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叶片疲劳测试中的相关问题——武莉萍/副经理

上传日期:2016-04-29  播放次数:3054
观视频介绍
以下内容为现场速记:
17武莉萍
连云港中复连众复合材料集团有限公司武莉萍/副经理
  各位叶片行业同仁的大家下午好,我是连云港中复连众检测中心,我负责材料,包括叶片巡视实验的。我今天汇报的材料叶片测试相关的问题。
  在风电机组中,叶片是最基础、最核心、最关键的部件之一,其疲劳损伤问题是风电叶片设计、制造、运行的共同关注的一项重要内容。在风电叶片设计中,一般要求风电叶片能满足20年的使用寿命。风电机组在非定常载荷作用下的运行特性使其易发生疲劳损坏,严重影响风电机组安全运行的可靠性和使用寿命。且由于其材质、结构、工艺以及工作环境的复杂性,导致叶片的疲劳性能几乎不可能通过计算得到。因此只有进行全尺寸叶片的疲劳测试才能提供对设计的可靠确认。通过测试,可以将测试数据与设计数据比较,以掌握叶片的疲劳性能,从而进行优化与改性。
  连云港中复连众复合材料集团有限公司是一家集开发、生产于一身的玻璃钢行业龙头规模企业。连云港中复连众复合材料集团有限公司检测中心隶属于连云港中复连众复合材料集团有限公司,成立于2005年,原叶片事业部实验室,于2009年正式成立为检测中心。检测中心现有固定资产总额约2783万元,占地面积7265平方米,其中试验场地7557平方米。经过多次发展改造,现已基本建成了一个能对树脂、玻纤、涂料、叶片等进行专业检测的检测中心。本检测中心在公司技术副总经理的领导下,管理层设有中心经理、技术负责人(领域技术负责人)及质量负责人;检测中心下分为管罐材料检测室、叶片材料检测室、叶片检测室3个职能部门。
  本检测中心各项规章制度健全,有明确的岗位责任制和完善的管理体系。本检测中心对影响检测质量的因素进行有效的控制,确保检测质量。本检测中心还将本着“严谨、规范、高效、协作”的原则和对客户及社会高度负责的精神,及时向客户提供科学、公正、准确的检测报告。
  由于风电叶片实际疲劳寿命周期很长,所以疲劳试验大都依据损伤等效原则加速试验。
  本中心目前所采用的疲劳加载方式为单点加载方式。通过刚度、应变等监控观察叶片损伤情况,并通过达到规定加载循环次数后的各项相关检查,判断是否损坏以及损坏程度。疲劳试验载荷包括平均载荷和周期载荷。周期载荷通过采用电机驱动减速装置,带动偏心质量块旋转,以某一频率的激励风轮叶片,产生试验所需的、稳定的等幅循环载荷。平均载荷通过在叶片上安装一定的质量夹具进行施加。
  风电叶片进行疲劳加载试验时,根部通过若干个高强度螺栓固定在加载基座上。在加载点位置安装一个疲劳加载系统,该系统由偏心块、电动机、叶片夹具、减速箱和电控系统等组成,沿叶片展向70%处固定疲劳加载驱动装置,叶片振幅的测量通过激光测距仪完成,叶片表面按照大纲要求布置应变片,使用动态应变仪全程采集。
  我们的实验设备包括有加载系统电机驱动减速装置,带动偏心质量块旋转,以某一频率的激励风轮叶片,产生试验所需的、稳定的等幅循环载荷。激光位移传感器,采集叶片挠度数据叶片在试验过程中的挠度变化,直接反应叶片的刚度变化。
  动态应变采集仪,采集应变数据,试验中用于监控叶片变形以及损伤情况。
  试验前需要对载荷进行标定,通过对叶片施加一系列载荷,记录应变、绕度数据。
  根据所要求的设计载荷,确定叶片所应达到的应变值,并以此为依据,来确定加载装置合适的偏心轮质量,满足设计要求。为了准确把握叶片在所要求的设计疲劳载荷作用下的损伤情况,应保证大部分区域所承受的试验载荷与设计要求一致。但事实上,由于加载装置的限制,这一点很难实现。本中心采用单点加载方式,只能保障叶片部分截面试验载荷与设计载荷相同或相近。
  我们做了叶片固有频率对叶片疲劳是影响:以某疲劳叶片为例,固有频率为0.98Hz。设定变频器输出不同的频率,分别为0.85Hz、0.98Hz和1.1Hz,得到不同加载频率驱动下叶片振幅的变化曲线,当加载频率为0.85HZ时,小于叶片的固有频率,此时叶片稳定状态时的振幅较小,约为170mm,当加载频率为0.98Hz时等于叶片的一阶固有频率,稳定后叶片的振幅最大,约为200mm认为两者发生共振现象,基本能满足疲劳加载试验的要求,当继续增大驱动频率达到1.1HZ时,由于共振频率偏离较大,振幅显得絮乱。由于疲劳叶片试验周期较长,受季节、昼夜温差及其他环境因素的影响,叶片试验处在变化的温度环境下。因此温度对疲劳试验具有很大影响。
  由以上图表,我们可以发现,叶片的刚度变化与温度变化成正比,应变值与温度成正比,温度微小的波动,会引起叶片刚度较大的变化。
  实验结果评价:玻璃钢材料疲劳过程是一个蒙皮剥离。基体开裂和纤维断裂的过程,表现出弹性模量降低,因此可以用刚度降低程度作为破坏标准,通常以10%-15%的刚度降低作为疲劳破坏的标准。通过采用叶片危险截面所布置的应变片采集的数据观察叶片结构在疲劳载荷作用下的应变变化情况。可有助于发现及判断叶片损伤情况以及结构刚度变化情况。
  此外还可以通过采用目测和敲击的方式对叶片表面、内部均进行检查。
  我们的结论就是叶片全尺寸疲劳试验是检测叶片抗疲劳损伤性能的重要手段。通过开展全尺寸疲劳试验,可以掌握叶片疲劳耐久性能,了解叶片损伤分布,有助于阐明风电叶片疲劳损伤破坏机理。采取不同的加载方式将影响试验与检测结果,因此方案的制定,要根据设备、成本、周期、试验目睹等具体因素综合考虑。有效的解决温度对于疲劳试验的影响,将大大增加检测试验结果的准确性。
 
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