风电叶片疲劳测试动态应变受温度的影响.pdf

２０１６年第６期玻璃钢／复合材料８１风电叶片疲劳测试动态应变受温度的影响梁颖（连云港中复连众复合材料集团有限公司，连云港２２２００６）摘要：在不同的环境温度下，风电机组风轮叶片主要单向布复合材料的模量受温度影响较大，温度的变化导致叶片的刚度变化，从而自振频率也发生变化，最后导致叶片疲劳测试动态应变发生变化。而对于疲劳测试载荷的控制主要依据动态应变。研究了温度如何影响疲劳测试中的叶片，并总结出如何调节变频器以获得较稳定的关键区域动态应变，从而保证施加的疲劳测试栽荷的准确性。关键词：风力发电机组叶片；动态应变；变频器；温度；刚度中图分类号：ＴＢ３３２文献标识码：Ａ文章编号：１００３－０９９９（２０１６）０６－００８１－０３１前言２０１４年９月５日，国家能源局发文要求风力发电机组整机及风轮必须通过型式认证Ｌｌｊ，因此每个型号的风轮叶片都需要通过疲劳测试Ｊ。叶片疲劳测试是一个较漫长而复杂的工作，操作不当有较大的风险。比如说叶片设计、制造质量都非常高，但由于疲劳加载或者操作不当可能会引起提前破坏，最后导致不能取得型式认证证书。在温度变化时，复合材料的自振频率将发生变化，进而影响风电叶片疲劳测试的动态应变。２叶片疲劳测试的原理目前叶片疲劳测试是靠安装在叶片上的偏心旋转设备与叶片发生共振，从而驱动叶片做上下循环摆幅运动的。叶片、偏心旋转设备、额外配重的质量组成叶片系统。共振的充分条件是偏心旋转设备的旋转频率与叶片系统自振频率非常接近。其中旋转频率可通过变频器来调节，尤其在共振频率附近ｊ区域。３模量引起叶片频率变化目前大型水平轴风电叶片由树脂基复合材料制造而成，根部为圆柱型，通过Ｔ型螺栓或预埋螺栓连接，从最大弦长到叶片尖部段，绝大部分刚度由单向织物复合材料提供Ｊ。’复合材料的模量受温度影响较大【９加］，ＧＬ２０１０规定复合材料适应的一般环境温度范围为一３Ｏ～＋℃５０。【＝，而其机械性能测试是在室温２３下进行的¨。参照室温条件，复合材料模量的变化趋势是：在低温下升高，高温时降低。为了研究简便，可以把在任何温度下叶片截面的刚度看成一个系数乘以室温条件下的叶片刚度所得的积。本文假设刚度的变化量为１０％¨，表１显示了刚度和系统频率的变化。表１不同温度下的调节参数Ｔａｂｌｅ１Ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ４温度变化对叶片疲劳测试的影响经过细微的调试，叶片系统与偏心旋转设备发生共振，实现平稳运行。当环境温度发生变化，导致如下连锁变化：（１）叶片单向织物复合材料的模量变化；（２）叶片系统的自振频率发生变化；（３）破坏原有共振平衡，导致叶片的动态应变不够或者超出。按照第二部分中描述的方法对叶片开展疲劳测试，疲劳试验荷载用单点恒幅加载，在叶片特定截面处安装激振器，由激振器的偏心轮旋转产生的离心力对叶片施加交变恒幅荷载。通过调节转速及偏心轮质量，使激振器与叶片产生共振，可使激振力—收稿日期：２０１６．０４１２作者简介：梁颖（１９８３一），男，工程硕士，主要从事风机叶片制造，ｌｉａｎｇｙ＠ｌｚｆｒｐ．ｃ０ｍ。ｉ强；（６囊２０１６年第６期玻璃钢／复合材料８３—拉伸模量的研究［Ｊ］．润滑与密封，２０１０，３５（７）：６１６４．［１Ｏ］高超，林冲，李坤．纤维复合材料的力学性能测定［Ｄ］．北京力学会学术年会，２０１３．『１１］Ｅｄｉｔｉｏｎ２０１０，ＧｕｉｄｅｌｉｎｅｆｏｒｔｈｅＣｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＷｉｎｄＴｕｒｂｉｎｅｓ［Ｓ］．—［１２］ＩＥＣ／ＴＳ６１４００２３：２００１（Ｅ）２００１，Ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｙｓｔｅｍｓ—Ｐａｒｔ２３：Ｆｕｌｌｓｃａｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｔｅｓｔｉｎｇｏｆｒｏｔｏｒｂｌａｄｅｓ［Ｓ］．［１３］乐韵斐，成更勇，朱碧琳．风电叶片疲劳加载装置关键参数研—究［Ｊ］．机电一体化，２０１３，１９（１）：２６２９．［１４］乐韵斐，朱碧琳，胡康．风电叶片离心共振式疲劳加载装置匀速控制分析【Ｊ］．机电一体化，２０１４，２ｏ（３）：２５－２８．［１５］蔡新，潘盼，朱杰，等．风力发电机叶片［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２０１４．［１６］廖高华，乐韵斐，周文．风电机组叶片疲劳加载综合测试系统—［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１５（２）：４３４５．’’’ＴＨＥＤＹＮＡＭＩＣＳＴＲＡＩＮＩＮＦＬＵＥＮＣＥＤＢＹＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥＩＮＦＡＴＩＧＵＥＩＥＳＩＢＬＡＤＥＬＩＡＮＧＹｉｎｇ・（ＬｉａｎｙｕｎｇａｎｇＺｈｏｎｇｆｕＬｉａｎｚｈｏｎｇＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ２２２００６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅｍｏｄｕｌｕｓｏｆｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｆａｂｒｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｎ—ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｉｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｔｌａｒｇｅｅｘｔｅｎｔ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｂｌａｄｅｎａｔｕｒｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｆｉｎａｌｌｙｌｅａｄｉｎｇｔｏｄｙｎａｍｉｃｓｔｒａｉｎｃｈａｎｇｉｎｇｉｎｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔｂｌａｄｅ．Ａｎｄｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔｌｏａｄｉｓｍｏｎｉｔｏｒｅｄｂｙｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｔｒａｉｎ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｈｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔｂｌａｄｅ，ａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｈｏｗｔｏａｄｊｕｓｔｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｈａｎｇｅｔｏｇｅｔｒｅｌａｔｉｖｅｄｙｎａｍｉｃｓｔｒａｉｎｉｎｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌａｒｅａｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｅｄｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔｌｏａｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｒｏｔｏｒｂｌａｄｅ；ｄｙｎａｍｉｃｓｔｒａｉｎ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｈａｎｇｅｒ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ错误更正《玻璃钢／复合材料））２０１６年第５期《几何尺寸与温度对ＣＦＲＰ筋材力学性能的影响》一文中，第７８页图７下面两段文字数据有误，经编辑部与作者沟通确认更正为：℃从图６弯曲强度保留率．温度曲线可以看出：从２５到１５０％，试样的弯曲强度保留率逐渐降低，ｑ，５ｍｍ筋材在７０￣（２和１５０％下保温３０ｍｉｎ后的弯曲破坏强度保留率均大于（ｂ７ｍｍ和￣ｋ９ｍｍ的筋材试样，分别为９３．７２％和６８．２１％。从图７压缩强度保留率一温度曲线可以看出：从２５％到１５０￣Ｃ，试样的压缩强度保留率逐渐降低，＋９ｍｍ筋材在７０￣Ｃ和１５０￣Ｃ下保温３０ｍｉｎ后的压缩破坏强度保留率均大于ｃｂ５ｍｍ和ｑ￣７ｍｍ的筋材试样，分别为８４．７４％和６３．２１％。‘麓／蛭２０ｔ６ｉｏＩ｜６