DE102013004103A1 - Method for testing rain and weather erosion and/or abrasion resistance of surfaces of rotor blade of wind turbine against e.g. water, involves providing sample body, and simulating and reproducing physical erosion and/or abrasion process - Google Patents

Method for testing rain and weather erosion and/or abrasion resistance of surfaces of rotor blade of wind turbine against e.g. water, involves providing sample body, and simulating and reproducing physical erosion and/or abrasion process Download PDF

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Abstract

The method involves constantly defining and/or movably focusing a fluid jet (3) by a fluid jet nozzle (1) on a surface of a defined sample body (4), where the fluid jet is variably defined in a parameter e.g. shape. The sample body is defined constantly, variably movably, and movably in intervals and aligned on the fluid jet. The sample body is provided in a defined uniform circular movement, elliptical circular path or a continuous path. A physical erosion and/or abrasion process is simulated and reproduced. The parameter is a pressure, speed, temperature, consistency, admixture, and direction. An independent claim is also included for a device for testing an erosion and/or abrasion resistance of surfaces against fluid medium.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Testen von Oberflächen sich bewegender Objekte, insbesondere von Rotorblättern an Windenergieanlagen im Hinblick auf deren Regen- und Wettererosionsbeständigkeit.The invention relates to a method and a device for testing surfaces of moving objects, in particular of rotor blades on wind turbines with regard to their rain and weathering resistance.

Durch Regen, Hagel, Schnee und Flugsand unterliegen die Oberflächen der Rotorblätter bei Relativgeschwindigkeiten von bis zu 100 m/s, besonders an ihren Enden und an den Blattkanten, einer erheblichen Belastung und einem Verschleiß.Due to rain, hail, snow and drift sand, the surfaces of the rotor blades are subject to considerable load and wear at relative speeds of up to 100 m / s, especially at their ends and at the blade edges.

Bekannt ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Simulation von Wettererosion an Oberflächen von Flugkörpern und Rotorblättern bei welchem die Oberfläche eines Probenkörpers mit einem segmentierten und definierten Fluidstrahl beaufschlagt wird, wobei der Probenkörper auf einem Tisch positioniert ist und der Probenkörper auf demselben in einer x- und y-Achse bewegbar ist.A method and a device for simulating weather erosion on surfaces of missiles and rotor blades in which the surface of a specimen is subjected to a segmented and defined fluid jet, wherein the specimen is positioned on a table and the specimen on the same in an x and Y-axis is movable.

Dieses Verfahren und diese Vorrichtung sind für vergleichende Tests zur Bewertung und Beurteilung der Oberflächen von Rotorblättern an Windenergieanlagen nicht realitätsnah und lassen keine Aussagen zum Schadensmechanismus und -verlauf zu. ( DE 2007 060 511 A1 ).This method and this device are not realistic for comparative tests for evaluating and evaluating the surfaces of rotor blades on wind turbines and do not allow statements about the damage mechanism and course. ( DE 2007 060 511 A1 ).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Testen und zur vergleichbaren und reproduzierbaren Beanspruchung von Probenkörperoberflächen zu schaffen.The object of the invention is to provide a method and a device for testing and for the comparable and reproducible loading of sample body surfaces.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie mit den Ansprüchen angegeben gelöst.According to the invention the object is achieved as indicated by the claims.

Verfahrensmäßig wird zunächst innerhalb einer geeigneten Vorrichtung mindestens ein in seinen Parametern, wie Form, Druck, Geschwindigkeit, Temperatur, Konsistenz, Beimischungen und Richtung, definiert veränderbarer Fluidstrahl mittels mindestens einer Fluidstrahldüse, auf die Oberfläche eines definierten Probenkörpers definiert konstant oder beweglich fokussiert. Damit ist der Probenkörper definiert konstant oder definiert veränderbar beweglich oder definiert beweglich im Intervall auf den Fluidstrahl ausgerichtet.According to the method, at least one variable or fluidized fluid defined by its parameters, such as shape, pressure, velocity, temperature, consistency, admixtures and direction, is defined by means of at least one fluid jet nozzle on the surface of a defined sample body. Thus, the specimen is defined constant or defined variable movable or defined movable in the interval aligned with the fluid jet.

Der Probenkörper ist dabei in einer definierten gleichförmigen Kreisbewegung oder auf einer elliptischen Umlaufbahn oder einer anderen Endlosbahn befindlich, womit ein physikalischer Erosions- und/oder Abrasionsvorgang simulierbar und reproduzierbar ist.The specimen is in a defined uniform circular motion or on an elliptical orbit or other endless track, whereby a physical erosion and / or Abrasionsvorgang can be simulated and reproduced.

Der Fluidstrahldruck beträgt dabei an der Strahldüse mindestens 2 bar und ist manuell oder programmgesteuert automatisch regelbar. Die Strahldüse ist in mindestens einem Freiheitsgrad manuell oder programmgesteuert automatisch verstellbar.The fluid jet pressure is at least 2 bar at the jet nozzle and is automatically controlled manually or programmatically. The jet nozzle is automatically adjustable manually or programmatically in at least one degree of freedom.

Das fluide Medium ist Wasser, Salzwasser und/oder ein organischer Stoff und/oder es sind in dem fluiden Medium Zusätze von organischen und/oder anorganischen Partikeln und/oder Teilchen, in fester Form enthalten und/oder es sind darin gelöste Stoffe enthalten oder das fluide Medium ist ein Gemisch daraus.The fluid medium is water, salt water and / or an organic substance and / or there are in the fluid medium additives of organic and / or inorganic particles and / or particles, contained in solid form and / or it is dissolved substances or contained Fluid medium is a mixture of these.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem geschlossenen Gehäuse oder einem Gestell, einer darin befindlichen, in mindestens einem Freiheitsgrad manuell oder programmgesteuert automatisch verstellbaren Fluidstrahldüse und einem, in Fluidstrahlrichtung davon beabstandet, auf einer Kreisbahn oder einer elliptischen Umlaufbahn oder einer anderen geeigneten Endlosbahn beweglichen Probenkörperträger zur Aufnahme von einem oder mehreren Probenkörpern.The apparatus for carrying out the method consists of a closed housing or a frame, a fluid jet nozzle located therein, which is manually or programmatically automatically adjustable in at least one degree of freedom, and, spaced apart in the fluid jet direction thereof, movable on a circular path or an elliptical orbit or another suitable endless track Sample carrier for receiving one or more specimens.

Der Probenkörperträger ist dabei ein im Wesentlichen radial zur Fluidstrahlrichtung ausgerichtetes Flügelrad mit mindestens einem Flügel, an welchem der Probenkörper anbringbar ist
oder der Probenkörperträger ist ein im Wesentlichen axial zur Fluidstrahlrichtung ausgerichtetes Flügelrad mit mindestens einem Flügel an welchem der Probenkörper anbringbar ist
oder der Probenkörperträger ist als endlos umlaufendes Zugmittel mit daran anbringbaren mindestens einem Probenkörpern ausgebildet. Der Probenkörperträger ist mit einer variierbaren gleichförmigen und/oder ungleichförmigen Geschwindigkeit antreibbar oder abbremsbar. Der Probenkörperträger ist mindestens in einem Freiheitsgrad verstellbar. Das Gehäuse weist eine verschließbare Öffnung zur Bestückung des Probenkörperträgers mit Probenkörpern und zur Handhabung der Fluidstrahldüsen auf.In this case, the sample body carrier is an impeller, which is aligned essentially radially with respect to the fluid jet direction and has at least one vane, to which the sample body can be attached
or the sample body carrier is a substantially axially aligned with the fluid jet direction impeller with at least one wing on which the sample body is attachable
or the sample body carrier is designed as an endlessly circulating traction means with at least one sample body attachable thereto. The sample body carrier can be driven or braked at a variable uniform and / or non-uniform speed. The sample body carrier is adjustable in at least one degree of freedom. The housing has a closable opening for equipping the sample body carrier with sample bodies and for handling the fluid jet nozzles.

An dem Probenkörperträger sind Halterungen für die Probenkörper befindlich.There are holders for the sample bodies on the sample body carrier.

Im Gehäuse und/oder im Gestell sind die zur Funktion der Vorrichtung erforderlichen Nebenaggregate, wie Hochdruckpumpe, Umlaufpumpe, Verstellmotor, Programmsteuerungseinrichtung, Sicherheitseinrichtungen, Ventile, Anzeigegeräte sowie Armaturen und Bedieneinrichtungen integriert.In the housing and / or in the frame required for the function of the device ancillaries, such as high-pressure pump, circulation pump, adjusting motor, program control device, safety devices, valves, display devices and valves and controls are integrated.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich Probenkörper in einem definierten Rotationszustand und unter definierten Strömungsbedingungen mit definierten Medien testen.According to the method according to the invention and with the device according to the invention, sample bodies can be tested in a defined state of rotation and under defined flow conditions with defined media.

Die so erhaltenen Testergebnisse sind reproduzierbar und eignen sich zur Beurteilung sowie zu einem standardisierten Vergleich von Oberflächengüte und Oberflächenverschleiß. Sie erlauben damit eine vergleichende Bewertung von Materialeigenschaften, insbesondere solcher von Oberflächenbeschichtungsstoffen.The test results obtained are reproducible and are suitable for the assessment as well as for a standardized comparison of surface quality and surface wear. They thus allow a comparative assessment of material properties, in particular those of surface coating materials.

Nachstehend wird die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen erläutert. In der zugehörigen Zeichnung sind mitThe invention will be explained below with reference to two exemplary embodiments. In the accompanying drawing are with

1 Vorrichtungsgehäuse, Fluidstrahldüse, Hochduckpumpe, Flügelradprobenträger, Programmsteuerung und Bedienteil sowie Antrieb des Probenkörperträgers mit radialer Fluidstrahlbeaufschlagung und mit 1 Device housing, fluid jet nozzle, Hochduckpumpe, vane sample carrier, program control and control panel and drive the sample body carrier with radial fluid jet and with

2 eine Testanordnung mit axialer Beaufschlagung der Probenkörper
schematisch dargestellt. 2 a test arrangement with axial loading of the sample body
shown schematically.

Beispiel 1example 1

Die Vorrichtung besteht aus dem spritzwasserdichten Vorrichtungsgehäuse 2 mit einer Zugangsöffnung für die Bestückung des Probenkörperträgers 5 mit Probenkörpern 4 und der darin befindlichen Fluidstrahldüse 1 und dem als Flügelrad ausgebildeten Probenkörperträger 5 mit Antriebs- und Bremsmotor 6.The device consists of the splash-proof device housing 2 with an access opening for the placement of the sample carrier body 5 with specimens 4 and the fluid jet nozzle located therein 1 and the sample body carrier formed as an impeller 5 with drive and brake motor 6 ,

Außerhalb des Vorrichtungsgehäuses 2 sind die Hochdruckfluidpumpe 7 und die Bedien- und Programmsteuerung 8 angeordnet und zur Regelung und Steuerung von Hochdruckfluidpumpe 7, Ausrichtung der Fluidstrahldüse 1 sowie des Antriebs- und Bremsmotors 6 für das Flügelrad zusammengeschaltet.Outside the device housing 2 are the high pressure fluid pump 7 and the operating and program control 8th arranged and for the regulation and control of high-pressure fluid pump 7 , Alignment of the fluid jet nozzle 1 and the drive and brake motor 6 interconnected for the impeller.

Die Fluidstrahldüse 1 ist dabei beabstandet zu den Probenkörpern 4 am Flügelrad und damit auf die radial dazu verlaufende Umlaufbahn der Probenkörper 4 ausgerichtet.The fluid jet nozzle 1 is spaced from the sample bodies 4 on the impeller and thus on the radially extending orbit of the sample body 4 aligned.

Zur Funktionsvorbereitung der Vorrichtung werden zum Test von Probenkörpern 4 solche an den Probenkörperträgern 5 angeordnet. Mittels Programmsteuerung 8 oder manuell werden die Parameter für die Testbedingungen und den Testablauf, wie Medium, Fluidstrahldruck, Fluidstrahlform, Fluidstrahlrichtung, Temperatur, Zeitdauer und Intervalle sowie Umlaufgeschwindigkeit und Stellung des Flügelrades vorgewählt.For functional preparation of the device are used to test specimens 4 those on the sample body carriers 5 arranged. By program control 8th or manually, the parameters for the test conditions and the test sequence, such as medium, fluid jet pressure, fluid jet shape, fluid jet direction, temperature, time duration and intervals, and the rotational speed and position of the impeller are preselected.

Zur Testdurchführung wird die Vorrichtung eingeschaltet und in Betrieb genommen. Der von der Hochdruckfluidpumpe 7 erzeugte Fluidstrom strahlt dabei über die Fluidstrahldüse 1 den Fluidstrahl 3 auf die am Probenkörperträger 5 des Flügelrades befindlichen Probenkörper 4. Dies geschieht zu den vorgewählten technischen Bedingungen für die vorgewählte Zeitdauer.For testing, the device is turned on and put into operation. The one from the high pressure fluid pump 7 generated fluid stream radiates through the fluid jet 1 the fluid jet 3 on the on the sample body carrier 5 the impeller located sample body 4 , This happens to the preselected technical conditions for the preselected period of time.

Nach Entnahme der Probenkörper 4 aus der Vorrichtung werden die Oberflächen derselben dann beurteilt und vergleichsweise bewertet.After removal of the specimen 4 from the device, the surfaces thereof are then evaluated and evaluated comparatively.

Beispiel 2Example 2

In einer Testanordnung nach Beispiel 1 wird das Flügelrad mit den Probenkörperträgern 5a und Probenkörpern 4a axial auf die Fluidstrahldüse 1 ausgerichtet.In a test arrangement according to Example 1, the impeller with the sample body carriers 5a and specimens 4a axially on the fluid jet nozzle 1 aligned.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Fluidstrahldüsefluid jet nozzle
22
Vorrichtungsgehäusedevice housing
33
Fluidstrahlfluid jet
44
Probenkörperspecimen
55
Probenkörperträger (Flügelrad)Sample Carrier (Impeller)
5a5a
ProbenkörperträgerSpecimen carrier
66
Antriebs- und BremsmotorDrive and brake motor
77
HochdruckfluidpumpeHigh pressure fluid pump
88th
Programmsteuereinheit und BedieneinrichtungProgram control unit and operating device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 2007060511 A1 [0004] DE 2007060511 A1 [0004]

Claims (12)

Verfahren zum Testen der Erosion- und/oder Abrasionsbeständigkeit von Oberflächen gegenüber fluiden Medien, mittels auf einen oder mehrere Probenkörper gerichteten Fluidstrahls, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein in seinen Parameter, wie Form, Druck, Geschwindigkeit, Temperatur, Konsistenz, Beimischungen und Richtung, definiert veränderbarer Fluidstrahl (3) mittels mindestens einer Fluidstrahldüse (1), auf die Oberfläche eines definierten Probenkörpers (4) definiert konstant oder beweglich fokussiert wird, wobei der Probenkörper (4) definiert konstant oder definiert veränderbar beweglich oder definiert beweglich im Intervall auf den Fluidstrahl (3) ausgerichtet ist und wobei der Probenkörper (4) in einer definierten gleichförmigen Kreisbewegung oder auf einer elliptischen Umlaufbahn oder einer anderen Endlosbahn befindlich ist, womit ein physikalischer Erosions- und/oder Abrasionsvorgang simulierbar und reproduzierbar ist.A method for testing the erosion and / or abrasion resistance of surfaces to fluid media by means of a fluid jet directed to one or more specimens, characterized in that at least one of its parameters such as shape, pressure, velocity, temperature, consistency, admixtures and direction, defines variable fluid jet ( 3 ) by means of at least one fluid jet nozzle ( 1 ), on the surface of a defined sample body ( 4 ) is defined to be focused constant or movable, whereby the specimen ( 4 ) defines constant or defined changeable movable or defined movable in the interval on the fluid jet ( 3 ) and wherein the sample body ( 4 ) is located in a defined uniform circular motion or on an elliptical orbit or other endless track, whereby a physical erosion and / or Abrasionsvorgang is simulated and reproducible. Verfahren zum Testen der Erosions- und/oder Abrasionbeständigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidstrahldruck mindestens 2 bar beträgt.A method for testing erosion and / or abrasion resistance according to claim 1, characterized in that the fluid jet pressure is at least 2 bar. Verfahren zum Testen der Erosions- und/oder Abrasionbeständigkeit nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidstrahldruck manuell oder programmgesteuert automatisch regelbar ist.A method for testing the erosion and / or abrasion resistance according to claims 1 and 2, characterized in that the fluid jet pressure is automatically controlled manually or programmatically. Verfahren zum Testen der Erosions- und/oder Abrasionbeständigkeit nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidstrahl (3) in mindestens einem Freiheitsgrad manuell oder programmgesteuert automatisch verstellbar ist.Method for testing erosion and / or abrasion resistance according to claims 1 to 3, characterized in that the fluid jet ( 3 ) is automatically adjustable manually or programmatically in at least one degree of freedom. Verfahren zum Testen der Erosions- und/oder Abrasionbeständigkeit nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das fluide Medium Wasser, Salzwasser und/oder ein organischer Stoff ist und/oder dass in dem fluiden Medium Zusätze von organischen und/oder anorganischen Partikeln und/oder Teilchen, in fester Form enthalten sind und/oder dass darin gelöste Stoffe enthalten sind oder dass das fluide Medium ein Gemisch daraus ist.Method for testing erosion and / or abrasion resistance according to claims 1 to 4, characterized in that the fluid medium is water, salt water and / or an organic substance and / or that in the fluid medium additions of organic and / or inorganic particles and / or particles are contained in solid form and / or that dissolved substances are contained therein or that the fluid medium is a mixture thereof. Vorrichtung zum Testen der Erosions- und/oder Abrasionsbeständigkeit von Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Vorrichtungsgehäuse (2) oder einem Gestell eine, in mindestens einem Freiheitsgrad manuell oder programmgesteuert automatisch verstellbare Fluidstrahldüse (1) angeordnet ist und in Fluidstrahlrichtung davon beabstandet, ein auf einer Kreisbahn oder einer elliptischen Umlaufbahn beweglicher Probenkörperträger (5) zur Aufnahme von einem oder mehreren Probenkörpern (4) angeordnet ist.Device for testing the erosion and / or abrasion resistance of surfaces, characterized in that in a device housing ( 2 ) or a frame a, in at least one degree of freedom manually or programmatically automatically adjustable fluid jet nozzle ( 1 ) and spaced apart in the fluid jet direction therefrom, a sample carrier carrier movable in a circular path or an elliptical orbit (US Pat. 5 ) for receiving one or more specimens ( 4 ) is arranged. Vorrichtung zum Testen der Erosions- und/oder Abrasionsbeständigkeit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenkörperträger (5) ein radial zur Fluidstrahlrichtung ausgerichtetes Flügelrad mit mindestens einem Flügel ist, an welchem der Probenkörper (4) anbringbar ist oder dass der Probenkörperträger (5) ein axial zur Fluidstrahlrichtung ausgerichtetes Flügelrad mit mindestens einem Flügel ist an welchem der Probenkörper (4) anbringbar ist oder dass der Probenkörperträger (5) als endlos umlaufendes Zugmittel mit daran anbringbaren mindestens einem Probenkörper (4) ausgebildet ist.Apparatus for testing erosion and / or abrasion resistance according to claim 6, characterized in that the sample body carrier ( 5 ) is a radially aligned with the fluid jet direction impeller with at least one wing, on which the sample body ( 4 ) or that the sample body carrier ( 5 ) an impeller aligned axially with respect to the fluid jet direction and having at least one vane on which the specimen ( 4 ) or that the sample body carrier ( 5 ) as an endlessly circulating traction means with at least one specimen ( 4 ) is trained. Vorrichtung zum Testen der Erosions- und/oder Abrasionsbeständigkeit nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenkörperträger (5) mit einer variierbaren gleichförmigen und/oder einer ungleichförmigen Geschwindigkeit antreibbar oder abbremsbar ist.Apparatus for testing erosion and / or abrasion resistance according to claims 6 and 7, characterized in that the sample body carrier ( 5 ) can be driven or braked with a variable uniform and / or a non-uniform speed. Vorrichtung zum Testen der Erosions- und/oder Abrasionsbeständigkeit nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenkörperträger (5) in mindestens in einem Freiheitsgrad verstellbar ist.Apparatus for testing erosion and / or abrasion resistance according to claims 6 to 8, characterized in that the sample body carrier ( 5 ) is adjustable in at least one degree of freedom. Vorrichtung zum Testen der Erosions- und/oder Abrasionsbeständigkeit nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorrichtungsgehäuse (2) eine verschließbare Öffnung zur Bestückung des Probenkörperträgers (5) mit Probenkörpern (4) und zur Handhabung der Fluidstrahldüse (1) aufweist.Device for testing erosion and / or abrasion resistance according to claims 6 to 9, characterized in that the device housing ( 2 ) a closable opening for equipping the sample body carrier ( 5 ) with specimens ( 4 ) and for handling the fluid jet nozzle ( 1 ) having. Vorrichtung zum Testen der Erosions- und/oder Abrasionsbeständigkeit nach den Ansprüchen 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Probenkörperträger (5) Halterungen für die Probenkörper (4) befindlich sind.Apparatus for testing erosion and / or abrasion resistance according to claims 6 to 10, characterized in that on the sample body carrier ( 5 ) Holders for the specimens ( 4 ) are located. Vorrichtung zum Testen der Erosions- und/oder Abrasionsbeständigkeit nach den Ansprüchen 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (2) und/oder im Gestell die zur Funktion der Vorrichtung erforderlichen Nebenaggregate wie Hochdruckfluidpumpe (7), Umlaufpumpe, Verstellmotor, Programmsteuerungseinrichtung (8), Sicherheitseinrichtungen, Ventile, Anzeigegeräte sowie Armaturen und Bedieneinrichtungen (8) integriert sind.Device for testing erosion and / or abrasion resistance according to claims 6 to 11, characterized in that in the housing ( 2 ) and / or in the frame required for the function of the device ancillaries such as high-pressure fluid pump ( 7 ), Circulation pump, variable motor, program control device ( 8th ), Safety devices, valves, indicators and fittings and controls ( 8th ) are integrated.
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