[发明专利]一种垂直轴风力机叶片挠度测量装置

说明书

技术领域

本发明属于风力机叶片挠度测量领域，具体涉及一种用于连续测量叶片展向挠度和动态监测叶片形变的垂直轴风力机叶片挠度测量装置。 

背景技术

叶片是垂直轴风力机重要的组成部分之一，由于叶片承受很高的离心载荷和弯矩，其使用寿命成为垂直轴风力机设计者十分关心的问题。同时，叶片在动态载荷作用下的变形对风力机的气动性能产生较大影响，研究叶片在旋转过程中的挠度变化有助于分析叶片与流场的作用机理，也为叶片的强度和刚度设计提供了依据，成为风力机正常工作的有利保障。 

大型风力机通常采用贴应变片的技术检测叶片的应力状态，但由于叶片尺寸较大，一般只能在叶片的某些位置进行测量，且应变片安装复杂、费时，对环境温度、湿度等因素敏感，给应变片测量技术的实施上带来一定的难度。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种精度更高、组装拆卸更方便、监测成本更低的垂直轴风力机叶片挠度测量装置。 

本发明的目的是这样实现的： 

本发明包括立杆紧固套、叶片紧固套、拉线式位移传感器、拉线固定销、拉线保护套,叶片紧固套的内壁与风力机叶片横截面形状相吻合，叶片紧固套的一侧沿母线方向带有凸肩，有能插入紧固螺栓的圆孔；立杆紧固套套装在双悬臂框架的立杆上，其内壁与立杆横截面形状相吻合，两侧沿母线方向带有凸肩，有能插入紧固螺栓的圆孔；叶片紧固套上安装有拉线固定销，传感器拉线的一端固定在拉线固定销上；拉线式位移传感器的柱状体借助底座和螺栓固定在立杆紧固套上；拉线固定销与拉线式传感器的柱状体同轴线，且传感器拉线具有预紧力。 

传感器拉线外面套装一个由薄壁圆管构成的拉线保护套，拉线保护套的一端与拉线固定销固连，而另一端与拉线式传感器的柱状体的头部滑动套装。 

本发明的有益效果在于： 

本发明公开的一种垂直轴风力机叶片挠度测量装置，安装拆卸方便，操作简单；且不易受环境温度和湿度等因素的影响，测量精度较高。另外，可以通过改变叶片紧固套和立杆紧固套的安装位置，连续测量叶片展向的挠度变化，提高了叶片挠度整体的测量范围和精度。本发明用来实现叶片挠度的动态测量，完成对风力机叶片应力状态和寿命的实时监测，降低了风力机的维护和监测成本。 

附图说明

图1为本发明的传感器及安装环境示意图； 

图2为本发明的的叶片挠度测量装置安装示意图； 

图3为本发明的叶片挠度测量装置细部结构示意图； 

图4为本发明的拉线式位移传感器的第一示意图； 

图5为本发明的拉线式位移传感器的第二示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。 

本发明中风轮旋转轴、支撑杆、U型框架构成了风轮框架结构，为叶片提供支撑和安装位置；叶片及上下连接板构成一个整体安装在风轮框架上，形成完整的旋转风轮结构。根据叶片截面形状制作叶片紧固套，使其可以与叶片较好的贴合在一起，叶片紧固套的开口端采用螺栓连接，可以实现叶片紧固套的定位安装。立杆紧固套套装在U型框架的立杆上，立杆紧固套的一端用螺栓锁紧；在叶片紧固套上安装拉线固定销，将拉线式位移传感器安装到立杆紧固套上，安装过程中使拉线固定销的轴线与传感器的轴线同轴，且使拉线安装完成后具有一定程度的预紧力。 

测量叶片挠度的工作原理如下：当叶片在风载和离心载荷等作用下发生弯曲变形时，拉线随着叶片的变形相应的伸长或缩短，这样拉线式位移传感装置内部的线轮则转过n_i转，已知拉线式位移传感装置线轮的半径为r，初始状态下线轮已转过n₀转，则某瞬时叶片的挠度为Δy=2πr·Δn=2πr·(n_i-n₀)。通过测量叶片不同高度处的挠度，就可以绘制出叶片展向的变形情况，此外还可以推算出沿叶片纵向的载荷系数。 

本发明还可以包括这样一些特征： 

1、所述的立杆紧固套和叶片紧固套的安装位置可以调节，可以沿叶片展向移动。 

2、为了便于立杆紧固套的安装，所述的立杆紧固套可以由两部分构成，安装后可以在两部分接触部位通过螺栓紧固。 

3、为了降低风载对拉线产生额外变形的影响，在拉线固定销外侧与拉线式位移传感器输出轴端自由套装一个薄壁圆筒。