[發(fā)明專利]一種水平軸風(fēng)力機(jī)葉片靜力測(cè)試結(jié)果修正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310100563.3
• 申請(qǐng)日: 2013-03-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103196689A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石可重
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號(hào): G01M99/00
• 分類號(hào): G01M99/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械行業(yè)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水平軸風(fēng)力機(jī)葉片在靜力載荷作用下結(jié)構(gòu)性能的評(píng)估方法。

背景技術(shù)

風(fēng)能作為未來(lái)能源供應(yīng)重要組成部分的戰(zhàn)略地位受到世界各國(guó)的普遍重視。我國(guó)風(fēng)能資源儲(chǔ)量豐富，從宏觀上看，我國(guó)具備大規(guī)模發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的資源條件。

風(fēng)電葉片在極限載荷作用下發(fā)生損傷破壞問(wèn)題是風(fēng)電葉片設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行中所關(guān)注的一項(xiàng)重要內(nèi)容。在風(fēng)電葉片設(shè)計(jì)中，一般都要求風(fēng)電葉片能滿足20年的使用壽命。在如此長(zhǎng)的服役期間和惡劣的工作環(huán)境下，風(fēng)電機(jī)組經(jīng)常要在多種極限載荷作用下運(yùn)行，嚴(yán)重影響了風(fēng)電機(jī)組安全運(yùn)行的可靠性和使用壽命。準(zhǔn)確評(píng)估葉片運(yùn)行中，在極限載荷作用下的力學(xué)特性，是保證葉片安全運(yùn)行的一項(xiàng)前提，因此在葉片的設(shè)計(jì)階段和檢測(cè)過(guò)程中，合理有效的預(yù)測(cè)極限載荷作用下的力學(xué)特性就十分重要。

由于風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)及運(yùn)行情況的特殊性，其它行業(yè)已建立的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)不能有效的應(yīng)用到風(fēng)電機(jī)組葉片的性能評(píng)估中來(lái)。進(jìn)行葉片在極限載荷作用下的靜力測(cè)試可以提供對(duì)設(shè)計(jì)的可靠確認(rèn)。對(duì)于新設(shè)計(jì)、新工藝、新材料的風(fēng)電葉片，靜力測(cè)試是保證葉片質(zhì)量關(guān)鍵的一環(huán)。通過(guò)測(cè)試，可以將測(cè)量數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以掌握葉片的結(jié)構(gòu)性能。并且可以利用測(cè)試的結(jié)果改進(jìn)與優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的規(guī)模利用，降低風(fēng)能利用成本，風(fēng)電機(jī)組正向著大尺寸、大功率的方向發(fā)展。由于大尺寸葉片質(zhì)量也往往很大，在運(yùn)行狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生較大的離心力慣性載荷，在這種大的離心力慣性載荷作用下，葉片有可能會(huì)發(fā)生非線性變形，這些非線性因素會(huì)造成葉片結(jié)構(gòu)剛度相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)下發(fā)生改變。而在試驗(yàn)臺(tái)架上所開(kāi)展的葉片靜力測(cè)試則無(wú)法反應(yīng)離心載荷所造成的影響，單純依靠試驗(yàn)臺(tái)架上的試驗(yàn)，不能準(zhǔn)確預(yù)估葉片在極限載荷（或其它靜力載荷）作用下的實(shí)際結(jié)構(gòu)響應(yīng)，包括葉片變形與關(guān)鍵部分的應(yīng)力/應(yīng)變。由于葉片變形與關(guān)鍵部分的應(yīng)力/應(yīng)變是影響葉片安全運(yùn)行的重要因素，因此，如不能對(duì)其作出準(zhǔn)確評(píng)估，所設(shè)計(jì)出的葉片將會(huì)有可能無(wú)法滿足葉片及機(jī)組的安全運(yùn)行要求。因此，有必要提供一種更加有效的水平軸風(fēng)力機(jī)葉片在靜力載荷作用下結(jié)構(gòu)性能的評(píng)估方法，使得在葉片掛機(jī)運(yùn)行之前，能夠比較準(zhǔn)確地考慮離心載荷對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響，從而保證葉片在運(yùn)行情況下，處于安全合理的變形與應(yīng)力/應(yīng)變，保障葉片及機(jī)組的安全運(yùn)行。

本專利所提供方法，就是針對(duì)這一目標(biāo)所發(fā)明的，可通過(guò)對(duì)葉片臺(tái)架試驗(yàn)條件下的靜力測(cè)試結(jié)果進(jìn)行相關(guān)修正，以達(dá)到模擬和評(píng)估葉片運(yùn)行環(huán)境中在極限載荷或其它靜力載荷作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的目的。該方法可利用現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外葉片檢測(cè)設(shè)施，采用比較經(jīng)濟(jì)的檢測(cè)方法，獲得比較精準(zhǔn)的評(píng)估效果，具有十分重要與現(xiàn)實(shí)的意義。

發(fā)明內(nèi)容

（一）要解決的技術(shù)問(wèn)題

針對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片在試驗(yàn)臺(tái)架上所開(kāi)展的靜力測(cè)試難以真實(shí)反映葉片實(shí)際運(yùn)行情況下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，無(wú)法反應(yīng)離心載荷所造成的影響，不能準(zhǔn)確預(yù)估葉片在極限載荷或其它靜力載荷作用下的實(shí)際結(jié)構(gòu)響應(yīng)這一問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種利用試驗(yàn)與計(jì)算相結(jié)合，開(kāi)展水平軸風(fēng)力機(jī)葉片在靜力載荷作用下結(jié)構(gòu)性能評(píng)估的方法，通過(guò)對(duì)葉片臺(tái)架試驗(yàn)條件下的靜力測(cè)試結(jié)果進(jìn)行相關(guān)修正，以達(dá)到模擬和評(píng)估葉片運(yùn)行環(huán)境中在極限載荷或其它靜力載荷作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的目的，使得在葉片掛機(jī)運(yùn)行之前，能夠比較準(zhǔn)確地考慮離心載荷對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響，從而保證葉片在運(yùn)行情況下，處于安全合理的變形與應(yīng)力/應(yīng)變，保障葉片及機(jī)組的安全運(yùn)行，該方法可在保障檢測(cè)成本較低的前提下，提高對(duì)葉片實(shí)際結(jié)構(gòu)響應(yīng)的評(píng)判精度。

（二）技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種利用試驗(yàn)與計(jì)算相結(jié)合，以獲得更為準(zhǔn)確的葉片靜力結(jié)構(gòu)響應(yīng)參數(shù)的評(píng)估方法，其特征在于，該方法由以下幾部分組成：葉片在試驗(yàn)臺(tái)架上的靜力測(cè)試；臺(tái)架靜力測(cè)試過(guò)程的數(shù)值模擬；試驗(yàn)與計(jì)算的相關(guān)性分析；實(shí)際運(yùn)行情況下離心載荷對(duì)葉片結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響分析；該影響對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的修正。具體步驟如下：

1）采用現(xiàn)有通用的水平軸風(fēng)力機(jī)葉片靜力試驗(yàn)方法，對(duì)固定在試驗(yàn)臺(tái)架上的葉片進(jìn)行揮舞、擺振方向的靜力測(cè)試，獲取不同方向下的葉片結(jié)構(gòu)響應(yīng)，包括葉片變形量與關(guān)鍵部位的應(yīng)變值；

2）采用數(shù)值仿真方法，對(duì)步驟1）中的試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，分別對(duì)葉片揮舞、擺振方向進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析，計(jì)算得到葉片在不同方向下的葉片變形量與關(guān)鍵部位的應(yīng)變值；

3）對(duì)步驟1）的測(cè)試結(jié)果和步驟2）的數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)試驗(yàn)與計(jì)算中葉片的尺寸結(jié)構(gòu)、和/或材料性能參數(shù)進(jìn)行分析，確定影響數(shù)值計(jì)算準(zhǔn)確度的因素，調(diào)整與完善數(shù)值計(jì)算中的相關(guān)尺寸結(jié)構(gòu)、和/或材料性能參數(shù)；