ES2242474B1 - Sistema para ensayos de fatiga de componentes de gran alargamiento. - Google Patents

Abstract

Sistema para ensayos de fatiga de componentes de gran alargamiento, que dispone de un excitador que simula una fuerza variable en el tiempo y en magnitud compuesto por dos mordazas adaptables a cualquier posición a lo largo del espécimen a ensayar, una motorreductora capaz de suministrar el par necesario y un péndulo preparado para variar la excitación mediante adición o recolocación de pesos dentro del mismo; medios para modificar la distribución de masa del espécimen a ensayar, mediante la colocación de mordazas en distintas secciones ajustables en peso debido a la posibilidad de colocar pesas sobre ellas; un controlador del ensayo compuesto por una motorreductora, un variador de frecuencia y un acelerómetro que forman un sistema de lazo cerrado coordinados por un programa de software; y un sistema de adquisición de datos capaz de comparar la lectura de las galgas en tiempo real. De aplicación en ensayos de fatiga en todo tipo de componentes de gran alargamiento.

Description

Sistema para ensayos de fatiga de componentes de gran alargamiento.

La aplicación prioritaria de esta tecnología es la de realizar ensayos de fatiga en palas de aerogeneradores.

El campo de aplicación de esta tecnología también es ampliable a otros sectores pare realizar ensayos de fatiga de todo tipo de componentes de gran alargamiento (relación envergadura/cuerda mayor de
10).

La base de esta metodología de ensayo es aprovecharse de la frecuencia natural de la pala en la dirección de la deflexión del espécimen en el ensayo.

En el sistema de ensayo según la invención, el espécimen a ensayar, que se encuentra empotrado al sistema en uno de sus extremos, es excitado mediante una fuerza exterior a una frecuencia muy cercana a su frecuencia natural. Esto se traduce en situar el comportamiento dinámico del sistema cerca de la zona de resonancia, con que las deflexiones del elemento son considerables, e incluso si no hubiera amortiguamiento, teóricamente infinitas.

En un principio se crea un modelo de elementos finitos de tal manera que la rigidez, masa y frecuencias naturales, (características conocidas a priori de ensayos previos sobre el espécimen), sean iguales a las de la pala en todas las secciones.

Sobre este modelo se va modificando la distribución de masas y la fuerza excitadora variable en el tiempo obteniendo a su vez el diagrama de momentos teórico a lo largo de la pala y la frecuencia natural del sistema.

La modificación de la distribución de masas se realiza mediante unas mordazas que posibilitan la inserción de pesas.

El resultado de esta simulación es la consecución de varias alternativas, de las cuáles deberemos elegir la que más se ajuste al diagrama de momentos propuesto.

Una vez elegida la alternativa tendremos los datos necesarios para acabar de diseñar el ensayo que son; la frecuencia natural del sistema, que nos marcará la frecuencia del ensayo; el diagrama de momentos teórico, que nos dará una idea de cuál es nuestro objetivo en el período de ajuste de ensayo; posición y magnitud de las masas puntuales y del excitador, ya que tenemos que simular la nueva distribución de masas y la fuerza excitadora resultante del análisis del
modelo.

La fuerza excitadora se consigue mediante una masa giratoria colocada en una sección determinada del espécimen y que gira a una frecuencia cercana a la de resonancia del sistema.

Para comprender mejor el objeto de la presente invención, se representa en los planos una forma preferente de realización práctica, susceptible de cambios accesorios que no desvirtúen su fundamento.

La figura 1 representa una vista esquemática del sistema para ensayos de fatiga objeto del invento con sus componentes principales en disposición opera-
tiva.

La figura 2 representa un detalle correspondiente a los medios (3), donde los perfiles (G_{2}) incluyen las mordazas (F_{2}) y se observa el detalle de las varillas (I) y pesas (H).

La figura 3 representa una vista general de la colocación de los dispositivos (2) objeto del invento en el espécimen a ensayar (1) -pala de un aerogenerador-,
que se encuentra empotrado en el sistema por uno de los extremos, para ser excitado mediante el dispositivo representado en la figura 1 y colocado a una frecuencia muy cercana a su frecuencia natural. Además se muestran los medios (3) descritos en el párrafo anterior con las mordazas (F_{2}) y perfiles (G_{2}) que tienen el objeto de modificar la distribución de
masas.

Se describe a continuación un ejemplo de realización práctica, no limitativa, del presente invento.

De conformidad con la invención, el sistema dispone de:

- el espécimen a ensayar (1)

- un excitador (2) que simula una fuerza variable en el tiempo y en magnitud

- medios (3) para modificar la distribución de masa del espécimen a ensayar (1)

- un controlador de ensayo, y

- un sistema de adquisición de datos, para medición del par torsor.

Según la realización presentada, para fijar la fuerza excitadora en la sección determinada por el modelo (Figura 1), se colocan dos mordazas (F_{1}) con la forma de la sección del espécimen (1) a ensayar abrazadas por perfiles (G_{1}) y sobre ellas un soporte resistente a las fuerzas de inercia (B) donde se coloca la motorreductora (A) capaz de aportar el par necesario para el ensayo. Para simular la fuerza excitadora variable en el tiempo y de forma senoidal, se dispone de un péndulo y un brazo (D) unido al eje de la motorreductora (A) que lo arrastra. Este péndulo (D) está diseñado de tal manera que al tener los huecos cilíndricos en su interior y mediante pesas también cilíndricas (E) de idéntico diámetro, podemos variar el par aplicado a la pala (1) con tan sólo añadir cilindros (E) de distinto peso o cambiándolos de
lugar.

Por otra parte para lograr que la pala (1) tenga la misma distribución de masas que el modelo se disponen unas mordazas (F_{2}) con la forma del contorno de la pala (1) en las secciones en las que se tenga que aumentar la masa, abrazadas por dos perfiles (G_{2}) con unas varillas salientes (I), de tal manera que podamos acoplar las pesas fabricadas para tal efecto (H) y así poder ajustar el peso del conjunto al máximo.

Preferentemente, las mordazas (F_{1}), (F_{2}) son de madera y los perfiles (G_{1}), (G_{2}) que los abrazan son cuadrados, si bien está incluido en el objeto del invento cualesquiera otros materiales para las mordazas (F_{1}), (F_{2}) y/o cualesquiera otras geometrías para la selección de los perfiles (G_{1}), (G_{2}).

Para conseguir que la motorreductora (A) gire a la frecuencia deseada y por tanto del ensayo, se diseña un controlador de software que coordina un sistema de lazo cerrado formado por la motorreductora (A), un variador de frecuencia, y un acelerómetro. El controlador es por tanto capaz de variar la frecuencia de salida de un variador de frecuencia colocado entre la red y la propia motorreductora (A).

Este controlador actúa en función de la lectura del acelerómetro colocado sobre la pala (1) y que informa del momento flector en la raíz de la pala, ya que éste es dependiente tanto de la aceleración como de la frecuencia de la excitación.

Para conocer y controlar qué momento hay a lo largo de la pala (1), se colocan galgas en una serie de secciones de control que previamente calibradas. De estas galgas recogemos datos durante el ensayo, los cuales podemos transformar en momento en cada sección, compararlos con los teóricos y así conocer el perfil al que estamos sometiendo a la pala (1) en cada instante.

Claims (2)

1. Sistema para ensayos de fatiga de componentes de gran alargamiento, caracterizado porque
dispone:

a) un excitador (2) que simula una fuerza variable en el tiempo y en magnitud compuesto por dos mordazas (G) adaptables a cualquier posición a lo largo del espécimen a ensayar (1), una motorreductora (A) capaz de suministrar el par necesario y un péndulo (D) preparado para variar la excitación mediante adición o recolocación de pesas (E) dentro del
mismo.

b) medios (3) para modificar la distribución de masa del espécimen a ensayar, mediante la colocación de mordazas (F) en distintas secciones ajustables en peso debido a la posibilidad de colocar pesas (E) sobre ellas.

c) un controlador del ensayo compuesto por una motorreductora (A), un variador de frecuencia y un acelerómetro que forman un sistema de lazo cerrado coordinados por un programa de software.

d) un sistema de adquisición de datos capaz de comparar la lectura de las galgas en tiempo real.

2. Sistema para ensayos de fatiga de componentes de gran alargamiento, según reivindicación anterior, caracterizado porque el sistema de adquisición de datos dispone de un controlador de software, que relaciona el momento flector aplicado a lo largo de la pala (1) con la lectura de galgas colocadas en las distintas secciones de control, para medición de par torsor.