【技术实现步骤摘要】
本申请涉及风电叶片，特别是涉及一种风电叶片扭转刚度的测试装置和方法。
技术介绍
1、叶片扭转测试是评估风电叶片扭转性能的重要手段，尤其在设计和验证阶段对于验证叶片结构的可靠性和安全性至关重要。目前叶片扭转测试主要是将叶片固定于测试台上，通过吊车或重物对相应截面的测试工装施加载荷，根据叶片上粘贴的角度传感器计算叶片的刚度变形。然而上述测试存在无法平衡自身重力，不能保证工装自身不产生变形，叶片在加载过程中的旋转中心保持不变，以及无法精确控制施加载荷等诸多问题。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述问题，提供一种风电叶片扭转刚度的测试装置和方法，通过设置两个载荷施加元件，采用上下双点式对叶片段进行相对方向的牵引，将扭转中心置于叶片段的剪切中心，避免了叶片段的弯扭耦合变形，实现纯扭转测试，同时可以平衡重量来规避叶片段自重对测试结果的影响，使得叶片的刚度结果更加准确。
2、根据本申请提出的一种风电叶片扭转刚度的测试装置，所述测试装置包括加载端、固定端和叶片段，加载端和固定端相对设置，叶片段置于加载端和固定端之间；
3、所述加载端包括反力支架、夹持元件一、两个载荷施加元件、称重传感器、千斤顶和重力平衡装置，所述反力支架包括两组，每组反力支架设置在夹持元件一的两侧，所述两个载荷施加元件均通过圆夹具吊耳与夹持元件一连接，采用上下双点式对叶片段进行相对方向的牵引，所述重力平衡装置设置在夹持元件一的下方，称重传感器和千斤顶设置在重力平衡装置的下方；
4、所述固定
5、在其中一个实施例中，所述夹持元件一包括木夹具固定块、圆夹具、木夹具和丝杆一，所述圆夹具包括上圆夹具和下圆夹具，所述木夹具包括上木夹具和下木夹具，所述木夹具设置在圆夹具之间，所述木夹具固定块设置在木夹具的两端且木夹具固定块与木夹具连接，同时木夹具固定块也与圆夹具连接，所述丝杆一穿过上圆夹具和下圆夹具。
6、在其中一个实施例中，所述载荷施加元件包括鼻型吊耳、电动缸、鱼眼杆、钢丝绳、定滑轮组、力传感器、d型吊耳，电动缸通过鼻型吊耳固定在反力支架上，电动缸与鱼眼杆连接，鱼眼杆与钢丝绳连接，定滑轮组固定在反力支架上，钢丝绳穿过定滑轮连接力传感器的一端，通过d型吊耳连接力传感器的另一端，之后钢丝绳通过圆夹具吊耳与圆夹具连接。
7、在其中一个实施例中，所述夹持元件二包括木夹板、丝杆二和木夹板固定块，木夹板包括上木夹板和下木夹板，所述木夹板固定块设置在木夹板的两端且与木夹板连接，同时木夹板固定块也与横梁连接，丝杆二穿过上横梁和下横梁。
8、在其中一个实施例中，所述测试装置还包括地基，地基上间隔设置多个凹槽，加载端和固定端通过凹槽与地基滑动连接。
9、在其中一个实施例中，所述加载端和所述固定端与地基连接均采用地脚螺栓螺母组合的连接方式。
10、在其中一个实施例中，所述加载端的反力支架与地基连接，所述固定端的立柱和斜撑均与地基连接。
11、在其中一个实施例中，所述立柱设置有两组，每组有两个立柱设置在所述夹持元件二的两侧。
12、在其中一个实施例中，所述反力支架的侧边设置有侧撑。
13、本申请还包括一种使用风电叶片扭转刚度测试装置的测试方法，所述测试方法具体步骤包括：
14、固定叶片段的叶根部位：在固定端用夹持元件二夹持叶片段的叶根部位；
15、固定叶片段的叶尖部位：在加载端用夹持元件一夹持叶片段的叶尖部位；
16、安装传感器：将各种传感器放置在叶片段的表面，按预定间距粘贴在叶片段的关键部位，载荷加载前各传感器数值清零，加载端施加扭转载荷后，各传感器采集数据，传感器输出模拟量信号或数字量信号，通过变送器输出至信号采集系统，再通过上位机保存数据，展示到显示器，以实时监控叶片段的受力反应特性；其中，模拟量信号为电压、电流和电阻，数字量信号为二进制信号；
17、平衡叶片重量：通过加载端的称重传感器计算叶尖重量，然后利用千斤顶和重力平衡装置来平衡叶片的重量；
18、收集数据：测试开始之前保证叶片处于零度弦向位置，采取逐级加载和逐级卸载的方式，同时预测叶片的回弹量和残余变形；
19、数据处理：通过计算叶片段各截面在受力前后的角度对比，来计算叶片的扭转刚度k，其中计算公式为式中，t为对叶片段的叶尖部位施加纯扭转载荷，αl2为角度传感器在叶片段靠近叶尖的位置测得的扭转值，αl1为角度传感器在叶片段靠近叶根的位置测得的扭转值；进一步地，t的计算公式为f为力传感器测量钢丝绳的轴向受力，r为圆夹具半径和圆夹具吊耳有效高度之和。
20、本申请与现有技术相比，其有益效果在于：
21、第一、通过设置两个载荷施加元件，采用上下双点式对叶片段进行相对方向的牵引，将扭转中心置于叶片段的剪切中心，避免了叶片段的弯扭耦合变形，实现纯扭转测试，测试结果准确，上下双点式能真实还原叶片本身的姿态，在受力过程更接近扭转的状态。
22、第二、通过在加载端圆夹具的底部设置重力平衡装置，称重传感器显示当前圆夹具及叶片段的自重，将重力平衡装置所受载荷控制为圆夹具与叶片段的总重量即可实现重力平衡；加载前期通过调整平衡重量可以规避叶片段自重对测试结果的影响。
23、第三、通过设置包含电动缸、鱼眼杆、钢丝绳、力传感器和定滑轮组组件的载荷施加结构，能够进行精确的力矩控制，从而实现精确控制施加载荷。
24、第四、该测试装置置于地基上，测试装置的加载端和固定端与地基的连接方式设置为滑动连接，同时通过设置框架式夹持元件固定叶片端部，可实现叶片段的横向或纵向任意角度的夹持(叶片段的横向或纵向的任意角度指叶片在无加载状态下的初始角度)，调节横梁在立柱上的高度，可以夹持不同高度的叶片夹具，叶片夹具固定块可在横梁上移动，实现对任意宽度的叶片夹具进行固定，叶片的任意角度通过制定特定角度的叶片夹具来实现。同时加载端的叶片夹具、丝杆和叶片夹具固定块可以跟随固定端做出相应的调整。该测试装置可根据测试的需求自由调整加载端和固定端木夹具的装夹尺寸参数，以适应不同规格的样件尺寸。
25、第五、根据叶片段需观察的区域，将各种传感器放置在叶片段的表面，传感器测得叶片段选定截面的扭转角，通过公式计算得到叶片段的扭转刚度。
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1.一种风电叶片扭转刚度的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括加载端、固定端和叶片段，加载端和固定端相对设置，叶片段置于加载端和固定端之间；
2.根据权利要求1所述的风电叶片扭转刚度的测试装置，其特征在于，所述夹持元件一包括木夹具固定块、圆夹具、木夹具和丝杆一，所述圆夹具包括上圆夹具和下圆夹具，所述木夹具包括上木夹具和下木夹具，所述木夹具设置在圆夹具之间，所述木夹具固定块设置在木夹具的两端且木夹具固定块与木夹具连接，同时木夹具固定块也与圆夹具连接，所述丝杆一穿过上圆夹具和下圆夹具。
3.根据权利要求1所述的风电叶片扭转刚度的测试装置，其特征在于，所述载荷施加元件包括鼻型吊耳、电动缸、鱼眼杆、钢丝绳、定滑轮组、力传感器、D型吊耳，电动缸通过鼻型吊耳固定在反力支架上，电动缸与鱼眼杆连接，鱼眼杆与钢丝绳连接，定滑轮组固定在反力支架上，钢丝绳穿过定滑轮连接力传感器的一端，通过D型吊耳连接力传感器的另一端，之后钢丝绳通过圆夹具吊耳与圆夹具连接。
4.根据权利要求1所述的风电叶片扭转刚度的测试装置，其特征在于，所述夹持元件二包括木夹板、丝杆二和木夹板固定
5.根据权利要求1所述的风电叶片扭转刚度的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括地基，地基上间隔设置多个凹槽，加载端和固定端通过凹槽与地基滑动连接。
6.根据权利要求2所述的风电叶片扭转刚度的测试装置，其特征在于，所述加载端和所述固定端与地基连接均采用地脚螺栓螺母组合的连接方式。
7.根据权利要求2所述的风电叶片扭转刚度的测试装置，其特征在于，所述加载端的反力支架与地基连接，所述固定端的立柱和斜撑均与地基连接。
8.根据权利要求1所述的风电叶片扭转刚度的测试装置，其特征在于，所述立柱设置有两组，每组有两个立柱设置在所述夹持元件二的两侧。
9.根据权利要求1所述的风电叶片扭转刚度的测试装置，其特征在于，所述反力支架的侧边设置有侧撑。
10.使用根据权利要求1-9任一项所述测试装置的测试方法，其特征在于：所述测试方法具体步骤包括：
...【技术特征摘要】
1.一种风电叶片扭转刚度的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括加载端、固定端和叶片段，加载端和固定端相对设置，叶片段置于加载端和固定端之间；
2.根据权利要求1所述的风电叶片扭转刚度的测试装置，其特征在于，所述夹持元件一包括木夹具固定块、圆夹具、木夹具和丝杆一，所述圆夹具包括上圆夹具和下圆夹具，所述木夹具包括上木夹具和下木夹具，所述木夹具设置在圆夹具之间，所述木夹具固定块设置在木夹具的两端且木夹具固定块与木夹具连接，同时木夹具固定块也与圆夹具连接，所述丝杆一穿过上圆夹具和下圆夹具。
3.根据权利要求1所述的风电叶片扭转刚度的测试装置，其特征在于，所述载荷施加元件包括鼻型吊耳、电动缸、鱼眼杆、钢丝绳、定滑轮组、力传感器、d型吊耳，电动缸通过鼻型吊耳固定在反力支架上，电动缸与鱼眼杆连接，鱼眼杆与钢丝绳连接，定滑轮组固定在反力支架上，钢丝绳穿过定滑轮连接力传感器的一端，通过d型吊耳连接力传感器的另一端，之后钢丝绳通过圆夹具吊耳与圆夹具连接。
4.根据权利要求1所述的风电叶片扭转刚度的测试装置，其特征在于，所述夹持元件二包括木夹板...
【专利技术属性】
技术研发人员：许有木，李成良，李爽，张登刚，王世超，许晓敏，
申请(专利权)人：中材科技阜宁风电叶片有限公司，
类型：发明
国别省市：
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