整體葉輪葉片振動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

本發(fā)明公開(kāi)了一種整體葉輪葉片振動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，該試驗(yàn)裝置包括振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)及整體葉輪，整體葉輪經(jīng)夾具軸向壓緊并固定在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上；依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三米的微風(fēng)速度（微風(fēng)的程度），便可以開(kāi)始發(fā)電。振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)連接有用于起振的振動(dòng)裝置；整體葉輪連接有用于檢測(cè)并記錄試驗(yàn)參數(shù)的檢測(cè)裝置；整體葉輪上的相鄰葉片之間設(shè)有用于使相鄰葉片互相阻尼的橡膠阻尼塊。本發(fā)明通過(guò)在整體葉輪上相鄰葉片問(wèn)設(shè)置橡膠阻尼塊使得相鄰葉片問(wèn)互相阻尼，保證了對(duì)整體葉輪上單個(gè)葉片進(jìn)行振動(dòng)疲勞試驗(yàn)時(shí)其他葉片不能自由振動(dòng)，既避免了對(duì)整體葉輪進(jìn)行等分切割的麻煩，又避免了因支撐葉片的剛性變化導(dǎo)致葉片固有頻率的改變，從而保證了振動(dòng)疲勞試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

風(fēng)電機(jī)組的葉片上安裝振動(dòng)加速度傳感器。由于風(fēng)速變化而引起葉片在軸向方向上產(chǎn)生振動(dòng)，該振動(dòng)加速度傳感器能夠?qū)θ~片振動(dòng)的加速度數(shù)值進(jìn)行采集測(cè)量，反應(yīng)葉片振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。（大型風(fēng)力發(fā)電站基本上沒(méi)有尾舵，一般只有小型（包括家用型）才會(huì)擁有尾舵）。由于風(fēng)電機(jī)組的機(jī)艙工作受到風(fēng)速流動(dòng)的推力和壓力，以及溫度變化等方面的影響，應(yīng)采取工作頻率范圍較寬、堅(jiān)固耐用以及受到外界干擾較小的傳感器。本風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)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(hào)無(wú)需外界電源、抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)工作環(huán)境不敏感的特點(diǎn)，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(dòng)加速度作用后產(chǎn)生一個(gè)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(hào)，完成對(duì)塔筒前后加速度的測(cè)量。

高速旋轉(zhuǎn)葉片振動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)是電力工業(yè)、能源工業(yè)、航空、航運(yùn)業(yè)亟待解決的難題,傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量方法很難做到同時(shí)監(jiān)測(cè)同級(jí)所有葉片的振動(dòng)情況,因此人們一直在研究非接觸式旋轉(zhuǎn)葉片振動(dòng)的測(cè)量新技術(shù)—葉端定時(shí)測(cè)量技術(shù)。它是一種利用旋轉(zhuǎn)著的葉片在有振動(dòng)與無(wú)振動(dòng)時(shí)到達(dá)葉端傳感器的時(shí)刻所存在的偏差來(lái)計(jì)算葉片振動(dòng)振幅和頻率的測(cè)量技術(shù)。隨著激光技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展,葉端定時(shí)測(cè)量技術(shù)在硬件技術(shù)上已完全成熟。為準(zhǔn)確測(cè)量葉片在高頻振動(dòng)下的應(yīng)力，為設(shè)計(jì)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(shí)技術(shù)發(fā)展的重大障礙。

在總結(jié)前人對(duì)葉片固有特性和振動(dòng)響應(yīng)分析方法的基礎(chǔ)上,采用解析法和有限元方法相結(jié)合,準(zhǔn)確預(yù)估和分析葉片固有特性,采用CFD應(yīng)用軟件FLUENT對(duì)葉片進(jìn)行三維流場(chǎng)的模擬,在此基礎(chǔ)上對(duì)葉片進(jìn)行振動(dòng)響應(yīng)分析。本文的主要研究?jī)?nèi)容大致可以歸為以下幾個(gè)方面：(1)研究葉片振動(dòng)的解析計(jì)算方法,在葉片扭向角不大的情況下,通過(guò)建立一些假設(shè)將葉片視為變截面梁,利用經(jīng)典的梁彎曲和梁扭轉(zhuǎn)理論計(jì)算葉片的振型和自振頻率。(2)采用ANSYS有限元軟件,對(duì)葉片進(jìn)行固有模態(tài)分析和帶有預(yù)應(yīng)力情況下的模態(tài)分析,并對(duì)兩種情況下的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,其中考慮了轉(zhuǎn)速不同時(shí)的離心力對(duì)葉片固有特性的影響,并繪制Campbell圖。高速旋轉(zhuǎn)葉片振動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)是電力工業(yè)、能源工業(yè)、航空、航運(yùn)業(yè)亟待解決的難題,傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量方法很難做到同時(shí)監(jiān)測(cè)同級(jí)所有葉片的振動(dòng)情況,因此人們一直在研究非接觸式旋轉(zhuǎn)葉片振動(dòng)的測(cè)量新技術(shù)—葉端定時(shí)測(cè)量技術(shù)。(3)采用FLUENT對(duì)葉片作流場(chǎng)分析,分析了葉片流場(chǎng)速度、壓力等沿葉片徑向分布情況,并研究了不同轉(zhuǎn)速對(duì)葉片流場(chǎng)速度、壓力的影響。(4)基于葉片流場(chǎng)分析的結(jié)果,應(yīng)用ANSYS軟件,對(duì)考慮S1、S2氣動(dòng)加載和集中載荷加載三種情況下的葉片振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算和分析。本文對(duì)葉片固有特性和振動(dòng)響應(yīng)分析方法研究實(shí)現(xiàn)了葉片振動(dòng)解析法和考慮S1、S2氣動(dòng)加載、集中載荷加載振動(dòng)響應(yīng)的計(jì)算,對(duì)葉片的初期設(shè)計(jì)有重要的意義。