风机叶片旋转疲劳加载系统研究

设计了偏心旋转质量块疲劳加载系统,对风机叶片疲劳加载试验传动系统中关键参数进行了分析及匹配优化,使得系统传动效果最优化。采用激光传感器测距,虚拟仪器开发软件实现信号的采集读取、分析运算、显示存储及通信控制,PLC执行相关程序算法对频率搜索跟踪、输出控制,完成叶片疲劳加载测试过程。试验结果表明:疲劳加载系统具有足够的安全性和可靠性,达到了较好的控制效果,降低了设备成本,为风电叶片检测与分析提供一种的实用手段。     

风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置

鉴于当今世界能源危机和环境问题日益显著,风能作为清洁能源得以快速发展,针对风电叶片在服役过程中容易出现的断裂、疲劳失效等问题,综合设计一种基于风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置.该装置的设计,采用电磁感应原理对叶片进行多角度加载,通过传感器、超声波检测等手段实现对叶片多点、多角度检测,具有加载频率可调、幅值可调、加载位置可调、加载角度可调等特点,更贴近叶片的服役工况.     

风电叶片离心共振式疲劳加载装置匀速控制分析

离心共振式疲劳加载是叶片疲劳检测常用的加载方法之一,常见的离心加载方式为摆锤质量块旋转加载。随着叶片尺寸的增大,加载过程中叶片自身振动对疲劳加载装置产生的附加加速度也随之增大,影响了加载装置摆锤质量块的匀速圆周运动,进而影响叶片的试验效果。分析了装置受叶片振动后的非匀速运动规律,在此基础上分别对异步电机、同步电机建立系统控制模型,分析对比匀速控制效果,得出同步电机在风电叶片离心式疲劳加载试验中更具有优越性的结论,为同步电机在风电叶片的离心共振式疲劳加载中的应用提供了理论依据。     

摆锤共振型风电叶片疲劳加载系统研究

作为风电叶片检测必不可少的一个环节,叶片疲劳检测越来越受到人们的关注.该文列举了几种目前常用的疲劳检测方法,重点介绍了摆锤共振型叶片疲劳加载系统,并提出了基于激光测距传感器位移反馈的闭环控制系统.摆锤共振型疲劳加载方案需要工作在共振状态,因此通过试验获取共振频率非常重要.该文提出并对比分析了两种共振频率搜索的控制策略,认为频率扫描法操作简单,但是当搜索规模较大时宜采用趋势二分法快速定位共振频率.     

风电叶片疲劳试验损伤在线评估的研究

评价风电叶片在疲劳加载试验中的损伤情况,传统的数据后处理方案实时性差,影响试验效率。本文基于疲劳累积损伤理论和Markov频次矩阵法设计了风电叶片疲劳加载试验损伤实时评估系统,通过二次曲线拟合获得平滑的载荷-时间历程,利用"生产者-消费者"模式设计数据处理程序。实验证明,该系统能实现测试数据实时处理,且具备与数据后处理方式同等的准确性。     

风机叶片弦向疲劳加载系统特性分析

针对叶片弦向摆锤共振加载系统,建立系统的弹簧-阻尼模型,利用拉格朗日方程推导出系统的运动微分方程.以摆锤为对象,分析叶片弦向疲劳加载共振能量,对系统进行动力学分析和参数匹配;设计加试验装置,采用虚拟仪器软件实现信号处理及通信控制,PLC(Programmable Logic Controller)对频率搜索跟踪、输出控制,完成疲劳加载系统测试过程.试验结果表明:疲劳加载系统安全可靠,达到了较好的控制效果,为疲劳系统的应用提供了理论依据及试验参考,也为后续的风机叶片疲劳加载试验打下了基础.     

风电叶片两点疲劳加载控制系统设计及验证

针对目前风电叶片单点疲劳加载系统存在弯矩分布精度误差较大以及系统驱动能力不足的问题,首次提出了两点疲劳加载新方法。然而基于叶片柔性连接且非共面的两个加载源之间存在空间耦合,导致两者振动不同步,因此,对两点疲劳加载控制系统进行了研究。控制系统采用上位机—主控制器—从控制器—执行装置的网络构架模式。主、从控制器为西门子S7-200PLC,通过虚拟仪器软件LabVIEW进行数据采集以及现场监控;为使两加载源转速和相位均同步,采用基于变增益交叉耦合控制器的速度并行控制算法和PID相位控制,增强了系统的抗干扰性。最后,将设计的控制系统应用于某小型风电叶片的疲劳试验,试验结果表明该系统控制效果良好且稳定,并可缩短试验周期。     

风电叶片单点疲劳加载过程数值仿真与试验

设计了一套风电叶片单点疲劳加载系统,基于拉格朗日方程建立了振动耦合数学模型,对振动特征规律（叶片振幅、电机电流）分别进行数值仿真。当驱动频率与叶片固有频率偏差较小时,固存的机电耦合现象会导致叶片振幅稳定,若偏差增大,叶片振幅则发生剧烈波动。加载源电流跟随叶片振动产生周期性波动,且转速越大,等负载下的电流相对越大,共振时电流达到最大。建立了一套单点疲劳加载试验系统,对振动过程中的叶片振幅和电流进行测试。试验结果验证了数学模型与仿真模型的准确性,该结论为疲劳加载解耦控制算法的制定提供了理论依据。     

风电叶片电磁脉冲式疲劳加载装置设计

针对目前常见的摆锤共振式叶片疲劳加载系统存在的定幅加载及液压式疲劳加载方式存在效率较低的缺点,设计了一种新型风电叶片电磁脉冲式疲劳加载装置。计算了电磁脉冲式疲劳加载装置的相关参数,并通过仿真验证了电磁脉冲式疲劳加载的可行性。电磁脉冲式加载方式具有设备简单、可控性好、系统质量较小等优点。     

全尺寸风机叶片疲劳加载系统设计及试验研究

为了验证风机叶片在设计使用寿命内能够承受设计规定的疲劳载荷,获得叶片性能参数,设计了一套风机叶片疲劳加载系统。采用模型优化配重块方法减小叶片弯矩分布误差,模糊自整定PID参数进行控制,进行风机叶片全尺寸疲劳试验,完成频率搜索及载荷谱加载测试过程。试验结果表明,系统能以搜索步长为0.01 Hz完成共振频率搜索与跟踪,加载维持峰值变化率在试验要求的误差范围内(5%),叶片根部的弯矩误差不超过±0.4%,检测效率得到提高,降低了设备成本,为风机叶片检测与分析提供了一种实用手段。     

风电叶片疲劳加载装置关键参数研究

风电叶片疲劳加载试验是指在试验室环境下用特定的装置模拟风载对叶片的振动疲劳作用,以此来检验叶片的疲劳寿命.该文以旋转偏心质量块共振(摆锤共振)加载装置为研究对象,介绍加载系统组成、工作原理以及试验步骤,使用共振能量分析的方法研究加载系统中各参数之间的关系以及参数的确定.     

大尺寸风机叶片疲劳加载试验支座研发

为了保证兆瓦级风机叶片疲劳加载试验的顺利进行,设计一套固定叶片根部的疲劳加载试验支座。分析了疲劳加载试验工况,通过有限元软件Abaqus对其进行了建模、网格划分及约束,并讨论了模拟试验结果。现场加载试验证明,该加载支座完全具有承受大尺寸风机叶片进行疲劳加载试验的能力。     

风机叶片疲劳加载装置技术评价与分析

风机叶片疲劳加载装置用于叶片疲劳寿命检测。目前国内尚无对疲劳加载装置进行评价分析的通用标准。针对叶片疲劳加载装置提出了一套评价指标,并结合实际加载装置对其均匀性、稳定性等指标进行评价分析,为叶片疲劳加载装置的设计和改进提供参考。     

兆瓦级风电叶片静力加载控制系统设计及试验

设计了一套兆瓦级风电叶片全尺寸静力加载控制系统,阐述了其构成及工作原理。采用最小二乘法对传感采集数据进行拟合,提高了数据精度。基于控制器局域网（CAN）总线构建两级网络的分布式检测与控制系统,将耦合的多通道加载系统等效为多个具有干扰的单通道加载系统。基于AMES—im和MATLAB／Simulink软件构建静力加载耦合仿真模型,首次将无模型自适应（MFAC）算法应用于静力加载过程的牵引力解耦控制。仿真结果表明：被控对象在一定的变刚度、变阻尼条件下,采用MFAC算法可有效减小牵引力耦合,保证牵引力误差小于2．0％,控制效果明显好于传统的控制算法。现场试验证明：静力加载控制系统可保证大柔度叶片远距离、连续、平稳、协调加载,特定阶段的加载精度优于1．0％（满量程）,完全满足兆瓦级风电叶片全尺寸静力加载试验要求。     

10MW风电叶片静力试验垂直加载控制系统设计及应用

为了满足未来大尺寸风电叶片静力试验检测的需要,开发了一套10MW风电叶片静力垂直加载控制系统。该控制系统硬件采用主从分布式网络构架,软件将PID控制算法和容积调速模式相结合。以aeroblade5.0-62风电叶片最大面向(Max flapwise)为例进行垂直加载试验,试验结果表明:该控制系统能保证5个节点的加载力协调均匀变化,在100%阶段时,每个节点的加载力误差不超过±3KN,证明该系统完全满足大尺寸风电叶片全尺寸静力试验要求。     

风电叶片螺栓套疲劳试验机支架寿命分析

以风电叶片螺栓套试验机支架为研究对象,通过有限元分析和试验研究的方法,对螺栓套疲劳试验机加载支架的疲劳寿命进行研究。首先,根据实际工况的要求,对试验机支架进行建模并通过Solid Works Simulation组件对支架进行静力分析。然后,采用名义应力法对支架后梁结构的疲劳寿命进行计算并采用Solid Works Simulation组件对支架后梁结构进行疲劳分析。最后,通过疲劳试验对试验机支架的抗疲劳特性进行试验验证。研究结果表明,在有限元分析的基础上,采用名义应力法能够对风电叶片螺栓套试验机加载支架的疲劳寿命进行有效估算,为风电叶片螺栓套疲劳试验机的设计与应用提供理论基础。     

风机叶片疲劳加载振动频率特性分析与试验

针对风机叶片疲劳加载过程振动特性,建立旋转偏心块驱动的叶片疲劳加载系统动力学模型。基于拉格朗日方程推导出系统的数学模型,利用平均法近似解析系统动力学方程,得出振动过程中电机转矩平衡方程。分析振动频率的变化规律,建立仿真模型,对系统频率捕获过程进行数值仿真,揭示系统的自同步振动特性。风机叶片疲劳加载试验表明:叶片在受迫振动时,叶片振动频率并不总等于驱动频率;驱动频率与叶片固有频率偏差较大时,叶片振动幅值及频率波动明显;频率偏差在较小区间范围(0.47~0.62Hz)时,偏心块驱动系统与叶片容易发生频率捕获,振幅较小并趋于稳定;在负载转矩较大而电机功率不足时,偏心块会发生转速跳变。     

基于ANSYS兆瓦风力发电机叶片疲劳寿命分析

叶片作为风力发电机组最核心的部件,其主要的损坏形式为疲劳损坏。为了确保风力发电机组运行安全可靠,风电机组设计时,必须对叶片进行疲劳寿命分析。以1.2MW级风电叶片为例,建立了风电叶片和风轮的三维几何模型,依据Weibull两参数分布函数确定某风场风速分布数据。采用ANSYS Workbench软件对风轮模型进行流固耦合数值仿真分析,进而对叶片模型进行线性静态结构分析以及疲劳分析,提取风电叶片在典型风速工况下的危险节点位置及对应的等效应力值。最后结合线性疲劳累计损伤理论计算风电叶片的疲劳寿命。仿真结果表明,实验叶片满足设计要求。     

具有自动控制功能的风机叶片疲劳加载基座设计

为了消除MW级风机叶片疲劳加载基座的机械化弊端,设计了一套具有自动控制功能的疲劳加载试验基座。整个基座可分为旋转结构、锁紧结构和动力结构;采用液压马达驱动齿轮传动,实现叶片转动,并通过楔块实现叶片的定位和锁紧,提高了系统自动化程度。最后,采用Solid Works软件对关键部件进行了有限元分析,证明其完全具有疲劳加载试验的能力。     

风机叶片全尺寸静力多点加载的解耦控制

针对风机叶片静力加载试验时各个加载点之间存在加载力耦合,加载力抖动影响精度甚至损坏叶片,研究了多点风电叶片静力加载模型及解耦控制。分析多点加载下叶片变形耦合,利用悬臂梁模型推导了多点加载下叶片变形耦合矩阵关系式,并结合变频调速控制液压系统,建立了两点耦合加载系统的仿真模型,设计了解耦控制器及自适应模糊PID控制算法,减少各个节点的牵引力耦合,实现叶片多节点全尺寸静力加载试验。仿真表明解耦控制器很好地解决多点耦合,加载曲线振荡现象明显减少,节点最大误差为2.3%。试验进一步证明:叶片加载过程中加载点牵引力能保持平稳、协调变化,加载保持阶段的偏差维持在±0.1 k N,降低了加载过程中牵引力耦合,获得较好的控制效果,满足风机叶片静力加载试验要求。