一种风电叶片试验空间定位测量方法与流程

本发明涉及风电技术领域，尤其涉及风电叶片试验，具体是一种风电叶片试验中进行空间定位的测量方法。

背景技术：

叶片是垂直轴风力发电机组的重要组成部分之一，随着风电行业发展迅速，单机容量迅速扩大，于是风力发电机组风轮叶片也越做越长，重量越来越大，从之前的30-40米长的叶片，发展到现在长度超过100米的叶片，叶片长度增加，相应的重量、强度也要增加和加强。

为了对叶片质量进行控制，需要进行加载试验，对叶片的变化特别是叶尖的变化进行测量。为了安全起见，叶片设计预留的安全余量通常达15%-20%。以71米叶片重20吨为例，如果可以通过精确的试验控制反馈叶片设计，将安全余量降至5%-10%，叶片重量可以减少1-2吨，能够节约大量资源，经济效益十分可观。

精确测量叶片的变化是精确试验的前提，此前的试验只是测量叶片的挠度变化，但由于叶片整体结构并非均匀的长条形，在加载试验中并非仅仅朝向一个方向进行弯曲变形，而在常规的加载试验中仅仅用皮尺人工测量叶片挠度，无法进行立体测量，同时消耗不小的人力去观察读数，带来巨大的安全隐患，测量也存在不小的误差。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提出一种风电叶片试验空间定位测量方法。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种风电叶片试验空间定位测量方法，包括以下步骤：

（1）将待测叶片通过叶根连接法兰固定在试验台上；

（2）将全站仪放置于试验台中轴平分线的位置，将试验台坐标系与全站仪坐标系统一；

（3）在叶片的一侧设置拉力机连接到叶片的不同位置，在叶片的另一侧设置拉线传感器，拉线传感器的出线端设置定滑轮作为测量点，通过定滑轮连线到叶片上设置的一个或多个被测点，其中，拉线传感器三个为一组，每组拉线传感器连接测量一个被测点，三个测量点分别位于不同高度；

（4）用全站仪定位测量点的坐标和被测点的坐标；

（5）计算被测点到三个出线端的距离；

（6）试验开始后，记录三个拉线传感器的变化值；

（7）根据加载不同阶段拉线传感器的记录值，计算出线端与被测点的距离；

（8）根据空间坐标公式，计算被测点不同阶段的空间坐标；

（9）根据被测点不同阶段的空间坐标，计算被测点在空间三个方向上的变化。

在上述步骤中，所述试验台坐标系与全站仪坐标系统一的方法为：在叶片试验期间，由于试验台中心被叶片遮挡，无法直接测量，因此，设定试验台中心为o点，选取原点o正下方距离为l的p点作为校验点；将全站仪放置于试验台中轴线位置，首先设定全站仪坐标设为（0，0，0），设置全站仪后视定向角度，测量p点坐标，计算出o点坐标；然后将计算出的o点坐标与全站仪的坐标互换，不改变后视定向角度，重新测量p点坐标，此时测得p点坐标应为（0，0，l），如此，便将试验台坐标系与全站仪坐标系统一，在该坐标系内，试验台中心o点坐标为（0，0，0），p点坐标为（0，0，l）。

在上述步骤中，计算过程包括以下步骤：设定三个拉线传感器的测量点分别为a、b、c，设定叶片上测量点位置为d点，用全站仪测量a、b、c、d四点原始坐标，分别为（xa，ya，za）,（xb，yb，zb）,（xc，yc，zc）,（xd，yd，zd）；根据原始坐标，计算出ad，bd，cd的长度，计算公式分别为：

叶片开始加载后，受拉而变形，叶片上的测量点d点移动到d’点，拉线传感器增长读数分别为la、lb、lc，此时：

设d’坐标为（x’d，y’d，z’d），根据空间坐标方程：

可解出x’d、y’d、z’d，至此即完成对被测点d的三维坐标变化测量。

在本发明中，由于风电叶片较长，在加载时形变量也较大，叶尖可以偏移10米以上，同时为保证人员人身安全，叶片试验过程中，测试人员不能在试验区域内，因此通过全站仪测量各点的原始位置，计算来得到被测点的偏移位置，能够有效的提高测量精准度，保证测试人员人身安全。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）自动化程度高：整个测量过程，数据自动采集，节省人力；

（2）安全效果好：叶片试验过程中，不需要测试人员在试验区域，消除了工作人员在试验期间的安全风险；

（3）全方位测量：可以测量被测点在空间x、y、x轴三个方向上的变化，完全满足现行所有测试标准；

（4）测量精度高：采用的全站仪、拉线传感器等设备，测量精度可达毫米级别，远远高于皮尺人工测量。

附图说明

图1为本发明的设备分布示意图；

图2为本发明的测量原理示意图。

图中：试验台1、待测叶片2、拉力机3、拉线传感器4、全站仪5。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

一种风电叶片试验空间定位测量方法，采用了高精度全站仪5、拉线传感器4、数据采集仪、反光片等设备进行测量，待测叶片2设置在试验台1上，拉力机3和拉线传感器4分别设置在待测叶片2的左右两侧，待测叶片2上的待测点上设置反光片以供全站仪5观测，拉线传感器4三个为一组，每组拉线传感器4连接测量一个被测点，拉线传感器4分别与数据采集仪相连通。以叶尖处的被测点为例，参考图1和2所示，测量方法包括以下步骤：

（1）将待测叶片通过叶根连接法兰固定在试验台上；

（2）将全站仪放置于试验台中轴平分线的位置，将试验台坐标系与全站仪坐标系统一；

（3）在叶片的一侧设置拉力机连接到叶片的不同位置，在叶片的另一侧设置拉线传感器，拉线传感器的出线端设置定滑轮作为测量点，通过定滑轮连线到叶片叶尖处的被测点，其中，拉线传感器有三个，三个测量点分别位于不同高度；

（4）用全站仪定位测量点的坐标和被测点的坐标；

（5）计算被测点到三个出线端的距离；

（6）试验开始后，记录三个拉线传感器的变化值；

（7）根据加载不同阶段拉线传感器的记录值，计算出线端与被测点的距离；

（8）根据空间坐标公式，计算被测点不同阶段的空间坐标；

（9）根据被测点不同阶段的空间坐标，计算被测点在空间三个方向上的变化。

其中，测量与计算的过程包括：

（1）设定试验台中心为o点，选取原点o正下方距离为l的p点作为校验点；

（2）将全站仪放置于试验台中轴线位置，首先设定全站仪坐标设为（0，0，0），设置全站仪后视定向角度，测量p点坐标，计算出o点坐标；

（3）然后将计算出的o点坐标与全站仪的坐标互换，不改变后视定向角度，重新测量p点坐标，此时测得p点坐标应为（0，0，l），以此，实现了试验台坐标系与全站仪坐标系统一，在该坐标系内，试验台中心o点坐标为（0，0，0），p点坐标为（0，0，l）；

（4）设定三个拉线传感器的测量点分别为a、b、c，设定叶片上测量点位置为d点，用全站仪测量a、b、c、d四点原始坐标，分别为（xa，ya，za）,（xb，yb，zb）,（xc，yc，zc）,（xd，yd，zd）；

（5）根据原始坐标，计算出ad，bd，cd的长度，计算公式分别为：

；

（6）叶片开始加载后，受拉而变形，叶片上的测量点d点移动到d’点，拉线传感器增长读数分别为la、lb、lc，此时：

；

（7）设d’坐标为（x’d，y’d，z’d），根据空间坐标方程：

可解出x’d、y’d、z’d，至此即完成对被测点d的三维坐标变化测量。

综上，本发明所述的风电叶片试验空间定位测量方法具有自动化程度高、安全效果好、全方位测量、测量精度高等优点，有效的节省了人力消耗，消除了安全隐患，满足了测量需求，提高了测量效率，效果显著。