[發明專利]大型風機塔架強度試驗裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 201610157502.4
• 申請日: 2016-03-18
• 公開（公告）號: CN105606391B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 曲先強;秦培江;謝耀國;馬永亮;韓超帥;崔洪斌;李新飛;朱德強
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及大型風機塔架強度試驗，尤其涉及一種大型風機塔架強度試驗裝置及試驗方法。

背景技術

隨著陸地能源的匱乏和開發難度的增加，人類對能源開發的目光逐漸轉向海洋。風能是在可知范圍內對環境影響最小的綠色能源，風機則是將風能轉化成電能的有效裝置。對于導管架風機結構而言，最容易產生疲勞破壞的地方為支撐桁架與塔筒的過渡連接部分，對于該部分的疲勞強度校核尤其重要。目前，由于試驗的耗費大，大部分研究均處于數值模擬階段。對于疲勞校核來說，數值模擬過程中做了很多假設，而數值模擬的誤差有可能導致所涉及結構的破壞。因此在設計階段，不能僅僅局限于數值模擬，對大型風機塔架模型疲勞試驗十分必要。

風機主要承受的載荷為風載荷，而且載荷水平較高，現有的加載系統大部分為點加載、面加載，加載系統整體高度不高。風機塔架由于塔筒很高，試驗模型垂向長度也會比較大，這給試驗帶來了不便。如何對縱向大尺度結構進行疲勞試驗，成為了一個亟待解決的問題。

與本發明申請有關的公開文件有：1、近海風機基礎—塔架結構體系振動監測與動力響應分析(中國水利水電科學研究院學報2013年6月第11卷第2期)；2、海上風機支撐結構動力特性模型試驗研究(地震工程學報2014年12月第36卷第3期)。文獻1對已經存在運行的風機進行了長期的樁基礎-塔架結構體系振動監測數據，是對已經設計完畢在海場運行的現有風機的監測，而本文涉及的是設計階段，對設計方案進行前期模型疲勞試驗，主要是在人為可控加載環境下進行的準確定量試驗分析，而非自然環境下對已建完風機進行監測，涉及的方面不同；文獻2是在結構動力特性試驗平臺上，建立了以基礎-塔架-頂部集中質量為一體的風機簡化分析模型，模型為單樁形式，因此不包含導管架，研究的內容為樁基與砂土的作用。本文研究的為導管架結構應力水平的變化，試驗結構以及研究內容有很大差別。

綜上所述，已公開發表的文獻及已申請的專利與本發明均不同。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種設備投資少、操作簡便、準確度高、貼近真實載荷的大型風機塔架而提供一種大型風機塔架強度試驗裝置及試驗方法。

本發明的目的是這樣實現的：大型風機塔架強度試驗裝置，在地基所在的平面垂直安裝剪力墻，在剪力墻上垂直安裝帶有過渡段的試驗件，試驗件的筒體部分通過法蘭盤與力臂筒連接，力臂筒的端部通過角凳與液壓作動器連接，所述試驗件上貼有三向應變片。

本發明還包括這樣一些結構特征：

1.所述試驗件上貼有三向應變片是指：對于試驗件上的單焊縫，在每個關心點貼兩個三向應變片，且兩個三向應變片與焊趾之間的距離分別是0.5t和1.5t，t是指兩個三向應變片所在面的壁厚；對于試驗件上的多焊縫的交點處，在每兩條焊縫之間的面上貼四個三向應變片，且四個三向應變片中的一號三向應變片的位置是與兩條焊縫之間的距離均是0.5T、四號三向應變片的位置是與兩條焊縫之間的距離均是1.5T、二號三向應變片和三號三向應變片以一號三向應變片與四號三向應變片連線為對角線組成正方向布置，T是指四個三向應變片所在面的壁厚。

2.一種大型風機塔架強度試驗方法，

第一步：液壓作動器加載載荷，利用力臂筒的長度控制彎矩大小模擬真實風載成分，且載荷為正弦形式，幅值為所需載荷，頻率為風載荷模擬頻率；

第二步：在第一步所加載荷下，對試驗件進行焊趾處熱點應力計算：

對于單焊縫，焊趾處熱點應力HS的計算公式是：

HS＝1.5*S_A-0.5*S_B

其中：S_A是距離焊趾1.5t處的第一主應力值，S_B距離焊趾0.5t處的第一主應力值，且第一主應力值由公式和S＝max(σ_max|，σ_min|)求出，S表示第一主應力值，ε_0°、ε_45°、ε_90°分別為三向應變片的三個方向的應變值，μ為泊松比，E為彈性模量；

對于多焊縫交點處，按照單焊縫焊趾處熱點應力的計算方法，通過一、二號應變片求出熱點應力HS1，三、四號應變片求出熱點應力HS2，通過一、三號應變片求出熱點應力HS3，通過二、四號應變片求出熱點應力HS4，則焊趾處熱點應力HS5的計算公式是：

HS5＝max(|HS5-1|，|HS5-2|，|HS5-3|)

其中：HS5-1＝1.5*HS1-0.5*HS2，