[发明专利]用于风轮机叶片测试的疲劳测试装置、测试风轮机叶片的方法以及用于叶片测试致动器的控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于风轮机叶片的疲劳测试的测试装置。该测试装 置包括用于叶片固定的工作台以及适于对叶片施加循环载荷的致动器。 本发明还涉及一种测试叶片的方法、以及一种用于控制叶片测试致动器 的控制器。

背景技术

用于产生电力的风轮机通常使用从轮毂径向延伸的细长轮机叶片。 轮毂安装到驱动发电机的轴上。风轮机被制造得越来越大，并且轮机叶 片上的静态及动态载荷由此增大。

在叶片测试中，静态载荷可用于评价轮机叶片的刚度和极限强度。 然而，在实际当中，风轮机叶片上的载荷经常地改变，并且为了评价叶 片的耐疲劳度，要在大型测试设备中施加循环载荷。

出于经济原因，期望减小测试的持续时间。然而，通常，以大振幅 及频率使非常大的叶片偏折是昂贵且困难的，并且如今对于每个叶片测 试都需要花上几个月时间。

在一般的测试期间，重载荷以偏心方式旋转。载荷被带接(strap) 到叶片上轮毂端部与叶片末端之间的位置，并且由此使得叶片振动。不 幸的是，转动质量增加了偏折系统的质量，以及最低共振频率由此降低， 并且测试的持续时间由此进一步增加。

发明内容

为了改进叶片测试，本发明提出了一种用于风轮机叶片测试的疲劳 测试装置。该装置包括适于以激发频率使叶片偏折的致动器以及适于找 到叶片固有频率并且将激发频率设定为固有频率的控制系统。由于控制 系统适于找到固有频率并且以该频率使叶片偏折，因此测试的持续时间 以及用于测试的能量使用能够被优化。

控制系统适于通过激发频率的调制而找到固有频率，并且它还能够 适于在激发频率调制期间提供输入信号以及输出信号，该输入信号对于 使叶片偏折所需的输入力的增加或减小有影响(significant)，该输出 信号对于偏折的振幅有影响。由于该装置能够在调制频率的同时确定输 入力的增加或减小，因此激发频率能够被选择从而使测试的持续时间被 优化和/或使测试的能量成本被优化。

因此，该装置还适于确定输入力与振幅之间的比率以及根据该比率 选择激发频率。

作为示例，该装置还适于选择相对于振幅提供最小输入力的激发频 率。

该频率能够通过由PC控制的数字正弦波发生器被调制。

输入力能够以多种不同方式提供。一种方式是通过在致动器与叶片 之间或者在致动器上和/或叶片上的不同位置设置应变灵敏结构(例如应 变仪)、光纤或类似装置。当叶片被偏折时，应变灵敏结构提供信号，该 信号表示致动器影响叶片的力。另一种方式是测量在叶片偏折期间由致 动器消耗的能量的量。再另一种方式是测量叶片与致动器之间连杆的偏 折。

来自于应变灵敏结构的信号或者表示使叶片偏折所需的力的类似信 号能够在频率被调制的时间段内被取样。通过使频率与取样的输入力关 联，能够确定在哪种频率最小输入力是必须的。

振幅能够通过光学传感器(例如摄像机)被确定，或者振幅能够通 过借助连接到叶片的应变灵敏结构测量叶片的偏折而被确定。振幅能够 在频率被调制的时间段内被取样，并且通过使频率与取样的振幅关联， 能够确定在哪种频率获得最大振幅。

振幅和输入力信号能够被同时取样，并且在选择用于测试叶片的适 当频率时可以考虑两种样本。作为示例，可以确定是否在一个并且是同 一个频率可获得最大偏折和最小力，并且在这种情况下，该频率可被选 择用于测试。这能够通过稍微地手动增大或减小频率以及观察振幅变化 而得以实现。

最高效的激发频率通常等于或者接近于叶片的固有频率。为了导致 模拟工作载荷的弯曲力矩，该频率对于测试目的而言通常是有优势的。 为了获得最大可能的固有频率，被测试物体的重量最好保持在叶片自身 重量的水平而不向叶片添加任何增重元件。该装置可包括用于叶片的固 定的装配工作台，以及适于将输入力转换为循环载荷的致动器，致动器 以外部方式被支撑而不会使叶片负重。这可以通过将致动器放置到叶片 附近的地面上从而使得叶片不会承担致动器的重量而得以实现。力可以 从致动器直接地施加到叶片或者通过杠杆装置施加到叶片。由此，致动 器被设置成不会影响被测试物体的固有频率。