風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其葉片的主要測試項(xiàng)目.doc

1 葉片主要檢驗(yàn)和分析項(xiàng)目風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動力性能的測試要根據(jù)IEC 61400-23“風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)-第23部分：風(fēng)輪葉片全尺寸結(jié)構(gòu)試驗(yàn)”標(biāo)準(zhǔn)的最新版執(zhí)行。1.1 葉片靜力試驗(yàn)靜力試驗(yàn)用來測定葉片的結(jié)構(gòu)特性，包括硬度數(shù)據(jù)和應(yīng)力分布。葉片可用面載荷或集中載荷（單點(diǎn)/多點(diǎn)載荷）來進(jìn)行加載。每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，加載方法通常按下面討論的經(jīng)驗(yàn)方法來確定。包括分布式面載荷加載方法、單點(diǎn)加載方法、多點(diǎn)加載方法。靜力試驗(yàn)加載通常涉及一個遞增加載順序的應(yīng)用。對于一個給定的加載順序，靜力試驗(yàn)載荷通常按均勻的步幅施加，或以穩(wěn)定的控制速率平穩(wěn)地增加。必要時，可明確規(guī)定加載速率與最大載荷等級的數(shù)值。通常加載速率應(yīng)足夠慢，以避免載荷波動引起的動態(tài)影響，從而改變試驗(yàn)的結(jié)果。1.2 葉片疲勞試驗(yàn)葉片的疲勞試驗(yàn)用來測定葉片的疲勞特性。實(shí)際大小的葉片疲勞試驗(yàn)通常是認(rèn)證程序的基本部分。疲勞試驗(yàn)時間要長達(dá)幾個月，檢驗(yàn)過程中，要定期的監(jiān)督、檢查以及檢驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)。在疲勞試驗(yàn)中有很多種葉片加載方法，載荷可以施加在單點(diǎn)上或多點(diǎn)上，彎曲載荷可施加在單軸、兩軸或多軸上，載荷可以是等幅恒頻的，也可以是變幅變頻的。每種加載方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)。加載方法的選用通常取決于所用的試驗(yàn)設(shè)備。主要包括等幅加載、 分塊加載、變幅加載、單軸加載、多軸加載、多載荷點(diǎn)加載、共振法加載。推薦的試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)如下表：表1 推薦的試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)試驗(yàn)方法優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)分布式表面加載（使用沙袋等靜重）- 精確的載荷分布- 剪切載荷分布很精確- 只能單軸- 只能靜態(tài)載荷- 失效能量釋放可導(dǎo)致更嚴(yán)重的失效- 非常低的固有頻率單點(diǎn)加載- 硬件簡單- 一次只能精確試驗(yàn)一個或兩個剖面- 由試驗(yàn)載荷引起的剪切載荷較高多點(diǎn)加載- 一次試驗(yàn)可試驗(yàn)葉片的大部分長度- 剪切力更真實(shí)- 更復(fù)雜的硬件和載荷控制單軸加載- 硬件簡單- 不易獲得準(zhǔn)確的應(yīng)變，損傷分布在整個剖面上多軸加載- 揮舞和擺振方向載荷合成更真實(shí)- 更復(fù)雜的硬件和載荷控制共振加載- 簡單硬件- 能耗低- 不易獲得準(zhǔn)確的應(yīng)變，損傷分布在整個剖面上等幅加載- 簡單，快速，較低的峰值載荷- 對疲勞公式的精確性敏感等幅漸進(jìn)分塊加載- 失效循環(huán)次數(shù)有限-對疲勞公式精確性和加載順序影響敏感等幅可變分塊加載- 簡單方法模擬變幅加載-對疲勞公式精確性和加載順序影響敏感（盡管敏感程度低于等幅漸進(jìn)分塊加載）變幅加載- 更真實(shí)的加載- 對疲勞公式精確性不敏感- 較高的峰值載荷- 復(fù)雜的硬件和軟件- 比較慢1.3 葉片撓曲變形測量由于風(fēng)輪相對于塔架的間隙有限，因此，葉片揮舞方向的撓度是非常重要的。在試驗(yàn)過程中，應(yīng)記錄葉片和試驗(yàn)臺的撓度。該試驗(yàn)通常與靜力試驗(yàn)一起進(jìn)行。1.4 葉片剛度分布測量葉片在給定載荷方向下的彎曲剛度可由載荷/應(yīng)變測量值或由撓度測量值來導(dǎo)出。葉片的扭轉(zhuǎn)剛度可以表示為旋轉(zhuǎn)角隨扭矩增大的函數(shù)。1.5 葉片應(yīng)變分布測量如果需要，可用由置于葉片測試區(qū)域上的應(yīng)變計測量葉片應(yīng)變水平分布，應(yīng)變計的位置和方向必須記錄。測量的次數(shù)取決于試驗(yàn)的葉片（例如葉片的大小、復(fù)雜程度、需要測量的區(qū)域等）。如果要求從零應(yīng)力水平獲取非線性，則必須使用一片未加載的葉片對應(yīng)位置上的應(yīng)變計來補(bǔ)償其自重力影響。應(yīng)在葉片表面臨界區(qū)域測量葉片應(yīng)變，葉片上的比較典型的位置為：幾何形狀突變、臨界的細(xì)部設(shè)計或應(yīng)變水平預(yù)計較高的位置。1.6 葉片固有頻率測量通常重要的頻率只限于揮舞方向的一、二階和擺振方向的一階頻率（有些情況下，還包括扭轉(zhuǎn)一階頻率）。對于大多數(shù)葉片來說，這些頻率間隔很好，且很少會耦合。因此，可把葉片置于所要求的振動模態(tài)下，監(jiān)測來自諸如應(yīng)變計、位移傳感器或加速度計等的振動模態(tài)響應(yīng)信號，逐個地直接測量出這些頻率。二階揮舞方向的激振模態(tài)可能會導(dǎo)致一些問題，尤其是對剛性非常大的葉片測量的過程中。1.7 葉片阻尼測量可以通過測量葉片揮舞和擺振方向無擾動振蕩的對數(shù)衰減量確定葉片的結(jié)構(gòu)阻尼。振幅必須足夠小，以排除氣動阻尼（幾厘米）的影響。應(yīng)注意阻尼通常與溫度關(guān)系密切。1.8 葉片振型測量與清晰間隔固有頻率的低阻尼線性結(jié)構(gòu)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)振型值，可以由（在共振時）傳遞函數(shù)的虛部來逼近，此傳遞函數(shù)是確定振型值點(diǎn)處的輸入力與加速度響應(yīng)關(guān)系的函數(shù)。進(jìn)行揮舞和擺振方向的振型測量時，可將葉片安裝在剛性試驗(yàn)臺上，在葉片的某個適當(dāng)點(diǎn)處（多數(shù)在葉尖）施加一個激振力（以相關(guān)的頻率），沿葉片適當(dāng)間隔位置監(jiān)測所引起的加速度響應(yīng)，激振力可由力傳感器來測量，加速度由加速度計來測量，然后把測量值輸入分析儀中，通過分析儀獲得可能的模態(tài)數(shù)以及在共振頻率下復(fù)雜傳遞函數(shù)的相位，在文獻(xiàn)7中給出詳細(xì)說明。除采用移動單個加速度計的方法外，還可以沿葉片展向均勻地布置若干加速度計，用一系列強(qiáng)迫頻率來激振葉片，也可以確定葉片的振型。1.9 葉片質(zhì)量分布測量粗略的質(zhì)量分布可以通過測量葉片總質(zhì)量和重心的方法計算出來，必要時可把葉片截成小段并稱出每段的重量來測量其質(zhì)量分布。1.10 葉片蠕變測量對蠕變敏感的材料來說，有必要通過試驗(yàn)確定葉片的蠕變和恢復(fù)特性。這些試驗(yàn)是通過對葉片進(jìn)行長時間靜加載進(jìn)行的（如幾小時或幾天）。在試驗(yàn)過程中，應(yīng)頻繁地測量葉片的撓度，并記錄葉片的撓度與對應(yīng)時間。經(jīng)過一段時間后去掉載荷，當(dāng)葉片松弛時，應(yīng)再記錄葉片的恢復(fù)與對應(yīng)時間。1.11 葉片的其它非破壞性試驗(yàn)在有些情況下，非破壞性試驗(yàn)(NDT)技術(shù)可用來檢查葉片是否按設(shè)計要求制造，并用來發(fā)現(xiàn)制造缺陷。非破壞性試驗(yàn)可與其它試驗(yàn)同時進(jìn)行，常用的方法有：檢查葉片幾何形狀（如尺寸、外形等）的測量、硬幣輕敲、聲音傳導(dǎo)、超聲波探傷、聲發(fā)射、 熱成像等。1.12 葉片解剖葉片解剖可用來檢查葉片是否按設(shè)計要求制造，并且可以用來發(fā)現(xiàn)制造缺陷。通過葉片解剖可以檢查下列特性：葉片的質(zhì)量分布、幾何形狀（如翼型等）、鋪層、梁、膠接等的制造（如確定玻璃纖維葉片的纖維含量、纖維方向和疏松度等）。1.13 葉根螺栓套的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片承受的各種載荷都必須經(jīng)葉根連接結(jié)構(gòu)傳遞至輪轂，其強(qiáng)度和可靠性直接影響整臺機(jī)組的運(yùn)行安全和出力。因此葉根連接結(jié)構(gòu)的可靠性是考核葉片強(qiáng)度的重要指標(biāo)之一。2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要測試項(xiàng)目2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率特性測試風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動力性能的測試要根據(jù)IEC 61400-12“風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)-第12部分：風(fēng)力機(jī)動力性能”標(biāo)準(zhǔn)的最新版本執(zhí)行。由于風(fēng)速的隨機(jī)波動性和間歇性，需要測試發(fā)電機(jī)組隨風(fēng)速變化的功率特性曲線，確定發(fā)電機(jī)組的功率特性，比較實(shí)際功率曲線同設(shè)計功率曲線的關(guān)系，為整機(jī)的年發(fā)電量評估提供依據(jù)。2.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組噪聲測試風(fēng)力發(fā)電機(jī)組除噪性能的測試要根據(jù)IEC 61400-11“風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)-第11部分：噪音測試技術(shù)”標(biāo)準(zhǔn)的最新版本執(zhí)行。由于風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行會產(chǎn)生噪聲，對周圍的環(huán)境產(chǎn)生影響，需進(jìn)行噪聲監(jiān)測，為除噪效果提供依據(jù)，同時根據(jù)噪聲判別風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。要注意特別是風(fēng)輪葉片類型、塔高和塔的類型以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組驅(qū)動系統(tǒng)變速箱的類型都會對噪聲效果產(chǎn)生影響。2.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電能質(zhì)量測試風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電特征的測試要根據(jù)IEC 61400-21“風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)-第21部分：風(fēng)力機(jī)電網(wǎng)連接電能質(zhì)量測試和評估”標(biāo)準(zhǔn)的最新版本執(zhí)行。電能質(zhì)量從普遍意義上講是指優(yōu)質(zhì)供電，包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量。其可以定義為：導(dǎo)致用電設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差，其內(nèi)容包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、暫時或瞬態(tài)過電壓、波形畸變（諧波）、電壓暫降、中斷、暫升以及供電連續(xù)性等。 通過測試電能質(zhì)量可以對機(jī)組的并網(wǎng)發(fā)電以及對電網(wǎng)的穩(wěn)定性作出評估。2.4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)性能測試渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)測試的目的是為了對作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計基礎(chǔ)的參數(shù)和性能進(jìn)行驗(yàn)證。渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)測試有以下幾個單獨(dú)測試組成：安全系統(tǒng)測試、制動系統(tǒng)測試、自動操作測試、開關(guān)操作測試、自然頻率測試、機(jī)械制動的液壓。2.5 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)械載荷測試載荷測試要根據(jù)最新版的IEC TS 61400-13“風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)-第13部分：機(jī)械載荷測試”標(biāo)準(zhǔn)的最新版執(zhí)行。為了驗(yàn)證機(jī)組設(shè)計載荷工況，為建設(shè)和修訂機(jī)組理論設(shè)計模型提供依據(jù)，對風(fēng)機(jī)進(jìn)行載荷測試。測試的主要項(xiàng)目有葉片根部擺振和揮舞方向的彎矩，電機(jī)主軸彎矩和扭矩，塔架底部的偏航力矩和俯仰彎矩，塔架頂部的偏航力矩、俯仰彎矩和扭矩。 實(shí)際測試中的獲得的數(shù)據(jù)將和風(fēng)機(jī)設(shè)計軟件的仿真結(jié)果進(jìn)行對比，從而驗(yàn)證機(jī)組的設(shè)計模型。要在支撐結(jié)構(gòu)上安裝附加傳感器，安裝位置要參考風(fēng)能大全后再做決定。2.6 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)變速箱原型的測試測試的目的是檢查變速箱設(shè)計的實(shí)現(xiàn)條件和獲取重要參數(shù)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速箱生產(chǎn)階段的級數(shù)檢驗(yàn)。要通過實(shí)際操作對變速箱的基本性能進(jìn)行驗(yàn)證。在根據(jù)變速箱的動態(tài)特征或變速箱獨(dú)立元件的載荷分布進(jìn)行設(shè)計修改時，需要重新進(jìn)行原型測試。試驗(yàn)測試參考標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61