[发明专利]风力机叶片疲劳试验旋转偏心质量与载荷控制方法

说明书

技术领域

本发明属于一种产品的试验方法，尤其是指一种应用于旋转偏心质量对风力机叶片进行疲劳试验加载与载荷控制方法，该方法可以通过可定叶片的固有频率与阻尼等数据预算旋转偏心质量的大小以及电机的转速，从而保证风力机叶片在疲劳试验安全性、可控性并保证风力机叶片在疲劳试验过程中载荷幅度不变。

背景技术

目前，旋转偏心质量加载方法在我国风力机叶片疲劳试验中得到广泛的应用。它是将电机装置固定在风力机叶片上，电机工作时转子带动偏心质量旋转，引起电机发生简谐振动并带动叶片与电机一起作简谐振动。电机的频率与叶片固有频率接近，叶片发生共振且振动频率与电机转动频率相同。通过记录电机的旋转周次确定叶片的疲劳寿命。但是，由于风力机叶片结构复杂，旋转偏心质量的大小难以确定。此外，在风力机叶片试验过程中，由于叶片刚度的降低导致叶片固有频率降低，使得实际叶片的载荷幅度发生变化。因此，叶片在疲劳试验中无法保证载荷幅度的一致，从而无法保证风力机叶片疲劳试验的准确性、科学性。

发明内容

为了克服现有的风力机叶片疲劳试验方法难以估算旋转质量大小，叶片疲劳载荷的难以控制以及无法保证风力机叶片在疲劳试验过程中载荷幅度的一致。本发明提供一种载荷控制方法，该方法可在风力机叶片疲劳试验之前预报旋转质量的大小使电机的载荷达到设定要求，并保证在风力机叶片疲劳试验过程中疲劳载荷幅度的一致。

本发明解决技术问题所采用的方案是：一种风力机叶片疲劳试验旋转偏心质量与载荷控制方法，通过自由振动法测定叶片的固有频率与阻尼，采用通过计算或测定风力机叶片在设计疲劳载荷静态位移，并将此位移值作为叶片的疲劳振动振幅的方法预报出对叶片施加疲劳载荷旋转偏心质量的大小，通过一定的方法将载荷控制转换成等效的位移变化控制，采用位移传感器监测加载位置的位移，以保证疲劳载荷达到设定要求。在风力机叶片疲劳试验过程中每隔10⁴-10⁶次振动重新测定叶片的固有频率与阻尼并重新调整电机的转速与旋转质量的大小，并同样采用位移传感器确保载荷幅度不变。如果位移监测没满足设计要求，需调整旋转质量大小直到满足位移设计要求。

本发明的有益效果是，可事先预报出风力机叶片疲劳加载电机的转速与旋转质量大小保证试验的安全性，并且可保证在风力机叶片疲劳试验过程中载荷幅度不变，有效保证试验的准确性和科学性。

附图说明

图1是旋转偏心质量对风力机叶片疲劳加载装置图；

图2是加载点振幅随振动频率变化曲线。

具体实施方式

下面将结合具体实施例和附图对本发明做进一步描述，

附图1给出了一种旋转偏心质量对风力机叶片疲劳加载装置的原理，通过附图可以看出，本发明为一种风力机叶片疲劳试验旋转偏心质量与载荷控制方法，通过自由振动法测定叶片的固有频率与阻尼，采用通过计算或测定风力机叶片在设计疲劳载荷静态位移，并将此位移值作为叶片的疲劳振动振幅的方法预报出对叶片施加疲劳载荷旋转偏心质量的大小，通过一定的方法将载荷控制转换成等效的位移变化控制，采用位移传感器监测加载位置的位移，以保证疲劳载荷达到设定要求。在风力机叶片疲劳试验过程中每隔10⁴-10⁶次振动重新测定叶片的固有频率与阻尼并重新调整电机的转速与旋转质量的大小，并同样采用位移传感器确保载荷幅度不变。如果位移监测没满足设计要求，需调整旋转质量大小直到满足位移设计要求。具体所述旋转偏心质量的确定方法是通过以下步骤确定：

（1）确定疲劳载荷                                                及加载位置；

首先确定风力机叶片疲劳载荷大小，如通过载荷计算确定疲劳载荷大小，或者疲劳载荷水平为极限载荷的百分比（如20％）；再根据疲劳载荷情况确定风力机叶片疲劳加载位置（如叶片全长的75％位置）。

（2）根据载荷和加载位置，通过谐响应分析确定加载点位移大小为；

根据加载位置计算出加载点的载荷大小，假设为。根据这一载荷确定叶片在加载位置的位移大小，并记录位移值，假设为。

（3）采用自由振动法测定叶片的固有频率，同时测定叶片的阻尼比。

（4）求解疲劳载荷静态时的位移。

为了尽量减小电机的功率，可调节电机的转速，使叶片发生共振。在小载荷作用下，叶片可视为线弹性体，那么为了使得疲劳载荷到达设定要求，疲劳振幅应与以上所述相等。在共振条件下，振幅可通过下式计算：

式中，为叶片疲劳试验前的阻尼比，为疲劳载荷在静态时叶片的位移；