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整体叶轮叶片振动疲劳试验装置及试验方法

本发明公开了一种整体叶轮叶片振动疲劳试验装置及试验方法，该试验装置包括振动试验台及整体叶轮，整体叶轮经夹具轴向压紧并固定在振动试验台上；振动试验台连接有用于起振的振动装置；整体叶轮连接有用于检测并记录试验参数的检测装置；整体叶轮上的相邻叶片之间设有用于使相邻叶片互相阻尼的橡胶阻尼块。在总结前人对叶片固有特性和振动响应分析方法的基础上,采用解析法和有限元方法相结合,准确预估和分析叶片固有特性,采用CFD应用软件FLUENT对叶片进行三维流场的模拟,在此基础上对叶片进行振动响应分析。本发明通过在整体叶轮上相邻叶片问设置橡胶阻尼块使得相邻叶片问互相阻尼，保证了对整体叶轮上单个叶片进行振动疲劳试验时其他叶片不能自由振动，既避免了对整体叶轮进行等分切割的麻烦，又避免了因支撑叶片的刚性变化导致叶片固有频率的改变，从而保证了振动疲劳试验结果的可靠性。

叶片是风电机组的主要部件，其结构强度直接影响到风电机组的工作效率和运行可靠性。风电机组叶片的工作环境除了承受变化的空气动力外，还受到本身惯性力以及机舱带来的负荷，很容易发生振动。

风电机组的叶片上安装振动加速度传感器。其原理如下：首先，对加速度进行积分处理，获得速度信号v，从而掌握风机叶片振动频率。由于风速变化而引起叶片在轴向方向上产生振动，该振动加速度传感器能够对叶片振动的加速度数值进行采集测量，反应叶片振动的运动性质。由于风电机组的机舱工作受到风速流动的推力和压力，以及温度变化等方面的影响，应采取工作频率范围较宽、坚固耐用以及受到外界干扰较小的传感器。

在总结前人对叶片固有特性和振动响应分析方法的基础上,采用解析法和有限元方法相结合,准确预估和分析叶片固有特性,采用CFD应用软件FLUENT对叶片进行三维流场的模拟,在此基础上对叶片进行振动响应分析。设计开发了适应高速实时监测要求的全光纤叶端定时传感器，所研制的叶端定时传感器具有抗电磁干扰能力强、频宽优于100MHz，测量距离达到0。本文的主要研究内容大致可以归为以下几个方面：(1)研究叶片振动的解析计算方法,在叶片扭向角不大的情况下,通过建立一些假设将叶片视为变截面梁,利用经典的梁弯曲和梁扭转理论计算叶片的振型和自振频率。(2)采用ANSYS有限元软件,对叶片进行固有模态分析和带有预应力情况下的模态分析,并对两种情况下的结果进行了对比,其中考虑了转速不同时的离心力对叶片固有特性的影响,并绘制Campbell图。(3)采用FLUENT对叶片作流场分析,分析了叶片流场速度、压力等沿叶片径向分布情况,并研究了不同转速对叶片流场速度、压力的影响。(4)基于叶片流场分析的结果,应用ANSYS软件,对考虑S1、S2气动加载和集中载荷加载三种情况下的叶片振动响应进行了计算和分析。本文对叶片固有特性和振动响应分析方法研究实现了叶片振动解析法和考虑S1、S2气动加载、集中载荷加载振动响应的计算,对叶片的初期设计有重要的意义。