ES2937739T3

ES2937739T3 - Prueba de fatiga de palas de rotor

Info

Publication number: ES2937739T3
Application number: ES19202321T
Authority: ES
Inventors: Soeren Christiansen
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2019-10-09
Filing date: 2019-10-09
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2039-10-09
Also published as: CN112649182B; CN112649182A; US20210108619A1; EP3805724B1; EP3805724A1; US11754053B2; DK3805724T3

Abstract

Se describe un método de prueba de fatiga de una pala de rotor de turbina eólica (103), el método comprende: operar un actuador (105) unido a la pala de rotor (13), moviendo así una masa (107) conectada al actuador (105)) de manera recíproca. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Prueba de fatiga de palas de rotor

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método de prueba de fatiga de una pala de rotor de turbina eólica y, además, se refiere a una disposición para prueba de fatiga de una pala de rotor de turbina eólica.

Antecedentes de la técnica

En las pruebas de fatiga de palas de turbinas eólicas, se prueba la estabilidad de los componentes mecánicos de una pala de rotor de turbina eólica durante la aplicación de carga sostenida o repetitiva. Por lo tanto, para la prueba de fatiga de palas de turbinas eólicas, convencionalmente, se usa un excitador basado en tierra que está suspendido entre la pala de rotor y el suelo. El excitador tiene una parte móvil que, por ejemplo, puede moverse hacia arriba y hacia abajo con una longitud de carrera determinada. La parte móvil está conectada de algún modo a la pala, de manera que la pala de rotor se mueve cuando el excitador mueve la parte móvil. Por lo tanto, la longitud de carrera de la pala, es decir, la distancia que se mueve la pala debido al movimiento de la parte móvil es igual a la longitud de carrera del excitador. En diferentes pruebas de fatiga, se pueden desear diferentes longitudes de carrera de pala.

El documento EP 2741 069 divulga un sistema de banco de pruebas de excitación por resorte basado en tierra, en el que el excitador se coloca en el suelo y la pala de rotor se excita mediante un cable de conexión procedente del excitador.

Un problema del método convencional es que la mayoría de los accionadores son más eficientes a una determinada longitud de carrera que, por ejemplo, se aplica a motores hidráulicos y eléctricos. Los sistemas hidráulicos, por ejemplo, están diseñados para bombear una cierta cantidad de aceite a la que se relaciona una longitud de carrera asociada. Los motores eléctricos son más eficientes a una determinada velocidad de rotación que puede traducirse en una longitud de carrera a una determinada frecuencia y radio del árbol. Para optimizar las pruebas de fatiga de la pala, se desean carreras de pala más pequeñas en la ubicación del excitador, lo que significa que el radio del árbol del motor tiene que ser extremadamente pequeño. Por lo tanto, convencionalmente, se ha utilizado un engranaje que puede manejar inversiones o el problema puede resolverse separando la longitud de carrera del excitador de la longitud de carrera de la pala. Sin embargo, el excitador tiene un precio relativamente alto. Además, el excitador basado en tierra convencional utiliza una varilla de empuje entre el excitador y la pala. Esta varilla de empuje puede tener una longitud considerable, tal como por lo menos 12 m, y debe estar configurada para soportar y transferir grandes fuerzas. Además, una caja de engranajes y motores también son piezas caras.

Convencionalmente, se han utilizado un motor, una caja de engranajes y una varilla de empuje para las pruebas de fatiga de las palas de las turbinas eólicas. Por lo tanto, a menudo se han aceptado inversiones de la caja engranajes que, sin embargo, implican cargas elevadas y desgaste de la caja de engranajes, que hace que se deteriore después de un período de tiempo de funcionamiento relativamente corto. Además, convencionalmente, el excitador basado en tierra ha sido diseñado para pequeñas fuerzas a alta velocidad y, por lo tanto, el excitador tenía que colocarse relativamente cerca del extremo de la punta de la pala. Colocar el excitador relativamente lejos de la pala, es decir, relativamente cerca de la punta de la pala, puede haber causado un resultado de prueba menos óptimo. Diseñar la prueba de fatiga de la pala de tal manera que el excitador más cercano a la raíz excite movimientos alternativos u oscilaciones de la pala aprobaría significativamente el resultado de la prueba, pero requeriría un excitador más costoso, porque las fuerzas requeridas para excitar la pala a una amplitud exponencialmente menor serían exponencialmente más grandes.

Sistemas de prueba del estado de la técnica se conocen a partir de los documentos CN 105 466 672 A, KR 2015 0119990 A, EP 2741 068 A1, y WO 2015/126203 A2.

Por lo tanto, puede existir la necesidad de un método de prueba de fatiga de una pala de rotor de turbina eólica y además puede existir la necesidad de una disposición correspondiente para la prueba de fatiga de una pala de rotor de turbina eólica que supere al menos parcialmente los problemas antes mencionados. La necesidad puede solucionarse mediante el objeto de las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes especifican realizaciones particulares de la presente invención.

Sumario de la invención

Esta necesidad puede satisfacerse mediante el objeto según las reivindicaciones independientes. Realizaciones ventajosas de la presente invención se describen mediante las reivindicaciones dependientes.

Según una realización de la presente invención, se proporciona un método de prueba de fatiga de una pala de rotor de turbina eólica (en particular, desmontada del rotor o buje de la turbina eólica) según la reivindicación 1.

El método puede ser adecuado para probar palas de rotor de turbinas eólicas que tengan una longitud entre, por ejemplo, 10 m y 100 m. La prueba de fatiga puede evaluar la estabilidad mecánica de varias partes de la pala de rotor de la turbina eólica. Por lo tanto, el método de prueba de fatiga puede simular, o al menos aproximar, las cargas que se producen durante el funcionamiento normal de la turbina eólica, que involucran fuerzas que actúan sobre la pala de rotor por el viento.

El accionador puede comprender, por ejemplo, un sistema hidráulico y/o un motor, en particular, un motor eléctrico. El accionador puede unirse a cualquier ubicación o posición de la pala de rotor a lo largo de una dirección longitudinal. Por ejemplo, el accionador puede estar unido, por ejemplo, relativamente cerca de una raíz, en una parte media o relativamente cerca de la punta de la pala de rotor. Dependiendo de la posición a lo largo del eje longitudinal de la pala de rotor, se puede seleccionar apropiadamente una potencia de carrera del accionador o la velocidad de rotación o el par del accionador y/o el valor de la masa, para permitir la generación de una fuerza adecuadamente alta para excitar o provocar un movimiento, en particular, un movimiento oscilante de la pala de rotor. Dependiendo de la aplicación, el método de prueba de fatiga puede realizarse de modo que el accionador pueda colocarse sucesivamente en diferentes posiciones a lo largo de la dirección longitudinal, por ejemplo, para probar diferentes partes de la pala de rotor de la turbina eólica o evaluar la integridad o la calidad en diferentes partes de la pala de rotor de la turbina eólica. Durante la prueba de fatiga, el accionador unido a la pala puede moverse sincrónicamente con la pala. Por lo tanto, el accionador no es un accionador basado en tierra que, como se sabe convencionalmente, está en una posición estacionaria mientras la pala está excitada para realizar movimientos oscilantes. Cuando el accionador es, por ejemplo, un motor (eléctrico), un chasis o carcasa que comprende una porción de estator del motor puede unirse a la pala de rotor, mientras que se permite que el rotor gire con respecto a la porción de estator. En este caso, la rotación del rotor del motor no se ve obstaculizada por la unión del accionador a la pala de rotor. El accionador se puede acoplar a la pala usando cualesquiera medios de montaje, tal como un armazón, una abrazadera, pernos, etc.

La masa puede ser una estructura compacta, por ejemplo, metálica, que, según la invención reivindicada, cuelga del accionador y también de la pala de la turbina eólica. La masa está conectada al accionador (por ejemplo, conectada a un rotor de un motor como ejemplo de un accionador) mediante un material flexible, es decir, una cuerda, un alambre, una banda, una cadena o una combinación de los mismos. Cuando se hace que la masa se mueva de manera alternativa, se excitará un movimiento alternativo correspondiente de la pala, en particular, implicando oscilaciones de la pala de rotor. El método no requiere necesariamente ninguna caja de engranajes, pero opcionalmente puede comprender una caja de engranajes. Por lo tanto, las inversiones de la caja de engranajes pueden evitarse mediante el método. Además, se puede ajustar una fuerza de excitación alta seleccionando apropiadamente el valor de la masa y el valor de la fuerza de excitación del accionador, en particular, implicando el ajuste del par y/o la velocidad de rotación de un motor o similar. Por lo tanto, también se puede realizar una prueba de fatiga relativamente cerca de la raíz de la pala del rotor que requiere fuerzas de excitación relativamente altas. Por lo tanto, también se pueden mejorar los resultados de las pruebas de fatiga. Además, el método requiere un equipo relativamente simple y rentable.

Según una realización de la presente invención, operar el accionador hace que la masa se mueva hacia arriba y hacia abajo y/o se mueva de lado a lado. Cuando se hace que la masa se mueva hacia arriba y hacia abajo de manera alternativa u oscilante, por ejemplo, pueden provocarse oscilaciones de aleta de la pala de rotor cuando el accionador está fijado, por ejemplo, en un lado de succión o en un lado de presión de la pala de la turbina eólica y el lado de presión o el lado de succión está orientado de manera sustancialmente horizontal. Cuando se hace que la masa se mueva una al lado de la otra de manera alternativa, por ejemplo, pueden provocarse oscilaciones de borde de la pala de rotor. Por lo tanto, se proporciona una gran flexibilidad para realizar pruebas de fatiga de diseño diferente de una pala de rotor de una turbina eólica.

Según una realización de la presente invención, el movimiento de la masa provoca la excitación de una oscilación de aleta y/o una oscilación de borde de la pala. En particular, mediante el ajuste apropiado de la operación del accionador, se puede excitar cualquier frecuencia propia de cualquier modo de oscilación de la pala de rotor. Además, se puede aplicar cualquier combinación de diferentes modos de excitación para excitar cualquier combinación deseada de oscilaciones de palas de rotor. Por lo tanto, los métodos de prueba de fatiga convencionales pueden ser compatibles.

Según la invención reivindicada, la masa está conectada al accionador a través de un material de sujeción flexible que se tensa por el peso gravitatorio de la masa colgante. El material de sujeción flexible puede ser la estructura que conecta la masa al accionador, por ejemplo, en particular, un rotor de un motor como un ejemplo de un accionador. El material de sujeción flexible puede enrollarse y desenrollarse alrededor de una barra o un tubo o un árbol. De este modo, se permite convertir un movimiento de rotación, por ejemplo, de una parte giratoria del accionador (por ejemplo, un rotor de un motor) en un movimiento lineal que luego se transfiere a la masa. Cuando la masa cuelga del accionador por el peso gravitatorio, el material de sujeción flexible puede enderezarse. Así, en particular, este método de prueba de fatiga no requiere una varilla de empuje costosa como se requería en los métodos convencionales.

El material de sujeción flexible se implementa como una cadena, un alambre o una cuerda que es un equipo disponible convencionalmente y que es rentable.

Según una realización de la presente invención, el accionador está configurado para generar un par de movimiento alternativo en una parte giratoria para efectuar un movimiento giratorio alternativo de la parte giratoria. El accionador puede implementarse, por ejemplo, incluyendo un sistema hidráulico que puede configurarse para generar un par o puede implementarse, por ejemplo, como un motor, en particular, un motor eléctrico. Estas implementaciones comprenden una parte giratoria en la que se aplica un par para efectuar el movimiento giratorio alternativo de la parte giratoria. De ese modo, se proporciona una implementación sencilla del accionador.

Según una realización de la presente invención, el accionador acciona un equipo de conversión para convertir un movimiento giratorio alternativo de una pieza giratoria en un movimiento lineal alternativo de la masa. El equipo de conversión se puede realizar, por ejemplo, mediante el material de sujeción flexible que se enrolla y desenrolla alrededor de una porción del rotor o una varilla del árbol conectada al mismo. En otra realización, el equipo de conversión se puede realizar, por ejemplo, mediante un cigüeñal y una biela correspondiente, como se usa en un motor de combustión de un automóvil.

Según una realización de la presente invención, el accionador comprende un motor eléctrico, en particular, un motor de CA, que tiene un rotor, en el que la masa está conectada a una cuerda y/o cadena y/o banda y/o correa y/o alambre flexibles conectado al rotor, en el que una porción de estator del motor está unida a la pala. El motor de CA puede ser, por ejemplo, una máquina eléctrica síncrona que tenga imanes permanentes o que tenga electroimanes. El motor de CA puede controlarse con respecto a su velocidad de rotación mediante un circuito controlador particular, por ejemplo, que implica un convertidor capaz de proporcionar corrientes de CA de frecuencia deseada. El convertidor de frecuencia puede controlarse por velocidad o, preferiblemente, por par.

El uso de la cuerda y/o cadena y/o banda y/o correa y/o alambre flexibles (ejemplos del material de sujeción flexible) junto con el rotor o una barra conectada al rotor permite convertir el movimiento de rotación en un movimiento lineal. De este modo, se puede generar fácilmente un movimiento lineal alternativo de la masa haciendo funcionar el motor eléctrico.

Según una realización de la presente invención, durante el funcionamiento del motor, la cuerda se enrolla alternativamente, al menos parcialmente, alrededor de una barra comprendida o conectada al rotor del motor y al menos parcialmente se desenrolla de la barra. Cuando la cuerda (o, en general, el material de sujeción flexible) se enrolla parcialmente alrededor de la barra, la distancia entre el accionador y la masa puede disminuir, lo que implica levantar la masa hacia arriba. Cuando la cuerda o, en general, el material de sujeción flexible se desenrolla parcialmente de la barra, la distancia entre el accionador y la masa puede aumentar, lo que implica bajar la masa (en el campo gravitatorio de la tierra). De este modo, el movimiento lineal se consigue de manera sencilla a partir del movimiento de rotación del rotor del motor eléctrico.

Según una realización de la presente invención, en el rotor del motor está conectado un volante de inercia y/o en el rotor del motor está conectado un extremo de un resorte (por ejemplo, de torsión), donde otro extremo del resorte está conectado a la pala.

Un volante de inercia puede comprender una estructura o material rotacionalmente simétrico que está conectado al rotor de manera que el eje de simetría rotacional del volante de inercia esté alineado o coincida con el eje del rotor. Cuando el volante de inercia está girando (junto con el rotor del motor), el volante de inercia puede almacenar una energía de rotación considerable. De ese modo, la acción del motor puede estar soportada o complementada. De manera similar, el resorte se puede torcer cuando el rotor gira, provocando así la acumulación de una fuerza de torsión opuesta del resorte. Cuando el par que actúa sobre el rotor disminuye o se ajusta a cero, la fuerza de torsión opuesta del resorte puede desacelerar la rotación del rotor e incluso puede provocar la rotación del rotor en una dirección opuesta. De ese modo, también el movimiento hacia adelante y hacia atrás del rotor puede estar soportado o complementado por la acción del resorte.

Según una realización de la presente invención, la pala está dispuesta de manera que un eje longitudinal de la pala está orientado de manera sustancialmente horizontal, en el que el accionador está unido a un lado de la pala que está orientado hacia el centro de la tierra.

En particular, un borde aguas arriba y un borde aguas abajo de la pala de rotor pueden estar sustancialmente en un plano horizontal. Debe entenderse que la especificación "orientado horizontalmente" se define por un plano perpendicular a la dirección local de la fuerza gravitatoria de la tierra. El lado de succión y/o el lado de presión de la pala de rotor pueden encontrarse sustancialmente en dos planos horizontales diferentes. Por lo tanto, se pueden admitir configuraciones de prueba de fatiga convencionales.

Según una realización de la presente invención, la masa está conectada a tierra a través de un resorte, en particular, un resorte en espiral. El resorte conectado a tierra puede permitir ajustar un peso efectivo de la masa. Por ejemplo, al ajustar o seleccionar un sesgo de resorte, el resorte puede disminuir el valor efectivo de la masa al retener una parte del peso de la masa. Así, por ejemplo, sin cambiar la masa, cambiando el empuje de la cadena existente o reemplazando una primera cadena por una segunda cadena (que tiene una constante elástica diferente), se puede ajustar la fuerza de excitación efectiva para excitar la oscilación de la pala de rotor. De este modo, el método puede simplificarse aún más y realizarse de manera flexible.

Según una realización de la presente invención, un recipiente que contiene un líquido está conectado a la masa para amortiguar un movimiento no deseado de la masa. El líquido puede comprender agua o un líquido con una viscosidad mayor que la del agua. Cuando, por ejemplo, la masa también se excita involuntariamente en un movimiento de lado a lado, el líquido dentro del recipiente puede amortiguar este movimiento no deseado.

Según una realización de la presente invención, la masa está conectada al accionador a través de una caja de engranajes. Una caja de engranajes no es una característica obligatoria de la presente invención, pero ocasionalmente puede ser ventajosa para, por ejemplo, transferir la velocidad de rotación del motor a una velocidad de rotación diferente de un árbol secundario de la caja de engranajes (que tiene, por ejemplo, un árbol primario conectado al rotor del motor). De este modo, se pueden realizar varias particularidades diferentes o deseadas de la prueba de fatiga.

Debe entenderse que las características, individualmente o en cualquier combinación, divulgadas, descritas, aplicadas o proporcionadas para un método de prueba de fatiga de una pala de rotor de una turbina eólica también pueden, individualmente o en cualquier combinación, aplicarse a una disposición para prueba de fatiga de una pala de rotor de turbina eólica según realizaciones de la presente invención, y viceversa.

Según una realización de la presente invención, se proporciona una disposición para prueba de fatiga de un rotor de turbina eólica según la reivindicación 13.

La disposición puede configurarse para realizar un método de prueba de fatiga según una realización de la presente invención. El método de prueba de fatiga de una pala de rotor de turbina eólica según una realización de la presente invención se puede implementar usando la disposición para la prueba de fatiga de una pala de rotor de turbina eólica.

Los aspectos definidos anteriormente y aspectos adicionales de la presente invención son evidentes a partir de los ejemplos de realización que se describirán a continuación y se explican con referencia a los ejemplos de realización. La invención se describirá con más detalle a continuación con referencia a ejemplos de realización, pero a los que la invención no se limita.

Breve descripción de los dibujos

Las figuras 1 a 5 ilustran esquemáticamente una disposición para la prueba de fatiga de una pala de rotor de turbina eólica según diferentes realizaciones de la presente invención.

Descripción detallada

La ilustración en los dibujos es en forma esquemática. Se observa que, en diferentes figuras, elementos similares o idénticos en estructura y/o función están provistos de los mismos signos de referencia o con signos de referencia que difieren solo en el primer dígito. Una descripción de un elemento no descrito en una realización puede tomarse de una descripción de este elemento con respecto a otra realización.

Cada una de las figuras 1 a 5 ilustra esquemáticamente diferentes realizaciones de una disposición para prueba de fatiga de una pala de rotor de turbina eólica, en la que también se ilustra esquemáticamente la pala de rotor que se va a probar. La pala de rotor y la disposición para prueba de fatiga se representan en una vista a lo largo del eje 101 longitudinal de la pala 103 de rotor.

La disposición 100 para prueba de fatiga como se ilustra en la figura 1 comprende un accionador 105 (implementado como un motor) que está unido a la pala 103 de rotor. La disposición 100 comprende además una masa 107 que está conectada al accionador 105 mediante un material 109 de sujeción flexible que se implementa como una cadena, un alambre o una cuerda.

El material 109 de sujeción flexible puede tener una longitud de entre 5 m y 20 m. El accionador 105 es operable para mover la masa 107 de manera alternativa. En la figura 1, la disposición 100 está configurada para mover la masa en un movimiento de oscilación de lado a lado como se muestra mediante las flechas 111. Por lo tanto, el motor 105 se hace funcionar para girar hacia adelante y hacia atrás provocando un movimiento pendular de la masa 107 cuando la cuerda 109 está conectada a una parte 113 giratoria del motor 105. En particular, la parte 113 giratoria (o una parte conectada a la misma) puede comprender opcionalmente un volante de inercia para soportar el movimiento alternativo de la parte 113 giratoria del motor 105. El accionador comprende una parte 104 de estator que está unida a la pala 103.

En todas las realizaciones mostradas en las figuras 1 a 5, los accionadores 105 a 505 están unidos a la pala 103 de rotor a través de una estructura 115 de armazón o abrazadera que puede rodear al menos parcialmente la pala 103 de rotor y proporcionar una superficie 117 de montaje en la que se pueden montar los accionadores 105 a 505. La estructura 115 de armazón o abrazadera puede acoplarse en cualquier posición a lo largo del eje 101 longitudinal de la pala de rotor para permitir realizar el procedimiento de prueba de fatiga en diferentes configuraciones. Según otras realizaciones, el accionador puede unirse por otros medios a la pala de rotor que implica cualquier otro equipo de montaje.

Cabe señalar que el eje de la parte 113 giratoria (el rotor) del motor 105 es paralelo al eje 101 longitudinal de la pala 103 de rotor. De ese modo, moviendo la masa 107 a lo largo de las flechas 101, se puede excitar la oscilación de borde de la pala 103 de rotor.

En particular, la pala de rotor 103 comprende un borde 119 de ataque y un borde 121 de salida. Además, la pala 103 de rotor comprende una superficie 123 del lado de succión y una superficie 125 del lado de presión. El borde 119 de ataque y el borde 121 de salida se encuentran sustancialmente en un plano horizontal perpendicular a la dirección 127 de la fuerza gravitatoria de la tierra.

La disposición 200 para prueba de fatiga ilustrada en la figura 2 también comprende un motor 205 como accionador. Sin embargo, el eje 206 de la parte 213 giratoria (es decir, el rotor) se encuentra dentro del plano de dibujo, por lo que es perpendicular al eje 201 longitudinal de la pala 203 de rotor. La masa 207 está conectada a la parte 213 giratoria (es decir, el rotor del motor 205), mediante la cuerda o alambre o cadena 209 que está parcialmente enrollada alrededor de una barra 214 comprendida en el rotor 213. Al girar el rotor 213, más o menos cuerda 209 se enrolla alrededor de la barra 214, provocando así un movimiento hacia arriba y hacia abajo a lo largo de las flechas 229, es decir, a lo largo de la dirección 227 de la fuerza gravitatoria. Además, en el rotor 213, se fija un volante 231 de inercia que proporciona inercia adicional para soportar la acción del motor 205. El volante 231 de inercia es opcional y puede estar suspendido en otras realizaciones.

La disposición 300 para la prueba de fatiga es similar a la disposición 200 ilustrada en la figura 2, pero comprende en su lugar (o adicionalmente) al volante 231 de inercia un resorte 333 que está conectado al rotor en un extremo 332. En otro extremo 334, el resorte está conectado a través de una barra 336 a la estructura 315 de armazón que, a su vez, está conectada a la pala 303 de rotor.

La disposición 400 ilustrada en la figura 4 es similar a la disposición 200 ilustrada en la figura 2, sin embargo, el volante de inercia no está presente. Sin embargo, además de la realización ilustrada en la figura 2, está presente un recipiente 437 que contiene un líquido 439 que está conectado a la masa 407 para amortiguar un movimiento no deseado de la masa 407. Por lo tanto, todavía se permite un movimiento hacia arriba y hacia abajo a lo largo de las flechas 429, mientras que se amortigua un movimiento lateral a lo largo de las flechas 411. De este modo, se puede excitar una oscilación de aleta de la pala de rotor, pero se puede amortiguar una oscilación de borde. El radio r de la porción 413 giratoria (sobre la que se puede enrollar y desenrollar la cuerda de sujeción) puede seleccionarse apropiadamente para conseguir una relación de transmisión deseada de rotación frente a movimiento lineal.

La realización 500 ilustrada en la figura 5 tiene similitud con la realización de la figura 4, sin embargo, se omite el recipiente de líquido, pero la masa 507 está conectada a tierra 541 a través de un resorte 543 que es, en particular, un resorte en espiral. Por lo tanto, una porción del peso gravitatorio de la masa 507 puede ser llevada por el resorte 543 en espiral.

Como se puede ver en las figuras 1 a 5, el material 109 - 509 de sujeción flexible se tensa por el peso gravitatorio de la masa 107 - 507 colgante. El motor está configurado para generar un par alternativo en la porción 113 - 513 giratoria para efectuar un movimiento giratorio alternativo del rotor del motor. Como también se puede apreciar en las figuras 1 a 5, una porción de estator del rotor está unida a la pala 103 - 503 a través del armazón 115 - 515. Como también se puede apreciar en las figuras 1 a 5, el eje 101 - 501 longitudinal de la pala 103 - 503 está orientado de manera sustancialmente horizontal, es decir, perpendicular a la dirección de la fuerza 127 - 527 gravitatoria. El accionador 105 - 505 está unido al lado 125 - 525 de presión de la pala. En otras realizaciones, la pala 103 de rotor se puede voltear de modo que el accionador se pueda unir al lado 123 de succión. En aún otras realizaciones, el accionador puede estar unido en o en el lado del borde 119 de ataque o al borde 121 de salida. Todavía en otras realizaciones, dos o más accionadores o motores eléctricos pueden unirse a la pala en diferentes posiciones longitudinales o laterales de la pala de rotor.

Según una realización de la presente invención, la pala de rotor se puede excitar usando un motor eléctrico de CA estándar relativamente rentable que puede tener una polea con una masa unida con una cuerda. La pala de rotor se puede excitar estirando de la masa hacia arriba y hacia abajo cerca de la frecuencia propia de la pala de rotor. Esto puede hacer que la pala de rotor oscile. Para mantener la masa oscilando un resorte/volante de inercia (véase, por ejemplo, las figuras 3 o 2) o ambos, se pueden añadir. El resorte/volante de inercia puede conservar el movimiento mientras el motor aumenta lentamente la oscilación. La masa también se puede colocar sobre un resorte (véase, por ejemplo, la figura 5) en el suelo para reducir la masa estática. También para evitar que la masa oscile hacia los lados, se puede proporcionar un amortiguador líquido (véase la figura 4). El motor puede estirar de la masa hacia arriba y hacia abajo mientras alcanza la velocidad de rotación nominal. La fuerza se puede ajustar cambiando la masa y/o cambiando la velocidad de rotación del rotor o la velocidad de rotación del motor. El excitador (motor) también puede funcionar para pruebas de fatiga de borde (véase, por ejemplo, la figura 1). Si la pala se excita a la frecuencia de borde, la pala eventualmente puede comenzar a oscilar de borde como un péndulo.

A continuación, se dan algunas ecuaciones que explican un concepto básico de cómo se puede hacer que la pala oscile:

(1) I dd0 / ddt K 0 = M_motor M_masa (x)

en la que

0 es el ángulo del árbol,

1 es la inercia del árbol (por ejemplo, 213, 214 en la figura 2) y el volante de inercia (por ejemplo, 231 en la figura 2). K es la rigidez del resorte (por ejemplo, del resorte 333 en la figura 3), M_motor es el par motor; y

M_masa es el par de la masa suspendida (por ejemplo, de la masa 207 en la figura 2) en la posición x,

(2) M_masa (x) = r * F_masa (x)

en la que

r es el radio de la polea (véase la figura 4) y

F_masa(x)=m*a(x) donde m es la masa y a es la aceleración de la masa, que depende de la posición x.

La pala (por ejemplo, 103) verá una fuerza desde la carga, por lo tanto:

(3) Mb ddx / ddt Bb dx / dt Kb x = F_masa (x) M_motor/r

en la que

Mb es la masa equivalente de la pala,

Bb es la amortiguación equivalente,

Kb es la rigidez equivalente.

Si una fuerza, por ejemplo, una fuerza sinusoidal, se aplica al par motor, M_motor, entonces la pala comenzará a oscilar.

El radio de la polea r se indica, por ejemplo, en la figura 4.

La ecuación anterior simplemente esboza aproximadamente el concepto básico de cómo excitar la pala y qué puede causar que la pala se mueva. Sin embargo, otras ecuaciones pueden ser aplicables para describir en detalle el movimiento o la oscilación de la pala debido a la acción del accionador.

Algunas ventajas de las realizaciones de la presente invención se enumeran a continuación:

La disposición para prueba de fatiga puede excitar la pala de rotor cerca de la raíz a un precio de compra relativamente bajo. Los excitadores convencionales requieren un engranaje grande para producir una carrera pequeña, por lo que aumentarían las inversiones de la caja de engranajes. Las realizaciones no requieren una caja de engranajes, por lo que también se omiten las inversiones de la caja de engranajes.

Dado que no hay inversiones obligatorias de la caja de engranajes, el árbol del motor no tiene que ser de baja inercia como un servomotor costoso. Además, se puede utilizar un motor de CA estándar económico. Además, no se requiere una varilla de empuje costosa como la que requieren los métodos convencionales, porque el excitador propuesto está montado en una pala y puede usar una cuerda barata en lugar de una varilla de empuje.

La carrera de la pala puede estar separada de la carrera del excitador. Por lo tanto, el motor eléctrico puede alcanzar la velocidad de rotación nominal. El excitador (o el accionador) puede colocarse relativamente cerca de la base de la pala de rotor y todavía puede funcionar a una velocidad de rotación nominal.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Método de prueba de fatiga de una pala (103) de rotor de turbina eólica, comprendiendo el método:

operar un accionador (105) unido a la pala (103) de rotor, moviendo así una masa (107) conectada al accionador (105) de una manera alternativa,

caracterizado por que la masa (107) está conectada al accionador (105) a través de un material (109) de sujeción flexible que se tensa por el peso gravitatorio de la masa (107) colgante, y en el que el material de sujeción flexible es una cuerda, un alambre, una cadena, una banda o una combinación de los mismos.
2. Método según la reivindicación anterior, en el que accionar el accionador (105, 205) provoca que la masa (107, 207) se desplace hacia arriba y hacia abajo y/o se desplace de lado a lado.
3. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el movimiento de la masa (107, 207) provoca la excitación de una oscilación de aleta y/o una oscilación de borde de la pala (103) de rotor.
4. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el accionador (105) está configurado para generar un par alternativo en una parte (113) giratoria para efectuar un movimiento giratorio alternativo de la parte (113) giratoria.
5. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el accionador acciona un equipo de conversión para convertir un movimiento de rotación alternativo de una pieza (113) giratoria en un movimiento lineal alternativo de la masa (107).
6. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el accionador comprende un motor (105) eléctrico, en particular, un motor de CA, que tiene un rotor (113), en el que la masa (107) está unida al material (109) de sujeción flexible conectado al rotor (113), en el que una porción (204) de estator del motor (105) está unida a la pala (103) de rotor.
7. Método según la reivindicación anterior, en el que durante el funcionamiento del motor (105) la cuerda (109) se enrolla alternativamente, al menos parcialmente, alrededor de una barra (214) comprendida o conectada al rotor (213) del motor (205) y se desenrolla, al menos parcialmente, de la barra (214).
8. Método según una de las dos reivindicaciones anteriores, en el que en el rotor (213) del motor (205) está conectado a un volante (231) de inercia y/o en el rotor (313) del motor (305) está conectado un extremo (332) de un resorte (333), en el que otro extremo (334) del resorte (333) está conectado a la pala (303) de rotor.
9. Método según una de las dos reivindicaciones anteriores, en el que la pala (103) de rotor está dispuesta de tal manera que un eje (101) longitudinal de la pala está orientado de manera sustancialmente horizontal, en el que el accionador (105) está fijado en un lado (125) de la pala (103) de rotor orientado hacia el centro de la tierra.
10. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la masa (507) está conectada a un suelo (541) a través de un resorte (543), en particular, un resorte en espiral.
11. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que un recipiente (437) que contiene un líquido (439) está conectado a la masa (407) para amortiguar un movimiento no deseado de la masa.
12. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la masa está conectada al accionador a través de una caja de engranajes.
13. Disposición para prueba de fatiga de una pala (103) de rotor de turbina eólica, comprendiendo la disposición:

un accionador (105) acoplable a la pala (103) de rotor; y

una masa (107) conectada al accionador (105) y que cuelga del accionador,

en el que el accionador (105) puede funcionar para mover la masa de una manera alternativa, comprendiendo la disposición, además: un material (109) de sujeción flexible que conecta la masa (107) al accionador (105), caracterizado por que el material (109) de sujeción flexible se tensa por el peso gravitatorio de la masa (107) colgante, y en el que el material de sujeción flexible es una cuerda, un alambre, una cadena, una banda o una combinación de los mismos.