目前,我國已成為世界第二大經濟體,第一大工業國,第一大貨物貿易國,經濟的迅猛發展導致了能源供不應求的局面。隨著傳統石化能源的日益緊張,氣候變化引發的對“低碳經濟”的渴求,綠色能源越來越受到重視。
風能是一種典型的可再生清潔能源,風力發電是風能最重要的應用方式,從我國現有能源結構,結合世界的未來能源發展趨勢判斷,大力發展風力能源,不僅可改善生態環境,應對氣候變化,且符合長遠經濟、社會可持續發展的戰略目標。
隨著風能的大規模開發和利用,風能機電組數量越來越多,風機葉片尺寸越來越大。風機葉片是將風能轉化為機械能的關鍵部件,是最昂貴的部件,約占整個機組生產成本的20%,也是獲取風能利用系數和經濟效益的基礎。風機葉片設計、制造以及運行狀態的好壞,直接影響到機組的性能和發電效率。
風電葉片在運轉過程中,葉片不僅要承受強大的風載荷,經受旋轉產生的氣流沖刷,砂石粒子沖擊,強烈的紫外線照射等外界的侵蝕。
風力發電葉片作為受力結構件,要盡量避免出現折斷、分離等質量事故。國際電工委員會(IEC)要求在風電葉片安全認證過程中,必須進行包括靜載試驗等在內的全尺寸結構測試,故風電葉片的測試具有極為重要。
風機葉片關鍵點追蹤實驗
研究風力發電葉片在載荷下的整體變形和屈曲情況,對于衡量葉片的性能和壽命,有著重要的價值。傳統的變形測量如應變片電測法,屬于接觸式、離散式、非三維的測量方法。
為了克服和減少風電葉片傳統結構測量過程中存在的困難和不足,某研究所經過調研和測試,擬采用新拓三維的XTDIC三維全場應變測量分析系統,研究風機葉片的回轉運動的軌跡,分析葉片關鍵點的位移運動軌跡,測量風機的回轉軌跡。
布設模擬實驗現場,采用風機葉片模型進行實驗,風電葉片模型開始加載,借助XTDIC三維光學應變測量系統配置的兩個高速攝像機,實時采集被測葉片模型各個變形階段的圖像,停止實驗并完成采集。
(一)拍攝未加載狀態下的風電葉片模型,為葉片模型變形計算提供參照,然后進行加載,利用XTDIC系統分析軟件,完成實驗數據的計算,如圖所示;
(二)選取風電葉片模型關鍵點其中某一點,可繪制出風電葉片關鍵點相應的位移曲線,如圖所示;
(三)使用XTDIC系統分析軟件創建變形域,完成對標志點運動軌跡的分析,如圖所示。
通過XTDIC系統可分析風力葉片模型上關鍵點的運動軌跡變化,得到葉片模型表面關鍵點的變形;圖中的變形域是葉片模型表面變形量大于預設變形量的點。
另外,通過測量數據分析表明,風機葉片模型轉動方向位移沿葉片展向逐漸增大,越靠近葉片的葉尖位移值越大。在加載作用下,葉片模型主要發生平面外彎曲,即主要表現為平面外變形。
新拓三維技術工程師分析了測量過程的主要影響因素和難點,利用XTDIC系統實現了對葉片模型在回轉過程中關鍵點的位移軌跡測量,并交叉驗證了平面外位移測量精度,并將試驗數據與模擬數據進行比較分析,關鍵點的位移軌跡曲線與實際相符,實現了風電葉片模型在高速運轉過程中的全尺寸結構位移變形測量。 |