风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统的制作方法

1.本发明总体而言涉及风电叶片检测技术领域，具体而言，涉及一种基于声发射技术的风电叶片根部螺栓裂纹监测实验系统。


背景技术：

2.近年来，随着风电行业的不断进步，风电机组叶片向着长尺寸、大挠度的方向发展。由于叶片长度增加及机组容量的增大，使得风电叶片根部连接螺栓受力状态更加复杂，在长期复杂交变载荷作用下，螺栓出现裂纹故障的可能增大。当叶根紧固螺栓裂纹发展到一定程度时，螺栓会发生断裂，严重时会造成叶片脱落、倒塔事故的发生，这将危及风电机组的运行安全，造成巨大的损失。因此，有必要对风电叶片根部螺栓裂纹的监测方法进行实验研究，以找到一种可靠、经济的监测方法对根部螺栓裂纹进行有效监测。现阶段，风电叶片根部螺栓裂纹监测实验成本高，实验周期长。
3.为了能够和满足声发射监测叶根螺栓裂纹研究需求，设计开发一种可靠、经济、既能模拟叶片运行时叶根连接的真实情况；又能满足尽可能多的研究需求的基于声发射技术的风电叶片根部螺栓裂纹监测实验系统十分必要。
4.因此，如何降低实验成本，缩短试验周期，最大限度地模拟叶根连接的真实结构，为目前急需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种可以降低实验成本，缩短试验周期，最大限度地模拟叶根连接的真实结构的风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统。
6.为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
7.根据本发明的一个方面，提供了一种风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统，用于对风电叶片根部螺栓裂纹故障进行监测实验，包括试验台、叶片根部模型、激振器、声发射传感器、数据采集器和数据分析装置；所述试验台固定设置，所述叶片根部模型通过紧固螺栓固定在所述试验台上，所述激振器靠近所述叶片根部模型设置，用于向所述叶片根部模型施加设定的作用力，所述声发射传感器设置在所述叶片根部模型上，用于收集所述叶片根部模型受力时的声发射信号，所述数据采集器通讯连接所述声发射传感器，用于接收所述声发射传感器发送来的信号，并进行处理后发送到所述数据分析装置，所述数据分析装置通讯连接所述数据采集器，用于对数据进行分析得出风电叶片根部螺栓裂纹故障参数。
8.根据本发明的一实施方式，所述试验台包括底板和支撑板，所述支撑板安装在所述底板上，所述支撑板上设置有用于安装所述叶片根部模型的通孔。
9.根据本发明的一实施方式，所述试验台还包括第一周向标尺和第二周向标尺，所述第一周向标尺和所述第二周向标尺分别设置于所述支撑板的两侧，所述第一周向标尺用
于确定所述紧固螺栓在所述支撑板上的安装位置，所述第二周向标尺用于确定所述声发射传感器在所述叶片根部模型上的周向位置。
10.根据本发明的一实施方式，所述第一周向标尺和所述第二周向标尺均通过肋板安装在所述支撑板上。
11.根据本发明的一实施方式，所述试验台还包括横向标尺，所述横向标尺安装在所述支撑板上，用于确定所述声发射传感器在所述叶片根部模型上的轴向位置。
12.根据本发明的一实施方式，所述叶片根部模型内部设置有支撑架，用于支撑所述叶片根部模型的内壁。
13.根据本发明的一实施方式，所述激振器对所述叶片根部模型施加激振载荷，用于模拟风电机组在运行时叶根受载的情况。
14.根据本发明的一实施方式，所述声发射传感器通过磁吸式夹具固定在所述叶片根部模型上。
15.根据本发明的一实施方式，所述数据分析装置为计算机。
16.根据本发明的一实施方式，所述系统还包括前端放大器，所述前端放大器通讯连接设置于所述声发射传感器和所述数据采集器之间，用于将所述声发射传感器的信号进行放大后发送到所述数据采集器中。
17.由上述技术方案可知，本发明的风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统的优点和积极效果在于：
18.(1)本发明满足研究基于声发射技术的风电叶片根部螺栓裂纹监测实验需求，可以降低实验成本，缩短试验周期，最大限度地模拟叶根连接的真实结构；
19.(2)本发明使用加入激振器来模拟风电机组运行时的叶片受载情况，能够使结果更加符合实际，使实验更具有价值；叶片根部模型及紧固螺栓按照实际风电叶片尺寸设计制造，或采用退役叶片通过截短加工制作，由于只取叶片根部一段长度的结构，整个实验占用空间小，成本低，易于建设。
20.(3)本发明可通过多个标尺，快速安装声发射传感器、快速定位缺陷位置，缩短实验周期，提高研究效率；
21.(4)本发明通过快速改变声发射传感器的位置，可以实现对声发射传感器安装位置的优化。
附图说明
22.通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：
23.图1是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统立体结构示意图。
24.图2是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统主视结构示意图。
25.图3是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统中试验台立体结构示意图。
26.图4是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统中试验台主视结构示意图。
27.图5是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统中试验台右视结构示意图。
28.图6是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统中紧固螺栓结构示意图。
29.图7是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统中声发射信号采集示意图。
30.图8是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统中支撑架安装结构示意图。
31.图9是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统中安装横向标尺结构示意图。
32.图10是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统由双通道声发射采集系统采集的信号图。
33.图11是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统中数据分析装置对采集的信号作广义互相关处理获得的广义互相关函数图。
具体实施方式
34.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
35.在对本发明的不同示例的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本发明的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本发明的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本发明范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“侧部”等来描述本发明的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本发明的范围内。
36.图1是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统立体结构示意图。图2是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统主视结构示意图。图3是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统中试验台立体结构示意图。图4是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统中试验台主视结构示意图。图5是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统中试验台右视结构示意图。图6是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统中紧固螺栓结构示意图。图7是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统中声发射信号采集示意图。图8是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统中支撑架安
装结构示意图。图9是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统中安装横向标尺结构示意图。
37.如图1至图9所示，本发明的风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统，用于对风电叶片根部螺栓裂纹故障进行监测实验，包括试验台、叶片根部模型、激振器14、声发射传感器10、数据采集器12和数据分析装置13。其中，试验台固定设置，叶片根部模型通过紧固螺栓8固定在试验台上，激振器14靠近叶片根部模型设置，用于向叶片根部模型施加设定的作用力，声发射传感器10设置在叶片根部模型上，用于收集叶片根部模型受力时的声发射信号，数据采集器12通讯连接声发射传感器10，用于接收声发射传感器10发送来的信号，并进行处理后发送到数据分析装置13，数据分析装置13通讯连接数据采集器12，用于对数据进行分析得出风电叶片根部螺栓裂纹故障参数。
38.本实施例中，试验台包括底板1和支撑板2，支撑板2安装在底板1上，支撑板2上设置有用于安装叶片根部模型的通孔。叶片根部模型套接该通孔，并通过紧固螺栓8固定。
39.本实施例中，试验台还包括第一周向标尺4和第二周向标尺5，第一周向标尺4和第二周向标尺5分别设置于支撑板2的两侧，第一周向标尺4在肋板3一侧，用于确定紧固螺栓8在支撑板2上的安装位置，第二周向标尺5在安装叶片根部模型一侧，用于确定声发射传感器10在叶片根部模型上的周向位置。
40.本实施例中，第一周向标尺4和第二周向标尺5均通过肋板3安装在支撑板2上。紧固螺栓8为双头螺栓，通过螺母9固定，用于模拟叶片根部安装螺栓结构。叶片根部模型可以是一个人为后制作的模型，也可以是回收的真实叶片进行处理后形成的模型。叶片根部模型可以采用实际叶片根据截短、或使用相同的叶片材料和结构尺寸单独制造，其根部螺栓连接结构与实际风电叶片根部结构相同，通过周向布置的紧固螺栓8固定在试验台的支撑板2上。
41.本实施例中，试验台还包括横向标尺17，横向标尺17通过支撑板2上的t型安装槽6安装在支撑板2上，能够绕着叶片根部模型作公转运行与试验台的支撑板2上的周向刻度结合使用，用于声发射传感器10精确且快速地定位安装，确定声发射传感器10在叶片根部模型上的轴向位置。
42.本实施例中，叶片根部模型内部设置有支撑架15，该支撑架15为十字支撑架，用于支撑叶片根部模型的内壁。十字支撑架置15于叶片根部模型内，和加载激振器14激励点的展向位置相同，用于支撑叶片形状，防止叶根在激振载荷下作用下产生变形。
43.本实施例中，激振器14固定在底板1上，并位于底板1与叶片根部模型之间，对叶片根部模型施加激振载荷，用于模拟风电机组在运行时叶根受载的情况。
44.本实施例中，声发射传感器10通过磁吸式夹具16固定在叶片根部模型上。声发射传感器10可以是一个，也可以是两个或者多个，位置可以变换和调整。多个声发射传感,10布置在叶片根部模型及紧固螺栓8的不同部位，用于采集叶片根部不同部位的声发射信号。磁吸式夹具16置于声发射传感器10两端，用于夹持声发射传感器10，使声发射传感器10固定在叶片根部模型上。数据分析装置13用于实现声发射信号的调理(信号放大、抗混叠滤波)和模数转换；通过计算机分析系统对采集的声发射数字信号进行分析处理，实现叶根紧固螺栓裂纹故障识别和定位。本实施例中，数据分析装置13为计算机。既可以是台式机、工控机，也可以是笔记本。
45.本实施例中，系统还包括前端放大器11，前端放大器11通讯连接设置于声发射传感器10和数据采集器12之间，用于将声发射传感器10的信号进行放大后发送到数据采集器12中。
46.图10是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统由双通道声发射采集系统采集的信号图。图11是一示例性实施例中示出的本发明风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统中数据分析装置对采集的信号作广义互相关处理获得的广义互相关函数图。
47.如图10和图11所示，该两图示出了本发明进行采集的一个实例的具体展示，信号及函数关系如图所示。
48.由上述技术方案可知，本发明的风电叶片根部螺栓裂纹故障声发射监测实验系统的优点和积极效果在于：
49.(1)本发明满足研究基于声发射技术的风电叶片根部螺栓裂纹监测实验需求，可以降低实验成本，缩短试验周期，最大限度地模拟叶根连接的真实结构；
50.(2)本发明使用加入激振器14来模拟风电机组运行时的叶片受载情况，能够使结果更加符合实际，使实验更具有价值；叶片根部模型及紧固螺栓8按照实际风电叶片尺寸设计制造，或采用退役叶片通过截短加工制作，由于只取叶片根部一段长度的结构，整个实验占用空间小，成本低，易于建设。
51.(3)本发明可通过多个标尺4、5、17，快速安装声发射传感器10、快速定位缺陷位置，缩短实验周期，提高研究效率；
52.(4)本发明通过快速改变声发射传感器10的位置，可以实现对声发射传感器10安装位置的优化。
53.本发明所属技术领域的普通技术人员应当理解，上述具体实施方式部分中所示出的具体结构和工艺过程仅仅为示例性的，而非限制性的。而且，本发明所属技术领域的普通技术人员可对以上所述所示的各种技术特征按照各种可能的方式进行组合以构成新的技术方案，或者进行其它改动，而都属于本发明的范围之内。