风轮叶片疲劳试验方法及其在全尺寸疲劳试验中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机械行业风力发电技术领域，特别提供了一种风轮叶片疲劳试验方 法，以及该方法在风轮叶片全尺寸疲劳试验中的应用。
【背景技术】
[0002] 近几年，我国的风力发电产业高速发展，风电技术也在不断进步。风轮叶片是实现 风能转化为电能的核心部件，造价昂贵且对运行可靠性、安全性要求非常高。而对于风轮叶 片而言，疲劳强度是保证叶片质量的一项关键指标，通常，风轮叶片的设计和使用要求至少 满足20年的使用寿命。
[0003] 为了验证风轮叶片的使用寿命，需要通过疲劳试验来检验其疲劳强度，掌握叶片 的结构性能，而随着对于检测结果的准确性、有效性要求的提高，以及对于不断增加的叶片 长度的要求，对叶片疲劳试验的要求也越来越高。
[0004] 目前，在疲劳试验中常用的是单点共振法加载，如公开号为202471379U、名称为 "一种大型风轮叶片摆振方向疲劳试验装置"的实用新型专利，公开号为201464169U、名称 为"大型风电叶片疲劳试验的激励法试验装置"的实用新型专利，该方法通常可以通过多次 试验的方法试验叶片的大部分展长，但是依然存在一些不足之处，如：不能试验整个叶片长 度；若需要试验整个叶片长度时，则需要更多的试验；而多次试验不仅使得操作繁琐，操作 时间长，成本高，而且，更为重要的是，多次试验使得一部分区域重复损伤，对每一位置进行 疲劳强度的评估受到干扰，使得最终结果不一定能够达到精准的要求。而增加单次试验的 叶片长度，提高力矩分布的精度，对于风轮叶片疲劳试验具有重大的积极意义。
【发明内容】
[0005] 针对现有风轮叶片疲劳测试中的以上问题，本发明目的是提供一种风轮叶片疲劳 试验方法，以及该方法在风轮叶片全尺寸疲劳试验中的应用，可以增加试验的叶片长度，提 高力矩分布的精度，可以在一次试验过程中对叶片进行全尺寸疲劳试验。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提供的主要技术方案是： 一种风轮叶片疲劳试验方法，其中， 在风轮叶片的第一预定位置提供振动的动力； 在风轮叶片的第二预定位置设置配重； 第一预定位置距离风轮叶片的第一端具有一个第一预定距离，第二预定位置距离风轮 叶片的第一端具有一个第二预定距离，且第一预定距离不等于第二预定距离。
[0007] 所述的风轮叶片疲劳试验方法，其中， 所述第一预定位置的数量可以为一个。
[0008] 所述的风轮叶片疲劳试验方法，其中， 所述第二预定位置的数量可以为一个。
[0009] 所述的风轮叶片疲劳试验方法，其中， 所述第二预定位置的数量可以为两个以上。
[0010] 所述的风轮叶片疲劳试验方法，其中， 两个以上的所述第二预定位置可以分设于第一预定位置的两侧。
[0011] 所述的风轮叶片疲劳试验方法，其中， 当所述第二预定位置的数量为偶数时，所述第二预定位置可以对称设置于第一预定位 置的两侧。
[0012] 所述的风轮叶片疲劳试验方法，其中， 当所述第二预定位置的数量为两个以上时，各个所述第二预定位置的配重的质量可以 相同。
[0013] 所述的风轮叶片疲劳试验方法，其中， 当所述第二预定位置的数量为两个以上时，各个所述第二预定位置的配重的质量可以 不同。
[0014] 优选为，靠近风轮叶片根部端的所述第二预定位置的配重的质量大于远离风轮叶 片根部端的所述第二预定位置的配重的质量。
[0015] 所述的风轮叶片疲劳试验方法，其中， 所述第一预定位置和/或第二预定位置离风轮叶片根部端的距离大于离尖端的距离。
[0016] 上述任一种风轮叶片疲劳试验方法，其中，所述第一位置设置激振器提供振动的 动力。
[0017] 所述第一预定位置也设有配重。
[0018] 所述第一预定位置的配重与第二预定位置的配重的质量相同或不同 所述激振器可以为偏心激振器。
[0019] 上述任一种风轮叶片疲劳试验方法在风轮叶片全尺寸疲劳试验中的应用。
[0020] 相较现有技术，本发明可以通过计算，在叶片上选取η个（η > 2)适当的位置，分 别施加相应配重，在其中的一个位置安装激振器，进行激振，即由多点施加配重，一点进行 激振，从而使叶片产生共振，利用接近叶片固有频率的激振频率震动叶片来达到对叶片加 载的目的。由于叶片展向载荷的分布遵循叶片的振动模态，因此，所需的试验载荷可以通过 分别在加载位置增加相应的配重来获得，从而增加了试验的叶片长度，使得可以在一次试 验过程中对叶片进行全尺寸疲劳试验。
【附图说明】
[0021] 图1是现有技术中的202471379U的整体结构示意图； 图2是现有技术中的201464169U的整体结构示意图； 图3是本发明的试验原理图； 图4是本发明第一实施例的整体结构示意图； 图5是图4的截面图； 图6是本发明第二实施例的整体结构示意图（两个配重，与第一实施例区别在于不对 称设置）； 图7是本发明第三实施例的整体结构示意图(一个配重，置于靠近尖端）； 图8是本发明第四实施例的整体结构示意图(三个配重，靠近尖端设置一个)。
[0022]【主要元件符号说明】 试验台座3,法兰盘4,风轮叶片1，工作面10、激振器2,偏心质量200,最大厚度位置 100，第一预定位置101，第二预定位置102、102/、102"，配重111、112、112/、112"，第 一预定距离H1，第二预定距离H2、H2^、H2 "。
【具体实施方式】
[0023] 为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图通过【具体实施方式】对本发明 作详细描述。
[0024] 参见图3,本发明的原理图，本发明的一种风轮叶片疲劳试验方法，其中包括，在风 轮叶片的第一预定位置提供振动的动力；在风轮叶片的第二预定位置设置配重；第一预定 位置距离风轮叶片的第一端具有一个第一预定距离，第二预定位置距离风轮叶片的第一端 具有一个第二预定距离，且第一预定距离不等于第二预定距离。即由多点施加配重，一点进 行激振，从而使叶片产生共振，利用接近叶片固有频率的激振频率震动叶片来达到对叶片 加载的目的。由于叶片展向载荷的分布遵循叶片的振动模态，因此，所需的试验载荷可以通 过分别在加载位置增加相应的配重来获得，以此来增加对叶片的试验长度，甚至增加到整 个叶片的长度。试验载荷通常设于叶片的最大厚度位置1〇〇处。
[0025] 以某型号风轮叶片疲劳试验为例，模拟风轮叶片的装机固定要求，将风轮叶片固 定在试验台座上，工作面向上，风轮叶片的0°刻度线与水平面平行。风轮叶片疲劳试验 采用共振法进行，由离心式激振器施加交变载荷（即试验交变载荷Ma T，可由其换算到加载 位置的激振力Fd)，由配重等施加静载（即试验静载荷Ms，可由其换算到加载位置施加的力 Fs)〇
[0026] 例如，当风轮叶片总长度为34000mm时，设： 叶片疲劳试验切面（11980mm)的试验载荷为Μ (包括静载和交变载荷)， 叶片疲劳试验切面（11980mm)的试验静载荷为Ms， 叶片疲劳试验切面（11980mm)的试验交变载荷幅值为MaT， 叶片疲劳试验切面（11980mm)的重量力矩为Ms， 由试验静载荷Ms换算到的加载位置施加的力为Fs， 由试验交变载荷MaT换算到的加载位置激振力为Fd， 则： 按照某型号风力发电机组风轮叶片疲劳试验的要求，叶片疲劳试验切面（11980mm)的 试验载荷M= Ms+ MaT。
[0027] 其中：当Hl=25980mm，H2=11980mm时，由配重、激振器等在加载切面处所有附加物 的重力产生的试验静载荷Ms = 923. 51kN · m，采用调整加载位置激振力Fd频率大小的方 法产生的交变载荷MaT = 461. 75kN · m，激振频率范围0. 5~0. 7Hz，则叶片疲劳试验切面 (11980mm)的试验载荷 Μ 为