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风电叶片单点疲劳加载过程数值仿真与实验

2016-09-09  来源:中国风力发电网  [已有0人评论]  [有偿投稿]
核心提示:风能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源,风力发电作为当今世界最主要的可再生能源技术之一,具有很高的生态效益和经济效益。
中国风力发电网讯:引言
风能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源,风力发电作为当今世界最主要的可再生能源技术之一,具有很高的生态效益和经济效益。风电叶片作为风电机组的关键部件之一,制造成本约占整个机组的20%-30%。由于总是受到交变载荷作用,疲劳破坏是风电叶片主要的失效方式之一,大约40%的叶片损坏都是由于疲劳失效引起,因此开展风电叶片疲劳检测是风电产业链中的重要环节,也是实现风电叶片性能、安全等方面全方位评定的关键。为了在设计、制造阶段确定叶片的疲劳薄弱部位,需要对风电叶片进行疲劳加载试验。国外在该领域的研究起步较早且有了一定的进展。DarriS等DI采用双轴加载模式对1.5MW风电叶片进行疲劳加载试验,得到叶片面向和弦向相位角大范围变化,可用一个高斯分布来近似代替。OleJesper等采用单轴加载和热像监控手册对LM19.1风电叶片进行试验,发现叶片温度升高的区域逐渐扩大,当振动次数达到破坏次数时,温度约升高5℃。国内在风电领域的起步较晚,对风电叶片疲劳加载试验系统的研究鲜有报道。
笔者设计了一套偏心质量块驱动的风电叶片单点疲劳加载系统,推导了单点疲劳加载振动藕合数学模型,并对振动规律进行了数值仿真研究,揭示了“单加载源一叶片”之间的振动耦合特性。构建了一套aeroblade2.0-44风电叶片单点疲劳加载试验系统。试验结果验证了数学模型与仿真模型的准确比,为后续疲劳加载过程的解祸控制策略制定提供了理论依据。
1、单点疲劳加载系统设计
设计了一套兆瓦级风电叶片单点疲劳加载系统,整个系统主要由加载基座和单加载源构成,如图1所示。叶片根部通过高强度螺栓固定在基座上,加载源大约放置在沿叶片展向70%处,主要由变频电机、减速箱,可调偏心质量块和连接夹具等组成。它是利用内部偏心质量块
2、“加载源一叶片”系统数学模型
在风电叶片单点疲劳加载系统中,为了简化系统建模,建模时做如下假设:a.叶片近似为线性弹性体,加载源与连接夹具均为均质刚体;b.在振动过程中,叶片竖直方向的阻尼力和弹性力分别为速度和位移的线性函数。
在上述两个假设前提下,根据风电叶片疲劳加载系统建立的单点疲劳加载模型如图2所示。图中,Oxyz为绝对坐标系,O'x'y'z’和O"x"y"z"为动坐标系,O'为系统运动合成质心,O"为振动机体(叶片和加载源)的质心,O1为偏心块旋转中心,L=OO1,L=OO"。

 
 

(来源:振动、检测与诊断)

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