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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

基于ANSYS的风机叶片试验加载架结构优化设计

利用ANSYS软件的APDL语言,对某风机叶片试验加载架的重要尺寸进行参数化,并建立有限元模型,在其最大载荷工况下进行应力与应变分析,找出优化空间;再利用ANSYS中的design opt优化模块进行尺寸优化,并对原有结构加以改进。     

全尺寸风机叶片疲劳测试技术与弯矩匹配方法研究进展综述

风机叶片作为风力发电中能量转换的关键部件,运行期间将承受大量外部载荷,极易发生疲劳失效,导致严重经济损失。为了保证叶片疲劳寿命达到设计要求,叶片装机运行前必须进行疲劳测试。测试时,叶片上的测试弯矩作为衡量叶片损伤的指标通常与预先设计的目标弯矩相差较大。为了使疲劳测试对叶片造成的损伤接近叶片实际损伤,需要在测试前采取相关措施缩小弯矩误差,此过程称为弯矩匹配。近年来叶片尺寸逐渐大型化,大型叶片的疲劳测试技术与弯矩匹配方法已成为研究的重点。概括了疲劳测试技术的工作原理,系统介绍了现有弯矩匹配研究方法,为大尺寸风机叶片疲劳测试的开展提供支持。     

风机叶片静力加载电液控制系统研究

设计了可实现风机叶片静力加载的电液控制系统,对两种控制方案——比例调压方案和变频调速方案——进行了数学建模和理论分析,指出叶片等效刚度对系统的动态性能有直接的影响。在此基础上采用了PID控制器对两种控制方案进行了理论研究和试验对比,证明了比例溢流阀调压方案的动态性能不能满足加载的控制要求,而变频调速方案能较好地实现叶片加载控制,保证了特定阶段的加载精度。     

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。     

风机叶片静力加载节点优化及试验研究

为了验证风机叶片能够承受设计规定的极限载荷,保证试验弯矩分布尽可能接近设计值,研究了叶片静力加载节点优化及试验。采用多点加载模式,优化各节点的牵引力,匹配加载过程的叶片弯矩;基于分布式多级网络控制结构,设计动态主从式PID控制算法,协调各个节点的牵引力,实现叶片5节点全尺寸静力加载试验。现场试验证明:加载过程中加载点牵引力能保持平稳、协调变化,加载点的牵引力过程误差最大值约为±5%,测量点的挠度误差均低于±7%,获得较好的控制效果,满足风机叶片静力加载试验要求。     

风电机组叶片共振疲劳加载系统及试验

设计了一套共振型风机叶片疲劳加载系统,基于能量法对系统动力参数匹配及能量耗散计算,并与强迫加载模式对比分析,考虑叶片振动特点,制定了共振疲劳加载控制策略。利用虚拟仪器技术与控制器方式,对数据采集、存储及分析,趋势二分法快速定位共振频率,实现共振频率跟踪,完成叶片疲劳加载系统测试。试验结果表明,系统共振频率搜索与跟踪效果较好,共振时叶片加载点的振幅误差保持在±5%之内,加载点的刚度没有明显变化,试验精度与效率得到提高。     

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。     

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。     

车轮弯曲疲劳试验机加载臂的疲劳寿命分析

利用Solidworks三维设计软件建立汽车车轮弯曲疲劳试验机的三维模型,导入ANSYS Workbench有限元分析软件,对车轮弯曲疲劳试验机的主要零件—加载臂进行静力学分析。为提高工作效率、降低计算机运算时间,将部分可能导致运算量大幅增加的零部件进行简化:轴承用弹簧单元取代。最终得到加载臂的变形云图与受力分布云图,并使用静力学分析中的疲劳工具得到疲劳寿命云图、损伤云图、安全系数云图,从中判断加载臂设计的合理性,为机构的优化提供依据。     

斜流式风机叶片失效分析

针对斜流式风机叶片在工作过程中失效,结合该系统的工作原理、失效分析及台架模拟试验,得出失效机理,并提出了有效的解决措施。