一种用于风电叶片疲劳测试的激振装置

本发明涉及风电叶片疲劳测试，尤其是涉及一种用于风电叶片疲劳测试的激振装置。

背景技术：

1、由于风电机组需要长期服役在恶劣自然条件下，所以叶片作为关键部件必须进行疲劳测试以验证其耐用性。随着叶片向大型化发展，普遍采用共振型测试方案以降低能耗。双轴测试既能模拟组合载荷，也能缩短测试时间。目前，双轴测试激振台可选激振装置有摆锤式、直线电机式、液压缸式等。

2、公告号为cn109185244a的发明公开了一种与风电叶片双轴疲劳试验台配套的液压系统，电动机带动恒压变量泵将油箱中的液压油泵送至集成块，再经大分油块分流后在比例伺服阀的调节下经小分油块送至双活塞杆液压缸组件，带动质量块往复运动，迫使风电叶片在挥舞和摆振方向实现双轴疲劳加载。借助液位计、电接点温度计、压力表监测液位、温度和压力，借助压力管路过滤器、回油过滤器实现油液过滤，借助蓄能器、溢流阀和流量控制阀调节并保持管路压力。借助框架和调节螺栓将双活塞杆液压缸组件牢牢固定在风电叶片上，具有易仿形、位置可调、不损伤叶片等优势。但这种液压系统安装维护较复杂，控制难度大，加载过程需要克服质量块自重。

3、因此，上述现有疲劳激振系统存在以下问题：

4、1、使用惯性激振器会对叶片附加重力作用，造成较大剪切载荷；2、完成双轴测试的激振系统构造较为复杂，测试成本高，未平衡共振型测试的需求和控制难度；3、疲劳测试过程未充分考虑重力载荷的影响。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在惯性振荡器安装在叶片上，对叶片附加重力作用，造成较大剪切载荷，而且惯性激振器的结构复杂的缺陷而提供一种用于风电叶片疲劳测试的激振装置。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种用于风电叶片疲劳测试的激振装置，设置在加载组件上，所述装置包括叶片组件和激振组件，所述叶片组件包括叶片、夹具和配重块，所述叶片的根部安装在加载组件的加载支座上，所述夹具安装在叶片上，并连接激振组件，所述配重块设置在夹具上；

4、所述激振组件包括电机、卷筒和缆索，所述电机驱动连接卷筒，用于带动卷筒转动，所述缆索的一端固定并绕制在卷筒上，另一端连接夹具；所述缆索为张紧状态，所述缆索与叶片的弦线平面的夹角小于90度。

5、优选地，该装置包括第一激振组件和第二激振组件，所述叶片的弦线平面水平设置，所述夹具上设有安装孔，所述第一激振组件和第二激振组件的缆索分别连接安装孔，所述第一激振组件的缆索所在轴线与第二激振组件的缆索所在轴线的夹角大于0度。

6、优选地，所述第一激振组件的缆索所在轴线与第二激振组件的缆索所在轴线均位于经过安装孔的叶片竖直截面内，所述第一激振组件的缆索所在轴线与叶片的弦线平面的夹角等于第二激振组件的缆索所在轴线与叶片的弦线平面的夹角。

7、优选地，所述叶片具有竖直挥舞方向的第一共振频率和水平摆振方向的第二共振频率，所述第一激振组件的缆索上的张力的基频与第一激振组件相同，所述第二激振组件的缆索上的张力的基频与第二共振频率相同。

8、优选地，该装置具有一个激振组件，所述叶片的弦线平面水平设置，所述夹具上设有安装孔，所述激振组件的缆索连接安装孔。

9、优选地，所述叶片具有竖直挥舞方向的第一共振频率和水平摆振方向的第二共振频率，所述激振组件的缆索上的张力具有第一基频和第二基频，所述第一基频与第一共振频率相同，所述第二基频与第二共振频率相同。

10、优选地，所述第一基频和第二基频之间设有相位差。

11、优选地，该装置具有一个激振组件，所述叶片的弦线平面与水平面的夹角大于0度且小于90度，所述夹具上设有安装孔，所述激振组件的缆索连接安装孔，所述缆索竖直设置。

12、优选地，该装置还包括支座和扭簧，所述支座设置在地面上，所述卷筒可转动固定在支座上，且水平放置，所述扭簧的一端固定在地面上，另一端连接卷筒远离电机的一端；

13、所述叶片处于振动最低点时，所述扭簧为原长状态；

14、所述叶片处于振动最高点时，所述扭簧为压缩状态。

15、优选地，所述夹具为可拆卸结构，所述夹具上设有螺栓，所述夹具通过螺栓可拆卸固定在叶片上，所述叶片上设有多个夹具。

16、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

17、(1)本方案将叶片的根部安装在加载支座上，夹具安装到叶片上，夹具用于设置配重块，并连接激振组件的缆索，完成激振装置的组装；之后电机驱动卷筒做往复转动，实现缆索的周期性收放动作，带动夹具和叶片动作，从而对叶片施加激振力，进行叶片的疲劳测试。

18、通过将叶片固定在加载支座上，利用电机驱动卷筒做往复转动，使缆索进行周期性收放，通过与缆索连接且固定在叶片上的夹具对叶片施加激振力，驱动叶片进行竖直方向的挥舞和水平方向的摆振。该激振装置相比于安装在叶片上的惯性激振器，安装方式更简便，且激振装置的重量不会对叶片测试产生影响，不改变叶片系统共振频率，测试结果的准确度更高。

19、(2)本方案中夹具通过缆索分别连接两个激振组件，两侧缆索所在轴线与竖直方向夹角可调节，两侧缆索中张力的基频分量之间存在可调节的相位差，进而可以控制叶片双轴测试过程中的组合载荷，两侧缆索中张力的常值分量在摆振方向上相互抵消，从而改善双轴测试中的振动轨迹偏移现象。

20、(3)本方案中可以设置一个激振组件，使缆索所在轴线与竖直方向设置偏角，缆索中张力存在两种基频分量，经负载角作用于叶片的挥舞方向和摆振方向。对缆索偏角和基频分量相位差的调整可以控制振动轨迹和测试能耗，完成双轴测试。而且缆索中张力的实际形式可以在目标形式基础上进行平滑滤波，从而提高实际测试中的可操作性，充分利用设备条件，降低测试成本。

21、(4)本方案中还可以设置一个激振组件，使缆索所在轴线竖直设置，叶片根部弦线平面与水平方向存在夹角。缆索下拉和配重块的重力作用对叶片施加的单向载荷会对测试过程的疲劳损伤产生影响，尤其是当仅作用在挥舞方向上时；而缆索竖直设置后的单向载荷被分解到挥舞方向和摆振方向后能够削弱这种影响，再改变缆索中张力的幅度可以进一步补偿，修正了单向载荷叠加效应的影响，提高了测试精度和可靠性。

22、(5)本方案在卷筒远离电机的一端输出轴上安装扭簧，在缆索始终张紧的前提下，叶片处于振动最低点时扭簧处于原长状态；当叶片从最低点振动到最高点过程中，电机通过卷筒对扭簧做正功，扭簧转过一定角度储存弹性势能；当叶片从最高点振动到最低点过程中，电机和扭簧同时对卷筒做正功，扭簧释放弹性势能；充分利用叶片回弹过程中电机输出的能量，降低达到满载时电机的峰值载荷，充分利用电机功率容量。

技术特征：

1.一种用于风电叶片疲劳测试的激振装置，设置在加载组件上，其特征在于，所述装置包括叶片组件和激振组件，所述叶片组件包括叶片(1)、夹具(3)和配重块(4)，所述叶片(1)的根部安装在加载组件的加载支座(5)上，所述夹具(3)安装在叶片(1)上，并连接激振组件，所述配重块(4)设置在夹具(3)上；

2.根据权利要求1所述的一种用于风电叶片疲劳测试的激振装置，其特征在于，该装置具有两个激振组件，包括第一激振组件(7)和第二激振组件(8)，所述叶片(1)的弦线平面(6)水平设置，所述夹具(3)上设有安装孔，所述第一激振组件(7)和第二激振组件(8)的缆索分别连接安装孔，所述第一激振组件(7)的缆索所在轴线与第二激振组件(8)的缆索所在轴线的夹角大于0度。

3.根据权利要求2所述的一种用于风电叶片疲劳测试的激振装置，其特征在于，所述第一激振组件(7)的缆索所在轴线与第二激振组件(8)的缆索所在轴线均位于经过安装孔的叶片竖直截面内，所述第一激振组件(7)的缆索所在轴线与叶片(1)的弦线平面(6)的夹角等于第二激振组件(8)的缆索所在轴线与叶片(1)的弦线平面(6)的夹角。

4.根据权利要求2所述的一种用于风电叶片疲劳测试的激振装置，其特征在于，所述叶片(1)具有竖直挥舞方向的第一共振频率和水平摆振方向的第二共振频率，所述第一激振组件(7)的缆索上的张力的基频与第一激振组件(7)相同，所述第二激振组件(8)的缆索上的张力的基频与第二共振频率相同。

5.根据权利要求1所述的一种用于风电叶片疲劳测试的激振装置，其特征在于，该装置具有一个激振组件，所述叶片(1)的弦线平面(6)水平设置，所述夹具(3)上设有安装孔，所述激振组件的缆索(11)连接安装孔。

6.根据权利要求5所述的一种用于风电叶片疲劳测试的激振装置，其特征在于，所述叶片(1)具有竖直挥舞方向的第一共振频率和水平摆振方向的第二共振频率，所述激振组件的缆索(11)上的张力具有第一基频和第二基频，所述第一基频与第一共振频率相同，所述第二基频与第二共振频率相同。

7.根据权利要求6所述的一种用于风电叶片疲劳测试的激振装置，其特征在于，所述第一基频和第二基频之间设有相位差。

8.根据权利要求1所述的一种用于风电叶片疲劳测试的激振装置，其特征在于，该装置具有一个激振组件，所述叶片(1)的弦线平面(6)与水平面的夹角大于0度且小于90度，所述夹具(3)上设有安装孔，所述激振组件的缆索(11)连接安装孔，所述缆索(11)竖直设置。

9.根据权利要求1所述的一种用于风电叶片疲劳测试的激振装置，其特征在于，该装置还包括支座(12)和扭簧(21)，所述支座(12)设置在地面上，所述卷筒(13)可转动固定在支座(12)上，且水平放置，所述扭簧(21)的一端固定在地面上，另一端连接卷筒(13)远离电机(14)的一端；

10.一种根据权利要求1所述的一种用于风电叶片疲劳测试的激振装置，其特征在于，所述夹具(3)为可拆卸结构，所述夹具(3)上设有螺栓(2)，所述夹具(3)通过螺栓(2)可拆卸固定在叶片(1)上，所述叶片(1)上设有多个夹具(3)。

技术总结
本发明涉及一种用于风电叶片疲劳测试的激振装置，设置在加载组件上，所述装置包括叶片组件和激振组件，所述叶片组件包括叶片、夹具和配重块，所述叶片的根部安装在加载组件的加载支座上，所述夹具安装在叶片上，并连接激振组件，所述配重块设置在夹具上；所述激振组件包括电机、卷筒和缆索，所述电机驱动连接卷筒，用于带动卷筒转动，所述缆索的一端固定并绕制在卷筒上，另一端连接夹具；所述缆索为张紧状态，所述缆索与叶片的弦线平面的夹角小于90度。与现有技术相比，本发明通过缆索斜拉叶片，激发叶片的双轴振动具有结构简单、测试成本低且避免了重力对结果的影响等优点。

技术研发人员：周爱国,施金磊,朱玉田,董涛,许秀锋
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2025/1/2