多点配重下的风电叶片全尺寸疲劳试验加载方法研究
发布时间：2021-09-25 19:03
近年来,随着风电叶片不断向大型化发展,其质量问题日渐突出,而风电叶片的疲劳性能对于整个风电机组的可靠性至关重要。目前国内外对风电叶片疲劳性能的检测主要以单点加载疲劳试验方法为主。由于单点加载疲劳试验存在激振力有限、弯矩分布误差大以及试验周期长等不足,本文提出了一种多点配重下的风电叶片全尺寸疲劳试验加载方法,该方法操作简单、可靠性高且便于实际应用,为风电叶片疲劳试验技术的实际工程应用提供了理论依据和实践指导,具有一定的学术意义。主要研究工作如下:（1）风电叶片全尺寸疲劳试验加载系统总体方案的确定。从风电叶片疲劳试验的目的与载荷要求出发,对疲劳试验的各种加载类型、控制方法和加载设备进行了分析比较,并结合实际的工程应用背景,设计了一套液压激振式疲劳加载系统,解决了传统疲劳加载装置的偏心以及激振力不足等问题。（2）风电叶片全尺寸疲劳试验中相关动力学的分析及计算。首先,基于设计的液压激振式疲劳试验加载系统,建立了系统动力学模型,计算了疲劳试验加载中所需的激振力大小;然后借助材料力学理论,对叶片各截面之间的动力学特性进行了分析计算;最后基于单点加载疲劳试验数据,结合疲劳累积损伤理论,提出了多点配重...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
风电叶片发展历程
硕士学位论文3质量提出了更高的要求。图1.3风电叶片发展历程我国国家标准规定：“叶片的设计寿命应该大于等于20年”，是典型的高质量、长寿命设计产品[7]。然而近年来，随着叶片的大型化与大功率化，各种风险却愈发不可控，其安全事故与日俱增。根据英国著名的凯斯尼斯风电场信息论坛（CaithnessWindfarmInformationForum，CWIF）的统计，截止到2020年3月底，风电机组事故总数高达2663起，整体上呈逐年上升态势[8]，如图1.4所示。通过调查发现，在这些事故中，最常见的就是叶片故障引起的事故，因叶片失效引起的风电事故高达442次，约占该时间段内风电事故总数的17%，如图1.5所示。实际上，叶片作为风电机组最关键、最核心的部件，其成本约占整个机组总成本的20%~30%[9,10]，占比最高；同时，叶片长度的激增直接导致制造成本大幅度增加，现场维护费用必然更加昂贵，一旦损坏将会给社会造成巨大损失。因此，做好叶片质量的检测与认证，对于促进风电产业发展具有十分重要的意义。图1.4风电机组事故统计图
多点配重下的风电叶片全尺寸疲劳试验加载方法研究4图1.5风电场事故类型1.2国内外研究现状1.2.1风电叶片质量检测与认证现状风电产业风险大、成本高，风电机组质量的检测与认证是促进风电产业健康发展的重要一环。面对风电事故频发现象，越来越多的国家已经认识到对风电设备进行质量检测与认证的必要性和迫切性，尤其是出厂前对叶片质量的检测与认证。在国际电工委员会（IEC）风电认证体系的有力推动下，风电产业及其认证技术得以在全世界大面积推广，大多数发展风电的国家已经逐步建立起了风电设备检测与认证体系或机构[11]。目前，国际上知名的风电机组质量检测与认证机构主要有德国劳氏船级社（GL）、丹麦瑞索国家实验室（RISO）、美国国家可再生能源实验室（NREL）以及挪威船级社（DNV）等，他们分别发布了比较权威的风电机组认证规范或指南。关于风电行业的认证，英国等国家采取自愿性认证，美国实行推荐性认证；而丹麦、德国等国家推行强制性认证，他们规定没有通过严格质量检测与认证的风电设备绝不容许投入使用。同国外发达国家相比，我国的风电认证起步相对较晚，早期由于风电认证体系和技术标准不完善，针对风电设备的检测，主要以取得欧美老牌等国际认证为主，认证费用高、周期长且效率低。近些年来，随着经济的发展壮大与科研实力的提升，风电技术水平迅速提升，我国已经初步建立了一套较完善风电检测与认证体系，并要求风电机组的关键零部件出厂前进行强制性认证。目前，国内认可度较高的风电机组质量检测与认证机构主要有三家：中国船级社（CCS）、北京鉴衡认证中心（CGC）和中国质量认证中心（CQC），他们发布的认证体系和标准大多同IEC标准相似。由此可见，对叶片质量的检测与认证是大势所趋。迄今为止，国内外形成了
【参考文献】：
期刊论文
[1]风轮叶片疲劳试验加载设计[J]. 傅程,张方慧. 中国机械工程. 2018(06)
[2]改进风电叶片疲劳试验力矩等效配重优化方法[J]. 张金波,石可重,徐建中. 工程热物理学报. 2018(03)
[3]风机叶片多点激振疲劳加载试验分析[J]. 乌建中,马怡. 装备制造技术. 2017(12)
[4]风电发展现状与趋势[J]. 卢正帅,林红阳,易杨. 中国科技信息. 2017(02)
[5]大型风电叶片设计制造技术发展趋势[J]. 徐宇,廖猜猜,张淑丽,苏祥颖,赵晓路. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2016(12)
[6]全尺寸风机叶片疲劳加载系统设计及试验研究[J]. 廖高华,乌建中,王亦春. 机械科学与技术. 2016(08)
[7]风电叶片两点疲劳加载控制系统设计及验证[J]. 孔晓佳,黄雪梅,姚锦恺,刘涛. 机械设计与制造. 2016(03)
[8]基于两轴共振模式的风电叶片疲劳加载监控系统设计[J]. 张磊安,王忠宾,刘卫生,黄雪梅. 河北科技大学学报. 2016(01)
[9]大型风电叶片单点疲劳加载过程振动特性研究[J]. 李忠祥,刘卫生,张欣,张磊安. 风能. 2015(12)
[10]风电叶片多点加载系统的机电耦合特性及试验研究[J]. 廖高华,乌建中,来鑫. 同济大学学报(自然科学版). 2015(10)
博士论文
[1]复合材料风电叶片刚度退化模型研究[D]. 寇海霞.兰州理工大学 2019
硕士论文
[1]风电叶片双轴疲劳试验台原理样机的设计及验证[D]. 佟晟.兰州理工大学 2018
[2]风电叶片两点疲劳加载耦合系统解耦控制研究[D]. 孔晓佳.山东理工大学 2016
[3]风力发电机叶片疲劳试验机的仿真研究与设计[D]. 崔晓伟.华东理工大学 2014
[4]大型风机叶片的疲劳寿命估算[D]. 闫景玉.南京航空航天大学 2013
[5]大型风力机叶片疲劳分析与寿命预测方法研究[D]. 栾绍刚.新疆大学 2012
[6]大型风力机叶片疲劳寿命分析[D]. 韩宇.华北电力大学（北京） 2011
[7]风电叶片全尺寸检测和结构分析[D]. 毛火军.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
本文编号：3410273
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
风电叶片发展历程
硕士学位论文3质量提出了更高的要求。图1.3风电叶片发展历程我国国家标准规定：“叶片的设计寿命应该大于等于20年”，是典型的高质量、长寿命设计产品[7]。然而近年来，随着叶片的大型化与大功率化，各种风险却愈发不可控，其安全事故与日俱增。根据英国著名的凯斯尼斯风电场信息论坛（CaithnessWindfarmInformationForum，CWIF）的统计，截止到2020年3月底，风电机组事故总数高达2663起，整体上呈逐年上升态势[8]，如图1.4所示。通过调查发现，在这些事故中，最常见的就是叶片故障引起的事故，因叶片失效引起的风电事故高达442次，约占该时间段内风电事故总数的17%，如图1.5所示。实际上，叶片作为风电机组最关键、最核心的部件，其成本约占整个机组总成本的20%~30%[9,10]，占比最高；同时，叶片长度的激增直接导致制造成本大幅度增加，现场维护费用必然更加昂贵，一旦损坏将会给社会造成巨大损失。因此，做好叶片质量的检测与认证，对于促进风电产业发展具有十分重要的意义。图1.4风电机组事故统计图
多点配重下的风电叶片全尺寸疲劳试验加载方法研究4图1.5风电场事故类型1.2国内外研究现状1.2.1风电叶片质量检测与认证现状风电产业风险大、成本高，风电机组质量的检测与认证是促进风电产业健康发展的重要一环。面对风电事故频发现象，越来越多的国家已经认识到对风电设备进行质量检测与认证的必要性和迫切性，尤其是出厂前对叶片质量的检测与认证。在国际电工委员会（IEC）风电认证体系的有力推动下，风电产业及其认证技术得以在全世界大面积推广，大多数发展风电的国家已经逐步建立起了风电设备检测与认证体系或机构[11]。目前，国际上知名的风电机组质量检测与认证机构主要有德国劳氏船级社（GL）、丹麦瑞索国家实验室（RISO）、美国国家可再生能源实验室（NREL）以及挪威船级社（DNV）等，他们分别发布了比较权威的风电机组认证规范或指南。关于风电行业的认证，英国等国家采取自愿性认证，美国实行推荐性认证；而丹麦、德国等国家推行强制性认证，他们规定没有通过严格质量检测与认证的风电设备绝不容许投入使用。同国外发达国家相比，我国的风电认证起步相对较晚，早期由于风电认证体系和技术标准不完善，针对风电设备的检测，主要以取得欧美老牌等国际认证为主，认证费用高、周期长且效率低。近些年来，随着经济的发展壮大与科研实力的提升，风电技术水平迅速提升，我国已经初步建立了一套较完善风电检测与认证体系，并要求风电机组的关键零部件出厂前进行强制性认证。目前，国内认可度较高的风电机组质量检测与认证机构主要有三家：中国船级社（CCS）、北京鉴衡认证中心（CGC）和中国质量认证中心（CQC），他们发布的认证体系和标准大多同IEC标准相似。由此可见，对叶片质量的检测与认证是大势所趋。迄今为止，国内外形成了
【参考文献】：
期刊论文
[1]风轮叶片疲劳试验加载设计[J]. 傅程,张方慧. 中国机械工程. 2018(06)
[2]改进风电叶片疲劳试验力矩等效配重优化方法[J]. 张金波,石可重,徐建中. 工程热物理学报. 2018(03)
[3]风机叶片多点激振疲劳加载试验分析[J]. 乌建中,马怡. 装备制造技术. 2017(12)
[4]风电发展现状与趋势[J]. 卢正帅,林红阳,易杨. 中国科技信息. 2017(02)
[5]大型风电叶片设计制造技术发展趋势[J]. 徐宇,廖猜猜,张淑丽,苏祥颖,赵晓路. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2016(12)
[6]全尺寸风机叶片疲劳加载系统设计及试验研究[J]. 廖高华,乌建中,王亦春. 机械科学与技术. 2016(08)
[7]风电叶片两点疲劳加载控制系统设计及验证[J]. 孔晓佳,黄雪梅,姚锦恺,刘涛. 机械设计与制造. 2016(03)
[8]基于两轴共振模式的风电叶片疲劳加载监控系统设计[J]. 张磊安,王忠宾,刘卫生,黄雪梅. 河北科技大学学报. 2016(01)
[9]大型风电叶片单点疲劳加载过程振动特性研究[J]. 李忠祥,刘卫生,张欣,张磊安. 风能. 2015(12)
[10]风电叶片多点加载系统的机电耦合特性及试验研究[J]. 廖高华,乌建中,来鑫. 同济大学学报(自然科学版). 2015(10)
博士论文
[1]复合材料风电叶片刚度退化模型研究[D]. 寇海霞.兰州理工大学 2019
硕士论文
[1]风电叶片双轴疲劳试验台原理样机的设计及验证[D]. 佟晟.兰州理工大学 2018
[2]风电叶片两点疲劳加载耦合系统解耦控制研究[D]. 孔晓佳.山东理工大学 2016
[3]风力发电机叶片疲劳试验机的仿真研究与设计[D]. 崔晓伟.华东理工大学 2014
[4]大型风机叶片的疲劳寿命估算[D]. 闫景玉.南京航空航天大学 2013
[5]大型风力机叶片疲劳分析与寿命预测方法研究[D]. 栾绍刚.新疆大学 2012
[6]大型风力机叶片疲劳寿命分析[D]. 韩宇.华北电力大学（北京） 2011
[7]风电叶片全尺寸检测和结构分析[D]. 毛火军.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
本文编号：3410273
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