CN112033830B - 风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置，包括夹持机构、检测机构、承载机构以及带动检测机构沿风电叶片长度方向运动至承载机构处的导轨机构；检测机构包括外框架和多个检测头，各检测头呈周向间隔设在外框架内圈，各检测头远离外框架的一端通过伸缩机构接触或远离承载机构，检测端具有荷载施加装置，在检测端与承载机构接触时、向该承载机构施加载荷，检测风电叶片待检测部位的疲劳力学性能参数；承载机构通过通孔套设并固定在风电叶片待检测部位外，与检测端接触部位的承载机构外壁均为平面。上述技术方案中提供的风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置，能有效解决现有风电叶片检测复杂、风电叶片损坏易导致风机无法正常工作的问题。

Description

风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及风电检测技术领域，具体涉及一种风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置及其使用方法。

背景技术

风电就是风力发电，风力发电是指把风的动能转换为电能。风能是一种清洁无污染的可再生能源，很早就被人们利用，主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风能发电，利用风力发电非常环保，且风能蕴量巨大，因此日益受到世界各国的重视，风力发电所需要的装置，称作风力发电机组，这种风力发电机组，大体上可分风轮、发电机和塔筒三部分。

近年来，我国风电行业迅猛发展，制造以及运行技术已达到国际先进水平，装机数量以及单机容量逐年刷新记录。面对蓬勃发展的风电产业，问题机组日益增多、风机集中出质保期等问题随之而来，大量的风电机组必须进行日常检测与维护，才能确保风电机组的安全经济运行，否则会适得其反，不但浪费大量风力资源，还将产生巨额经济损失。特别是由于风电叶片的损坏造成风机不能正常工作、有时甚至引发火灾造成整个发电机组损毁，严重制约了风电产业的发展。因此，亟需设计一种新的技术方案，以综合解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置，能有效解决现有风电叶片检测复杂、风电叶片损坏易导致风机无法正常工作的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置，包括对风电叶片进行固定的夹持机构、对风电叶片进行疲劳力学性能检测的检测机构、设置在风电叶片待检测部位的承载机构以及带动检测机构沿风电叶片长度方向运动至承载机构处的导轨机构；

所述检测机构包括外框架和多个检测头，所述外框架为安装在导轨机构上的框架结构、并在导轨机构的带动下运动至承载机构处，各所述检测头呈周向间隔设置在外框架内圈，各检测头远离外框架的一端为检测端，检测端通过具有伸缩作用的伸缩机构接触或远离待检测部位处的承载机构，所述检测端具有荷载施加装置，在检测端与承载机构接触时、向该承载机构施加载荷，检测风电叶片待检测部位的疲劳力学性能参数；

所述承载机构的内部设置有与风电叶片待检测部位截面形状一致的通孔，承载机构通过通孔套设并固定在风电叶片待检测部位外，且与检测端接触部位的承载机构外壁均为平面。

进一步地方案为，所述导轨机构包括：

轨道，与检测机构配合使用，且轨道长度方向与风电叶片的长度方向一致；

滑块，设置在轨道上、且沿轨道的长度方向与轨道形成滑动配合连接，所述外框架固定设置在所述滑块上、通过滑块滑动至风电叶片设有承载机构的位置处。

进一步地方案为，所述检测端包括位移传感器和电磁铁，所述位移传感器与伸缩机构电连接、测量电磁铁与承载机构外壁之间的距离，并通过伸缩机构伸缩使电磁铁吸引承载机构，所述电磁铁与外接电路相连，改变通过电磁铁的电流频率和电流大小获取风电叶片疲劳力学性能参数。

进一步地方案为，所述伸缩机构包括驱动电机和连接板，连接板与外框架之间设置有滑动杆，所述滑动杆对称设置有两根、且两滑动杆的第一端转动设置在连接板近外框架的一侧，滑动杆的第二端设置在外框架近连接板的一侧，外框架与滑动杆端部的相接处均开设有长条形孔槽，两滑动杆的第二端分别位于其相应的长条形孔槽内、且沿槽长方向与外框架形成滑动配合连接；所述驱动电机底座固定在两滑动杆第一端之间的连接板上，驱动电机的转轴端设置有转盘，转盘两侧向外延伸有曲柄，所述曲柄远离转盘的端部设置有滑动块，两滑动杆的第二端分别设置在对应位置的滑动块内；驱动电机驱动转盘转动带动曲柄逆时针或顺时针转动，使两滑动杆第二端相离或相近、驱动连接板靠近或远离外框架。

进一步地方案为，所述检测端还包括测量架，位移传感器和电磁铁设置在测量架靠近承载机构的一侧，测量架远离承载机构的一侧通过液压杆与连接板相连，液压杆沿连接板与承载机构的间距方向伸缩微调节电磁铁与承载机构的间距。

进一步地方案为，所述夹持机构包括尾架座，所述尾架座与风电叶片的相接面上设置有用于螺栓连接叶根的螺孔；尾架座与轨道一体成型，滑块与所述轨道相接侧设置有两平行布置的滚动轴，两滚动轴垂直于轨道布置，且两滚动轴之间设置轮子电机，轮子电机的输出轴以及两滚动轴的中部均设置有单排链轮，各个单排链轮通过链条传动连接，滑块及滚动轴通过所述单排链轮和链条的传动作用在轨道上做平移运动。

进一步地方案为，所述滚动轴的两端分别通过圆柱滚子轴承设置有滑轮，所述轨道内沿其轨长方向设置有与所述滑轮形状相适配的滑槽，所述轮子电机驱动滚动轴以及滑轮在滑槽内滚动。

进一步地方案为，所述承载机构至少设置有一个，各承载机构均包括设置在外圈的固定外壳以及设置在固定外壳内的固定内槽，各所述固定外壳的形状均与外框架的形状一致，固定内槽可拆卸式设置在固定外壳内，且各固定内槽上开设的通孔与其固定位置风电叶片的待检测部位相适配。

更进一步地方案为，所述固定外壳以及外框架均为正八边形结构，所述检测头设置有八个且设置在外框架边长所在位置。

并提供上述风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置的使用方法，包括：

S1、进行测量前，将风电叶片安装在尾架座上，在风电叶片上套设并固定承载机构，之后轮子电机带动检测机构从导轨最前端滑动，至设置有承载机构的待检测部位停止，使检测机构与该承载机构位于同一平面内；

S2、检测时，位移传感器测量电磁铁与固定外壳外表面之间的距离，驱动电机带动滑动杆前推，之后驱动液压杆前推微调到至与固定外壳外表面接触，上电需要加载方向的电磁铁，使电磁铁吸引固定外壳，交替通断对应方向电磁铁线圈，吸引固定外壳，以实现疲劳加载；通过调节电流频率和电流大小，以实现不同疲劳加载频率的调节和疲劳强度的调节；

S3、将检测机构滑动到此位置，检测风电叶片不同位置状态时，选用相与此位置匹配的固定内槽，其他操作同上；

S4、分析风电叶片疲劳力学性能。

上述技术方案中提供的提供的风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置，包括夹持机构，检测机构和导轨机构，设置夹持机构对风电叶片整体进行固定，之后通过检测机构对风电叶片上待检测部位的疲劳力学性能参数进行检测，并设置导轨机构对检测机构的位置进行固定，以保证对待检测部位的准确检测；同时将检测部设置为包括检测头和外框架的结构，各个检测头呈周向间隔设置在外框架内，可以对待检测部位进行多方位的检测，提高检测效率和检测准确度。

本发明在检测端设置位移传感器和电磁铁，通过位移传感器测量电磁铁与承载机构外壁之间的距离，并利用伸缩机构将电磁体伸长至于承载机构外壁接触，通过电磁铁于外接电路的连接，实现电磁铁电流频率和电流大小的改变，从而获取风电叶片疲劳力学性能参数。

本发明的伸缩机构包括驱动电机和连接板，通过在连接板于外框架之间设置滑动杆，改变两滑动杆之间的间距，从而调节连接板与承载机构之间的距离，在实现距离调节上还设置驱动电机，利用驱动电机对带动转盘转动，带动转盘上的曲柄弯曲或甚至，从而使两滑动杆的间距增大或缩小，采用驱动电机分别驱动，能够对风电叶片的各个区域分别进行检测。

在驱动电机大范围的距离调节基础上，还设置有用于微调节的液压杆，因此在检测端还设置测量架，在测量架与连接板之间设置液压杆，通过对液压杆的微调实现电磁铁与承载机构外壁之间的间距微调，避免驱动电机将电磁铁过度前推，造成电磁铁的损坏。

本发明的夹持机构包括尾架座，利用尾架座对风电叶片的叶根进行固定，同时为保证固定稳定性，在尾架座上设置与叶根相配合的螺栓孔，通过螺母将叶根上的螺栓固定在尾架座。另外还将尾架座与轨道设置为一体成型，这样可有效提高整个检测装置的装置稳定性，为准确检测提供基础；并在滑块与轨道相接侧设置滚动轴，在滚动轴以及滚动轴之间的电机上设置单排链轮，利用单排链轮和链条的作用，使滑块带动检测部在轨道上平移，提高移动速度和灵活性。

另外在上述滚动轴的两端设置由圆柱滚子轴承连接的滑轮，在链条传动的基础上增加滚轮，更能提高检测部移动效率、保证整个检测过程的流畅性。

本发明的承载机构至少设置有一个，多个承载机构可沿风电叶片的长度方向间隔设置，由于承载机构的固定内槽和固定外壳可拆卸，可对根据不同检测位置使用不同通孔的固定内槽，之后通过固定外壳固定在进行检测部的检测，这样可减小装置体积，方便操作。

本发明的承载机构以及外框架的形状选用数量适中正八边形，这样既能保证检测结果的准确性，也能减少检测头的用量，降低检测装置的复杂度。

本发明利用风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置的检测方法简单易行，而且可以多位置、多角度复合加载疲劳载荷模拟风电叶片在实际服役环境的受力状态，得到叶片中心在水平方向的偏移量和叶片的非线性变形曲线，全面、准确判断叶片的疲劳性能，为风电叶片的设计、制备提供更加科学的参考数据。

附图说明

图1为本发明所述风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置的结构示意图；

图2为本发明所述检测机构和承载机构的结构示意图；

图3为本发明所述检测机构和承载机构的侧视图；

图4为本发明所述检测头的结构示意图；

图5为本发明所述尾架座的结构示意图；

图6为本发明所述滚动轴和轮子电机的结构示意图。

图中：100.检测机构；200.承载机构；300.风电叶片；400.夹持机构；500.导轨机构；001.轨道；002.滑块；003.通孔；004.轮子电机；005.输出轴；006.滚动轴；007.单排链轮；008.圆柱滚子轴承；009.滑轮；010.外框架；011.滑动杆；012.滑动块；013.曲柄；014.转盘；015.驱动电机的转轴端；016.驱动电机；017.单向推力球轴承；018.螺钉；019.连接板；020.液压杆；021.安装螺钉；022.液压杆安装座；023.伸出轴；024.测量架；025.电磁铁；026.电磁铁螺栓；027.位移传感器；028.固定外壳；029.固定内槽；401.尾架座；402.螺孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

本发明采取的技术方案如图1所示，一种风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置，包括对风电叶片300进行固定的夹持机构400、对风电叶片300进行疲劳力学性能检测的检测机构100、设置在风电叶片300待检测部位的承载机构200以及带动检测机构100沿风电叶片300长度方向运动至承载机构200处的导轨机构500；如图2和图3所示，检测机构100包括外框架010和多个检测头，外框架010为安装在导轨机构500上的框架结构、并在导轨机构500的带动下运动至承载机构200处，各检测头呈周向间隔设置在外框架010内圈，各检测头远离外框架010的一端为检测端，检测端通过具有伸缩作用的伸缩机构接触或远离待检测部位处的承载机构200，检测端具有荷载施加装置，在检测端与承载机构200接触时、向该承载机构200施加载荷，检测风电叶片300待检测部位的疲劳力学性能参数。

结合图4，检测端包括位移传感器027和电磁铁025，位移传感器027与伸缩机构电连接、测量电磁铁025与承载机构200外壁之间的距离，并通过伸缩机构伸缩使电磁铁025吸引承载机构200，电磁铁025与外接电路相连，改变通过电磁铁025的电流频率和电流大小获取风电叶片疲劳力学性能参数。

本实施例的伸缩机构包括驱动电机016和连接板019，连接板019与外框架010之间设置有滑动杆011，滑动杆011对称设置有两根、且两滑动杆011的第一端转动设置在连接板019近外框架010的一侧，滑动杆011的第二端设置在外框架010近连接板019的一侧，外框架010与滑动杆011端部的相接处均开设有长条形孔槽，两滑动杆011的第二端分别位于其相应的长条形孔槽内、且沿槽长方向与外框架010形成滑动配合连接；驱动电机016底座通过螺钉018固定在两滑动杆011第一端之间的连接板019上，驱动电机的转轴端015通过单向推力球轴承017设置有转盘014，转盘014两侧向外延伸有曲柄013，曲柄013远离转盘014的端部设置有滑动块012，两滑动杆011的第二端分别设置在对应位置的滑动块012内；驱动电机016驱动转盘014转动带动曲柄013逆时针或顺时针转动，使两滑动杆011第二端相离或相近、驱动连接板019靠近或远离外框架010；另外检测端还包括测量架024，位移传感器027和电磁铁025设置在测量架靠近承载机构200的一侧，电磁铁025通过电磁铁螺栓026固定在测量架024上，测量架024远离承载机构200的一侧通过液压杆020与连接板019相连，液压杆020的伸出轴023与测量架024固定连接，通过液压作用实现伸出轴023的伸缩；液压杆与连接板019之间通过液压杆安装座022和安装螺钉021固定连接，液压杆020沿连接板019与承载机构200的间距方向伸缩微调节电磁铁025与承载机构200的间距。

本实施例的承载机构200的内部设置有与风电叶片300待检测部位截面形状一致的通孔003，承载机构200通过通孔003套设并固定在风电叶片300待检测部位外，且与检测端接触部位的承载机构200外壁均为平面，本实施例承载机构200设置有4～5个，各承载机构200均包括设置在外圈的固定外壳028以及设置在固定外壳028内的固定内槽029，各固定外壳028的形状均与外框架010的形状一致，固定内槽029可拆卸式设置在固定外壳028内，且各固定内槽029上开设的通孔003与其固定位置风电叶片300的待检测部位相适配；本实施例中固定外壳028以及外框架010均为正八边形结构，检测头设置有八个且设置在外框架010边长所在位置。

结合图1，本实施例的导轨机构500包括与检测机构100配合使用的轨道001，该轨道001长度方向与风电叶片300的长度方向一致；在轨道001上还设置有滑块002，滑块002沿轨道001的长度方向与轨道001形成滑动配合连接，外框架010固定设置在滑块002上、通过滑块002滑动至风电叶片设有承载机构200的位置处。

如图5和图6所示，夹持机构400包括尾架座401，尾架座401与风电叶片300的相接面上设置有用于螺栓连接叶根的螺孔402；尾架座401与轨道001一体成型，滑块002与轨道001相接侧设置有两平行布置的滚动轴006，两滚动轴006垂直于轨道001布置，且两滚动轴006之间设置轮子电机004，轮子电机004的输出轴005以及两滚动轴006的中部均设置有单排链轮007，各个单排链轮007通过链条传动连接，滑块002及滚动轴006通过单排链轮007和链条的传动作用在轨道001上做平移运动；滚动轴006的两端分别通过圆柱滚子轴承008设置有滑轮009，轨道001内沿其轨长方向设置有与滑轮009形状相适配的滑槽，轮子电机004驱动滚动轴006以及滑轮009在滑槽内滚动。

同时提供上述风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置的使用方法，包括：

S1、进行测量前，将风电叶片安装在尾架座上，在风电叶片上套设并固定承载机构，之后轮子电机带动检测机构从导轨最前端滑动，至设置有承载机构的待检测部位停止，使检测机构与该承载机构位于同一平面内；

S2、检测时，位移传感器测量电磁铁与固定外壳外表面之间的距离，驱动电机带动滑动杆前推，到了一定的距离时，液压杆前推微调至于固定外壳外表面接触，上电需要加载方向的电磁铁，使电磁铁吸引固定外壳，交替通断对应方向电磁铁线圈，吸引固定外壳(固定内槽是固定几个叶片前面的4～5个地方，固定外壳是通用的，固定内槽每个测位都是不一样的)以实现疲劳加载；通过调节电流频率和电流大小，以实现不同疲劳加载频率的调节和疲劳强度的调节；其可实现8个主方向，多角度的复合，对叶片前段(因为叶片损坏主要是前面)施加疲劳载荷单方向加载和多方向的复合加载，测量偏离和叶片受力，获取风电叶片接近服役状态下的疲劳力学性能参数；

S3、检测风电叶片不同位置的状态时，选用相与此位置匹配的固定内槽，将检测机构滑动到此位置，其他操作同上；

S4、分析风电叶片疲劳力学性能，为风电叶片的设计、制备提供更加科学的参考依据。

本发明提供的风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置，结构紧凑、可实现多角度的复合疲劳加载、加载幅值和频度可调；同时检测机构由轮子电机带动，不必将电机安装在导轨上，使结构简洁；同时驱动电机带动滑动杆前推，到了一定的距离时，液压杆前推微调，使电磁铁通电吸引固定外壳，避免将电磁铁过度前推，将电磁铁损坏；最后固定外壳是通用的，固定内槽有多个，每个与不同位置的风电叶片匹配，这样可以减少装置体积，方便操作。

上面结合实施例对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置，其特征在于：包括对风电叶片进行固定的夹持机构、对风电叶片进行疲劳力学性能检测的检测机构、设置在风电叶片待检测部位的承载机构以及带动检测机构沿风电叶片长度方向运动至承载机构处的导轨机构；

所述检测机构包括外框架和多个检测头，所述外框架为安装在导轨机构上的框架结构、并在导轨机构的带动下运动至承载机构处，各所述检测头呈周向间隔设置在外框架内圈，各检测头远离外框架的一端为检测端，检测端通过具有伸缩作用的伸缩机构接触或远离待检测部位处的承载机构，所述检测端具有荷载施加装置，在检测端与承载机构接触时、向该承载机构施加载荷，检测风电叶片待检测部位的疲劳力学性能参数；

所述承载机构的内部设置有与风电叶片待检测部位截面形状一致的通孔，承载机构通过通孔套设并固定在风电叶片待检测部位外，且与检测端接触部位的承载机构外壁均为平面。

2.根据权利要求1所述的风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置，其特征在于，所述导轨机构包括：

轨道，与检测机构配合使用，且轨道长度方向与风电叶片的长度方向一致；

滑块，设置在轨道上、且沿轨道的长度方向与轨道形成滑动配合连接，所述外框架固定设置在所述滑块上、通过滑块滑动至风电叶片设有承载机构的位置处。

3.根据权利要求2所述的风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置，其特征在于：所述伸缩机构包括驱动电机和连接板，连接板与外框架之间设置有滑动杆，所述滑动杆对称设置有两根、且两滑动杆的第一端转动设置在连接板近外框架的一侧，滑动杆的第二端设置在外框架近连接板的一侧，外框架与滑动杆端部的相接处均开设有长条形孔槽，两滑动杆的第二端分别位于其相应的长条形孔槽内、且沿槽长方向与外框架形成滑动配合连接；所述驱动电机底座固定在两滑动杆第一端之间的连接板上，驱动电机的转轴端设置有转盘，转盘两侧向外延伸有曲柄，所述曲柄远离转盘的端部设置有滑动块，两滑动杆的第二端分别设置在对应位置的滑动块内；驱动电机驱动转盘转动带动曲柄逆时针或顺时针转动，使两滑动杆第二端相离或相近、驱动连接板靠近或远离外框架。

4.根据权利要求3所述的风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置，其特征在于：所述夹持机构包括尾架座，所述尾架座与风电叶片的相接面上设置有用于螺栓连接叶根的螺孔；尾架座与轨道一体成型，滑块与所述轨道相接侧设置有两平行布置的滚动轴，两滚动轴垂直于轨道布置，且两滚动轴之间设置轮子电机，轮子电机的输出轴以及两滚动轴的中部均设置有单排链轮，各个单排链轮通过链条传动连接，滑块及滚动轴通过所述单排链轮和链条的传动作用在轨道上做平移运动。

5.根据权利要求4所述的风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置，其特征在于：所述滚动轴的两端分别通过圆柱滚子轴承设置有滑轮，所述轨道内沿其轨长方向设置有与所述滑轮形状相适配的滑槽，所述轮子电机驱动滚动轴以及滑轮在滑槽内滚动。

6.根据权利要求5所述的风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置，其特征在于：所述承载机构至少设置有一个，各承载机构均包括设置在外圈的固定外壳以及设置在固定外壳内的固定内槽，各所述固定外壳的形状均与外框架的形状一致，固定内槽可拆卸式设置在固定外壳内，且各固定内槽上开设的通孔与其固定位置风电叶片的待检测部位相适配。

7.根据权利要求6所述的风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置，其特征在于：所述固定外壳以及外框架均为正八边形结构，所述检测头设置有八个且设置在外框架边长所在位置。

8.根据权利要求6所述的风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置，其特征在于：所述检测端包括位移传感器和电磁铁，所述位移传感器与伸缩机构电连接、测量电磁铁与承载机构外壁之间的距离，并通过伸缩机构伸缩使电磁铁吸引承载机构，所述电磁铁与外接电路相连，改变通过电磁铁的电流频率和电流大小获取风电叶片疲劳力学性能参数。

9.根据权利要求8所述的风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置，其特征在于：所述检测端还包括测量架，位移传感器和电磁铁设置在测量架靠近承载机构的一侧，测量架远离承载机构的一侧通过液压杆与连接板相连，液压杆沿连接板与承载机构的间距方向伸缩微调节电磁铁与承载机构的间距。

10.一种如权利要求9所述的风电叶片多角度疲劳力学性能检测装置的使用方法，其特征在于，包括：

S1、进行测量前，将风电叶片安装在尾架座上，在风电叶片上套设并固定承载机构，之后轮子电机带动检测机构从导轨机构最前端滑动，至设置有承载机构的待检测部位停止，使检测机构与该承载机构位于同一平面内；

S2、检测时，位移传感器测量电磁铁与固定外壳外表面之间的距离，驱动电机带动滑动杆前推，之后驱动液压杆前推微调至与固定外壳外表面接触，上电需要加载方向的电磁铁，使电磁铁吸引固定外壳，交替通断对应方向电磁铁线圈，吸引固定外壳，以实现疲劳加载；通过调节电流频率和电流大小，以实现不同疲劳加载频率的调节和疲劳强度的调节；

S3、检测风电叶片不同位置状态时，将检测机构滑动到此位置，选用相与此位置匹配的固定内槽，其他操作同上；

S4、分析风电叶片疲劳力学性能。

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