IEC 61400-23 风轮叶片与尺寸结构试验

1、IEC 61400-23风力发电机组第23部分：风轮叶片与尺寸结构试验1范围此技术规范考虑了以下试验：l 静态强度试验；l 疲劳试验；l 其它决定叶片属性的试验。此技术规范中没有计划以下内容：l 获得试验设备的详细规范；l 包括强度试验所有方面内容的详细工作指导；l 用于建立叶片和/或部件的基本原料或疲劳设计数据；l 取代严格的设计程序；l 从事机械装置功能试验。2普通原理试验目的风力机叶片试验的基本目的是证明确定的风力机叶片达到一个合理的水平，制造商依照一个确定的规范，参考特殊极限状态，或更好的，规定可靠性，验证没有达到特殊极限状态因此确保叶片拥有设计中提供的强度和服役年限。必须证明叶片能够

2、承受在其服役年限中预期将要经历的最终载荷和疲劳载荷。极限状态建立和评估试验载荷，确定数量的设计信息必须被知道。通常叶片依照一些实际的标准或条款设计例如IEC 61400-1使用ISO 2394原理定义的极限状态和部分系数，需要获得被应用的标准的相应的设计评估。简单的说，极限状态是一个结构能构承受并依然符合设计要求的最大载荷。放映不确定性的部分系数被选择至少在原则上用于确保可能的达到的极限状态低于结构的确定评估规定。依照这些，如果当叶片暴露在测试载荷下，典型的设计载荷，没有达到极限状态叶片将通过试验。实际约束实际执行试验可能受到技术和经济上的影响。一些重要情况列出如下：l 叶片上的载荷分布只能被

3、近似的模拟；l 试验的时间可能是一年或更少；l 只有一个或很少的叶片能被测试；l 确定的故障很难被察觉。试验结果测试了什么依照设计计算，叶片必须能承受设计载荷。在这些设计计算中一些固有的假定可能被使用：l 压力或张力被正确计算或适当的估算；l 所有相关原料和详细资料的强度和疲劳阻抗分类被正确的评估和保存；l 用于计算强度的强度和疲劳公式是正确的或保守的；l 产品依照设计要求。没有测试什么在尺寸结构试验中以下不会被测试（和检验）：l 设计载荷的有效性；l 在试验中不同环境条件的影响；l 结果中的离散情况；l 生产或设计中的可能的改变。3叶片数据概述一般来说，叶片将通过绘图，规范和部分清单来描述。

4、也包括可能用到的操作，起吊和存储说明书。外部尺寸和接触面叶片的尺寸能通过绘图来更好的说明，至少给定以下信息（例见图1）：l 从叶根到叶尖的长度；l 螺栓样式和叶根接触面尺寸；l 弦和螺旋分布。对于评估全部空间包络面和要求必须执行试验，最大预期叶片偏差和载荷将被提供。图 1外部尺寸和接触面的绘图实例叶片特性特别的，以下将被详细说明用于试验和评估目的：l 至少在包括载荷应用部分的5个叶片分布区域的轮廓几何学；l 主要内在部件的位置和属性；l 原料的使用；l 原料的分布；l 基本制造过程特点；l 层积和夹心结构的成分；l 钢铁和金属部件；l 扣件；l 接缝部分；l 至少在5个叶片分布区域的以下交叉组

5、合属性： 弹性范围， 弯曲硬度原则， 主轴位置， 扭转硬度， 切变中心；l 总质量和质量分布；l 重心位置；l 自然频率（第1和第2平放并刀口向上，第1扭转）；l 主要属性公差。对于强度基础试验，在各个被选择的交叉部分的相关强度将被给定。原料数据在试验范围内使用的原料的相关强度和/或疲劳公式和弹性属性将被给定。疲劳方面包括适当的S-N公式、循环计算程序、适当的损伤总和模型、R比例影响等。设计载荷和条件概述试验载荷通常是描述一个特殊载荷情况的离散受力位置的气动分布和惯性叶片力矩的缩影。对于载荷基础试验，设计载荷将被指定，然而对于强度基础试验它们是不必要的。应用的标准和设计载荷中包括的所有部分安全

6、因素都将被公告。载荷情况各个设计载荷情况都将被定义为6个载荷部分（和）沿着叶片翼展方向允许在被测试的确定区域的试验载荷被正确的估计。6个载荷部分将被给定，包括结合载荷情况产生的必需的相位和频率信息。然而，并不是所有载荷都是重要的，不是所有载荷在试验期间都会被用到。与载荷成分相关的坐标系将被清楚的说明。通常，弦向坐标系或转子坐标系将被使用。用于试验目的，推荐使用在图3中的转子坐标系。图 2弦向坐标系（平放，刀口向上）坐标系图 3转子（侧放，滞后）坐标系（首选）环境条件除载荷外，假定的影响原料行为的设计运行条件和试验条件（例如湿度，温度），将被详细说明。机械装置临界部件的载荷例如叶尖刹车的特性经常

7、不同于叶片的普通载荷可能需要额外的说明和特殊的试验。试验区域单一的试验不能测试整个叶片的最佳载荷。典型载荷需要利用临界区域。以下潜在临界区域将被考虑：l 部分属性逐渐改变的叶片外部区域的舷内部分；l 计算显示的与扣件，强度或疲劳寿命有关的最小保留因素的叶片部分；l 如果由气动刹车装置，叶片包括此装置的部分，特别是受到这一部分影响的结构。被测试的区域将被详细说明。特殊叶片修正特殊的叶片修正能被呈现在试验目的中。在疲劳试验期间在允许的时间框架内扩大试验。在一些情况下，必须扩大疲劳载荷可能导致区域故障没有考虑到试验中来。在这种情况下，特殊叶片修正将被考虑。修正也可能导致载荷传导加强。所有特殊叶片修正

8、将被详细说明。根部固定在试验中考虑的叶片根部的情况，根部装配的详细资料将被详细说明。这包括螺栓规范和固定程序、篏位长度、轮毂硬度等。机械装置如果结构分界面的机械装置被试验，导入载荷提供给叶片的机械装置或适当的固定设备将是首选。额外的装配、位置和配置机械或载荷固定装置的数据将被提供。4设计与试验载荷条件的不同概述叶片设计将包括以下载荷部件：l 平放曲度力拒；l 刀口朝上曲度力拒；l 平放方向切变载荷；l 刀口向上方向切变载荷；l 扭转力拒；l 线性载荷。载荷导入在试验期间，载荷传到通常集中在叶片部分的翼展方向。由于载荷集中和在交叉部分的可能的加强，通常交叉部分的型变可能被预防，可能改变叶片的局部

9、压力。这些传导点将因此远离指定的试验区域。图 4理想和实际试验载荷的力拒分布的不同弯曲力拒和切变在试验索具装备中，载荷载荷被运用在受限制的编码部分，然而理想试验载荷在继续。这导致了翼展方向的部分力矩分布和切变压力的不同。平放和刀口向上的联合在静态和疲劳载荷试验中，应用联合平放和刀口向上的载荷结果更具说服力。只通过应用平放曲度力拒或刀口向上曲度力拒，一些区域的压力，张力和/或损伤比例的结果可能低于设计值。线性载荷在运行的风力机的叶片上产生的线性载荷决定与重力和离心力。通常来说，在试验索具装置中对叶片应用不能改变重要结构的好的离心载荷是不切实际的。由线性压迫导致的压力相应的降低了。转矩载荷对于大部

10、分叶片转矩载荷通常很小或可以忽略。如果它们被认为有关联，它们将被应用。更通常的，试验载荷设备可能在不注意的情况下导致多余的转矩载荷。这些影响将被评估。机械装置叶片舷外侧的机械装置的动力环境是十分复杂的。在这些舷外侧区域，线性载荷是主要的影响并且不能被忽视。在没有线性载荷的试验索具装置中，机械结构接触面可能不会被适当的测试。因此，进行包括线性载荷的特殊试验可能被用于测试结构接触面。然而，这些机械装置的结构接触面试验通常限制于设计载荷中非常重要的部件，用于保持来自额外的复杂性。环境条件在试验中的环境和时间条件与设计情形中的不同。这些条件可能包括：l 湿度；l 温度影响；l UV辐射；l 老化（疲劳和时间的交互作用）；l 灰尘；l 盐度；l 化学污染物。载荷频谱和次序5试验载荷概述载荷基础试验强度基础试验静态试验载荷表现疲劳试验载荷表现静态和疲劳试验次序机械装置6试验载荷因素概述在设计中使用的部分安全因素试验载荷因素应用载荷因素获得目标载荷7在相关设计要求中的试验载荷分布评