CN111458115B - 对风力涡轮机叶片进行疲劳测试的系统、测试组件和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对风力涡轮机叶片进行疲劳测试的系统、测试组件和方法。本发明涉及用于对风力涡轮机叶片（10）进行疲劳测试的系统，其包括：用于保持风力涡轮机叶片（10）的根端（11）的支座（20）；用于附接到风力涡轮机叶片（10）的至少一个致动器组件（30），至少一个致动器组件（30）包括用于沿挥舞方向（F）和/或摆振方向（E）激励风力涡轮机叶片（10）的至少一个致动器（31）；及用于测量风力涡轮机叶片（10）的应力、应变和/或挠曲的至少一个测量装置（40）。该系统还包括用于附接到风力涡轮机叶片（10）的至少一个调谐液体阻尼器（50），调谐液体阻尼器（50）包括容器（51）和容纳在其中的液体（52）。

Description

对风力涡轮机叶片进行疲劳测试的系统、测试组件和方法

技术领域

本发明涉及一种用于对风力涡轮机叶片进行疲劳测试的系统，该系统包括：（a）用于保持该风力涡轮机叶片的根端的支座（mounting）；（b）用于附接到该风力涡轮机叶片的至少一个致动器组件，该至少一个致动器组件包括用于沿挥舞（flapwise）方向和/或摆振（edgewise）方向激励（exciting）该风力涡轮机叶片的至少一个致动器；以及（c）用于测量该风力涡轮机叶片的应力、应变和/或挠曲的至少一个测量装置。此外，本发明涉及一种测试组件，其包括根据本发明的系统和风力涡轮机叶片。此外，本发明还涉及一种用于利用根据本发明的测试组件对风力涡轮机叶片进行疲劳测试的方法。

背景技术

风力涡轮机叶片必须能够高效地将风转换成风力涡轮机叶片的旋转运动，使得风的能量可被转换成风力涡轮机叶片所附接到的转子的旋转机械运动。为了使风力涡轮机叶片提供长使用寿命并以安全的方式操作，风力涡轮机叶片必须进一步以如下方式来设计，即：使得其在操作期间能够承受惯性力、气动力和结构力。这是因为风力涡轮机叶片的每次旋转都使风力涡轮机叶片经受疲劳循环，而这些疲劳循环中的每一个都会造成少量的损伤。这些损伤最终可能会导致疲劳裂纹或风力涡轮机叶片的其他故障。

为了确定风力涡轮机叶片的使用寿命，存在使用建模的选项。然而，建模有其局限性，包括模型与制造的风力涡轮机叶片之间的不精确性，以及难以精确地建模具有变化和随机出现的载荷的操作条件。此外，法规通常要求一批生产系列的风力涡轮机叶片在它们可被安装之前经过实验室测试。结果，通常对风力涡轮机叶片进行实验室测试，以确定其疲劳极限或特性足以满足要求的使用寿命。

通常，风力涡轮机叶片在挥舞方向和摆振方向上进行疲劳测试。该挥舞方向横向于、特别是垂直于风力涡轮机叶片的纵向轴线延伸。该摆振方向横向于、特别是垂直于风力涡轮机叶片的纵向轴线并且横向于、特别是垂直于该挥舞方向延伸。当对风力涡轮机叶片进行疲劳测试时，通常通过对该风力涡轮机叶片施加载荷来测试该风力涡轮机叶片。该载荷可在沿风力涡轮机叶片的各种位置处附接到风力涡轮机叶片，并且可沿各种方向布置。

目前，风力涡轮机叶片的疲劳测试以两种不同的测试进行，例如，沿挥舞方向的测试和沿摆振方向的测试。在每种疲劳测试中，载荷沿风力涡轮机叶片在特定位置处附接到风力涡轮机叶片，以在沿挥舞方向或摆振方向激励风力涡轮机叶片时，实现沿风力涡轮机叶片的期望疲劳分布。因此，针对沿挥舞方向或摆振方向的测试的设置并不相同。针对挥舞方向或摆振方向的期望的疲劳分布被设置成利用如下疲劳循环来执行疲劳测试，即：该疲劳循环尽可能接近风力涡轮机叶片当处于操作中时所经历的疲劳。

然而，要实现尽可能接近真实疲劳分布的实验室疲劳分布仍然存在问题。为了在激励期间实现期望的疲劳分布，通常沿叶片安装载荷，以在挥舞或摆振测试中形成力矩分布。然而，对于挥舞和摆振测试而言期望的载荷放置并不相同。一种测试设置用于挥舞（flap），而另一种测试设置用于摆振（edge）。特别地，重要的是，沿风力涡轮机叶片的足够长度并且直至最大疲劳目标一致地对风力涡轮机叶片进行疲劳测试，这例如可通过规定来设置。由于这些原因，不可能在单个测试中同时地模拟沿挥舞方向和摆振方向的测试疲劳循环，同时仍提供精确的结果。在组合测试的情况下，必须为挥舞方向和摆振方向两者设置期望的疲劳分布，并且因此，该疲劳分布只能是一种折衷。由于这些原因，组合测试将导致大量的过度测试。当风力涡轮机叶片被过度测试时，风力涡轮机叶片的多个部分经受超过最大疲劳目标的疲劳测试。在这种情况下，风力涡轮机叶片的其他部分仍需要测试，直至该最大疲劳目标。然而，即使当改变疲劳分布时，风力涡轮机叶片也只能作为整体来测试。因此，当对风力涡轮机叶片的多个部分进行测试直到它们的最大疲劳目标时，风力涡轮机叶片的过度测试的部分将不可避免地进一步疲劳超过它们的最大疲劳目标。因此，存在风力涡轮机叶片的过度测试的部分将断裂的风险。这将使得疲劳测试执行起来不安全，并且无法用于确定是否可对风力涡轮机叶片进行疲劳测试直至最大疲劳目标。但是，沿挥舞方向和摆振方向进行单独的疲劳测试来避免该问题是耗时且昂贵的。然而，即使在沿挥舞方向或摆振方向的单独的疲劳测试中，风力涡轮机叶片的某些部分也将被过度测试，这是因为在物理上不可能同时实现风力涡轮机叶片的所有部分的最大疲劳目标。某些部分通常会快速达到最大疲劳目标，而某些目标则需要更多的循环来达到最大疲劳目标。因此，需要一种风力涡轮机叶片测试系统，该系统操作成本较低并且需要较少的测试时间来完成，同时仍提供精确的疲劳测试结果，并尽可能地防止过度测试。

发明内容

该问题通过权利要求的主题来解决。因此，该目的通过根据独立权利要求1的系统、根据从属权利要求5的测试组件和根据从属权利要求7的方法来解决。本发明的其他细节由其他权利要求以及说明书和附图展现。由此，结合本发明的系统描述的特征和细节关于本发明的测试组件和本发明的方法适用，并且反过来也适用，使得关于本发明的各个方面的公开内容，其相互参照或者可相互参照。

根据本发明的第一方面，该问题通过一种用于对风力涡轮机叶片进行疲劳测试的系统来解决，该系统包括：（a）用于保持该风力涡轮机叶片的根端的支座；（b）用于附接到该风力涡轮机叶片的至少一个致动器组件，该至少一个致动器组件包括用于沿挥舞方向和/或摆振方向激励该风力涡轮机叶片的至少一个致动器；以及（c）用于测量该风力涡轮机叶片的应力、应变和/或挠曲的至少一个测量装置。本发明的系统的特征在于，该系统还包括用于附接到该风力涡轮机叶片的至少一个调谐液体阻尼器（tuned liquid damper），该调谐液体阻尼器包括容器和容纳在该容器中的液体。

特别地，该至少一个调谐液体阻尼器是用于附接到风力涡轮机叶片以减小风力涡轮机叶片的机械激励（mechanical excitation）的幅度的装置。特别地，调谐液体阻尼器的固有频率，特别是容纳在容器中的液体的固有频率，被调谐至待消除的风力涡轮机叶片的共振频率。在该共振频率下，风力涡轮机叶片只能执行很小的激励。特别地，根据风力涡轮机叶片向挥舞方向或摆振方向的运动，调谐液体阻尼器的固有频率被调谐至风力涡轮机叶片的共振频率。当风力涡轮机叶片受到激励时，调谐液体阻尼器使用水的晃动能量来减小风力涡轮机叶片的动态响应。调谐液体阻尼器具有成本效益，需要很少的维护且能够容易地实施。此外，例如，调谐液体阻尼器还提供许多附加的调谐参数，诸如所容纳的液体的量、容器的容积和所容纳的液体的粘度。借助于调谐前述调谐参数中的至少一个，可改变调谐液体阻尼器的固有频率。特别地，所述调谐液体阻尼器可附接到风力涡轮机叶片的外部，特别是附接到风力涡轮机叶片的顶侧和/或底侧。例如，所述液体特别是主要可包括水。优选地，所述调谐液体阻尼器能够可逆地附接到风力涡轮机叶片。特别地，可使用超过一个调谐液体阻尼器，并且它们可彼此隔开地附接到风力涡轮机叶片。如果提供了具有足够质量和/或其中容纳有足够液体的容器，则调谐液体阻尼器可被用作用于风力涡轮机叶片的载荷。

所述至少一个调谐液体阻尼器使得可以独立地在挥舞方向或摆振方向上改变风力涡轮机叶片的动态行为。可完全或至少很大程度上消除沿挥舞方向和摆振方向的激励之间的相关性。因此，可提高当针对挥舞方向和摆振方向运行单独的测试时疲劳测试的精度。此外，还可以执行精确的单一疲劳测试，其同时在挥舞方向和摆振方向上测试风力涡轮机叶片。因此，本发明的系统操作成本较低，并且本发明的疲劳测试的方法需要较少的测试时间来完成，同时仍提供精确的疲劳测试结果并有效地防止过度测试。

所述调谐液体阻尼器的容器可包含10%至90%、特别是20%至80%的容纳在其中的液体。所述调谐液体阻尼器的容器还可具有附接到其的静态质量。该静态质量也可在所述容器附近、尤其是在距所述容器多达1米的距离内附接到风力涡轮机叶片。已经发现，由此可甚至进一步调整调谐液体阻尼器的固有频率。

所述至少一个致动器可以是能够激励风力涡轮机叶片的任何致动器。所述致动器可以是马达，例如电动马达。所述致动器组件可包括可附接到风力涡轮机叶片的框架。该框架可以是轭架。所述致动器可被附接到该框架。特别地，所述致动器组件包括至少两个致动器，并且特别是包括正好两个致动器。所述致动器组件的至少一个致动器可被布置在所述框架的顶侧上，而所述致动器组件的至少一个其他致动器可被布置在所述框架的底侧上。所述框架的顶侧和所述框架的底侧特别是相应地对应于风力涡轮机叶片的顶侧和底侧。所述致动器组件的至少一个致动器可沿挥舞方向布置，使得其在操作时沿挥舞方向激励风力涡轮机叶片。所述致动器组件的至少一个其他致动器可沿摆振方向布置，使得其在操作时沿摆振方向激励风力涡轮机叶片。

用于测量风力涡轮机叶片的应力、应变和/或挠曲的所述至少一个测量装置可以是能够测量风力涡轮机的应力、应变和/或挠曲的任何测量装置。特别地，所述至少一个测量装置中的至少一个可以是应变仪。多个应变仪可被附接到风力涡轮机叶片。这些应变仪可被附接到风力涡轮机叶片的顶侧和/或底侧。这些应变仪可基本上垂直于风力涡轮机叶片的纵向轴线附接。基本上意味着在每个方向上可能存在高达30°的精确垂直度偏差。这些应变仪可通过至少一根线连接到彼此。特别地，多个应变仪彼此隔开。这些应变仪可借助于所述至少一根线来连接到例如评估单元。该评估单元可能能够分析风力涡轮机叶片中的应力、应变和/或挠曲的分布。所述至少一个测量装置中的至少一个可以是能够捕捉风力涡轮机叶片的挠曲的摄像机。该摄像机可附加地或替代地连接到所述评估单元。

在本发明的另一优选实施例中，所述调谐液体阻尼器被布置成自动地调整所述容器中的液体的体积份额。特别地，所述容器可被设计成可自动伸缩的，使得可调整所述容器的容积。由此，可在不改变所述容器中的液体量的情况下调整容纳在所述容器中的液体的体积份额。替代地或附加地，例如，调谐液体阻尼器可经由诸如管之类的至少一个连接装置来连接到液体储存器。泵可被布置成具有该连接装置，并且自动地将液体泵入到所述容器中以及从所述容器中泵出。借助此特征，调谐液体阻尼器可在疲劳测试期间被调谐，以改变其固有频率，并且由此，改变风力涡轮机叶片中的疲劳分布。因此，例如，当应调整疲劳分布以使得能够实现整个风力涡轮机叶片上的均匀测试并防止过度测试时，就不再需要暂停疲劳测试或者可显著减少疲劳测试中间的暂停。

在本发明的另一优选实施例中，所述容器包含至少一个障碍物，用于限制所述液体在所述容器中的运动。该至少一个障碍物可具有任何期望的形状，例如矩形形状或球形形状或者它们的组合。优选地，在调谐液体阻尼器中存在至少两个障碍物，使得它们相互影响，并且由此，提供对调谐液体阻尼器的固有频率的修改。由此，为调谐液体阻尼器提供另一调谐参数，而且可容易地调整该调谐参数。

在本发明的又一优选实施例中，所述系统包括用于附接到所述风力涡轮机叶片的至少一个载荷。优选地，如果存在多个载荷，则这些载荷可彼此隔开地附接到风力涡轮机叶片。特别地，这些载荷中的每一个彼此以风力涡轮机叶片的长度的2%至30%的距离、特别是以风力涡轮机叶片的长度的5%至20%的距离来附接。这些载荷可包括或设计为轭架。特别地，这些载荷的共振频率未调谐至待消除的风力涡轮机叶片的共振频率。替代地，所述载荷被设置成用于将载荷施加于风力涡轮机叶片以用于疲劳测试。

根据本发明的第二方面，所述问题通过一种测试组件来解决，其包括根据本发明的第一方面的系统和风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片的根端被保持在所述支座中，并且所述至少一个致动器组件和所述至少一个调谐液体阻尼器被附接到所述风力涡轮机叶片。特别地，所述调谐液体阻尼器被附接到风力涡轮机叶片的外部，特别是附接到风力涡轮机叶片的顶侧和/或底侧。优选地，所述调谐液体阻尼器被可逆地附接到风力涡轮机叶片。特别地，超过一个调谐液体阻尼器彼此隔开地附接到风力涡轮机叶片。

在本发明的一个优选实施例中，所述至少一个调谐液体阻尼器中的至少一个在所述风力涡轮机叶片的最大宽度处或者在从所述风力涡轮机叶片的最大宽度开始朝向所述风力涡轮机叶片的末端的区域中附接到所述风力涡轮机叶片。优选的是，所述至少一个调谐液体阻尼器的附接：（a）处于与风力涡轮机叶片的末端相距不远处（at no distance）或者相距小于风力涡轮机叶片的长度的20%、特别是10%的距离内；和/或（b）处于与风力涡轮机叶片的最大宽度位置相距不远处或者相距小于风力涡轮机叶片的长度的10%、特别是5%的距离内，风力涡轮机叶片在该最大宽度位置处具有其最大宽度。风力涡轮机叶片的长度沿风力涡轮机叶片的纵向轴线从根端测量到末端。所述风力涡轮机叶片的长度意指为被测试的风力涡轮机叶片的长度。例如，实际的风力涡轮机叶片的末端可被切掉以用于疲劳测试。在这样的情况下，风力涡轮机叶片长度是实际测试的风力涡轮机叶片长度，而不是初始的风力涡轮机叶片。已经发现，通过将调谐液体阻尼器附接在末端、根端和/或最大宽度位置附近或者附接在末端、根端和/或最大宽度位置处，可非常充分地消除沿挥舞方向和摆振方向的激励之间的相关性。

根据本发明的第三方面，所述问题通过一种用于利用根据本发明的第二方面的测试组件对风力涡轮机叶片进行疲劳测试的方法来解决，所述方法包括运行测试循环的步骤，所述测试循环包括以下步骤：（a）借助于操作所述至少一个致动器组件的至少一个致动器，而在挥舞方向和/或摆振方向上激励所述风力涡轮机叶片；（b）借助于所述至少一个测量装置来测量所述风力涡轮机叶片的应力、应变和/或挠曲；以及（c）借助于连接到所述至少一个测量装置的评估单元来分析所述风力涡轮机叶片内的应力、应变和/或挠曲的分布。优选地，多个测试循环在其间具有暂停的情况下连续地运行。例如，在这些暂停中，可通过重新定位附接到风力涡轮机叶片的载荷来调整沿风力涡轮机叶片的疲劳分布。

在本发明的一个优选实施例中，所述风力涡轮机叶片同时在挥舞方向和摆振方向上被激励。由此，疲劳测试的测试时间得到显著改善。

在本发明的另一优选实施例中，在运行至少一个测试循环之后和/或在至少一个测试循环的运行期间，所述至少一个调谐液体阻尼器中的至少一个的至少一个调谐参数被调整。特别地，可在连续的测试循环中间的暂停期间调整该至少一个调谐参数。由此，提供了一种非常省时的测试方法，这是因为可非常快速地调整调谐液体阻尼器的调谐参数，特别是该调整比改变附接到风力涡轮机叶片的载荷的位置要快得多。该至少一个调谐参数还可在测试循环的运行期间方便地调整。例如，当调谐液体阻尼器可自动地调整容纳在所述容器中的液体的体积份额时，这是可能的。由此，提供了一种甚至更加省时的测试方法，这是因为不需要暂停测试循环来调整沿风力涡轮机叶片的疲劳分布。

在本发明的又一优选实施例中，所述调谐液体阻尼器的所述至少一个被调谐的调谐参数是以下各项中的一项：所述容器在所述风力涡轮机叶片上的附接位置、所述容器的尺寸、所述容器的形状、所述容器的定向、所述容器的容积、所述液体的粘度以及所述液体中的障碍物的量或形状。所述容器的定向特别是沿挥舞方向或摆振方向的定向。不同的调谐参数使得能够实现调谐液体阻尼器的多种微调能力。

附图说明

本发明的其他优点、特征和细节从下面的描述中展现，在下面的描述中，通过参考附图图1至图4详细地描述了本发明的实施例。由此，来自权利要求的特征以及说明书中提到的特征对于本发明而言是单独采用或按任意组合采用所必需的。在附图中，示意性地示出了：

图1示出了根据本发明的测试组件的第一实施例的侧向透视图，

图2示出了根据本发明的测试组件的第二实施例的侧向透视图，

图3a示出了利用不同的调谐液体阻尼器在图2的测试组件上进行的第一疲劳测试的挥舞向挠曲结果图，

图3b示出了该第一疲劳测试的摆振向挠曲结果图，

图4a示出了利用不同的调谐液体阻尼器在图2的测试组件上进行的第二疲劳测试的挥舞向挠曲结果图，以及

图4b示出了该第二疲劳测试的摆振向挠曲结果图。

图1至图4中的相同对象标有相同的附图标记。如果在一个图中存在多于一个相同种类的对象，则这些对象以升序编号，其中对象的升序号以点与其附图标记分开。

具体实施方式

图1示出了按照根据本发明的测试组件的第一实施例的测试组件的实施例。该测试组件包括风力涡轮机叶片10，其末端12被示出，但是风力涡轮机叶片10的靠近根端11的部分以及其中保持根端11的支座20未在该图中示出。该测试组件被安装在支座20中，使得其悬置。

四个载荷60.1、60.2、60.3、60.4彼此隔开地附接到风力涡轮机叶片10。在该实施例中，载荷60.1、60.2、60.3、60.4被设计为轭架（yoke）。特别地，每个轭架包括附接到彼此的四个杆，以形成矩形形状。两个保持板被布置在这四个杆之间。该保持板在其一侧处设计成在该轭架附接到风力涡轮机叶片10的位置处对应于风力涡轮机叶片10的形状。载荷60.1、60.2、60.3、60.4全面地围绕风力涡轮机叶片10。

在该特定实施例中，致动器组件30与载荷60.1结合。载荷60.1是致动器组件30的框架，该致动器组件30具有呈电动马达形式的致动器31，该致动器31被布置在载荷60.1的顶侧上并且基本上垂直于风力涡轮机叶片10的纵向轴线A（图2中所示）。致动器30替代地可以是激励风力涡轮机叶片的液压驱动器和/或活塞组件或推杆组件。该推杆组件可被布置在地上。后面将关于图2来解释致动器组件30的详细操作。

多个测量装置40被布置在风力涡轮机叶片10的顶侧上，其中测量装置40.1、40.2、40.3和40.4被标示。测量装置40基本上垂直于风力涡轮机叶片10的纵向轴线A，并且沿风力涡轮机叶片10在纵向轴线A的方向上彼此隔开。该多个测量装置40借助于线41彼此连接。线41可被连接到未示出的评估单元。

靠近风力涡轮机叶片10的末端12，调谐液体阻尼器50附接到风力涡轮机叶片10的顶侧。调谐液体阻尼器50的固有频率被调谐至待消除的风力涡轮机叶片10的摆振共振频率。例如，对调谐液体阻尼器50的定向的调谐参数进行调谐。也就是说，调谐液体阻尼器50在垂直于风力涡轮机叶片10的纵向轴线A的方向上附接到风力涡轮机叶片10。由此，当风力涡轮机叶片10在挥舞方向上被激励时，调谐液体阻尼器50减少在摆振方向上的激励。

图2示出了按照根据本发明的测试组件的第二实施例的测试组件的实施例。具有5米长度的相对短的风力涡轮机叶片10的该测试组件已被用于评估调谐液体阻尼器50的调谐参数。仅出于说明目的，在图2中省略了测量装置40和线41。

图2中示出了保持在支座20中的风力涡轮机叶片10的根端11。此外，还示出了风力涡轮机叶片10的纵向轴线A。此外，还示出了风力涡轮机叶片10的挥舞方向F.1、F.2和摆振方向E.1、E.2，当使具有其两个致动器31.1、31.2的致动器组件30操作时，风力涡轮机叶片10于上述挥舞方向和摆振方向上移动。致动器31.1沿摆振方向E.1、E.2布置，并且致动器31.2沿挥舞方向F.1、F.2布置。由此，当操作致动器31.1时，风力涡轮机叶片10沿摆振方向E.1、E.2移动。当操作致动器31.2时，风力涡轮机叶片10沿挥舞方向F.1、F.2移动。

调谐液体阻尼器50被布置在风力涡轮机叶片10的末端12处。调谐液体质量阻尼器50包括容器51和容纳在其中的液体52。在该特定实施例中，水被用作液体52。在该特定实施例中，液体质量阻尼器50内的液体52的体积份额（volume share）为66%。

图3a和图3b示出了利用附接到风力涡轮机叶片10的不同的调谐液体阻尼器50并且在图2的测试组件上执行的第一疲劳测试的挥舞和摆振挠曲结果图。纵坐标轴上的挥舞载荷因子（flap load factor）和摆振载荷因子（edge load factor）是在横坐标轴上的以米为单位的特定风力涡轮机叶片长度处测得的归一化载荷。为“1”的归一化载荷因子与如下疲劳测试相关，即：其中，没有调谐液体阻尼器50附接到风力涡轮机叶片10。该挥舞载荷因子与沿挥舞方向F.1、F.2的载荷相关，并且该摆振载荷因子与沿摆振方向E.1、E.2的载荷相关。测量装置40已在1米至5米的风力涡轮机叶片长度处附接到该测试组件的风力涡轮机叶片10。因此，横坐标轴上的值在1至5的范围内。

疲劳测试的目标在于确定在同时操作致动器31.1、31.2以沿摆振和挥舞方向激励风力涡轮机叶片10时，使用不同类型的调谐液体阻尼器50和静态质量，在不增加摆振载荷的情况下可增加挥舞载荷的程度。通过在不增加摆振载荷的情况下增加挥舞载荷，改变了沿风力涡轮机叶片10的疲劳分布，使得主要针对挥舞载荷测试风力涡轮机叶片10。

虚线A与疲劳测试的设置A相关，其中，具有容纳在其中的66%体积份额的液体52及相对小重量的静态质量的容器51被定位在图2的风力涡轮机叶片10的末端12附近。确切地说，液体52是水。附接的调谐液体阻尼器51的容积为0.5升。静态质量的重量为0.15kg。

点线B与疲劳测试的设置B相关，其中，具有容纳在其中的33%体积份额的液体52的容器51被定位在图2的风力涡轮机叶片10的末端12附近。确切地说，液体52是水。附接的调谐液体阻尼器51的容积为0.5升。

实线C与疲劳测试的设置C相关，其中，仅相对小重量的静态质量被定位在图2的风力涡轮机叶片10的末端12附近。静态质量的重量为0.15kg。

如从图3a中绘制的疲劳测试结果可看到的，在1米至4米的风力涡轮机叶片长度处，挥舞载荷因子不受设置A、B或C中的任何一者影响。然而，在4米至5米的风力涡轮机叶片长度处，挥舞载荷因子受到不同的设置A、B和C的影响。在4米至5米的风力涡轮机叶片长度的范围内，对于更长的风力涡轮机叶片长度，设置A、B和C中的每一者的挥舞载荷因子都朝向更高的挥舞载荷因子遵循线性趋势。特别地，设置C在处于4米至5米的范围内的任何风力涡轮机叶片长度处显示出最低的挥舞载荷因子，并且在线性趋势中显示出最大的斜率。设置B所显示的线性趋势大于但接近设置C的线性趋势。然而，在处于4米至5米的范围内的任何风力涡轮机叶片长度处，设置A具有最大的线性趋势斜率以及最高的挥舞载荷因子。因此，挥舞载荷在设置A中增加最多，跟着是设置B和设置C。

如从图3b中绘制的疲劳测试结果可看到的，在整个测量的风力涡轮机叶片长度上，摆振载荷因子都受到不同的设置A、B和C的影响。设置A显示出摆振载荷因子的最大减小，并且与设置A相比，设置B和C沿整个风力涡轮机叶片显示出更高的摆振载荷因子。仅设置C在5米的风力涡轮机长度附近显示出摆振载荷因子的增加。

总之，与设置A相比，设置B和C对挥舞载荷因子和摆振载荷因子的影响较小。设置B和C中的挥舞载荷增加主要与风力涡轮机叶片10的末端12处附加的重量有关。然而，与利用设置A测量的摆振载荷因子相比，这些摆振载荷因子几乎没有受到影响。仅在设置A中，调谐液体阻尼器50的固有频率被调谐至对应于摆振方向的风力涡轮机叶片10的共振频率，并且因此，已在很大程度上被消除。基本上是设置A而没有设置A的调谐液体阻尼器50的设置C并未消除整个风力涡轮机叶片10上的这些频率，特别是没有以如设置A中一样的效率来消除，而是与疲劳测试的目标相反，增加了风力涡轮机叶片10的末端12处的摆振载荷因子。因此，已显示出的是，处于风力涡轮机叶片10的末端12处的调谐液体阻尼器50可增加挥舞载荷，同时减小摆振载荷。

第二疲劳测试在图2的测试组件上进行，其中，改变了附接到风力涡轮机叶片10的末端12的调谐液体阻尼器和静态质量的设置以及致动器31.1、31.2的操作幅度。该疲劳测试的结果以与针对图3a和图3b相同的方式绘制在图4a和图4b中。

虚线D与疲劳测试的设置D相关，其中，具有容纳在其中的33%体积份额的液体52以及与第一疲劳测试的静态质量相比具有相对较大重量的静态质量的容器51被定位在图2的风力涡轮机叶片10的末端12附近。确切地说，液体52是水。附接的调谐液体阻尼器51的容积为0.5升。静态质量的重量为0.45kg。

点线E与疲劳测试的设置E相关，其中，仅设置D的静态质量被定位在图2的风力涡轮机叶片10的末端12附近。因此，静态质量的重量为0.45kg。因此，设置D和E的区别仅在于设置D中调谐液体阻尼器50附接到风力涡轮机叶片10。

如从图4a和图4b中绘制的疲劳测试结果可看到的，设置D在4米至5米的风力涡轮机叶片长度范围内实现了更高的挥舞载荷因子。与第一疲劳测试相比，由于更重的静态质量，摆振载荷因子并未减小。然而，在整个风力涡轮机叶片10上，设置D的摆振载荷因子都低于设置E的摆振载荷因子。因此，可遵循的是，对于致动器31.1、31.2的不同幅度，调谐液体阻尼器50可增加挥舞载荷，同时减小摆振载荷。

Claims (10)

1.一种用于对风力涡轮机叶片（10）进行疲劳测试的系统，包括：

（a）用于保持所述风力涡轮机叶片（10）的根端（11）的支座（20），

（b）用于附接到所述风力涡轮机叶片（10）的至少一个致动器组件（30），所述至少一个致动器组件（30）包括用于沿挥舞方向（F）和/或摆振方向（E）激励所述风力涡轮机叶片（10）的至少一个致动器（31），以及

（c）用于测量所述风力涡轮机叶片（10）的应力、应变和/或挠曲的至少一个测量装置（40），

其特征在于，

（d）所述系统还包括用于附接到所述风力涡轮机叶片（10）的至少一个调谐液体阻尼器（50），所述调谐液体阻尼器（50）能够附接到所述风力涡轮机叶片（10）的外部并且包括容器（51）和容纳在所述容器（51）中的液体（52）。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述调谐液体阻尼器（50）被布置成自动地调整所述容器（51）中的液体（52）的体积份额。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述容器（51）包含至少一个障碍物，用于限制所述液体（52）在所述容器（51）中的运动。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括用于附接到所述风力涡轮机叶片（10）的至少一个载荷（60）。

5.一种测试组件，包括如权利要求1至4中任一项所述的系统和风力涡轮机叶片（10），所述风力涡轮机叶片（10）的根端（11）被保持在支座（20）中，并且至少一个致动器组件（30）和至少一个调谐液体阻尼器（50）被附接到所述风力涡轮机叶片（10）。

6.根据权利要求5所述的测试组件，其特征在于，所述至少一个调谐液体阻尼器（50）中的至少一个在所述风力涡轮机叶片（10）的最大宽度处或者在从所述风力涡轮机叶片（10）的最大宽度开始朝向所述风力涡轮机叶片（10）的末端（12）的区域中附接到所述风力涡轮机叶片（10）。

7.一种用于利用如权利要求5或6中任一项所述的测试组件对风力涡轮机叶片（10）进行疲劳测试的方法，包括运行测试循环的步骤，所述测试循环包括以下步骤：

（a）借助于操作至少一个致动器组件（30）的至少一个致动器（31），而在挥舞方向和/或摆振方向上激励所述风力涡轮机叶片（10），

（b）借助于至少一个测量装置（40）来测量所述风力涡轮机叶片（10）的应力、应变和/或挠曲，以及

（c）借助于连接到所述至少一个测量装置（40）的评估单元来分析所述风力涡轮机叶片（10）中的应力、应变和/或挠曲的分布。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述风力涡轮机叶片（10）同时在挥舞方向和摆振方向上被激励。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在运行至少一个测试循环之后和/或在至少一个测试循环的运行期间，至少一个调谐液体阻尼器（50）中的至少一个的至少一个调谐参数被调谐。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述调谐液体阻尼器（50）的至少一个被调谐的调谐参数是以下各项中的一项：容器（51）在所述风力涡轮机叶片（10）上的附接位置、所述容器（51）的尺寸、所述容器（51）的形状、所述容器（51）的定向、所述容器（51）的容积、液体（52）的粘度以及所述液体（52）中的障碍物的量或形状。

Images