IEC61400-23風輪葉片與尺寸結構試驗解析

1、IEC 61400-23風力發(fā)電機組第23部分：風輪葉片與尺寸結構試驗1 范圍此技術規(guī)范考慮了以下試驗：靜態(tài)強度試驗；疲勞試驗；其它決定葉片屬性的試驗。此技術規(guī)范中沒有計劃以下內容：獲得試驗設備的詳細規(guī)范；包括強度試驗所有方面內容的詳細工作指導；用于建立葉片和 / / 或部件的基本原料或疲勞設計數(shù)據(jù)； 取代嚴格的設計程序；從事機械裝置功能試驗。2 普通原理試驗目的風力機葉片試驗的基本目的是證明確定的風力機葉片達到一個合理的水 平，制造商依照一個確定的規(guī)范，參考特殊極限狀態(tài)，或更好的，規(guī)定可靠 性，驗證沒有達到特殊極限狀態(tài)因此確保葉片擁有設計中提供的強度和服役 年限。必須證明葉片能夠承受在其服役

2、年限中預期將要經歷的最終載荷和疲 勞載荷。極限狀態(tài)建立和評估試驗載荷，確定數(shù)量的設計信息必須被知道。通常葉片依照一些實際的標準或條款設計例如 IECIEC 61400-161400-1 使用 ISOISO 23942394 原理定義的 極限狀態(tài)和部分系數(shù)， 需要獲得被應用的標準的相應的設計評估。 簡單的說， 極限狀態(tài)是一個結構能構承受并依然符合設計要求的最大載荷。 放映不確定 性的部分系數(shù)被選擇至少在原則上用于確保可能的達到的極限狀態(tài)低 于結構的確定評估規(guī)定。依照這些，如果當葉片暴露在測試載荷下，典型的 設計載荷，沒有達到極限狀態(tài)葉片將通過試驗。實際約束實際執(zhí)行試驗可能受到技術和經濟上的影響。

3、一些重要情況列出如下：葉片上的載荷分布只能被近似的模擬；試驗的時間可能是一年或更少；只有一個或很少的葉片能被測試；確定的故障很難被察覺。試驗結果測試了什么依照設計計算，葉片必須能承受設計載荷。在這些設計計算中一些 固有的假定可能被使用：壓力或張力被正確計算或適當?shù)墓浪?；所有相關原料和詳細資料的強度和疲勞阻抗分類被正確的評估和保存；用于計算強度的強度和疲勞公式是正確的或保守的；產品依照設計要求。沒有測試什么在尺寸結構試驗中以下不會被測試（和檢驗） ：設計載荷的有效性；在試驗中不同環(huán)境條件的影響；結果中的離散情況；生產或設計中的可能的改變。3 葉片數(shù)據(jù)概述一般來說，葉片將通過繪圖，規(guī)范和部分清單來

4、描述。也包括可能用到 的操作，起吊和存儲說明書。外部尺寸和接觸面葉片的尺寸能通過繪圖來更好的說明，至少給定以下信息（例見圖1 1）：從葉根到葉尖的長度；螺栓樣式和葉根接觸面尺寸；弦和螺旋分布。對于評估全部空間包絡面和要求必須執(zhí)行試驗，最大預期葉片偏差和載 荷將被提供。3W4.EiC圖 1 1外部尺寸和接觸面的繪圖實例葉片特性特別的，以下將被詳細說明用于試驗和評估目的:Blide dimension*rLC4.；LC -C.爭 -L55 V.CrM弋丄* J時-HatDS-hiinTiNri. -,EStitir ebsSW-C1SW-USILfj-lLiiie*: chordL35%丄BS%

5、knffi*- pcwhrTH-LT p薊晤w ImhIMIIro4lC2OUIH* iB-nelErMkde rw1BHC:Bal! Iiate Criie-2怡Li侶b riiH峪n前p阿benSW-CP1Shew w:b ttari chtrcl丄杯fEh昭Chrtl5clui他ram.i口U.K人亡占4LC-CLareil chodL35 *&-ChrdMS5IIpdiiihNurler Nuniaercrl lahsSheMir peb nd辱呻溝戦証聞11SIV-CPZ 5htirpotMEihiIECTCWWG8IMng pf ftotar 3Mai Rolcf ilfe

6、del*ul:Im *r -f IKj _Inw!-Psg-uiiai,i -*JLHKBl MBW W9 wia -MB! 百SW-L1V唯左-1iraTxE至少在包括載荷應用部分的 5 5 個葉片分布區(qū)域的輪廓幾何學；主要內在部件的位置和屬性；原料的使用；原料的分布；基本制造過程特點；層積和夾心結構的成分；鋼鐵和金屬部件；扣件；接縫部分；至少在 5 5 個葉片分布區(qū)域的以下交叉組合屬性： 彈性范圍， 彎曲硬度原則， 主軸位置， 扭轉硬度， 切變中心；總質量和質量分布；重心位置；自然頻率(第 1 1 和第 2 2 平放并刀口向上，第 1 1 扭轉)；主要屬性公差。對于強度基礎試驗，在各個被選

7、擇的交叉部分的相關強度將被給定。原料數(shù)據(jù)在試驗范圍內使用的原料的相關強度和 / / 或疲勞公式和彈性屬性將被給 定。疲勞方面包括適當?shù)?S-NS-N 公式、循環(huán)計算程序、適當?shù)膿p傷總和模型、 R R比例影響等。設計載荷和條件概述試驗載荷通常是描述一個特殊載荷情況的離散受力位置的氣動分布 和慣性葉片力矩的縮影。對于載荷基礎試驗，設計載荷將被指定，然而 對于強度基礎試驗它們是不必要的。 應用的標準和設計載荷中包括的所 有部分安全因素都將被公告。載荷情況各個設計載荷情況都將被定義為 6 6 個載荷部分( F Fx,F,Fy,F,Fz, , M Mx,M,My和 M Mz)沿著葉片翼展方向允許在被測試

8、的確定區(qū)域的試驗載荷被正 確的估計。 6 6 個載荷部分將被給定，包括結合載荷情況產生的必需的相位和頻率信息。然而，并不是所有載荷都是重要的，不是所有載荷在試 驗期間都會被用到。與載荷成分相關的坐標系將被清楚的說明。通常， 弦向坐標系或轉子坐標系將被使用。用于試驗目的，推薦使用在圖3 3 中的轉子坐標系。Key:The loads are aiong and perpendicir：ar to the local blade eljord di actionsr # r、八、|1 |事驚a. b. c local b宮de dir&mionsectors 、* *.豊土著中%0% 紙f

9、 IdEdgese bending moment叫Flapwise bending nloment Mbladetorsion爭rnomentj.一 FFlatwise shear force1 f1Edgewise shenr foceBlade axial (tensile) force Torsional denation Flapwise JAforryiation Lead-log J&foimation圖 2 2 弦向坐標系（平放，刀口向上）坐標系Key:陷#FKy芒local blade directi on vectorsAfxLeadwise bending mome

10、nt My Flapwise bend ing monie rit MzBlade torsfonai monnent F*Flapwise shear force Fy Leadwi se sh ea r forceFzSpan wise (tensile) force1Ftapwise defomation2Leadwise deformationDeformedblade axisS 7iEC 424/QlUndefcHTnedblade axis* f 13圖 3 3 -轉子（側放，滯后）坐標系（首選）環(huán)境條件除載荷外，假定的影響原料行為的設計運行條件和試驗條件（例如 濕度，溫度），將

11、被詳細說明。機械裝置臨界部件的載荷例如葉尖剎車的特性經常不同于葉片的普通載荷可 能需要額外的說明和特殊的試驗。試驗區(qū)域單一的試驗不能測試整個葉片的最佳載荷。 典型載荷需要利用臨界區(qū)域。 以下潛在臨界區(qū)域將被考慮：部分屬性逐漸改變的葉片外部區(qū)域的舷內部分；計算顯示的與扣件，強度或疲勞壽命有關的最小保留因素的葉片部 分；如果由氣動剎車裝置，葉片包括此裝置的部分，特別是受到這一部 分影響的結構。被測試的區(qū)域將被詳細說明。特殊葉片修正特殊的葉片修正能被呈現(xiàn)在試驗目的中。在疲勞試驗期間在允許的時間 框架內擴大試驗。在一些情況下，必須擴大疲勞載荷可能導致區(qū)域故障沒有 考慮到試驗中來。在這種情況下，特殊葉片

12、修正將被考慮。修正也可能導致 載荷傳導加強。所有特殊葉片修正將被詳細說明。根部固定在試驗中考慮的葉片根部的情況，根部裝配的詳細資料將被詳細說明。 這包括螺栓規(guī)范和固定程序、篏位長度、輪轂硬度等。機械裝置如果結構分界面的機械裝置被試驗，導入載荷提供給葉片的機械裝置或 適當?shù)墓潭ㄔO備將是首選。額外的裝配、位置和配置機械或載荷固定裝置的數(shù)據(jù) 將被提供。IEC 425/014 設計與試驗載荷條件的不同概述葉片設計將包括以下載荷部件: 平放曲度力拒； 刀口朝上曲度力拒； 平放方向切變載荷； 刀口向上方向切變載荷； 扭轉力拒；線性載荷。載荷導入在試驗期間，載荷傳到通常集中在葉片部分的翼展方向。由于載荷集中

13、 和在交叉部分的可能的加強，通常交叉部分的型變可能被預防，可能改變葉 片的局部壓力。這些傳導點將因此遠離指定的試驗區(qū)域。Spanwise圖 4 4 理想和實際試驗載荷的力拒分布的不同彎曲力拒和切變在試驗索具裝備中，載荷載荷被運用在受限制的編碼部分，然而理想試 驗載荷在繼續(xù)。這導致了翼展方向的部分力矩分布和切變壓力的不同。IEC 426/01Cf平放和刀口向上的聯(lián)合在靜態(tài)和疲勞載荷試驗中，應用聯(lián)合平放和刀口向上的載荷結果更具說 服力。只通過應用平放曲度力拒或刀口向上曲度力拒，一些區(qū)域的壓力，張 力和/ / 或損傷比例的結果可能低于設計值。線性載荷在運行的風力機的葉片上產生的線性載荷決定與重力和離

14、心力。通常來 說，在試驗索具裝置中對葉片應用不能改變重要結構的好的離心載荷是不切 實際的。由線性壓迫導致的壓力相應的降低了。轉矩載荷對于大部分葉片轉矩載荷通常很小或可以忽略。 如果它們被認為有關聯(lián)， 它們將被應用。更通常的，試驗載荷設備可能在不注意的情況下導致多余的 轉矩載荷。這些影響將被評估。機械裝置葉片舷外側的機械裝置的動力環(huán)境是十分復雜的。在這些舷外側區(qū)域， 線性載荷是主要的影響并且不能被忽視。在沒有線性載荷的試驗索具裝置 中，機械結構接觸面可能不會被適當?shù)臏y試。因此，進行包括線性載荷的特 殊試驗可能被用于測試結構接觸面。然而，這些機械裝置的結構接觸面試驗 通常限制于設計載荷中非常重要的部件，用于保持來自額外的復雜性。環(huán)境條件在試驗中的環(huán)境和時間條件與設計情形中的不同。這些條件可能包括：濕度；溫度影響；UVUV 輻射；老化（疲勞和時間的交互作用） ；灰塵；鹽度；化學污染物。載荷頻譜和次序5試驗載荷概述載荷基礎試驗強度基礎試驗 靜態(tài)試驗載荷表現(xiàn) 疲勞試驗載荷表現(xiàn) 靜態(tài)和疲勞試驗次序