本發(fā)明涉及機械行業(yè)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)力機葉片的現(xiàn)場載荷測試與評估方法。

背景技術(shù)：

風(fēng)力機葉片載荷評估問題是風(fēng)力機葉片設(shè)計與運行中所關(guān)注的一項重要內(nèi)容。在風(fēng)力機葉片設(shè)計中，需要對葉片的載荷情況進行分析與評估，并作為后續(xù)設(shè)計的基礎(chǔ)。在實際設(shè)計中，大都是依據(jù)風(fēng)場的統(tǒng)計數(shù)據(jù)與相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)合葉片氣動計算，進行載荷的分析與評估。然而，由于實際葉片的氣動特性大都處于非定常流場工況，葉片載荷包含了氣動載荷、慣性載荷、控制載荷等多種因素的疊加效應(yīng)，葉片大型化、柔性化導(dǎo)致的葉片氣彈耦合作用也使載荷問題更為復(fù)雜，采用計算手段獲取葉片載荷的實際分布情況，在計算精度與計算效率上都面臨著很大的不足。采用風(fēng)洞試驗可以在一定程度上開展葉片載荷情況的評估與研究，但由于風(fēng)力機葉片的結(jié)構(gòu)尺度較大，現(xiàn)有的大型風(fēng)洞難以滿足對全尺寸風(fēng)力機葉片載荷的測試評估。因此，采用現(xiàn)場載荷測試，是獲得葉片載荷情況的有效手段。但由于現(xiàn)場運行環(huán)境的隨機性與試驗條件的惡劣性，有必要建立一套科學(xué)有效的方法進行載荷的測試與評估，以實現(xiàn)精準、方便的測量與評估效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述需求，本發(fā)明提出一種風(fēng)力機葉片現(xiàn)場載荷測試與評估方法， 通過評估葉片設(shè)計中在不同工況下的結(jié)構(gòu)載荷計算情況，確定所關(guān)注的葉片載荷分布范圍和所關(guān)注的截面位置。在這些位置布置應(yīng)變傳感器，利用傳感器的測量數(shù)據(jù)，結(jié)合來流風(fēng)況、槳距角、葉輪轉(zhuǎn)速等信息，實現(xiàn)對風(fēng)力機葉片載荷分布的評估工作。

(一)要解決的技術(shù)問題

針對現(xiàn)有風(fēng)力機葉片采用氣動計算與風(fēng)洞試驗等方法，難以準確進行風(fēng)力機葉片載荷評估的問題，本發(fā)明提出了一種操作較為簡便，且能有較好測量效果的風(fēng)力機葉片現(xiàn)場載荷評估方法，可對新型風(fēng)力機葉片的載荷情況進行評估，也可對長期運行的風(fēng)力機葉片載荷變化趨勢進行判斷。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：

一種風(fēng)力機葉片現(xiàn)場載荷測試與評估方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

SS1.確定風(fēng)力機葉片所要預(yù)計進行載荷評估的截面位置。

SS2.對于所要測試評估的風(fēng)力機葉片，在步驟SS1中所確定的載荷評估的截面位置，安裝結(jié)構(gòu)響應(yīng)傳感器，為保護結(jié)構(gòu)響應(yīng)傳感器不受損壞，應(yīng)將結(jié)構(gòu)響應(yīng)傳感器安裝在風(fēng)力機葉片內(nèi)部，結(jié)構(gòu)響應(yīng)傳感器通過信號電纜與外界相連接。

SS3.將所要測試評估的風(fēng)力機葉片安裝到機組上，在風(fēng)力機葉片根部或輪轂處將結(jié)構(gòu)響應(yīng)傳感器通過信號電纜與數(shù)據(jù)采集儀相連接，數(shù)據(jù)采集儀與監(jiān)控計算機相連接。

SS4.在進行風(fēng)力機葉片的載荷測試前，應(yīng)進行載荷與信號響應(yīng)關(guān)系的標(biāo)定，采用的標(biāo)定辦法如下：

以結(jié)構(gòu)響應(yīng)傳感器設(shè)置位置為標(biāo)定截面，分別將風(fēng)力機葉片調(diào)整到水平 向左、水平向右、垂直向上、垂直向下等四個方向，并保持風(fēng)力機葉片處于靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)風(fēng)力機葉片的自身重量分布，分別計算出風(fēng)力機葉片自身重量在各標(biāo)定截面所產(chǎn)生的載荷力矩，分別測量不同方向下各標(biāo)定截面結(jié)構(gòu)響應(yīng)傳感器的輸出信號，從而獲得各截面結(jié)構(gòu)響應(yīng)傳感器的信號輸出值與所承受載荷的對應(yīng)關(guān)系，并繪制出關(guān)系曲線，作為后續(xù)載荷評估的依據(jù)。

SS5.測量風(fēng)力機前的來流風(fēng)速與風(fēng)向，利用機組變槳系統(tǒng)對風(fēng)力機葉片的槳距角進行調(diào)整，利用機組偏航系統(tǒng)對風(fēng)力機葉片來流風(fēng)向進行調(diào)整，利用機組高速軸測速傳感器獲得葉輪轉(zhuǎn)速信息。

SS6.調(diào)整風(fēng)力機葉片在某一固定槳距角下運行一定周期時間，采集在這一槳距角情況下來流風(fēng)速、葉輪轉(zhuǎn)速、各結(jié)構(gòu)響應(yīng)傳感器的響應(yīng)，將應(yīng)變信號與步驟SS4中獲得的標(biāo)定曲線相對照，得到各測量截面所對應(yīng)的載荷值；

SS7.調(diào)整風(fēng)力機葉片處于不同的槳距角，重復(fù)步驟SS6中的測試，獲得一系列槳距角下的數(shù)據(jù)結(jié)果；

SS8.對采集的數(shù)據(jù)進行整理，利用槳距角信息，獲得風(fēng)力機葉片各攻角信息；利用來流風(fēng)速與葉輪轉(zhuǎn)速，獲得風(fēng)力機葉片來流風(fēng)的相對速度；利用應(yīng)變信息獲得各截面載荷信息，最終獲得葉片各截面在不同攻角下載荷與風(fēng)速的關(guān)系曲線，即獲得葉片實際運行中的載荷分布情況。

優(yōu)選地，步驟SS1中，載荷評估截面位置的選取，可參考載荷設(shè)計報告的結(jié)果，根據(jù)具體試驗的目的與要求進行分析，選取能夠反映葉片載荷分布特點的截面位置以及其它所關(guān)心的位置。

優(yōu)選地，步驟SS2中，鑒于成本與耐用性考慮，結(jié)構(gòu)響應(yīng)傳感器可選擇粘貼應(yīng)變片。

優(yōu)選地，步驟SS3中，數(shù)據(jù)采集儀通過無線連接方式或者通過安裝在機組轉(zhuǎn)子上的滑環(huán)系統(tǒng)，與監(jiān)控計算機相連接。

優(yōu)選地，步驟SS4中，如條件許可，也可采用吊車等設(shè)備對風(fēng)力機葉片施加一系列確定載荷的方式進行標(biāo)定，可以獲得更有效的標(biāo)定數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，步驟SS5中，通過在風(fēng)力機前設(shè)置測風(fēng)塔實現(xiàn)對來流風(fēng)速與風(fēng)向的測量，或利用風(fēng)力機上所安裝的測風(fēng)設(shè)備對來流風(fēng)速與風(fēng)向進行測量。

優(yōu)選的，采用該方法進行風(fēng)力機葉片的現(xiàn)場載荷測試與評估，其前提在于進行測試之前，對應(yīng)變測試系統(tǒng)進行載荷與應(yīng)變響應(yīng)的標(biāo)定，并作為后續(xù)分析的基準。

優(yōu)選的，采用該方法進行風(fēng)力機葉片的現(xiàn)場載荷測試與評估，其前提在于利用現(xiàn)場所獲得的風(fēng)況數(shù)據(jù)、葉輪轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)以及結(jié)構(gòu)應(yīng)變數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理。并以此對葉片載荷情況進行評估。

(三)有益效果

同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下明顯的實質(zhì)特點和顯著優(yōu)點：

1)該方法結(jié)合葉片設(shè)計階段的載荷計算報告進行分析，有助于對載荷測量位置的有效選取。

2)該方法通過對來流風(fēng)速、葉輪轉(zhuǎn)速、槳距角、結(jié)構(gòu)應(yīng)變的測量與分析，可有效獲得葉片載荷分布情況。

3)與氣動計算和風(fēng)洞試驗進行載荷評估的方法相比，該方法可真實反映載荷工況、流場情況、結(jié)構(gòu)特征等實際因素對評估分析的影響，避免了由于氣動計算模型、風(fēng)洞尺度效應(yīng)等原因所導(dǎo)致的相關(guān)誤差。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。需要說明的是，以下所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不因此而限定本發(fā)明的保護范圍。

本實施例中，以當(dāng)前主流的MW級風(fēng)力機葉片為例，采用以下步驟進行葉片現(xiàn)場載荷測試與評估：

1)確定葉片所要預(yù)計進行載荷評估的截面位置。載荷評估截面位置的選取，根據(jù)該葉片載荷設(shè)計報告的結(jié)果，確定在距葉根葉根0.5米、10米處、20米、30米、40米處為載荷關(guān)注截面，并在各截面的前緣、尾緣、壓力面、吸力面上選取4個參考點作為載荷評估點；

2)分別在距葉根葉根0.5米、10米處、20米、30米、40米處的葉片內(nèi)部，粘貼應(yīng)變片。并給與必要的保護，應(yīng)變片與信號電纜線連接，保證電纜良好的固定在葉片上；

3)將測試葉片安裝到機組上，在葉片輪轂處與數(shù)據(jù)采集儀相連接，采集儀通過通過安裝在機組轉(zhuǎn)子上的滑環(huán)系統(tǒng)，與監(jiān)控計算機相連接；

4)在進行載荷測試前，進行載荷與信號響應(yīng)關(guān)系的標(biāo)定，采用的標(biāo)定辦法如下:

以應(yīng)變片設(shè)置位置為標(biāo)定截面。分別將葉片調(diào)整到水平向左，水平向右，垂直向上，垂直向下四個方向，并保持靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)葉片的重量分布，計算出葉片重量在各標(biāo)定截面所產(chǎn)生的載荷力矩，分別測量不同方向下各標(biāo)定截面應(yīng)變片的輸出信號。獲得各截面應(yīng)變片的的信號輸出值與所承受載荷的對應(yīng)關(guān)系，繪制出關(guān)系曲線，作為后續(xù)載荷評估的依據(jù)；

5)在風(fēng)力機前設(shè)置測風(fēng)塔實現(xiàn)對來流風(fēng)速與風(fēng)向的測量，利用機組變槳系統(tǒng)實現(xiàn)對葉片槳距角的調(diào)整，利用機組偏航系統(tǒng)實現(xiàn)對葉片來流風(fēng)向的調(diào)整，利用機組高速軸測速傳感器獲得葉輪轉(zhuǎn)速信息。

6)調(diào)整葉片在某一固定槳距角下運行一定周期時間，采集在這一槳距角情況下，來流風(fēng)速、葉輪轉(zhuǎn)速、各應(yīng)變傳感器的響應(yīng)。將應(yīng)變信號與4)中獲得的標(biāo)定曲線相對照，得到各測量截面所對應(yīng)的載荷值；

7)調(diào)整葉片槳距角，從0度到90度每間隔5度作為一個測量狀態(tài)，重復(fù)6)中的測試，可獲得一系列槳距角下的數(shù)據(jù)結(jié)果；

8)對采集的數(shù)據(jù)進行整理，利用槳距角信息，可獲得葉片各攻角信息；利用來流風(fēng)速與葉輪轉(zhuǎn)速，可獲得葉片來流風(fēng)的相對速度；利用應(yīng)變信息獲得各截面載荷信息。最終獲得葉片距葉根0.5米、10米處、20米、30米、40米處各截面在不同攻角下載荷與風(fēng)速的關(guān)系曲線。

通過以上步驟的實施，實現(xiàn)了對該葉片所關(guān)心截面載荷信息的評估工作。

通過上述實施例，完全有效地實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。該領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解本發(fā)明包括但不限以上具體實施方式中描述的內(nèi)容。雖然本發(fā)明就目前認為最為實用且優(yōu)選的實施例進行說明，但應(yīng)知道，本發(fā)明并不限于所公開的實施例，任何不偏離本發(fā)明的功能和結(jié)構(gòu)原理的修改都將包括在權(quán)利要求書的范圍中。