍旋轉(zhuǎn)角度、加載抱箍偏心距和拉力，可計算扭轉(zhuǎn)角度和扭轉(zhuǎn)力矩；利用位移傳感器測量葉片在受載情況下沿軸線的變形分布；利用應變片，測量葉片的應變分布；
[0017]SS7.根據(jù)葉片的載荷、變形和應變分布，確定葉片受力關鍵截面的位置和應變水平，進而評估葉片結(jié)構(gòu)性能。
[0018]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點在于，僅對裝置施加一個外部載荷，便可實現(xiàn)葉片彎曲、扭轉(zhuǎn)、多攻角組合加載形式，操作簡單方便，結(jié)果準確可靠，具有較強的普適性。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的H型垂直軸風力機葉片結(jié)構(gòu)靜力試驗裝置示意圖；
[0020]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)為支座抱箍內(nèi)環(huán)未鎖緊示意圖，(C)為支座抱箍內(nèi)環(huán)鎖緊示意圖；
[0021]圖3為加載抱箍示意圖，其中，(A)為葉片無攻角無扭矩示意圖，(B)為支葉片有攻角無扭矩示意圖，(C)為葉片無攻角有扭矩示意圖，(D)為葉片有攻角有扭矩示意圖。
【具體實施方式】
[0022]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0023]以雙支座葉片為例，如圖1所示，本發(fā)明的H型垂直軸風力機葉片結(jié)構(gòu)靜力試驗裝置，包括支座部件1、加載抱箍2、一個一級分配梁3、兩個二級分配梁4、連接部件5 (優(yōu)選為吊繩或鉸鏈)、力傳感器6、位移傳感器和應變片。根據(jù)葉片所需加載的彎矩分布，確定支座部件I位置、加載抱箍2位置和一級分配梁3、二級分配梁4的長度，具體包括:加載抱箍2與支座部件I之間的距離BjP B 3、B4, 二級分配梁4中部加載點與兩端之間的距離L21、L22和L 23、L24, 一級分配梁3中部加載點與兩端之間的距離Ln、L1