CN203824721U - 用于转子叶片或转子叶片节段的测试台、具有该测试台的装置 - Google Patents

用于转子叶片或转子叶片节段的测试台、具有该测试台的装置 Download PDF

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Abstract

用于转子叶片或转子叶片节段的测试台、具有该测试台的装置和测试方法。用于风力发电机转子叶片(10)或转子叶片节段(20)的测试台具有：其上可固定转子叶片(10)或转子叶片节段(20)的轴向端部的支撑结构(15)，及可与转子叶片(10)或转子叶片节段(20)连接以激励转子叶片(10)或转子叶片节段(20)的振动的至少一激励机组，其中负载装置(31)固定在铰接部位(14)并可连接到用于测试过程的转子叶片(10)或转子叶片节段(20)使得可对转子叶片(10)或转子叶片节段(20)施加静态预应力，其力方向上具有与转子叶片(10)或转子叶片节段(20)垂直的至少一分力。其特征在于，负载装置(31)和转子叶片(10)或转子叶片节段(20)间设有弹性元件(13)使得可通过弹性元件(13)对转子叶片(10)或转子叶片节段(20)施加弹力以影响振动行为。

Description

用于转子叶片或转子叶片节段的测试台、具有该测试台的装置
技术领域
本实用新型涉及一种转子叶片或转子叶片节段的测试台，特别是风力发电机的转子叶片或转子叶片节段的测试台。此外，本实用新型还涉及具有这种测试台和用于转子叶片或转子叶片节段的装置以及用于操作这种测试台的方法。上述类型的测试台从WO2008/145727A1中已知。 
背景技术
已知的测试台被用来进行转子叶片的振动试验，其中转子叶片水平安装在测试台的基础座上。激励机组与基础座有间隔地排列，该激励机组固定在测试台底部并通过杆将激励振动传递给转子叶片。为此，将激励机组构造成液压缸形式。通过液压缸和转子叶片间的杆排列来减少参振质量。具体来说液压缸向上运动意味着转子叶片向下运动。通过杆长来限制受液压缸影响的转子叶片的偏转。此外，已知测试台对实际运行过程中出现的工作负载(其作用在转子叶片上)考虑得不够充分。在实际运行过程中由于转子叶片的上游流会产生浮力，其用已知测试台不能模拟。 
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种用于转子叶片或转子叶片节段的测试台，其能很好地将实际运行过程中出现的工作负载再现出来并且特别是能将浮力考虑在内。此外，本实用新型的目的还在于，提供一种具有这种测试台的装置和用于操作这种测试台的方法。 
特别地，通过用于转子叶片或转子叶片节段的测试台，特别是用于风力发电机的转子叶片或转子叶片节段的测试台可实现此目的，其中测试台 具有至少一个支撑结构，其上固定着转子叶片或转子叶片节段的轴向端部，并且其中还至少设置了一个激励机组，该激励机组可与转子叶片或转子叶片节段相连以激励转子叶片或转子叶片节段的振动。负载装置固定在位置固定不变的铰接部位。该负载装置能以如下方式与用于测试操作的转子叶片或转子叶片节段相连接，即使得可对转子叶片或转子叶片节段施加静态预应力，其力方向上具有至少一个分力，该分力与转子叶片或转子叶片节段垂直。 
通过作为测试台组件的负载装置可使测试更接近实际情况。特别地，可通过负载装置将静预应力施加到转子叶片或转子叶片节段上，使得例如能够模拟在实际运行过程中出现的浮力。如此一来能够用本实用新型所述的测试台来进行测试，总体而言，该测试比用现有技术已知的测试台更接近实际情况。也就是说，本实用新型所述的测试台能相当准确地描述实际运行过程中出现的静态工作负载。 
要指出的是，本实用新型所述的测试台上的铰接部位只有在测试运作过程中才是位置固定不变的。铰接部位在各个测试周期之间是可变的。换句话说，铰接部位可以移位或偏移，条件是测试台未运行。在运行时，铰接部位保持位置固定不变，特别是为了将负载均匀地重复地施加到测试体上。 
在本实用新型所述的测试台的一优选实施形式中，设置了多个负载装置，其以如下方式固定在彼此间隔排列的固定位置，即使得可对转子叶片或转子叶片节段施加相同的预应力或不同的预应力。由于有多个负载装置，故可在转子叶片的整个长度上确定用于引入静态力的不同引入点。这进一步使得转子叶片测试更接近实际情况。在这种情况下，可设置成的是，以不同的负载装置对转子叶片施加不同的预应力。这样例如能够模拟在实际操作过程中出现的转子叶片的静态弯曲形状。总的来说，用这种方式能改进测试台的可调节性并提高测试的变化可能性。 
负载装置可用柔性牵引装置(特别是绳索或链条)和/或用刚性的牵引装置/压力装置(特别是连接杆)连接到转子叶片或转子叶片节段。使用柔性牵引装置的优点在于，可简单快速地改变力方向。例如可通过导辊引导 柔性牵引装置，其中导辊的位置是可变的。如此一来也可将预应力施加到转子叶片，该预应力至少部分地具有水平分力。例如，柔性牵引装置可斜着从转子叶片或转子叶片节段引导至固定位置。使用刚性的牵引装置/压力装置也使得能够直接在转子叶片或转子叶片节段中施加压力负载。 
负载装置可由发动机，特别是电力驱动的发动机构成。用这种方法可方便调节预应力，例如根据待测试的转子叶片或转子叶片节段进行调节。此外，在测试运行过程中借助发动机可改变预应力，例如为了描绘不同的工作负载曲线。 
在本实用新型所述的测试台的另一优选实施形式中，可在负载装置和转子叶片或转子叶片节段之间布置弹性元件，使得通过该弹性元件可对转子叶片或转子叶片节段施加弹力以影响振动行为。这样一来，作用在转子叶片或转子叶片节段上的静态的预应力可与转子叶片或转子叶片节段的动态振动重叠，其中通过弹性元件还可额外提高转子叶片或转子叶片节段的自然振动的频率。这缩短了振动测试所需测试时间。如此一来，用本实用新型所述测试台可在相对较短时间内完成转子叶片或转子叶片节段的振动测试，并且同时将实际运行过程中出现的工作负载考虑在内。 
在本实用新型所述的测试台的另一优选形式中，在负载装置和转子叶片节段间设置了臂架，其可直接连接到转子叶片节段，且以如下方式与负载装置相连，即使得可对转子叶片节段施加静态的预应力，其力方向上具有至少一个分力，其与转子叶片节段平行。通常来说，本实用新型所述的测试台不仅适合用来测试整个转子叶片，而且也使得能够测试转子叶片节段，例如测试由包含转子叶片根部在内的整个转子叶片的一部分所构成的转子叶片节段。用这种方式，可缩短待测物体的长度，从而同时提高自然振动频率。如此一来便缩短了所需的测试时间。同时，通过与负载装置相连的臂架使得有可能模拟在转子叶片节段中作用在整个转子叶片上的力，特别是借助转子叶片节段来模拟作用在转子叶片尖端的工作负载产生的影响。这能保证测试接近实际情况，尽管只对转子叶片节段而非对整个转子叶片进行测试也是如此。为此，具体要设置的是，在转子叶片节段上施加静态的预应力，该预应力具有至少一个分力，其与转子叶片节段平行。 用这种方式应该能够特别模拟作用在转子叶片根部的离心力。 
从同等角度看，本实用新型是基于这样一种想法，即提供具有前述测试台和(特别是用于风力发电机上的)转子叶片或转子叶片节段的装置，其中转子叶片或转子叶片节段固定在支撑结构上并与负载装置连接。 
另一同等方面涉及用于操作前述测试台或前述装置的方法，其中负载装置的预应力以如下方式设置，即使得能够模拟在实际运行中作用在转子叶片或转子叶片节段上的工作负载。 
附图说明
下面借助实施例并参考所附示意图来详细描述本实用新型。在附图示出了： 
图1为根据一优选实施例所描述的本实用新型的测试台的侧视图，其中负载装置经由被转向的牵引装置连接到转子叶片； 
图2为根据另一优选实施例所描述的本实用新型的测试台的侧视图，其中负载装置经由牵引装置和臂架连接到转子叶片节段。 
具体实施方式
本实用新型所述的测试台特别是用来对转子叶片10进行振动测试。此测试台特别适合用于测试风力发电机的转子叶片10。在这种情况下，可对转子叶片10进行整体的或分节段的测试。 
测试台具有支撑结构11，其可以构建成从底部15凸起的或固定在底部15上的基础座。稳定的支撑结构11具有未示出的用于转子叶片10的紧固装置。转子叶片10以如下方式与基础座11连接，即使得转子叶片10基本上水平地延伸。然而这并不排除，转子叶片10至少部分地从水平面上抬起，例如由于转子叶片10的几何形状而抬起。支撑结构11适合大体水平地固定转子叶片10，这种说法只是表明，转子叶片10在测试过程中根据长度随意设置在底座15上。转子叶片10如悬臂梁一样 固定在支撑结构11的侧面上。 
在测试过程中，转子叶片10被激励发生振动，以便模拟在实际运行中出现的循环负载。优选地，通过激励机组来激励发生振动，该激励机组在图1所述的实施例中构建成绳索绞车22。可选地，可设置成的是，激励机组作为不平衡励磁机12固定在转子叶片10上。 
绳索绞车22通常构成负载装置31以将静态的预应力施加到转子叶片10上。绳索绞车22(其可能具有电力驱动)可对柔性牵引装置17施加预应力，所述牵引装置与转子叶片10连接。柔性牵引装置17或绳索(特别是钢丝绳)将由绳索绞车22所施加的预应力传递给转子叶片10，结果使得转子叶片在垂直于其长轴的方向上受到静态负载。也可使用刚性压力装置/牵引装置(例如连接杆)来代替柔性牵引装置17。用这种方式也可将压力载荷传递给转子叶片10。 
通常来说，借助作为负载装置31使用的绳索绞车22实现的是，在测试过程中可使整个转子叶片10受到静态负荷，其中通过在不同夹持器16上的不同预应力例如可模拟在运行中出现的浮力或一般的静态工作负载。这能使模拟或测试更接近实际情况，在测试时静态载荷和循环负载会叠加。 
在如图1所述测试台中，牵引装置17或绳索在导辊19处偏转并且水平地引导至绳索绞车22，使得测试台具有紧凑的结构。为了清楚起见，只描述了一个牵引装置17。事实上，可沿转子叶片10布置多个这样的牵引装置17和负载装置31。 
在转子叶片10和绳索绞车22之间，特别是在导辊19和绳索绞车22之间，布置了弹性元件13。所述弹性元件13具有气缸24，其中引入了活塞23。压缩弹簧13a在活塞23和气缸底座24a之间伸展。活塞23具有活塞杆23a，其与牵引装置17或绳索耦合。绳索在绳索轮22上，该绳索轮与底部15固定地连接。绳索轮22和底部15之间的固定连接构成了牵引装置17的铰接部位14。 
气缸24也与绳索17耦合，该绳索经由导辊19引导至夹持器16上。 夹持器16可与转子叶片10连接或在测试过程中与转子叶片10连接。包括压缩弹簧13a、气缸24和活塞23的弹性元件13或弹簧组(Federpaket)基本上水平布置在绳索轮22和导辊19之间。用这种方式实现的是，支撑结构11可具有相对低的高度，而不会影响弹性元件13的弹簧行程。 
在图1所述的实施例中，弹性元件13与单个夹持器16耦合。另外也可设置的是，分别将2个或多个，特别是3个或4个夹持器16经由负载吊架18连接到单个弹性元件13上。这在图1中，在转子叶片10的叶片尖端10b区域中有所暗示。 
为了减少测试过程需要的时间，要设置成的是，将转子叶片10经由至少一个弹性元件13与底部15耦合。以此来提高刚性，从而提高固有频率。因此可在相对较短的测试时间内完成预定数量的振动。可用不同的方式在转子叶片10和底部15之间接入弹性元件13。 
用所提供的测试台可轻易调节多个不同的模拟参数。因此例如可能的是，通过调节预应力，即提高绳索张力，来移动可能形成的弯曲线的中心位置。换句话说，可通过移动最低点(Fuβpunkt)或铰接部位来改变弯曲线的中心位置。此外所提供的测试台还可以调节个别的、特别是预定的目标弯曲线。弯曲线的形状由弹性元件13的弹簧刚度来确定。单个弹性元件13的弹簧刚度可进行不同程度的调节。特别地，弹性元件13的弹簧刚度可进行不同程度的调节，其与转子叶片10上的部位啮合，这些部位沿转子叶片10的翼展相邻排列。通过有目的地与弹簧刚度匹配，可设置不同的单个弯曲线走势并供测试运行使用。如果将液压气动缸用作弹性元件13的话，那么也可设想的是，在测试运行时调节弹簧刚度，以便可以调节或重新调整弯曲线。这样一来就可补偿测试过程中系统参数的误差。 
总的来说，通过具有支撑结构15和至少一个激励机组的转子叶片10或转子叶片节段20(特别是用于风力发电机的转子叶片10或转子叶片节段20)的测试台可调节给定的弯曲线，其中转子叶片10或转子叶片节段20的轴向端部可固定在支撑结构15上且激励机组可与转子叶片10或转子叶片节段20相连以激励转子叶片10或转子叶片节段20的振动，其中还设置了多个在转子叶片10或转子叶片节段20的轴方向上有间隔地排列的 弹性元件13，它们分别布置在位置固定不变的铰接部位14和转子叶片10或转子叶片节段20之间且具有不同的弹簧刚度，使得预定的目标弯曲线可调。 
还可用这样的方式来缩短测试时间，即替代整个转子叶片10使用转子叶片节段20(也就是说使用缩短了翼尖端10b的转子叶片10)来进行测试。这种转子叶片节段20也被称为翼根20a。由于转子叶片节段20的长度比整个转子叶片10短因此能提高固有频率，从而提高测试速度。对整个转子叶片10进行测试时作用在翼尖端10b上的力，可通过对测试台采取结构性的措施模拟出来。 
图2示出了这种类型的测试台的变体，该测试台不是将整个转子叶片10而是将转子叶片节段20固定在支撑结构11上。转子叶片节段20包括转子叶片翼的一部分以及转子叶片根部10a。通过夹持器16(其为了清楚起见在图2中未示出)将转子叶片节段20与负载吊架18耦合。负载吊架18和在底部15上的每一个铰接部位14之间分别布置了一个弹性元件13。 
臂架21固定在转子叶片节段20的翼根20a处。臂架21基本上垂直于转子叶片节段20延伸，并连接到柔性牵引装置17(特别是绳索)上。间接经由弹性元件13来实现臂架21和牵引装置17或绳索之间的连接。绳索呈一定角度地啮合到臂架21。因此通过柔性牵引装置17，不仅可将垂直分力而且也将水平分力施加到转子叶片节段20上。这样可模拟作用于转子叶片节段20上的负载，该负载存在的条件是整个转子叶片10存在。 
在图2所示的实施例中，通过不平衡励磁机12来激励振动，该不平衡励磁机安装在转子叶片节段20上，位于臂架21的高度。不平衡励磁机12的另一布置也是可能的。此外，可使用其它的激励机组来替代不平衡励磁机12。相应的激励机组或致动器是本领域中的技术人员已知的。 
因为与完整的转子叶片10相比，转子叶片节段20长度短且质量也相应地减少，所以同时能够提高固有频率。用这种方式可在转子叶片节段20上模拟对整个转子叶片10的测试，而且其测试时间比用传统方法短。 
原则上可沿转子叶片10布置多个夹持器16。优选地以规则的间距将 夹持器16布置在转子叶片根部10a与转子叶片尖端10b之间。夹持器16与弹性元件13连接，其中每一个夹持器16可分别与单个的弹性元件13耦合。可选择地，可将两个夹持器16与单个弹性元件13耦合，例如通过负载吊架20耦合。此外可设置成的是，将单个夹持器连接到单个弹性元件13上，其中由夹持器16和弹性元件13构成的多种组合体连接到单个铰接部位14上。在这种情况下，由夹持器16和弹性元件13构成的单个组合体通过负载吊架18连接在一起，并且例如通过刚性压力装置/牵引装置18或连接杆或柔性牵引装置17或绳索连接到铰接部位14上。 
为了模拟实际运行中出现的转子叶片10的弯曲线，还证明有利的是，沿转子叶片10布置的弹性元件13具有随着与基础座11的距离增大而降低的弹簧刚度。总体而言，弹性元件13可因此具有不同的弹簧刚度。离转子叶片尖端10b最近的弹性元件13优选具有最小刚度。然而布置在离转子叶片根部10a最近的弹性元件，优选具有最大的弹簧刚度。 
相应地，可沿转子叶片或转子叶片节段改变静态的预应力。例如可沿转子叶片布置多个负载装置31，特别是绳索绞车22，其将不同的预应力施加到转子叶片10或转子叶片节段20上。例如给转子叶片尖端10b或翼根20a的预应力的比例上升。这能很好地描述实际产生的、由于浮力引起的静态负载，此浮力是由于运行中转子叶片10的上游流而产生的。 
该测试台原则上适合于所有类型的转子叶片10或类似的、翼状元件或整体细长的、柔性易弯曲元件。例如，也可用本实用新型所述的测试台来对飞机机翼或翼板进行振动测试。特别优选的是，用该测试台来测试用于风力发电机的转子叶片10，特别是具有不同长度和结构的转子叶片10。总体而言，该测试台使用灵活并具有不同的负载吊架18或夹持器16，其适合于不同转子叶片的横截面。 
此外，在本申请中还公开了下列实施形式： 
1.一种用于转子叶片(10)或转子叶片节段(20)，特别是用于风力发电机的转子叶片(10)或转子叶片节段(20)的测试台，具有： 
-支撑结构(15)，转子叶片(10)或转子叶片节段(20)的轴向端部 可固定在支撑结构上，以及 
-至少一个激励机组，该激励机组可连接到转子叶片(10)或转子叶片节段(20)上以激励转子叶片(10)的振动， 
其特征在于， 
负载装置(31)固定到位置固定不变的铰接部位(14)上，并且能够连接到用于测试过程的转子叶片(10)或转子叶片节段(20)上，使得可对转子叶片(10)或转子叶片节段(20)施加静态的预应力，其力方向上具有至少一个分力，该分力与转子叶片(10)或转子叶片节段(20)垂直。 
2.如实施形式1所述的测试台，其特征在于， 
设置有多个负载装置(31)，其固定在彼此间隔排列的铰接部位(14)处，使得可对转子叶片(10)或转子叶片节段(20)施加相同的预应力或不同的预应力。 
3.如实施形式1或2所述的测试台，其特征在于， 
负载装置(31)可用柔性牵引装置(特别是绳索或链条)或用刚性的牵引装置/压力装置(特别是连接杆)来连接转子叶片(10)或转子叶片节段(20)。 
4.如前述实施形式中任一项所述的测试台，其特征在于， 
负载装置(31)可由发动机，特别是电力驱动的发电机构成。 
5.如前述实施形式中任一项所述的测试台，其特征在于， 
可在负载装置(31)和转子叶片(10)或转子叶片节段(20)之间设置弹性元件(13)，使得通过弹性元件(13)可对转子叶片(10)或转子叶片节段(20)施加弹力以影响振动行为。 
6.如前述实施形式中任一项所述的测试台，其特征在于， 
在负载装置(31)和转子叶片节段(20)间设置有臂架(21)，其可直接连接到转子叶片节段(20)且与负载装置(31)相连，使得可对转子叶片节段(20)施加静态的预应力，其力方向上具有至少一个分力，该分力与转子叶片节段(20)平行。 
7.一种具有如前述实施形式中任一项所述的测试台和转子叶片(10)或转子叶片节段(20)，特别是用于风力发电机的转子叶片或转子叶片节段的装置，其中转子叶片(10)或转子叶片节段(20)固定在支撑结构(11)上且与负载装置(31)连接。 
8.一种用来操作如前述实施形式任一项所述的测试台或装置的方法，其中负载装置的预应力以如下方式设置，即使得能模拟在实际运行中作用在转子叶片(10)或转子叶片节段(20)上的工作负载。 
参考标记列表 
10    转子叶片 
10a   转子叶片根部 
10b   转子叶片尖端 
11    支撑结构 
12    不平衡励磁机 
13a   压缩弹簧 
13    弹性元件 
14    铰接部位 
15    底部 
16    夹持器 
17    柔性牵引装置 
18    负载吊架 
19    导辊 
20    转子叶片节段 
20a   翼根 
21    臂架 
22    绳索绞车 
23    活塞 
23a   活塞杆 
24    气缸 
24a   气缸底座 
31    负载装置 

Claims (13)

1.一种用于风力发电机的转子叶片(10)或转子叶片节段(20)的测试台，具有： 
-支撑结构(15)，所述转子叶片(10)或转子叶片节段(20)的轴向端部能够固定在所述支撑结构上，以及 
-至少一个激励机组，所述激励机组能够与所述转子叶片(10)或转子叶片节段(20)连接以激励所述转子叶片(10)或转子叶片节段(20)的振动， 
其中负载装置(31)固定在铰接部位(14)处，并且能够连接到用于测试过程的所述转子叶片(10)或转子叶片节段(20)，使得能够对所述转子叶片(10)或转子叶片节段(20)施加静态的预应力，所述静态的预应力在力方向上具有至少一个分力，所述分力与所述转子叶片(10)或转子叶片节段(20)垂直， 
其特征在于， 
在所述负载装置(31)和转子叶片(10)或转子叶片节段(20)之间设置有弹性元件(13)，使得能够通过所述弹性元件(13)对所述转子叶片(10)或转子叶片节段(20)施加弹力来影响振动行为。 
2.如权利要求1所述的测试台，其特征在于， 
设置有多个负载装置(31)，所述负载装置固定在彼此间隔排列的铰接部位(14)处，使得能够对所述转子叶片(10)或转子叶片节段(20)施加相同的预应力或不同的预应力。 
3.如权利要求1所述的测试台，其特征在于， 
所述负载装置(31)能够经由柔性牵引装置或刚性牵引装置/压力装置连接到所述转子叶片(10)或转子叶片节段(20)上。 
4.如权利要求2所述的测试台，其特征在于， 
所述负载装置(31)能够经由柔性牵引装置或刚性牵引装置/压力装置连接到所述转子叶片(10)或转子叶片节段(20)上。 
5.如权利要求3所述的测试台，其特征在于， 
所述柔性牵引装置是绳索或链条，和/或所述刚性牵引装置/压力装置是连接杆。 
6.如权利要求4所述的测试台，其特征在于， 
所述柔性牵引装置是绳索或链条，和/或所述刚性牵引装置/压力装置是连接杆。 
7.如权利要求1至6中任一项所述的测试台，其特征在于， 
所述负载装置(31)能够由发动机构成。 
8.如权利要求中1至6中任一项所述的测试台，其特征在于， 
所述负载装置(31)能够由电力驱动的发电机构成。 
9.如权利要求1至6中任一项所述的测试台，其特征在于， 
在所述负载装置(31)和所述转子叶片节段(20)之间设置有臂架(21)，所述臂架能够直接连接到所述转子叶片节段(20)上，并且与所述负载装置(31)相连，使得能够对所述转子叶片节段(20)施加静态的预应力，所述静态的预应力在力方向上具有至少一个分力，该分力与所述转子叶片节段(20)平行。 
10.如权利要求7所述的测试台，其特征在于， 
在所述负载装置(31)和所述转子叶片节段(20)之间设置有臂架(21)，所述臂架能够直接连接到所述转子叶片节段(20)上，并且与所述负载装置(31)相连，使得能够对所述转子叶片节段(20)施加静态的预应力，所述静态的预应力在力方向上具有至少一个分力，该分力与所述转子叶片节段(20)平行。 
11.如权利要求8所述的测试台，其特征在于， 
在所述负载装置(31)和所述转子叶片节段(20)之间设置有臂架(21)，所述臂架能够直接连接到所述转子叶片节段(20)上，并且与所述负载装 置(31)相连，使得能够对所述转子叶片节段(20)施加静态的预应力，所述静态的预应力在力方向上具有至少一个分力，该分力与所述转子叶片节段(20)平行。 
12.一种具有转子叶片(10)或转子叶片节段(20)和如权利要求1至11中任一项所述的测试台的装置，其中所述转子叶片(10)或转子叶片节段(20)固定在支撑结构(11)上且与负载装置(31)连接。 
13.如权利要求12所述的装置，其中所述转子叶片(10)或转子叶片节段(20)用于风力发电机。 
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