本发明涉及机械行业风力发电技术领域，尤其涉及一种风力机叶片的现场载荷测试与评估方法。
背景技术：
风力机叶片载荷评估问题是风力机叶片设计与运行中所关注的一项重要内容。在风力机叶片设计中，需要对叶片的载荷情况进行分析与评估，并作为后续设计的基础。在实际设计中，大都是依据风场的统计数据与相关规范要求，结合叶片气动计算，进行载荷的分析与评估。然而，由于实际叶片的气动特性大都处于非定常流场工况，叶片载荷包含了气动载荷、惯性载荷、控制载荷等多种因素的叠加效应，叶片大型化、柔性化导致的叶片气弹耦合作用也使载荷问题更为复杂，采用计算手段获取叶片载荷的实际分布情况，在计算精度与计算效率上都面临着很大的不足。采用风洞试验可以在一定程度上开展叶片载荷情况的评估与研究，但由于风力机叶片的结构尺度较大，现有的大型风洞难以满足对全尺寸风力机叶片载荷的测试评估。因此，采用现场载荷测试，是获得叶片载荷情况的有效手段。但由于现场运行环境的随机性与试验条件的恶劣性，有必要建立一套科学有效的方法进行载荷的测试与评估，以实现精准、方便的测量与评估效果。
技术实现要素：
针对上述需求，本发明提出一种风力机叶片现场载荷测试与评估方法， 通过评估叶片设计中在不同工况下的结构载荷计算情况，确定所关注的叶片载荷分布范围和所关注的截面位置。在这些位置布置应变传感器，利用传感器的测量数据，结合来流风况、桨距角、叶轮转速等信息，实现对风力机叶片载荷分布的评估工作。
(一)要解决的技术问题
针对现有风力机叶片采用气动计算与风洞试验等方法，难以准确进行风力机叶片载荷评估的问题，本发明提出了一种操作较为简便，且能有较好测量效果的风力机叶片现场载荷评估方法，可对新型风力机叶片的载荷情况进行评估，也可对长期运行的风力机叶片载荷变化趋势进行判断。
(二)技术方案
本发明为解决其技术问题所采取的技术方案为：
一种风力机叶片现场载荷测试与评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
SS1.确定风力机叶片所要预计进行载荷评估的截面位置。
SS2.对于所要测试评估的风力机叶片，在步骤SS1中所确定的载荷评估的截面位置，安装结构响应传感器，为保护结构响应传感器不受损坏，应将结构响应传感器安装在风力机叶片内部，结构响应传感器通过信号电缆与外界相连接。
SS3.将所要测试评估的风力机叶片安装到机组上，在风力机叶片根部或轮毂处将结构响应传感器通过信号电缆与数据采集仪相连接，数据采集仪与监控计算机相连接。
SS4.在进行风力机叶片的载荷测试前，应进行载荷与信号响应关系的标定，采用的标定办法如下：
以结构响应传感器设置位置为标定截面，分别将风力机叶片调整到水平 向左、水平向右、垂直向上、垂直向下等四个方向，并保持风力机叶片处于静止状态，根据风力机叶片的自身重量分布，分别计算出风力机叶片自身重量在各标定截面所产生的载荷力矩，分别测量不同方向下各标定截面结构响应传感器的输出信号，从而获得各截面结构响应传感器的信号输出值与所承受载荷的对应关系，并绘制出关系曲线，作为后续载荷评估的依据。
SS5.测量风力机前的来流风速与风向，利用机组变桨系统对风力机叶片的桨距角进行调整，利用机组偏航系统对风力机叶片来流风向进行调整，利用机组高速轴测速传感器获得叶轮转速信息。
SS6.调整风力机叶片在某一固定桨距角下运行一定周期时间，采集在这一桨距角情况下来流风速、叶轮转速、各结构响应传感器的响应，将应变信号与步骤SS4中获得的标定曲线相对照，得到各测量截面所对应的载荷值；
SS7.调整风力机叶片处于不同的桨距角，重复步骤SS6中的测试，获得一系列桨距角下的数据结果；
SS8.对采集的数据进行整理，利用桨距角信息，获得风力机叶片各攻角信息；利用来流风速与叶轮转速，获得风力机叶片来流风的相对速度；利用应变信息获得各截面载荷信息，最终获得叶片各截面在不同攻角下载荷与风速的关系曲线，即获得叶片实际运行中的载荷分布情况。
优选地，步骤SS1中，载荷评估截面位置的选取，可参考载荷设计报告的结果，根据具体试验的目的与要求进行分析，选取能够反映叶片载荷分布特点的截面位置以及其它所关心的位置。
优选地，步骤SS2中，鉴于成本与耐用性考虑，结构响应传感器可选择粘贴应变片。
优选地，步骤SS3中，数据采集仪通过无线连接方式或者通过安装在机组转子上的滑环系统，与监控计算机相连接。
优选地，步骤SS4中，如条件许可，也可采用吊车等设备对风力机叶片施加一系列确定载荷的方式进行标定，可以获得更有效的标定数据。
优选地，步骤SS5中，通过在风力机前设置测风塔实现对来流风速与风向的测量，或利用风力机上所安装的测风设备对来流风速与风向进行测量。
优选的，采用该方法进行风力机叶片的现场载荷测试与评估，其前提在于进行测试之前，对应变测试系统进行载荷与应变响应的标定，并作为后续分析的基准。
优选的，采用该方法进行风力机叶片的现场载荷测试与评估，其前提在于利用现场所获得的风况数据、叶轮转速数据以及结构应变数据，进行数据处理。并以此对叶片载荷情况进行评估。
(三)有益效果
同现有技术相比，本发明具有如下明显的实质特点和显著优点：
1)该方法结合叶片设计阶段的载荷计算报告进行分析，有助于对载荷测量位置的有效选取。
2)该方法通过对来流风速、叶轮转速、桨距角、结构应变的测量与分析，可有效获得叶片载荷分布情况。
3)与气动计算和风洞试验进行载荷评估的方法相比，该方法可真实反映载荷工况、流场情况、结构特征等实际因素对评估分析的影响，避免了由于气动计算模型、风洞尺度效应等原因所导致的相关误差。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。
本实施例中，以当前主流的MW级风力机叶片为例，采用以下步骤进行叶片现场载荷测试与评估：
1)确定叶片所要预计进行载荷评估的截面位置。载荷评估截面位置的选取，根据该叶片载荷设计报告的结果，确定在距叶根叶根0.5米、10米处、20米、30米、40米处为载荷关注截面，并在各截面的前缘、尾缘、压力面、吸力面上选取4个参考点作为载荷评估点；
2)分别在距叶根叶根0.5米、10米处、20米、30米、40米处的叶片内部，粘贴应变片。并给与必要的保护，应变片与信号电缆线连接，保证电缆良好的固定在叶片上；
3)将测试叶片安装到机组上，在叶片轮毂处与数据采集仪相连接，采集仪通过通过安装在机组转子上的滑环系统，与监控计算机相连接；
4)在进行载荷测试前，进行载荷与信号响应关系的标定，采用的标定办法如下:
以应变片设置位置为标定截面。分别将叶片调整到水平向左，水平向右，垂直向上，垂直向下四个方向，并保持静止状态，根据叶片的重量分布，计算出叶片重量在各标定截面所产生的载荷力矩，分别测量不同方向下各标定截面应变片的输出信号。获得各截面应变片的的信号输出值与所承受载荷的对应关系，绘制出关系曲线，作为后续载荷评估的依据；
5)在风力机前设置测风塔实现对来流风速与风向的测量，利用机组变桨系统实现对叶片桨距角的调整，利用机组偏航系统实现对叶片来流风向的调整，利用机组高速轴测速传感器获得叶轮转速信息。
6)调整叶片在某一固定桨距角下运行一定周期时间，采集在这一桨距角情况下，来流风速、叶轮转速、各应变传感器的响应。将应变信号与4)中获得的标定曲线相对照，得到各测量截面所对应的载荷值；
7)调整叶片桨距角，从0度到90度每间隔5度作为一个测量状态，重复6)中的测试，可获得一系列桨距角下的数据结果；
8)对采集的数据进行整理，利用桨距角信息，可获得叶片各攻角信息；利用来流风速与叶轮转速，可获得叶片来流风的相对速度；利用应变信息获得各截面载荷信息。最终获得叶片距叶根0.5米、10米处、20米、30米、40米处各截面在不同攻角下载荷与风速的关系曲线。
通过以上步骤的实施，实现了对该叶片所关心截面载荷信息的评估工作。
通过上述实施例，完全有效地实现了本发明的目的。该领域的技术人员可以理解本发明包括但不限以上具体实施方式中描述的内容。虽然本发明就目前认为最为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本发明并不限于所公开的实施例，任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。