专利名称：风力机叶片疲劳试验旋转偏心质量与载荷控制方法
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�。镀＠驮睾傻哪岩钥刂埔约拔薹ūＶし缌镀谄＠褪匝楣讨性睾煞鹊囊恢�。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IO4-IO6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�。⑼捎梦灰拼衅魅繁Ｔ睾煞炔槐�。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。
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。
具体实施例方式
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�。ü欢ǖ姆椒ń睾煽刂谱怀傻刃У奈灰票浠刂疲捎梦灰拼衅骷嗖饧釉匚恢玫奈灰疲员Ｖて＠驮睾纱锏缴瓒ㄒ蟆Ｔ诜缌镀＠褪匝楣讨忻扛鬒O4-IO6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�。⑼捎梦灰拼衅魅繁Ｔ睾煞炔槐洹Ｈ绻灰萍嗖饷宦闵杓埔螅璧髡柿看笮≈钡铰阄灰粕杓埔�。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)确定疲劳载荷巧及加载
首先确定风力机叶片疲劳载荷大�。缤ü睾杉扑闳范ㄆ＠驮睾纱笮。蛘咂＠驮睾伤轿拊睾傻陌俜直�(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為；
根据加载位置计算出加载点的载荷大�。偕栉�。根据这一载荷确定叶片在加载位置的位移大�。⒓锹嘉灰浦担偕栉獮�。(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。(4)求解疲劳载荷静态时的位移4’。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
4 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，>4为疲劳载荷在静态时叶片的位移；
根据方程(1)即可得到疲劳载荷在静态时叶片的位移式。 (5)根据小载荷下叶片为线弹性体，计算叶片激励载荷大小
权利要求
1.一种风力机叶片疲劳试验旋转偏心质量与载荷控制方法，其特征在于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�。ü欢ǖ姆椒ń睾煽刂谱怀傻刃У奈灰票浠刂疲捎梦灰拼衅骷嗖饧釉匚恢玫奈灰疲员Ｖて＠驮睾纱锏缴瓒ㄒ螅辉诜缌镀＠褪匝楣讨忻扛� IO4-IO6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�。� 并同样采用位移传感器确保载荷幅度不变。
2.根据权利要求1所述的风力机叶片疲劳试验旋转偏心质量与载荷控制方法，其特征在于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。
3.根据权利要求1所述的风力机叶片疲劳试验旋转偏心质量与载荷控制方法，其特征在于所述旋转偏心质量的确定方法是通过以下步骤确定的(1)确定疲劳载荷朽及加载位置；(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4；(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；(4)求解疲劳载荷静态时的位移Λ_；(5)根据小载荷下叶片为线弹性体，计算叶片激励载荷大小巧’；(6)计算出叶片旋转质量大小。
4.根据权利要求3所述的风力机叶片疲劳试验旋转偏心质量与载荷控制方法，其特征在于所述确定疲劳载荷巧及加载位置是首先确定风力机叶片疲劳载荷大�。缤ü睾杉扑闳范ㄆ＠驮睾纱笮。蛘咂＠驮睾伤轿拊睾傻陌俜直龋辉俑萜＠驮睾汕榭鋈范ǚ缌镀＠图釉匚恢�。
5.根据权利要求3所述的风力机叶片疲劳试验旋转偏心质量与载荷拄制方法，其特征在于所述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4是根据加载位置计算出加载点的载荷大�。偕栉桑桓菡庖辉睾扇范ㄒ镀诩釉匚恢玫奈灰拼笮。⒓锹嘉灰浦担偕栉獮椋凰銮蠼馄＠驮睾删蔡钡奈灰剖窃谛≡睾勺饔孟拢镀墒游叩蕴澹敲次耸沟闷＠驮睾傻酱锷瓒ㄒ螅＠驼穹τ胍陨纤鰹橄嗟龋辉诠舱裉跫拢穹赏ü率郊扑�
6.根据权利要求5所述的风力机叶片疲劳试验旋转偏心质量与载荷控制方法，其特征在于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。
7.根据权利要求3所述的风力机叶片疲劳试验旋转偏心质量与载荷控制方法，其特征在于所述根据小载荷下叶片为线弹性体，计算叶片激励载荷大小< 是小载荷下叶片为线弹性，则有
8.根据权利要求3所述的风力机叶片疲劳试验旋转偏心质量与载荷控制方法，其特征在于所述计算出叶片旋转质量大小是采用旋转偏心质量加载方法，那么激励载荷为
9.根据权利要求3所述的风力机叶片疲劳试验旋转偏心质量与载荷控制方法，其特征在于叶片疲劳试验载荷幅值的控制如下(1)叶片疲劳试验开始时，通过加载位置下测定竖直位移的传感器可测得叶片的振幅；如果振幅与设定的振幅4 相等，则设计满足要求，叶片疲劳试验壳正式开始；如果所测得的位移与设定的振幅為有偏差，可适当调整旋转质量的大�。钪帐共獾玫恼穹肷瓒ǖ奈灰�4相等并开始风力机叶片的疲劳试验；(2)在叶片疲劳试验过程中，每试验一段时间后测定一次叶片的固有频率；第k次测定叶片固有频率Ji后，通过式
10.根据权利要求3所述的风力机叶片疲劳试验旋转偏心质量与载荷控制方法，其特征在于进行叶片疲劳试验时，首先将叶片固定在检测固定支架上；再将振动加载装置挂在叶片的某一位置上，启动振动电机，通过加载位置下测定竖直位移的传感器可测得叶片的振幅；如果振幅与设定的振幅為相等，则设计满足要求，叶片疲劳试验可正式开始；如果所测得的位移与设定的振幅為有偏差，可适当调整旋转质量的大�。钪帐沟貌獾玫恼穹肷瓒ǖ奈灰茷橄嗟炔⒖挤缌镀钠＠褪匝�。
全文摘要
一种风力机叶片疲劳试验过程中疲劳载荷加载方法，通过自由振动法测定叶片的固有频率与阻尼，采用一定的方法预报出对叶片施加疲劳载荷旋转偏心质量的大�。ü欢ǖ姆椒ń睾煽刂谱怀傻刃У奈灰票浠刂疲捎梦灰拼衅骷嗖饧釉匚恢玫奈灰疲员Ｖて＠驮睾纱锏缴瓒ㄒ�。在风力机叶片疲劳试验过程中每隔一定时间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�。⑼捎梦灰拼衅魅繁Ｔ睾煞炔槐�。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。本发明可先设计出叶片疲劳加载电机转速和旋转质量大�。⒖杀Ｖぴ诜缌镀＠褪匝楣讨性睾煞炔槐洌行ПＶな匝榈淖既沸院涂蒲�。
文档编号G01M13/00GK102156040SQ20111005010
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月2日 优先权日2011年3月2日
发明者冯学斌, 彭超义, 曾竞成, 潘利剑, 肖加余, 靳交通 申请人:株洲时代新材料科技股份有限公司
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