ES2902989T3

ES2902989T3 - Sistema, conjunto de pruebas y método para pruebas de fatiga de una pala de aerogenerador

Info

Publication number: ES2902989T3
Application number: ES19150096T
Authority: ES
Inventors: Soeren Christiansen
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2019-01-02
Filing date: 2019-01-02
Publication date: 2022-03-30
Anticipated expiration: 2039-01-02
Also published as: US11255744B2; CN111458115A; EP3677891B1; CN111458115B; PT3677891T; DK3677891T3; US20200209100A1; EP3677891A1

Abstract

Un sistema para las pruebas de fatiga de una pala del aerogenerador (10) que comprende: (a) un montaje (20) para la retención de un extremo de la base (11) de la pala del aerogenerador (10), (b) al menos un conjunto de accionadores (30) para la fijación a la pala del aerogenerador (10), el al menos un conjunto de accionadores (30) que comprende al menos un accionador (31) para excitar la pala del aerogenerador (10) en dirección de las solapas (F) y/o en dirección de los bordes (E) y (c) al menos un dispositivo de medición (40) para medir el estrés, la tensión y/o desviación de la pala del aerogenerador (10), caracterizado porque (d) el sistema comprende además al menos un amortiguador líquido ajustado (50) para fijarse a la pala del aerogenerador (10), el amortiguador líquido ajustado (50) que se puede fijar a una parte exterior de la pala del aerogenerador (10) y que comprende un contenedor (51) y un líquido (52) contenido en el mismo.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema, conjunto de pruebas y método para pruebas de fatiga de una pala de aerogenerador

La presente invención está dirigida a un sistema para pruebas de fatiga de una pala de aerogenerador que comprende: (a) un montaje para la retención de un extremo de la base de la pala del aerogenerador, (b) al menos un conjunto de accionadores para la fijación a la pala del aerogenerador, el al menos un conjunto de accionadores que comprende al menos un accionador para excitar la pala del aerogenerador en dirección de las solapas y/o en dirección de los bordes y (c) al menos un dispositivo de medición para medir el estrés, la tensión y/o desviación de la pala del aerogenerador. Además, la presente invención está dirigida a un conjunto de pruebas que comprende el sistema de acuerdo con la invención y la pala del aerogenerador. Asimismo, la presente invención está dirigida a un método para pruebas de fatiga de la pala del aerogenerador con el conjunto de pruebas conforme a la invención.

Las palas de aerogenerador deben ser capaces de convertir de manera eficiente el viento en un movimiento giratorio de las palas del aerogenerador, para que la energía del viento pueda convertirse en un movimiento mecánico rotativo de un rotor al que están sujetas las palas del aerogenerador. Para que las palas del aerogenerador proporcionen una larga vida útil y pueda operarse de manera segura, las palas del aerogenerador deben estar diseñadas adicionalmente de tal manera que sean capaces de soportar las fuerzas de inercia, fuerzas aerodinámicas y fuerzas estructurales durante la operación. Esto se debe a que cada revolución de las palas del aerogenerador somete las palas del aerogenerador a un ciclo de fatiga, con cada uno de estos ciclos de fatiga ocasionando pequeñas cantidades de daño. Estos daños eventualmente una grieta por fatiga u otra falla de las palas del aerogenerador.

Para determinar la vida útil de una pala de aerogenerador, existe una opción de utilizar modelado. Sin embargo, el modelado tiene sus limitaciones, incluyendo inexactitudes entre el modelo y la pala del aerogenerador fabricada y la dificultad de modelar con precisión las condiciones operativas con cargas variables y aleatorias. Además, la normativa habitualmente requiere que un lote de palas de aerogenerador de una serie de producción sea probado en laboratorio antes de que pueda ser instalado. Como resultado, las palas del aerogenerador habitualmente son probadas en laboratorio para determinar que su límite o características de fatiga son adecuadas para una vida útil solicitada.

Habitualmente, las palas del aerogenerador son sometidas a pruebas de fatiga en dirección de las solapas y en dirección de los bordes. La dirección de las solapas es transversal, en particular perpendicular, a un eje longitudinal de la pala del aerogenerador. La dirección de los bordes es transversal, en particular perpendicular, al eje longitudinal de la pala del aerogenerador y transversal, en particular perpendicular, a la dirección de los bordes. Cuando se realizan las pruebas de fatiga en una pala de aerogenerador, la pala del aerogenerador habitualmente se prueba aplicando cargas en la pala del aerogenerador. Las cargas pueden sujetarse a la pala de aerogenerador en varias posiciones a lo largo de la pala del aerogenerador y dispuestas en varias direcciones.

Actualmente, las pruebas de fatiga de las palas de aerogenerador se llevan a cabo en dos pruebas distintas, una prueba en dirección de las solapas y una prueba en dirección de los bordes, por ejemplo. En cada prueba de fatiga, las cargas se sujetan a la pala de aerogenerador en una ubicación específica a lo largo de la pala del aerogenerador para lograr una distribución de fatiga deseada a lo largo de la pala del aerogenerador al momento de excitar la pala del aerogenerador en dirección de las solapas o en dirección de los bordes. Por lo tanto, la configuración para las pruebas en dirección de las solapas o en dirección de los bordes no es la misma. La distribución de fatiga deseada en dirección de las solapas o en dirección de los bordes se establece para llevar a cabo la prueba de fatiga con ciclos de fatiga estando lo más cerca posible a la fatiga experimentada por las palas del aerogenerador cuando se encuentra en operación.

Sin embargo, aún hay un problema en lograr que las distribuciones de fatiga en laboratorio sean lo más cercanas posible a las distribuciones de fatiga reales. Para lograr la distribución de fatiga deseada durante la excitación, habitualmente las cargas se montan a lo largo de la solapa para darle forma a la distribución del momento en las pruebas en dirección de las solapas o bordes. Sin embargo, la colocación deseada de las cargas para las pruebas en dirección de las solapas o bordes no es la misma. Una configuración de la prueba se utiliza para la solapada, mientras que otra configuración de la prueba se utiliza para los bordes. En particular, es importante realizar la prueba de fatiga de la pala del aerogenerador de manera consistente a lo largo de una longitud suficiente de la pala del aerogenerador y hasta un objetivo de fatiga máxima, que se puede establecer mediante regulaciones, por ejemplo. Por estos motivos, no es posible simular los ciclos de fatiga en la prueba en dirección de las solapas y en dirección de los bordes de manera simultánea en una sola prueba mientras aún se proporcionan resultados exactos. La distribución deseada de la fatiga en el caso de una prueba combinada debe establecerse para ambas, en dirección de las solapas y en dirección de los bordes y, por lo tanto, solamente puede ser un compromiso. Por estos motivos, una prueba combinada daría como resultado un exceso de pruebas. Cuando una pala de aerogenerador es examinada en exceso, partes de la pala del aerogenerador son sometidas a la prueba de fatiga por encima de un objetivo de fatiga máxima. En este caso, otras partes de la pala del aerogenerador aún necesitan ser analizadas hasta el objetivo de fatiga máxima. Sin embargo, la pala del aerogenerador solamente puede analizarse en su totalidad, incluso al momento de cambiar la distribución de la fatiga. Por lo tanto, cuando se analizan las partes de la pala del aerogenerador hasta su objetivo de fatiga máxima, las partes analizadas en exceso de la pala del aerogenerador será inevitablemente fatigada aún más por encima de su objetivo de fatiga máxima. Por lo tanto, existe un riesgo de que las partes analizadas en exceso de la pala del aerogenerador se rompan. Esto haría la prueba de fatiga insegura a realizar y n explotable para determinar si la pala del aerogenerador puede o no ser sometida a pruebas de fatiga hasta el objetivo de la fatiga máxima. Sin embargo, llevar a cabo pruebas de fatiga separadas en dirección de las solapas y en dirección de los bordes para evitar este problema requiere mucho tiempo y dinero. No obstante, incluso en pruebas de fatiga separadas en dirección de las solapas y bordes, algunas partes de la pala del aerogenerador serán analizadas en exceso, ya que no es físicamente posible lograr el objetivo de fatiga máxima de todas las partes de la pala del aerogenerador al mismo tiempo. Algunas partes habitualmente alcanzan el objetivo de fatiga máxima rápidamente y algunos objetivos toman más ciclos para alcanzar el objetivo de fatiga máxima. Por lo tanto, existe una necesidad de un sistema de pruebas de pala de aerogenerador que sea menos costoso de operar y requiera menos tiempo de prueba para completarse sin dejar de proporcionar resultados de pruebas de fatiga exactos y pueda prevenir el análisis en exceso en la medida de lo posible.

WO 2009/097049 y WO 2016/060417 A1 divulgan sistemas para las pruebas de fatiga de una pala de aerogenerador conforme al preámbulo de la reivindicación 1.

WO 02/084114 A1, ZHANG Z K ET AL: "Edgewise Vibration control of wind turbine blades using roller and liquid dampers", JOURNAL OF PHYSICS: CONFERENCE SERIES, INSTITUT OF PHYSICS PUBLISHING, BRISTOL, GB, vol. 524, no.

1, 16 junio 2014, página 12037, XP020265711, ISSN: 1742-6596 y WO 99/32789 A1 divulgan el uso de un amortiguador líquido ajustado en una pala de aerogenerador para la operación del mismo.

El problema anterior se resuelve mediante la materia objeto de las reivindicaciones. Por lo tanto, este objeto se resuelve mediante un sistema conforme a la reivindicación independiente 1, un conjunto de pruebas de conformidad con la reivindicación dependiente 5 y un método de conformidad con la reivindicación dependiente 7. Los detalles adicionales de la invención se despliegan de otras reivindicaciones, así como la descripción y los dibujos. Así, las características y detalles descritos en relación con el sistema de la invención aplican en relación con el conjunto de pruebas de la invención y el método de la invención y a la inversa, para que respecto a la divulgación de los aspectos individuales de la invención sean o puedan ser referidos entre sí.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, el problema se resuelve mediante un sistema para pruebas de fatiga de una pala de aerogenerador que comprende: (a) un montaje para la retención de un extremo de la base de la pala del aerogenerador, (b) al menos un conjunto de accionadores para la fijación a la pala del aerogenerador, el al menos un conjunto de accionadores que comprende al menos un accionador para excitar la pala del aerogenerador en dirección de las solapas y/o en dirección de los bordes y (c) al menos un dispositivo de medición para medir el estrés, la tensión y/o desviación de la pala del aerogenerador. El sistema de la invención es caracterizado porque el sistema comprende además al menos un amortiguador líquido ajustado para la sujeción de la pala del aerogenerador, el amortiguador líquido ajustado que se puede sujetar a la parte exterior de la pala del aerogenerador y que comprende un contenedor y un líquido contenido en este.

En particular, el al menos un amortiguador líquido ajustado es un dispositivo para la sujeción a la pala del aerogenerador para reducir la amplitud de las excitaciones mecánicas de la pala del aerogenerador. Especialmente, una frecuencia natural del amortiguador líquido ajustado, en particular del líquido contenido en el contenedor, se ajusta a una frecuencia de resonancia de la pala del aerogenerador por eliminarse. En esta frecuencia de resonancia, la pala del aerogenerador solamente puede llevar a cabo excitaciones pequeñas. En particular, la frecuencia natural del amortiguador líquido es ajustado a una frecuencia de resonancia de la pala del aerogenerador conforme a un movimiento de la pala del aerogenerador en dirección de las solapas o en dirección de los bordes. El amortiguador líquido ajustado utiliza energía de chapoteo del agua para reducir la respuesta dinámica de la pala del aerogenerador cuando la pala del aerogenerador es sometida a excitación. Los amortiguadores líquidos ajustados son rentables, requieren poco mantenimiento y son fáciles de implementar. Además, los amortiguadores líquidos ajustados proporcionan muchos parámetros de ajuste adicionales, tal como una cantidad de líquido contenido, una capacidad volumétrica del contenedor y una viscosidad del líquido contenido, por ejemplo. Por medio del ajuste de al menos uno de los parámetros de ajuste antes mencionados, la frecuencia natural del amortiguador líquido ajustado puede cambiarse. El amortiguador líquido ajustado puede sujetarse a una parte exterior, en particular a un lado superior y/o un lado inferior, de la pala del aerogenerador. El líquido puede comprender, en particular de manera predominante, agua, por ejemplo. De preferencia, el amortiguador líquido ajustado puede sujetarse de manera reversible a la pala del aerogenerador. En particular, se puede utilizar más de un amortiguador líquido ajustado y sujetados de manera espaciada entre sí a la pala del aerogenerador. Si un contenedor de suficiente masa y/o con suficiente líquido contenido en este es proporcionado, el amortiguador líquido ajustado puede utilizarse como una carga para la pala del aerogenerador.

El al menos un amortiguador líquido ajustado hace que sea posible cambiar el comportamiento dinámico de una pala de aerogenerador en dirección de las solapas o en dirección de los bordes de manera independiente. Las correlaciones entre las excitaciones en dirección de las solapas y en dirección de los bordes pueden cancelarse por completo o en gran medida. Por lo tanto, la exactitud de la prueba de fatiga al momento de ejecutar pruebas separadas en dirección de las solapas y en dirección de los bordes puede aumentarse. Además, es posible llevar a cabo una sola prueba de fatiga exacta que analiza la pala del aerogenerador en dirección de las solapas y en dirección de los bordes de manera simultánea. El sistema de la invención, por lo tanto, es menos costoso de operar y el método de las pruebas de fatiga de la invención requiere menos tiempo de prueba para completarse sin dejar de proporcionar resultados exactos de las pruebas de fatiga y previniendo de manera efectiva las pruebas en exceso.

El contenedor del amortiguador líquido ajustado puede contener 10 % a 90 %, en particular 20 % a 80 %, de líquido contenido en el mismo. El contenedor del amortiguador líquido ajustado puede además tener una masa estática sujetada a este. La masa estática también puede sujetarse a la pala del aerogenerador en la proximidad del contenedor, especialmente dentro de una distancia de hasta 1 metro del contenedor. Se ha hallado que la frecuencia natural del amortiguador líquido ajustado puede ajustarse aún más.

El al menos un accionador puede ser cualquier accionador capaz de excitar la pala del aerogenerador. El accionador puede ser un motor, por ejemplo, un motor eléctrico. El conjunto de accionadores puede comprender un marco que puede sujetarse a la pala del aerogenerador. El marco puede ser un yugo. El accionador puede sujetarse al marco. Especialmente, el conjunto de accionadores comprende al menos dos y en particular exactamente dos accionadores. Al menos un accionador del conjunto de accionadores puede disponerse en un lado superior del marco mientras al menos otro accionador del conjunto de accionadores puede disponerse en un lado inferior del marco. El lado superior del marco y el lado inferior del marco en particular corresponden al lado superior y el lado inferior de la pala del aerogenerador, respectivamente. Al menos un accionador del conjunto de accionadores puede disponerse en dirección de las solapas, para que excite la pala del aerogenerador en dirección de las solapas al momento de operarse. Al menos otro accionador del conjunto de accionadores puede disponerse en dirección de los bordes, para que excite la pala del aerogenerador en dirección de los bordes al momento de operarse.

El al menos un dispositivo de medición para medir el estrés, la tensión y/o desviación de la pala del aerogenerador puede ser cualquier dispositivo de medición capaz de medir el estrés, la tensión y/o desviación de la pala del aerogenerador. En particular, al menos uno del al menos un dispositivo de medición puede ser una galga extensiométrica. Varias galgas extensiométricas pueden sujetarse a la pala del aerogenerador. Las galgas extensiométricas pueden sujetarse al lado superior y/o al lado inferior de la pala del aerogenerador. Las galgas extensiométricas pueden sujetarse sustancialmente perpendicular a un eje longitudinal de la pala del aerogenerador. Sustancialmente significa que una desviación de una perpendicularidad exacta de hasta 30° en cada dirección es posible. Las galgas extensiométricas pueden estar conectadas entre sí mediante al menos un cable. En particular, varias galgas extensiométricas están espaciadas entre sí. Las galgas extensiométricas pueden estar conectadas por medio del al menos un cable, por ejemplo, a una unidad de evaluación. La unidad de evaluación puede ser capaz de analizar una distribución de estrés, tensión y/o desviación en la pala del aerogenerador. Al menos uno del al menos un dispositivo de medición puede ser una cámara capaz de capturar desviaciones de la pala del aerogenerador. La cámara puede estar adicional o alternativamente conectada a la unidad de evaluación.

En una realización adicional preferida de la invención, el amortiguador líquido ajustado se dispone para ajustar automáticamente una parte de volumen de líquido en el contenedor. En particular, el contenedor puede estar diseñado para ser expandible y retráctil automáticamente, para que la capacidad volumétrica del contenedor pueda ajustarse. Por lo tanto, la parte de volumen del líquido contenido en el contenedor puede ajustarse sin cambiar la cantidad de líquido en este. Alternativamente, o adicionalmente, el amortiguador líquido ajustado puede estar conectado a un depósito de líquido a través de al menos un medio de conexión, tal como un tubo, por ejemplo. Una bomba puede disponerse con el medio de conexión y bombea líquido dentro y fuera del contenedor de manera automática. Por medio de esta característica, el amortiguador líquido ajustado durante una prueba de fatiga, para cambiar su frecuencia natural y, por lo tanto, la distribución de fatiga en la pala del aerogenerador. Por lo tanto, ya no hay necesidad de pausar una prueba de fatiga o las pausas en la prueba de fatiga pueden reducirse de manera significativa, cuando la distribución de fatiga se deberá ajustar para permitir pruebas uniformes a lo largo de la pala del aerogenerador y prevenir un exceso de pruebas, por ejemplo.

En otra realización preferida de la invención, el contenedor contiene al menos un obstáculo para limitar el movimiento del líquido en el contenedor. El al menos un obstáculo puede ser de cualquier forma deseada, por ejemplo, una forma rectangular o una forma esférica o combinaciones de estas. De preferencia, existen al menos dos obstáculos en el amortiguador líquido ajustado, para que estos se influyan mutuamente y, por tanto, proporcionen una modificación de la frecuencia natural del amortiguador líquido ajustado. Por lo tanto, un parámetro de ajuste adicional se proporciona para el amortiguador líquido ajustado, que puede además ajustarse fácilmente.

En incluso otra realización preferida de la invención, el sistema comprende al menos una carga para sujetarse a la pala del aerogenerador. De preferencia, si hay varias cargas, estas cargas pueden sujetarse a la pala del aerogenerador espaciadas entre sí. En particular, cada una de estas cargas se sujetan a una distancia de 2 % a 30 %, en particular a una distancia de 5 % a 20 % de la longitud de la pala del aerogenerador entre sí. Estas cargas pueden comprender o estar diseñadas como yugos. En particular, la frecuencia de resonancia de estas cargas no es ajustada a una frecuencia de resonancia de la pala del aerogenerador por eliminarse. En cambio, la carga se proporciona para la aplicación de una carga a la pala del aerogenerador para las pruebas de fatiga.

Conforme a un segundo aspecto de la invención, el problema se resuelve mediante un conjunto de pruebas que comprende el sistema conforme al primer aspecto de la invención y la pala del aerogenerador, el extremo de la base de la pala del aerogenerador que se retiene en el montaje y el al menos un conjunto de accionadores y el al menos un amortiguador líquido ajustado que se sujeta a la pala del aerogenerador. Especialmente, el amortiguador líquido ajustado se sujeta a una parte exterior, en particular a un lado superior y/o un lado inferior, de la pala del aerogenerador. De preferencia, el amortiguador líquido ajustado se sujeta de manera reversible a la pala del aerogenerador. En particular, se sujeta más de un amortiguador líquido ajustado y sujetados de manera espaciada entre sí a la pala del aerogenerador.

En una realización preferida de la invención, al menos uno del al menos un amortiguador líquido ajustado se sujeta a la pala del aerogenerador en la mayor anchura de la pala del aerogenerador o en un área que inicia desde la mayor anchura de la pala del aerogenerador hacia el extremo de la punta de la pala del aerogenerador. Se prefiere una sujeción del al menos un amortiguador líquido ajustado (a) sin distancia o dentro de una distancia menor que 20 %, en particular 10 %, de una longitud de la pala del aerogenerador desde un extremo de la punta de la pala del aerogenerador y/o (b) sin distancia o dentro de una distancia menor que 10 %, en particular 5 %, de la longitud de la pala del aerogenerador desde una posición de mayor anchura de la pala del aerogenerador, en la que la pala del aerogenerador tiene su mayor anchura. La longitud de la pala del aerogenerador se mide desde un extremo de la base al extremo de la punta a lo largo del eje longitudinal de la pala del aerogenerador. La longitud de la pala del aerogenerador se entiende como la longitud de la pala del aerogenerador analizada. Por ejemplo, el extremo de la punta de la pala del aerogenerador actual puede cortarse para las pruebas de fatiga. En tal caso, la longitud de la pala del aerogenerador es la longitud de la pala del aerogenerador realmente analizada y no la pala del aerogenerador inicial. Se ha hallado que al sujetar el amortiguador líquido ajustado cerca o en el extremo de la punta, el extremo de la base y/o la posición de mayor anchura, es posible cancelar las correlaciones entre las excitaciones en dirección de las solapas y en dirección de los bordes muy suficientemente.

Conforme a un tercer aspecto de la invención, el problema se resuelve mediante un método para las pruebas de fatiga de la pala del aerogenerador con el conjunto de pruebas conforme al segundo aspecto de la invención que comprende el paso de ejecutar un ciclo de prueba, el ciclo de prueba que comprende los pasos de: (a) excitar la pala del aerogenerador en dirección de las solapas y/o en dirección de los bordes por medio de la operación del al menos un accionador del al menos un conjunto de accionadores, (b) medir el estrés, la tensión y/o desviación de la pala del aerogenerador por medio del al menos un dispositivo de medición y (c) analizar una distribución de estrés, tensión y/o desviación dentro de la pala del aerogenerador por medio de una unidad de evaluación conectada a uno del al menos un dispositivo de medición. De preferencia, varios ciclos de prueba son ejecutados de manera consecutiva con pausas entre ellos. En estas pausas, la distribución de fatiga a lo largo de la pala del aerogenerador puede entonces ajustarse al reposicionar las cargas sujetadas a la pala del aerogenerador, por ejemplo.

En una realización preferida de la invención, la pala del aerogenerador se excita en dirección de las solapas y en dirección de los bordes de manera simultánea. Por lo tanto, el tiempo de prueba de la prueba de fatiga mejora significativamente.

En una realización adicional preferida de la invención, después de ejecutar al menos un ciclo de prueba y/o durante una ejecución del al menos un ciclo de prueba, al menos un parámetro de ajuste de al menos uno del al menos un amortiguador líquido ajustado se ajusta. En particular, el al menos un parámetro de ajuste puede ajustarse durante una pausa entre ciclos de prueba consecutivos. Por lo tanto, se proporciona un método de prueba muy eficaz en términos de tiempo, ya que el parámetro de ajuste del amortiguador líquido ajustado puede ajustarse con rapidez, especialmente mucho más rápido que cambiar las posiciones de las cargas sujetadas a la pala del aerogenerador. El al menos un parámetro de ajuste también puede ajustarse de manera conveniente durante una ejecución de un ciclo de prueba. Por ejemplo, esto es posible cuando el amortiguador líquido ajustado puede automáticamente ajustar una parte de volumen de líquido contenido en el contenedor. Por lo tanto, se proporciona un método de prueba que es aún más eficaz en términos de tiempo, ya que no es necesario pausar un ciclo de prueba para ajustar la distribución de fatiga a lo largo de la pala del aerogenerador.

En incluso otra realización preferida de la invención, el al menos un parámetro de ajuste ajustado del amortiguador líquido ajustado es uno de: una posición de fijación del contenedor en la pala del aerogenerador, una dimensión del contenedor, una forma del contenedor, una orientación del contenedor, una capacidad volumétrica del contenedor, una viscosidad del líquido y una cantidad o una forma de obstáculo en el líquido. La orientación del contenedor en particular es una orientación en dirección de las solapas o en dirección de los bordes. Los distintos parámetros de ajuste permiten una amplia variedad de capacidades de ajuste preciso del amortiguador líquido ajustado.

Las ventajas, características y detalles adicionales de la invención se despliegan a partir de la descripción, en la que en referencia a la Fig. 1 a 4 se describen las realizaciones de la presente invención en detalle. En los dibujos, se muestra esquemáticamente:

la Fig. 1 una vista en perspectiva lateral en una primera realización de un conjunto de pruebas conforme a la invención,

la Fig. 2 una vista en perspectiva lateral en una segunda realización de un conjunto de pruebas conforme a la invención,

la Fig. 3a una gráfica de los resultados de desviación en dirección de las solapas de las primeras pruebas de fatiga con distintos amortiguadores líquidos ajustados,

la Fig. 3b realizada en el conjunto de pruebas de la Fig. 2, una gráfica de los resultados de desviación en dirección de los bordes de las primeras pruebas de fatiga,

la Fig. 4a una gráfica de los resultados de desviación en dirección de las solapas de las segundas pruebas de fatiga con distintos amortiguadores líquidos ajustados,

la Fig. 4b realizada en el conjunto de pruebas de la Fig. 2 y una gráfica de los resultados de desviación en dirección de los bordes de las segundas pruebas de fatiga.

Los mismos objetos en la Fig. 1 a 4 son denominados con el mismo número de referencia. Si hay más de un objeto del mismo tipo en una de las figuras, los objetos están numerados en orden ascendente con el número ascendente del objeto que está separado de su número de referencia mediante un punto.

La Fig. 1 muestra una realización del conjunto de pruebas conforme a una primera realización de un conjunto de pruebas conforme a la invención. El conjunto de pruebas comprende una pala de aerogenerador 10, de la cual el extremo de la punta 12 se muestra, pero parte de la pala del aerogenerador 10 cerca de un extremo de la base 11, así como un montaje 20, en el que el extremo de la base 11 se retiene, no se muestran en esta figura. El conjunto de pruebas se monta en el montaje 20 para que esté colgando.

Cuatro cargas 60.1,60.2, 60.3, 60.4 se sujetan a la pala del aerogenerador 10 espaciadas entre sí. Las cargas 60.1,60.2, 60.3, 60.4 están diseñadas como yugos en esta realización. En particular, cada uno de los yugos comprende cuatro barras fijadas una a la otra para formar una figura rectangular. Dos placas de sujeción están dispuestas entre las cuatro barras. Las placas de sujeción se encuentran en uno de sus lados diseñados de manera correspondiente a la figura de la pala del aerogenerador 10 en la posición de la sujeción de los yugos a la pala del aerogenerador 10. Las cargas 60.1, 60.2, 60.3, 60.4 rodean en su totalidad la pala del aerogenerador 10.

En esta realización particular, un conjunto de accionadores 30 está combinado con la carga 60.1. La carga 60.1 es un marco del conjunto de accionadores 30 con un accionador 31 en la forma de un motor eléctrico que se dispone en un lado superior de la carga 60.1 y sustancialmente perpendicular a un eje longitudinal A de la pala del aerogenerador 10 (mostrada en la Fig. 2). El accionador 30 puede ser alternativamente un accionamiento hidráulico y/o un conjunto de pistones o un conjunto de varillas de empuje que excitan la pala del aerogenerador. El conjunto de varillas de empuje puede disponerse en un suelo. La operación detallada del conjunto de accionadores 30 se explicará después respecto a la Fig. 2.

Varios dispositivos de medición 40, de los cuales se denominan los dispositivos de medición 40.1, 40.2, 40.3 y 40.4, son dispuestos en un lado superior de la pala del aerogenerador 10. Los dispositivos de medición 40 están sustancialmente perpendiculares al eje longitudinal A de la pala del aerogenerador 10 y espaciados entre sí a lo largo de la pala del aerogenerador 10 en una dirección del eje longitudinal A. Los distintos dispositivos de medición 40 están conectados entre sí por medio de un cable 41. El cable 41 puede estar conectado a una unidad de evaluación, la cual no se muestra.

Cerca del extremo de la punta 12 de la pala del aerogenerador 10, se fija un amortiguador líquido ajustado 50 al lado superior de la pala del aerogenerador 10. Una frecuencia natural del amortiguador líquido ajustado 50 es ajustada a una frecuencia de resonancia en dirección de los bordes de la pala del aerogenerador 10 por eliminarse. Por ejemplo, un parámetro de ajuste de una orientación del amortiguador líquido ajustado 50 se ajusta. Es decir, el amortiguador líquido ajustado 50 se sujeta a la pala del aerogenerador 10 en una dirección perpendicular al eje longitudinal A de la pala del aerogenerador 10. Por lo tanto, el amortiguador líquido ajustado 50 reduce las excitaciones en dirección de los bordes cuando la pala del aerogenerador 10 se excita en dirección de las solapas.

La Fig. 2 muestra una realización del conjunto de pruebas conforme a una segunda realización de un conjunto de pruebas conforme a la invención. Este conjunto de pruebas con una pala de aerogenerador relativamente corta de 10 a 5 metros de longitud se han utilizado para evaluar parámetros de ajuste del amortiguador líquido ajustado 50. Exclusivamente para fines ilustrativos, los dispositivos de medición 40 y cable 41 se han omitido en la fig. 2.

El extremo de la base 11 de la pala del aerogenerador 10 que se retiene en el montaje 20 se muestra en la Fig. 2. Además, se muestra el eje longitudinal A de la pala del aerogenerador 10. Asimismo, se muestra la dirección de las solapas F.1, F.2 y dirección de los bordes E.1, E.2 de la pala del aerogenerador 10, en la que se mueve la pala del aerogenerador 10, cuando el conjunto de accionadores 30 con ambos de sus accionadores 31.1, 31.2 son operados. El accionador 31.1 es dispuesto en dirección de los bordes E.1, E.2 y el accionador 31.2 se dispone en dirección de las solapas F.1, F.2. Por lo tanto, al momento de operar el accionador 31.1, la pala del aerogenerador 10 se mueve en dirección de los bordes E.1, E. 2. Al momento de operar el accionador 31.2, la pala del aerogenerador 10 se mueve en dirección de las solapas F.1, F. 2.

Un amortiguador líquido ajustado 50 se dispone en el extremo de la punta 12 de la pala del aerogenerador 10. El amortiguador de masa líquido ajustado 50 comprende un contenedor 51 y un líquido 52 contenido en este. Se ha utilizado agua como el líquido 52 en esta realización particular. La parte de volumen del líquido 52 dentro del amortiguador de masa líquido 50 es 66 % en esta realización particular.

La Fig. 3a y Fig. 3b muestran gráficas de los resultados en dirección de la solapa y en dirección de los bordes de las primeras pruebas de fatiga con distintos amortiguadores líquidos ajustados 50 sujetados a la pala del aerogenerador 10 y realizadas en el conjunto de pruebas de la Fig. 2. El factor de carga de la solapa y el factor de carga del borde en los ejes de ordenadas son cargas normalizadas medidas en longitudes de la pala del aerogenerador específicas en metros en los ejes de abscisas. El factor de carga normalizado de “1” se refiere a una prueba de fatiga, donde no se ha sujetado un amortiguador líquido ajustado 50 a la pala del aerogenerador 10. El factor de carga de la solapa se refiere a una carga en dirección de las solapas F.1, F.2 y el factor de carga del borde se refiere a una carga en dirección de los bordes E.1, E.2. Los dispositivos de medición 40 se han sujetado a la pala del aerogenerador 10 del conjunto de pruebas en las longitudes de la pala del aerogenerador de 1 a 5 metros. Así, los valores en los ejes de abscisas se encuentran en el intervalo de 1 a 5.

El objetivo de las pruebas de fatiga fue determinar hasta dónde es posible aumentar las cargas en dirección de las solapas sin aumentar las cargas en dirección de los bordes utilizando distintos tipos de amortiguadores líquidos ajustados 50 y masas estáticas, al momento de operar los accionadores 31.1, 31.2 de manera simultánea para excitar la pala del aerogenerador 10 en dirección de los bordes y en dirección de las solapas. Al aumentar las cargas en dirección de las solapas sin aumentar las cargas en dirección de los bordes, la distribución de fatiga a lo largo de la pala del aerogenerador 10 cambia para que la pala del aerogenerador 10 se analice principalmente para las cargas en dirección de las solapas.

La línea discontinua A se refiere a una configuración de la prueba de fatiga A, donde un contenedor 51 con una parte de volumen al 66 % del líquido 52 contenido en este y una masa estática de relativamente poco peso se han posicionado cerca del extremo de la punta 12 de la pala del aerogenerador 10 de la Fig. 2. Para ser exactos, el líquido 52 era agua. La capacidad volumétrica del amortiguador líquido ajustado 51 fue de 0.5 litros. El peso de la masa estática fue 0.15 kg.

La línea punteada B se refiere a una configuración de la prueba de fatiga B, donde un contenedor 51 con una parte de volumen al 33% del líquido 52 contenido en este se ha posicionado cerca del extremo de la punta 12 de la pala del aerogenerador 10 de la Fig. 2. Para ser exactos, el líquido 52 era agua. La capacidad volumétrica del amortiguador líquido ajustado 51 fue de 0.5 litros.

La línea continua C se refiere a una configuración de la prueba de fatiga C, donde solamente una masa estática de relativamente poco peso se ha posicionado cerca del extremo de la punta 12 de la pala del aerogenerador 10 de la Fig. 2. El peso de la masa estática fue 0.15 kg.

Como se desprende de los resultados de la prueba de fatiga en la Fig. 3a, el factor de carga de la solapa no fue influenciado por cualquiera de las configuraciones A, B o C en las longitudes de la pala del aerogenerador de 1 a 4 metros. Sin embargo, el factor de carga de la solapa fue influenciado por las distintas configuraciones A, B y C en las longitudes de la pala del aerogenerador de 4 a 5 metros. El factor de carga de la solapa para cada una de las configuraciones A, B y C sigue una tendencia lineal hacia factores de carga de la solapa más altos para longitudes de la pala del aerogenerador en el intervalo de 4 a 5 metros de la longitud de la pala del aerogenerador. En particular, la configuración C muestra el factor de carga de la solapa más bajo en cualquiera de las longitudes de la pala del aerogenerador en el intervalo de 4 a 5 metros y la mayor inclinación en la tendencia lineal. La configuración B muestra una tendencia lineal mayor que, pero cerca de aquella de la configuración C. La configuración A, sin embargo, tiene la mayor inclinación de la tendencia lineal y los mayores factores de carga de la solapa en cualquiera de las longitudes de la pala del aerogenerador en el intervalo de 4 a 5 metros. Por lo tanto, las cargas en dirección de las solapas han aumentado en la configuración A principalmente, seguido de la configuración B y configuración C.

Como se desprende de los resultados de la prueba de fatiga en la Fig. 3b, el factor de carga del borde no fue influenciado por las distintas configuraciones A, B y C a lo largo de la totalidad de la longitud de la pala del aerogenerador medida. La configuración A muestra la mayor disminución en el factor de carga del borde y las configuraciones B y C que muestran factores de carga del borde más altos a lo largo de la totalidad de la pala del aerogenerador en comparación con la configuración A. Solamente la configuración C muestra un aumento en el factor de carga del borde cerca de una longitud del aerogenerador de 5 metros.

En conclusión, los factores de carga de la solapa y los factores de carga del borde han estado menos influenciados por las configuraciones B y C que por la configuración A. El aumento en la carga de la solapa en las configuraciones B y C se refiere en gran parte al peso añadido en el extremo de la punta 12 de la pala del aerogenerador 10. Sin embargo, los factores de carga del borde apenas han sido influenciados en comparación con los factores de carga del borde medidos con la configuración A. Solamente en la configuración A, la frecuencia natural del amortiguador líquido ajustado 50 se ajustó a una frecuencia de resonancia de la pala del aerogenerador 10 que corresponde a la dirección de los bordes y, por lo tanto, se ha eliminado en gran medida. La configuración C, que es básicamente la configuración A sin el amortiguador líquido ajustado 50 de la configuración A, no ha eliminado estas frecuencias a lo largo de la totalidad de la pala del aerogenerador 10 especialmente no con tanta eficiencia a lo realizado en la configuración A, pero aumentó el factor de carga del borde en el extremo de la punta 12 de la pala del aerogenerador 10 contrario al objetivo de la prueba de fatiga. Por lo tanto, se ha mostrado, que el amortiguador líquido ajustado 50 en el extremo de la punta 12 de la pala del aerogenerador 10 puede aumentar las cargas en dirección de las solapas mientras disminuye las cargas en dirección de los bordes.

Una segunda prueba de fatiga se ha llevado a cabo en el conjunto de pruebas de la Fig. 2, en la que las configuraciones de un amortiguador líquido ajustado y masa estática fijada al extremo de la punta 12 de la pala del aerogenerador 10 y la amplitud de la operación de los accionadores 31.1, 31.2 han cambiado. Los resultados de esta prueba de fatiga se presentan en la Fig. 4a y Fig. 4b de la misma manera que para la Fig. 3a y Fig. 3b.

La línea discontinua D se refiere a una configuración de la prueba de fatiga D, donde un contenedor 51 con una parte de volumen al 33% del líquido 52 contenido en este y una masa estática de relativamente mayor peso en comparación con la masa estática de la primera prueba de fatiga se han posicionado cerca del extremo de la punta 12 de la pala del aerogenerador 10 de la Fig. 2. Para ser exactos, el líquido 52 era agua. La capacidad volumétrica del amortiguador líquido ajustado 51 fue de 0.5 litros. El peso de la masa estática fue 0.45 kg.

La línea punteada E se refiere a una configuración de la prueba de fatiga E, donde solamente la masa estática de la configuración D se ha posicionado cerca del extremo de la punta 12 de la pala del aerogenerador 10 de la Fig. 2. Por lo que el peso de la masa estática fue 0.45 kg. Así, las configuraciones D y E solamente difieren en la sujeción del amortiguador líquido ajustado 50 a la pala del aerogenerador 10 en la configuración D.

Como se desprende de los resultados de la prueba de fatiga presentados en la Fig. 4a y Fig. 4b, la configuración D ha logrado factores de carga de la solapa más altos en longitud de la pala del aerogenerador en el intervalo de 4 a 5 metros. Los factores de carga del borde no han disminuido debido a la masa estática más pesada en comparación con la primera prueba de fatiga. Sin embargo, los factores de carga del borde de la configuración D son menores que los factores de carga del borde de la configuración E a través de la totalidad de la pala del aerogenerador 10. Por lo tanto, se puede deducir que el amortiguador líquido ajustado 50 puede aumentar las cargas en dirección de las solapas mientras disminuye las cargas en dirección de los bordes para distintas amplitudes de los accionadores 31.1, 31.2.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para las pruebas de fatiga de una pala del aerogenerador (10) que comprende:

(a) un montaje (20) para la retención de un extremo de la base (11) de la pala del aerogenerador (10), (b) al menos un conjunto de accionadores (30) para la fijación a la pala del aerogenerador (10), el al menos un conjunto de accionadores (30) que comprende al menos un accionador (31) para excitar la pala del aerogenerador (10) en dirección de las solapas (F) y/o en dirección de los bordes (E) y (c) al menos un dispositivo de medición (40) para medir el estrés, la tensión y/o desviación de la pala del aerogenerador (10), caracterizado porque (d) el sistema comprende además al menos un amortiguador líquido ajustado (50) para fijarse a la pala del aerogenerador (10), el amortiguador líquido ajustado (50) que se puede fijar a una parte exterior de la pala del aerogenerador (10) y que comprende un contenedor (51) y un líquido (52) contenido en el mismo.

2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el amortiguador líquido ajustado (50) se dispone para ajustar automáticamente una parte de volumen de líquido (52) en el contenedor (51).

3. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el contenedor (51) contiene al menos un obstáculo para limitar el movimiento del líquido (52) en el contenedor (51).

4. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el sistema comprende al menos una carga (60) para fijarse a la pala del aerogenerador (10).

5. El conjunto de pruebas que comprende el sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 y la pala del aerogenerador (10), el extremo de la base (11) de la pala del aerogenerador (10) que se retiene en el montaje (20) y el al menos un conjunto de accionadores (30) y el al menos un amortiguador líquido ajustado (50) que se sujeta a la pala del aerogenerador (10).

6. El conjunto de pruebas de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque al menos uno del al menos un amortiguador líquido ajustado (50) se sujeta a la pala del aerogenerador (10) en la mayor anchura de la pala del aerogenerador (10) o en un área que inicia desde la mayor anchura de la pala del aerogenerador (10) hacia el extremo de la punta (12) de la pala del aerogenerador (10).

7. El método para pruebas de fatiga de la pala del aerogenerador (10) con el conjunto de pruebas de cualquiera de las reivindicaciones 5 o 6 que comprende el paso de ejecutar un ciclo de prueba, el ciclo de prueba que comprende los pasos de:

(a) excitar la pala del aerogenerador (10) en dirección de las solapas y/o en dirección de los bordes por medio de la operación del al menos un accionador (31) del al menos un conjunto de accionadores (30), (b) medir el estrés, la tensión y/o desviación de la pala del aerogenerador (10) por medio del al menos un dispositivo de medición (40) y (c) analizar una distribución de estrés, tensión y/o desviación en la pala del aerogenerador (10) por medio de una unidad de evaluación conectada a uno del al menos un dispositivo de medición (40).

8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la pala del aerogenerador (10) se excita en dirección de las solapas y en dirección de los bordes de manera simultánea.

9. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8, caracterizado porque después de ejecutar al menos un ciclo de prueba y/o durante una ejecución del al menos un ciclo de prueba, al menos un parámetro de ajuste de al menos uno del al menos un amortiguador líquido ajustado (50) se ajusta.

10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el al menos un parámetro de ajuste ajustado del amortiguador líquido ajustado (50) es uno de: una posición de fijación del contenedor (51) en la pala del aerogenerador (10), una dimensión del contenedor (51), una forma del contenedor (51), una orientación del contenedor (51), una capacidad volumétrica del contenedor (51), una viscosidad del líquido (52) y una cantidad o una forma de obstáculo en el líquido (52).