風(fēng)電葉片疲勞測(cè)試動(dòng)態(tài)應(yīng)變受溫度的影響
1.前言
自從國(guó)家能源局發(fā)文要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)及風(fēng)輪必須通過(guò)型式認(rèn)證,因此每個(gè)型號(hào)的風(fēng)輪葉片都需要通過(guò)疲勞測(cè)試。
葉片疲勞測(cè)試是一個(gè)較漫長(zhǎng)而復(fù)雜的工作,操作不當(dāng)有較大的風(fēng)險(xiǎn)。比如說(shuō)葉片設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量都非常高,但由于疲勞加載或者操作不當(dāng)可能會(huì)引起提前破壞,最后導(dǎo)致不能取得型式認(rèn)證證書(shū)。在溫度變化時(shí),復(fù)合材料的自振頻率將發(fā)生變化,進(jìn)而影響風(fēng)電葉片疲勞測(cè)試的動(dòng)態(tài)應(yīng)變。
2. 葉片疲勞測(cè)試的原理
目前葉片疲勞測(cè)試是靠安裝在葉片上的偏心旋轉(zhuǎn)設(shè)備與葉片發(fā)生共振,從而驅(qū)動(dòng)葉片做上下循環(huán)擺幅運(yùn)動(dòng)的。葉片、偏心旋轉(zhuǎn)設(shè)備、額外配重的質(zhì)量組成葉片系統(tǒng)。共振的充分條件是偏心旋轉(zhuǎn)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)頻率與葉片系統(tǒng)自振頻率非常接近。其中旋轉(zhuǎn)頻率可通過(guò)變頻器來(lái)調(diào)節(jié),尤其在共振頻率附近區(qū)域。
3. 模量引起葉片頻率變化
目前大型水平軸風(fēng)電葉片由樹(shù)脂基復(fù)合材料制造而成,根部為圓柱型,通過(guò)T 型螺栓或預(yù)埋螺栓連接,從最大弦長(zhǎng)到葉片尖部段,絕大部分剛度由單向織物復(fù)合材料提供。
復(fù)合材料的模量受溫度影響較大,GL 2010規(guī)定復(fù)合材料適應(yīng)的一般環(huán)境溫度范圍為-30---+50℃,而其機(jī)械性能測(cè)試是在室溫23℃下進(jìn)行的。參照室溫條件,復(fù)合材料模量的變化趨勢(shì)是: 在低溫下升高,高溫時(shí)降低。
為了研究簡(jiǎn)便,可以把在任何溫度下葉片截面的剛度看成一個(gè)系數(shù)乘以室溫條件下的葉片剛度所得的積。本文假設(shè)剛度的變化量為10%,表1 顯示了剛度和系統(tǒng)頻率的變化。
4. 溫度變化對(duì)葉片疲勞測(cè)試的影響
經(jīng)過(guò)細(xì)微的調(diào)試,葉片系統(tǒng)與偏心旋轉(zhuǎn)設(shè)備發(fā)生共振,實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化,導(dǎo)致如下連鎖變化:
( 1) 葉片單向織物復(fù)合材料的模量變化;
( 2) 葉片系統(tǒng)的自振頻率發(fā)生變化;
( 3) 破壞原有共振平衡,導(dǎo)致葉片的動(dòng)態(tài)應(yīng)變不夠或者超出。
按照第二部分中描述的方法對(duì)葉片開(kāi)展疲勞測(cè)試,疲勞試驗(yàn)荷載用單點(diǎn)恒幅加載,在葉片特定截面處安裝激振器,由激振器的偏心輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力對(duì)葉片施加交變恒幅荷載。通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速及偏心輪質(zhì)量,使激振器與葉片產(chǎn)生共振,可使激振力達(dá)到預(yù)定的荷載水平,分別采用動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和位移傳感器采集考核位置的動(dòng)態(tài)應(yīng)變和振幅。
圖1 顯示了LZ55. 58-2. 0 葉片在連續(xù)的溫度變化下振幅的變化趨勢(shì)。操作人員按照白天的溫度調(diào)節(jié)獲得穩(wěn)定的振幅。晚上溫度降低,葉片自振頻率升高,共振平衡被打破,振幅降低。第二天早晨,溫度又升高,振動(dòng)平衡又恢復(fù)。
當(dāng)葉片的振動(dòng)幅值不同時(shí),動(dòng)態(tài)應(yīng)變隨之發(fā)生變化。
5. 調(diào)節(jié)措施
葉片疲勞測(cè)試中,危險(xiǎn)截面區(qū)域的主梁和輔梁的動(dòng)態(tài)應(yīng)變被作為考核對(duì)象,需要保持穩(wěn)定。在溫度變化的環(huán)境中,需要調(diào)節(jié)變頻器頻率去調(diào)節(jié)偏心旋轉(zhuǎn)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)頻率,最后保持較穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)應(yīng)變。
以表1 中的數(shù)據(jù)為例,設(shè)定變頻器的初始頻率為37. 88Hz, 17 ∶02 時(shí)因溫度微變,頻率調(diào)整為37. 88Hz,18 ∶04 時(shí)因溫度下降,采集的應(yīng)變偏小,需要將變頻器的頻率設(shè)為37. 92Hz,應(yīng)變恢復(fù)為設(shè)計(jì)要求的686。
變頻器調(diào)節(jié)的步長(zhǎng)越短,所獲得調(diào)節(jié)后的動(dòng)態(tài)應(yīng)變就越精確、越穩(wěn)定。
另外,如果葉片在室內(nèi)做疲勞測(cè)試,即使環(huán)境溫度有變化,但是葉片材料本身的溫度變化較室外的小得多,則更容易控制。
假設(shè)在三個(gè)溫度環(huán)境中,葉片單向布復(fù)合材料的模量相差10%。通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器在對(duì)應(yīng)關(guān)鍵點(diǎn)獲得同樣的動(dòng)態(tài)應(yīng)變,表2 列出了三個(gè)理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比。
可見(jiàn),如果要保持動(dòng)態(tài)應(yīng)變不變,則需要保持葉片振幅不變。目前一種以 控制葉片振幅的閉環(huán)系統(tǒng)已經(jīng)成功開(kāi)發(fā),可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)振幅。
6. 結(jié)論
本文闡述了風(fēng)電葉片疲勞測(cè)試受環(huán)境溫度影響的結(jié)果及調(diào)節(jié)方法,總結(jié)如下:
( 1) 環(huán)境溫度變化對(duì)葉片疲勞測(cè)試的影響很大,可造成被考核的葉片動(dòng)態(tài)應(yīng)變不夠或者超出;
( 2) 為了獲得較穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)應(yīng)變,需要根據(jù)環(huán)境溫度變化及時(shí)調(diào)節(jié)偏心旋轉(zhuǎn)設(shè)備變頻器頻率: 溫度升高,調(diào)低變頻器頻率; 溫度降低,調(diào)高變頻器頻率;
( 3) 即使在不同的溫度下運(yùn)行疲勞測(cè)試,如果要保持關(guān)鍵點(diǎn)恒幅應(yīng)變,應(yīng)使葉片保持同樣的振幅。一般來(lái)說(shuō),振幅比較容易監(jiān)控。
責(zé)任編輯:小琴
-
近50米長(zhǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉被卡收費(fèi)站 交警路政緊急救援(圖)
-
首頁(yè) > 港股頻道 > 公司報(bào)道 > 正文 美銀美林:金風(fēng)科技風(fēng)力發(fā)電機(jī)售價(jià)面臨下行風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)價(jià)下調(diào)至12.3元
-
風(fēng)雨交加的夜晚 我跟蔣教授爬上34米高的風(fēng)力發(fā)電機(jī)
-
專業(yè)丨脫硫廢水處理系統(tǒng)的多元化優(yōu)化改造
-
專業(yè)丨句容發(fā)電廠1000MW燃煤機(jī)組超低排放脫硫脫硝改造技術(shù)及效果
-
從美國(guó)LM-2500和LM-6000型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展歷程 看QC-185的未來(lái)發(fā)展