整體葉輪葉片振動疲勞試驗裝置及試驗方法

本發(fā)明公開了一種整體葉輪葉片振動疲勞試驗裝置及試驗方法，該試驗裝置包括振動試驗臺及整體葉輪，整體葉輪經(jīng)夾具軸向壓緊并固定在振動試驗臺上；依據(jù)目前的風車技術，大約是每秒三米的微風速度（微風的程度），便可以開始發(fā)電。振動試驗臺連接有用于起振的振動裝置；整體葉輪連接有用于檢測并記錄試驗參數(shù)的檢測裝置；整體葉輪上的相鄰葉片之間設有用于使相鄰葉片互相阻尼的橡膠阻尼塊。本發(fā)明通過在整體葉輪上相鄰葉片問設置橡膠阻尼塊使得相鄰葉片問互相阻尼，保證了對整體葉輪上單個葉片進行振動疲勞試驗時其他葉片不能自由振動，既避免了對整體葉輪進行等分切割的麻煩，又避免了因支撐葉片的剛性變化導致葉片固有頻率的改變，從而保證了振動疲勞試驗結果的可靠性。

風電機組的葉片上安裝振動加速度傳感器。由于風速變化而引起葉片在軸向方向上產(chǎn)生振動，該振動加速度傳感器能夠對葉片振動的加速度數(shù)值進行采集測量，反應葉片振動的運動性質(zhì)。（大型風力發(fā)電站基本上沒有尾舵，一般只有小型（包括家用型）才會擁有尾舵）。由于風電機組的機艙工作受到風速流動的推力和壓力，以及溫度變化等方面的影響，應采取工作頻率范圍較寬、堅固耐用以及受到外界干擾較小的傳感器。本風電機組振動液壓控制系統(tǒng)采用壓電式加速度傳感器，它具有壓電材料受力產(chǎn)生電荷信號無需外界電源、抗干擾能力強、對工作環(huán)境不敏感的特點，利用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)原理，在傳感器芯體質(zhì)量受到振動加速度作用后產(chǎn)生一個與該加速度成正比的力，傳感器的壓電材料受此力作用后在其表面上形成與這一力成正比的電荷信號，完成對塔筒前后加速度的測量。

高速旋轉葉片振動實時監(jiān)測技術是電力工業(yè)、能源工業(yè)、航空、航運業(yè)亟待解決的難題,傳統(tǒng)的接觸式測量方法很難做到同時監(jiān)測同級所有葉片的振動情況,因此人們一直在研究非接觸式旋轉葉片振動的測量新技術—葉端定時測量技術。它是一種利用旋轉著的葉片在有振動與無振動時到達葉端傳感器的時刻所存在的偏差來計算葉片振動振幅和頻率的測量技術。隨著激光技術和電子技術的發(fā)展,葉端定時測量技術在硬件技術上已完全成熟。為準確測量葉片在高頻振動下的應力，為設計提供可靠性數(shù)據(jù)有著重要意義。但是在數(shù)據(jù)處理方法上還不夠完善。成為阻礙葉端定時技術發(fā)展的重大障礙。

在總結前人對葉片固有特性和振動響應分析方法的基礎上,采用解析法和有限元方法相結合,準確預估和分析葉片固有特性,采用CFD應用軟件FLUENT對葉片進行三維流場的模擬,在此基礎上對葉片進行振動響應分析。本文的主要研究內(nèi)容大致可以歸為以下幾個方面：(1)研究葉片振動的解析計算方法,在葉片扭向角不大的情況下,通過建立一些假設將葉片視為變截面梁,利用經(jīng)典的梁彎曲和梁扭轉理論計算葉片的振型和自振頻率。(2)采用ANSYS有限元軟件,對葉片進行固有模態(tài)分析和帶有預應力情況下的模態(tài)分析,并對兩種情況下的結果進行了對比,其中考慮了轉速不同時的離心力對葉片固有特性的影響,并繪制Campbell圖。高速旋轉葉片振動實時監(jiān)測技術是電力工業(yè)、能源工業(yè)、航空、航運業(yè)亟待解決的難題,傳統(tǒng)的接觸式測量方法很難做到同時監(jiān)測同級所有葉片的振動情況,因此人們一直在研究非接觸式旋轉葉片振動的測量新技術—葉端定時測量技術。(3)采用FLUENT對葉片作流場分析,分析了葉片流場速度、壓力等沿葉片徑向分布情況,并研究了不同轉速對葉片流場速度、壓力的影響。(4)基于葉片流場分析的結果,應用ANSYS軟件,對考慮S1、S2氣動加載和集中載荷加載三種情況下的葉片振動響應進行了計算和分析。本文對葉片固有特性和振動響應分析方法研究實現(xiàn)了葉片振動解析法和考慮S1、S2氣動加載、集中載荷加載振動響應的計算,對葉片的初期設計有重要的意義。