NL1008027C2

NL1008027C2 - Rotor with aerodynamically modelled blade for helicopter or wind turbine - includes resonator mass guided in curved path so during rotor rotation centrifugal force acting on mass is provided by force driving mass back to rest position

Info

Publication number: NL1008027C2
Application number: NL1008027A
Authority: NL
Inventors: Richard Yemm; Hendrik Jan Heerkes
Original assignee: Aerpac Uk Ltd
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 1998-10-01
Also published as: NL1008027A1

Abstract

The rotor (1) has a shaft mounted rotatably in a frame, bearing, on a free end zone, a hub to which the blade is fixed. The blade zone is remote from the hub and has a mechanical resonator, the eigen frequency of which is the same as the resonance frequency of the blade to be suppressed. The resonator has a mass moving reciprocally around a middle position in the plane. The mass moves guided in a curved path, the middle zone of which has the greatest distance from the rotation axis of the rotor. During rotor rotation, the centrifugal force acting on the mass is partially provided by the force driving the mass back to the rest position defined by the middle zone.

Description

X Sch/gh/1X Sch / gh / 1

ROTOR MET TEN MINSTE ÉÉN AËRODYNAMISCH BLADROTOR WITH AT LEAST ONE AERODYNAMIC BLADE

De uitvinding heeft betrekking op een rotor met ten minste één aërodynamisch gemodelleerd blad, bijvoorbeeld een helikopterrotor of een windturbinerotor, welke rotor omvat: 5 een ten opzichte van een gestel roteerbaar gelagerde as die aan een vrije eindzone een naaf draagt waaraan het of elk genoemde blad bevestigd is, waarbij in de van de naaf afgewende vrije eindzone van het of elk blad ten minste één mechanische resonator is aangebracht, 10 waarvan een Eigenfrekwentie in hoofdzaak gelijk is aan de frekwentie van een te onderdrukken resonantie van het blad, in welke resonantie de wiek trilt in het door zijn baan tijdens bedrijf bepaalde vlak; en waarbij de resonator een massa omvat die 15 althans in het genoemde vlak reciprocerend rond een middenstand beweegbaar is.The invention relates to a rotor with at least one aerodynamically modeled blade, for example a helicopter rotor or a wind turbine rotor, which rotor comprises: a shaft rotatable relative to a frame and bearing a hub on which the or each said blade is mounted on a free end zone. is mounted, wherein in the free end zone of the or each blade facing away from the hub, at least one mechanical resonator is arranged, 10 of which an Eigen frequency is substantially equal to the frequency of a resonance of the blade to be suppressed, in which resonance the wick vibrates in the plane determined by its orbit during operation; and wherein the resonator comprises a mass which is reciprocally movable about a central position at least in said plane.

Een rotor van het beschreven type kan bijvoorbeeld toepassing als helikopterrotor, in welk geval de motor de as aandrijft en de bladen een 20 windstroming veroorzaken, die een opwaartse stuwkracht veroorzaakt. Ook kan de rotor dienen als een windturbinerotor, in welk geval de wind via de bladen de drijvende kracht levert voor het met kracht doen roteren van de as, die op zijn beurt bijvoorbeeld een electrische 25 generator aandrijft voor het opwekken van energie.For example, a rotor of the type described can be used as a helicopter rotor, in which case the motor drives the shaft and the blades cause a wind flow causing upward thrust. The rotor can also serve as a wind turbine rotor, in which case the wind via the blades provides the driving force for rotating the shaft with force, which in turn drives, for example, an electric generator for generating energy.

Bijvoorbeeld omvat de rotor twee of meer bladen die zodanig zijn gegroepeerd, dat de rotor, omvattende de as, de naaf en de bladen, een rotatiehartlijn bezit die samenvalt met de omwentelingshartlijn van de as. Ook kan 30 gebruik worden gemaakt van een structuur, waarbij slechts één blad wordt gebruikt. Ter vermijding van onbalans wordt dan gebruik gemaakt van een contragewicht.For example, the rotor includes two or more blades grouped such that the rotor, including the shaft, the hub, and the blades, has a center of rotation coincident with the axis of rotation of the shaft. It is also possible to use a structure in which only one sheet is used. A counterweight is then used to avoid imbalance.

1008027 21008027 2

Het is gebleken, dat de bladen van rotoren bij het toenemen van de windsnelheid kunnen worden geëxciteerd in een Eigenfrekwentie. Dit verschijnsel treedt op doordat onder deze omstandigheden de 5 aërodynamisch demping afneemt en zelfs negatieve waarden kan bereiken.It has been found that the blades of rotors can be excited in an Eigen frequency as the wind speed increases. This phenomenon occurs because under these conditions the aerodynamic damping decreases and can even reach negative values.

Bekend zijn beveiligingsmiddelen die in staat zijn het optreden van dergelijke resonanties te detecteren en remmiddelen in werking kunnen stellen, 10 waardoor bij het optreden van resonanties met een gevaarlijk amplitude de rotor van een windturbine wordt afgeremd of zelfs geheel wordt stilgezet.Safety means are known which are capable of detecting the occurrence of such resonances and which can activate braking means, whereby the rotor of a wind turbine is slowed down or even stopped completely when resonances of dangerous amplitude occur.

Het is een doel van de uitvinding, voorzieningen te bieden, door toepassing waarvan een 15 rotor onder de genoemde omstandigheden zonder noodingrepen kan blijven werken, zonder dat er gevaar op gevaarlijke resonanties ontstaat.It is an object of the invention to provide provisions by means of which a rotor can continue to operate under the aforementioned conditions without emergency intervention, without danger of dangerous resonances being created.

Met het oog hierop vertoont de rotor volgens de uitvinding het kenmerk dat de massa beweegbaar is geleid 20 in een gekromde baan waarvan de middenzone de grootste afstand tot de rotatiehartlijn van de rotor bezit, zodanig dat tijdens rotatie van de rotor de op de massa werkende centrifugale kracht althans ten dele de kracht levert die de massa naar de door de middenzone bepaalde 25 ruststand terugdrijft.In view of this, the rotor according to the invention has the feature that the mass is guided movably in a curved path, the central zone of which has the greatest distance from the axis of rotation of the rotor, such that during rotation of the rotor the centrifugal mass acting on the mass force at least in part provides the force that drives the mass back to the rest position determined by the central zone.

De Eigenfrekwentie en de eventuele dempingsfactor van de demper dienen aan het ontwerp van de rotor in kwestie te worden aangepast en kunnen sterk uiteenlopen.The Eigen frequency and any damping factor of the damper should be adapted to the design of the rotor in question and can vary widely.

30 Een specifieke uitvoering vertoont de bijzonderheid dat de massa deel uitmaakt van een slinger, waarvan de rotatiehartlijn en het massamiddelpunt van de slinger een arm bepalen die zich in de genoemde middenstand in de lengterichting van het blad uitstrekt. 35 Een voorkeursuitvoering is gekenmerkt door een met de eerste slinger positief gekoppelde tweede slinger, waarvan de arm zich in de genoemde middenstand in de lengterichting van het blad uitstrekt, waarbij de tweede 1 0Ü8027 3 slinger tegengesteld is ten opzichte van de eerste slinger, in een inherent instabiele configuratie,A specific embodiment has the special feature that the mass forms part of a pendulum, the axis of rotation of which and the center of mass of the pendulum define an arm which extends in the said middle position in the longitudinal direction of the blade. A preferred embodiment is characterized by a second pendulum positively coupled to the first pendulum, the arm of which extends in the said middle position in the longitudinal direction of the blade, the second pendulum being opposite to the first pendulum, in a inherently unstable configuration,

In het bijzonder deze laatste uitvoering maakt als het ware gebruik van een positieve en een negatieve 5 slinger, waardoor een relatief grote effectieve lengte van de slinger ontstaat. Bijvoorbeeld kan met een totale inbouwlengte in de langsrichting van een blad in de orde van 250 mm een slinger met een effectieve lengte van 800 mm worden gesimuleerd.The latter embodiment in particular makes use, as it were, of a positive and a negative pendulum, whereby a relatively large effective length of the pendulum is created. For example, with a total length in the longitudinal direction of a blade of the order of 250 mm, a pendulum with an effective length of 800 mm can be simulated.

10 Ten einde onbalans en moeilijk voorspelbaar gedrag van de twee slingers te voorkomen kan de genoemde uitvoering de bijzonderheid vertonen dat in de middenstand de armen van de slingers zich in hoofdzaak in eikaars verlengde uitstrekken, zodanig dat de 15 massamiddelpunten van de slingers in hoofdzaak in één gemeenschappelijk vlak beweegbaar zijn.In order to prevent the imbalance and difficult to predict behavior of the two pendulums, the said embodiment can have the special feature that in the middle position the arms of the pendulums extend substantially in line with each other, such that the mass centers of the pendulums are substantially in one can be moved jointly.

Een praktische uitvoering van de variant met de twee tegengesteld werkende slingers vertoont de bijzonderheid dat twee massa's worden gedragen door 20 respectieve draagarmen en rond respectieve rotatiehartlijnen roteerbaar zijn, en dat de armen door transmissiemiddelen voor tegengestelde rotatie positief gekoppeld zijn. De transmissiemiddelen kunnen bijvoorbeeld een tandriem of dergelijke omvatten. De 25 voorkeur wordt echter gegeven aan een uitvoering, waarin de koppelmiddelen een stel samenwerkende tandwielen omvatten.A practical embodiment of the variant with the two opposing pendulums has the special feature that two masses are carried by respective carrying arms and are rotatable about respective axes of rotation, and that the arms are positively coupled by transmission means for opposite rotation. The transmission means can for instance comprise a toothed belt or the like. Preference is, however, given to an embodiment in which the coupling means comprise a set of co-operating gear wheels.

Ontwerptechnisch zeer eenvoudig, maar niet essentieel, is die uitvoering, waarin de 30 transmissieverhouding 1 bedraagt.Technically very simple, but not essential, is that embodiment in which the transmission ratio is 1.

Tevens kunnen de beide slingerarmen in hoofdzaak gelijk zijn, maar ook verschillende lengten kunnen worden toegepast.The two pendulum arms can also be substantially the same, but different lengths can also be used.

Een mechanisch elegante uitvoering van het 35 beschreven voorkeursvoorbeeld vertoont de bijzonderheid dat de draagarm van elke slinger een zodanige vorm bezit, dat hij een aanzienlijke rotatie in beide richtingen ten opzichte van de middenstand kan maken onder vrijlating 1008027 4 van het rotatielager van de andere slinger. Het gebruik van twee tegengesteld gerichte slingers heeft boven het gebruik van een enkelvoudige slinger het grote voordeel, dat de Eigenfrekwentie van het slingersysteem, gegeven 5 een bepaalde geometrie van de resonator, geheel bepaald wordt door de verhouding van de effectieve massa's van beide slingers. Dit betekent dat men door het aanpassen van de verhouding tussen deze massa's de resonantie-eigenschappen van de resonator essentieel kan beïnvloeden 10 en wel in principe tussen frekwentie 0 en een frekwentie die met een enkelvoudige slinger bereikbaar is. Bij een enkelvoudige slinger is de resonantiefrekwentie onafhankelijk van de effectieve massa en kan de resonantiefrekwentie uitsluitend worden gevarieerd door 15 het variëren van de effectieve lengte van de slinger.A mechanically elegant embodiment of the preferred example described has the special feature that the support arm of each pendulum has such a shape that it can make a considerable rotation in both directions relative to the center position, leaving the rotation bearing of the other pendulum 1008027 4 free. The use of two opposing pendulums has the great advantage over the use of a single pendulum, that the Eigen frequency of the pendulum system, given a certain geometry of the resonator, is entirely determined by the ratio of the effective masses of both pendulums. This means that by adjusting the ratio between these masses it is possible to influence the resonance properties of the resonator essentially, in principle between frequency 0 and a frequency which can be reached with a single pendulum. In a single pendulum, the resonance frequency is independent of the effective mass, and the resonance frequency can be varied only by varying the effective length of the pendulum.

Daar deze lengte binnen zekere grenzen dient te blijven, kan men niet lager dan een bepaalde frekwentie komen. Een groot nadeel hierbij is dan, dat de fysieke afmetingen van de resonator zeer groot kunnen worden. Dit nadeel 20 heeft de dubbele slinger niet. De enige ingreep in het slingersysteem is, dat de massa's van de slingers aangepast dienen te zijn aan de gekozen resonantiefrekwentie. Met de dubbele slinger wijzigt het variëren van de massa’s effectief de stijfheid van de 25 resonator, zonder wijziging van de traagheid.Since this length must remain within certain limits, one cannot fall below a certain frequency. A major drawback here is that the physical dimensions of the resonator can become very large. The double pendulum does not have this drawback. The only intervention in the pendulum system is that the masses of the pendulums must be adapted to the chosen resonance frequency. With the double pendulum, varying the masses effectively changes the stiffness of the resonator, without changing the inertia.

In formules uitgedrukt komt het beschreven verschil op het volgende neer. Voor de enkelvoudige slinger geldt: 30 η \Γ^ ω = SI \J -j~Expressed in formulas, the described difference amounts to the following. For the single pendulum holds: 30 η \ Γ ^ ω = SI \ J -j ~

Hierin is: CO = Eigenfrekwentie van de slinger Ω = rotatie-hoeksnelheid van de rotor 1008027 1 35 5 R = afstand van de massa tot de rotatie-hartlijn van de rotor 1 = lengte van de slingerHere is: CO = Frequency of the pendulum Ω = rotational angular velocity of the rotor 1008027 1 35 5 R = distance from the mass to the axis of rotation of the rotor 1 = length of the pendulum

Voor de dubbele resonator met twee tegengesteld 5 werkende gekoppelde slingers kan de frekwentie CO nu worden ingesteld door het variëren van de verhouding van de twee massa's mx en m2, zonder wijziging van de geometrische parameters R en 1. Bijvoorbeeld in het geval van slingers met gelijke lengten 1 en 10 transmissieverhouding 1 geldt: sl i/^ΓΓΞΞ^Γ V Jt ^)t% 15For the double resonator with two opposing coupled pendulums, the frequency CO can now be adjusted by varying the ratio of the two masses mx and m2, without changing the geometric parameters R and 1. For example, in the case of pendulums with equal lengths 1 and 10 transmission ratio 1 applies: sl i / ^ ΓΓΞΞ ^ Γ V Jt ^) t% 15

Hierin is τη2 de massa van de "positieve" slinger, waarbij de massa het meest naar buiten is gelegen. m2 Is de massa van de "negatieve" slinger, 20 waarvan de massa het meest naar binnen is gelegen.Here, τη2 is the mass of the "positive" pendulum, the mass being the most outward. m2 Is the mass of the "negative" pendulum, 20 of which the mass is the most inward.

Een andere variant die met eenvoudige middelen een groot massatraagheidsmoment kan realiseren en daarmee een grote slingerlengte kan realiseren vertoont de bijzonderheid dat de massa roteerbaar is en tijdens 25 beweging door een vaste baan positief roterend wordt aangedreven.Another variant, which can realize a large mass moment of inertia with simple means and thereby realize a large pendulum length, has the special feature that the mass is rotatable and is driven positively rotating during a movement through a fixed track.

De demper kan in principe van elk geschikt type zijn, dat in staat is een snelheidsafhankelijke tegenkracht op de resonator uit te oefenen. Een demper 30 kan zijn gebaseerd op viscositeit, op wrijving of elk ander geschikt mechanisme. Volgens de uitvinding wordt de voorkeur gegeven aan een uitvoering, waarin de demper een wervelstroomdemper is, omvattende elektrische geleidingsmiddelen en magneetmiddelen, waarvan de ene met 35 de beweegbare massa gekoppeld is en de andere vast ten opzichte van het blad opgesteld is. Begrepen dient te worden, dat de elektrische geleidingsmiddelen en de 1008027 ’ 6 magneetmiddelen zodanig dienen samen te werken, dat de gewenste dempingsfactor wordt verkregen.The damper may in principle be of any suitable type capable of applying a speed-dependent counterforce to the resonator. A damper 30 can be based on viscosity, friction or any other suitable mechanism. According to the invention, preference is given to an embodiment in which the damper is an eddy current damper, comprising electrical conducting means and magnet means, one of which is coupled to the movable mass and the other is arranged fixedly relative to the blade. It should be understood that the electrical conducting means and the 1008027 '6 magnet means must cooperate to provide the desired damping factor.

Een praktische uitvoering is gekenmerkt door tweede transmissiemiddelen die de rotatie van de 5 resonator overbrengen naar een roteerbaar gelagerde, elektrisch geleidende schijf van bijvoorbeeld aluminium, langs het hoofdvlak waarvan magneetmiddelen, bijvoorbeeld ten minste één permanente magneet, is opgesteld.A practical embodiment is characterized by second transmission means which transfer the rotation of the resonator to a rotatably mounted, electrically conductive disc of, for instance, aluminum, along the main surface of which magnetic means, for example at least one permanent magnet, are arranged.

Deze uitvoering is bij voorkeur zodanig 10 uitgevoerd dat de tweede transmissiemiddelen een transmisseverhouding van meer dan 1, bijvoorbeeld 10-50, bezitten.This embodiment is preferably designed such that the second transmission means have a transmission ratio of more than 1, for instance 10-50.

Zoals reeds gemeld, is de optimale dempingsfactor afhankelijk van het totale ontwerp van de 15 rotor. In een typisch uitvoeringsvoorbeeld bezit de dempingsfactor van de demper een waarde in het gebied van ca. 0,1 - 1,0.As already mentioned, the optimal damping factor depends on the overall design of the rotor. In a typical exemplary embodiment, the damping factor of the damper has a value in the range of about 0.1 - 1.0.

Ten einde de aërodynamisch vormgeving van een blad niet te verstoren kan bij voorkeur de rotor volgens 20 de uitvinding zodanig zijn uitgevoerd dat de resonator in het blad is geaccommodeerd.In order not to disturb the aerodynamic design of a blade, the rotor according to the invention can preferably be designed such that the resonator is accommodated in the blade.

Een specifieke uitvoering vertoont de bijzonderheid dat de naaf ten minste drie bladen draagt en dat ten minste twee aangrenzende bladen elk van een 25 resonator voorzien zijn. Merkwaardigerwijze is gebleken, dat het optreden van de genoemde resonanties veelal een beeld toont, volgens welke twee aangrenzende bladen in tegenresonantie verkeren. Begrepen dient er te worden, dat de eventueel in de rotor optredende onbalans, die 30 ontstaat doordat niet alle bladen van een resonator zijn voorzien, bijvoorbeeld door een contramassa of een dummy-massa in een ander blad, kan worden gecompenseerd. Anderzijds dient ook te worden begrepen, dat een resonator, die bijvoorbeeld geheel uit metaal, 35 bijvoorbeeld aluminium, staal of dergelijke is opgebouwd, een ten opzichte van het totale gewicht van een blad verwaarloosbare extra massa met zich meebrengt. Zo nodig 1008027 ! 7 kan een wiek ook door een of meer contragewichten in balans worden gebracht.A specific embodiment has the special feature that the hub carries at least three blades and that at least two adjacent blades each have a resonator. Curiously, it has been found that the occurrence of said resonances often shows an image, according to which two adjacent sheets are counter-resonant. It should be understood that any imbalance occurring in the rotor, which arises because not all blades are provided with a resonator, for instance by a counter mass or a dummy mass in another blade, can be compensated. On the other hand, it should also be understood that a resonator, which is built up entirely of metal, for instance aluminum, steel or the like, entails an extra mass which is negligible relative to the total weight of a sheet. 1008027 if necessary! 7, a wick can also be balanced by one or more counterweights.

In een specifieke uitvoering vertoont de rotor de bijzonderheid dat de demper van extern bestuurbaar 5 elektromagnetisch type is.In a specific embodiment, the rotor has the special feature that the damper is of externally controllable electromagnetic type.

In het bijzonder kan deze variant zodanig zijn uitgevoerd dat de demper een inrichting omvat die zowel als elektromotor als als generator kan werken. Hiermee kan enerzijds actief in het gedrag van de demper worden 10 ingegrepen en anderzijds kan hiermee worden bereikt dat de door de demper afgegeven energie kan worden gebruikt om bijvoorbeeld een elektronisch besturingssysteem te voeden, waardoor de rotor in hoofdzaak onafhankelijk kan zijn van externe energietoevoer. Bijvoorbeeld kan een 15 centrale energie-opslag en een of meer batterijen omvatten en kunnen bijvoorbeeld zonnecellen worden gebruikt voor het op spanning houden van de accu voor voeding van de elektronische componenten van de rotor.In particular, this variant can be designed in such a way that the damper comprises a device that can function both as an electric motor and as a generator. On the one hand this can actively intervene in the behavior of the damper and on the other hand it can be achieved with this that the energy delivered by the damper can be used, for example, to feed an electronic control system, whereby the rotor can be substantially independent of external energy supply. For example, a central energy store may comprise one or more batteries and, for example, solar cells may be used to keep the battery powered up to power the electronic components of the rotor.

De beschreven bestuurbare uitvoeringen van de 20 demper kunnen deel uitmaken van een tegengekoppeld systeem, waardoor een grote mate van flexibiliteit wordt gecombineerd met een grote betrouwbaarheid.The described controllable versions of the damper can be part of a counter-coupled system, combining a high degree of flexibility with a high reliability.

Een specifieke uitvoering is gekenmerkt door een programmeerbare besturingseenheid voor het besturen 25 van de demper. Bijvoorbeeld kan het systeem adaptief of zelfs lerend zijn. De besturingseenheid kan op fuzzy logic gebaseerd zijn.A specific embodiment is characterized by a programmable control unit for controlling the damper. For example, the system can be adaptive or even learning. The control unit can be based on fuzzy logic.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekeningen. Hierin tonen: 30 figuur 1 een vooraanzicht van een windturbine; figuur 2 een schematisch vooraanzicht van een resonator; figuur 3 een schematisch vooraanzicht van een andere uitvoering van een resonator, die twee 35 tegengesteld werkende slingers omvat; figuur 4 een zij-aanzicht van de resonator volgens figuur 3; 1008027 8 de figuren 5a, 5b en 5c respectievelijk een eerste extreme stand, een middenstand en een tweede extreme stand van de resonator volgens figuur 3; figuur 6 een grafische weergave van de 5 Eigenfrekwentie van een proefmodel van de resonator volgens figuur 3, uitgezet tegen de massaverhouding van de twee slingers; figuur 7 een oscilloscoopbeeld dat is opgenomen bij het bepalen van een Eigenfrekwentie bij een 10 centrifugale versnelling van 19g,· de figuren 8 en 9 oscilloscoopbeelden van de respectieve uitwijkingen van de resonator van een testmodel bij respectievelijk maximale en minimale demping.The invention will now be elucidated with reference to the annexed drawings. Herein: figure 1 shows a front view of a wind turbine; figure 2 shows a schematic front view of a resonator; figure 3 shows a schematic front view of another embodiment of a resonator, which comprises two counter-acting pendulums; figure 4 shows a side view of the resonator according to figure 3; 1008027 8 figures 5a, 5b and 5c show a first extreme position, a middle position and a second extreme position of the resonator according to figure 3, respectively; figure 6 is a graphical representation of the eigen frequency of a test model of the resonator according to figure 3, plotted against the mass ratio of the two pendulums; Figure 7 shows an oscilloscope image recorded when determining an Eigen frequency at a centrifugal acceleration of 19g, Figures 8 and 9 oscilloscope images of the respective deviations of the resonator of a test model at maximum and minimum damping, respectively.

15 Figuur 1 toont een windturbine l, omvattende een voet 2, een draagkolom 3, een gestel 4, dat tevens de behuizing van een generator vormt, een niet-getekende, aan het gestel gelagerde as, een aan de as aangebrachte naaf 5 en drie op onderling gelijke hoekafstanden aan die 20 naaf bevestigde bladen 6, 7, 8. Een pijl 9 geeft de rotatierichting weer, die wordt bepaald door de aërodynamische vorm en richting van de bladen 6, 7, 8. De bladen 7 en 8 zijn aan hun einden voorzien van identieke resonatoren, die beide met een verwijzingsgetal 10 zijn 25 aangeduid. De resonatoren zijn van het type volgens de figuren 3, 4 en 5.Figure 1 shows a wind turbine 1, comprising a base 2, a supporting column 3, a frame 4, which also forms the housing of a generator, a shaft (not shown) mounted on the frame, a hub 5 mounted on the shaft and three at equal angular distances to said 20 hub-mounted blades 6, 7, 8. An arrow 9 indicates the direction of rotation, which is determined by the aerodynamic shape and direction of blades 6, 7, 8. Blades 7 and 8 are at their ends provided with identical resonators, both of which are indicated with a reference number 10. The resonators are of the type shown in Figures 3, 4 and 5.

Respectieve getrokken en onderbroken getekende pijlen 11, 12 duiden symbolisch aan, op welke wijze bijvoorbeeld de bladen 7 en 8 in tegenresonantie kunnen 30 verkeren. De resonatoren 10 dienen ervoor om deze tegenresonantie effectief te voorkomen.Respective drawn and broken arrows 11, 12 symbolically indicate how, for example, sheets 7 and 8 may be counter-resonant. The resonators 10 serve to effectively prevent this counter resonance.

Figuur 2 toont een resonator 13 omvattende een ten opzichte van een rotorblad vast opgesteld rotatielager 14 waaromheen een slinger 15 roteerbaar is. 35 De slinger draagt aan zijn einde via een rotatielager 16 een roteerbare schijf 17, die tijdens het uitvoeren van een zwenkbeweging volgens pijl 18 roterend wordt aangedreven door een tandwiel 39 dat samenwerkt met een 1008027 9 gekromde tandheugel 19. Met onderbroken lijnen is de slinger 15' getekend in de situatie waarin hij een rotatie heeft ondergaan. Hydraulische dempers 20, 21 dempen de zwenkbewegingen van slinger 15. Ze zijn 5 aangebracht tussen een vast gestel 22, dat vast verbonden is met een blad, en twee zij-armen 23, 24 van slinger 15. Door middel van verschillende gaten, die alle gemakshalve met 125 zijn aangeduid, kunnen de posities van de dempers 20, 21 en daarmee de dempingsfactor worden ingesteld.Figure 2 shows a resonator 13 comprising a rotation bearing 14 fixed relative to a rotor blade, around which a pendulum 15 is rotatable. The pendulum carries at its end via a rotating bearing 16 a rotatable disc 17, which during rotation of the pivoting movement according to arrow 18 is rotatably driven by a gearwheel 39 which cooperates with a gear rack 19 curved 1008027 9. 'drawn in the situation in which he has undergone a rotation. Hydraulic dampers 20, 21 damp the swinging movements of crank 15. They are arranged between a fixed frame 22, which is fixedly connected to a blade, and two side arms 23, 24 of crank 15. By means of different holes, all of which for the sake of convenience, indicated by 125, the positions of the dampers 20, 21 and thus the damping factor can be adjusted.

10 Doordat de massa 17 roteerbaar is vertoont de slinger 15 een aanzienlijk grotere traagheid dan uitsluitend verklaarbaar zou zijn aan de hand van het massatraagheidsmoment van de slinger 15, 17. Hierdoor wordt een grotere dan de fysieke slingerlengte 15 gesimuleerd.Because the mass 17 is rotatable, the pendulum 15 exhibits a considerably greater inertia than would be explained solely on the basis of the mass moment of inertia of the pendulum 15, 17. As a result, a greater than the physical pendulum length 15 is simulated.

Figuur 3 toont een voorkeursuitvoering, waarbij een met bijvoorbeeld blad 7 verbonden resonator een gestel 25 omvat, dat door middel van respectieve rotatielagers 26, 27 respectieve tandwielen 28, 29 en 20 draagarmen respectievelijk 30, 31 draagt. Deze draagarmen dragen respectievelijk massa's 32, 33. Deze massa's zijn bijvoorbeeld uitgevoerd als zware metalen blokken, waarvan de effectieve waarde kan worden gewijzigd door daarin via aanwezige schroefgaten schroeven te bevestigen 25 of te verwijderen.Figure 3 shows a preferred embodiment, in which a resonator connected to, for example, blade 7 comprises a frame 25, which carries respective gear wheels 28, 29 and 20 support arms 30, 31 by means of respective rotation bearings 26, 27. These supporting arms respectively carry masses 32, 33. These masses are, for instance, designed as heavy metal blocks, the effective value of which can be changed by attaching or removing screws therein via screw holes present.

De tandwielen 28 en 29 zijn identiek, evenals de armen 30 en 31 (hoewel deze condities niet essentieel zijn). Hierdoor zijn de rotaties van de massa's 32 en 33 identiek. Door het feit dat de massa's ongelijk zijn en 30 bovendien onderling iets verschillende afstanden tot het rotatiemiddelpunt van naaf 5 bezitten, werken de massa's elkaar voor het onderdrukken van de beschreven resonanties effectief tegen.The gears 28 and 29 are identical, as are the arms 30 and 31 (although these conditions are not essential). As a result, the rotations of the masses 32 and 33 are identical. Due to the fact that the masses are uneven and moreover have slightly different distances from each other to the center of rotation of hub 5, the masses effectively counteract each other to suppress the described resonances.

Via een transmissie, omvattende een door 35 tandwiel 29 aangedreven niet-getekend tandwiel, een daarmee op één as 34 gerangschikt tandwiel 35 en een relatief klein tandwiel 36 wordt een daarmee rechtstreeks gekoppelde aluminium schijf 37 roterend aangedreven onder 1008027 10 positieve koppeling met de rotatie of zwenking van de massa's 32 en 33. Doordat langs het hoofdvlak van de schijf 37 een permanente magneet 38 is geplaatst, worden tijdens de relatief snelle rotatie van schijf 37 tijdens 5 werkzaamheid van de resonator aanzienlijke wervelstromen in de schijf 37 opgewekt, die een sterk remmende invloed hebben op de door de resonator nagestreefde bewegingssnelheid. Dit heeft effectief het effect van het introduceren van een demping. De sterkte van de magneet 10 en zijn afstand tot de schijf is bepalend voor de dempingsfactor.Via a transmission, comprising a gear wheel not drawn by a gear wheel 29, a gear wheel 35 arranged thereon on one shaft 34 and a relatively small gear wheel 36, an aluminum disc 37 directly coupled thereto is rotatably driven under positive coupling with the rotation or pivoting of the masses 32 and 33. Because a permanent magnet 38 is placed along the main plane of the disc 37, during the relatively fast rotation of disc 37 during operation of the resonator considerable eddy currents are generated in the disc 37, which strongly inhibits affect the speed of movement pursued by the resonator. This effectively has the effect of introducing a cushioning. The strength of the magnet 10 and its distance from the disc determines the damping factor.

Figuur 4 toont de resonator 10 in zij-aanzicht.Figure 4 shows the resonator 10 in side view.

Figuur 5b toont schematisch de middenstand van de resonator 10 volgens figuur 3.Figure 5b schematically shows the center position of the resonator 10 according to Figure 3.

15 Figuur 5a toont de ene extreme rotatiestand, terwijl figuur 5c de andere extreme rotatiestand toont. Deze laatste stand wordt bereikt door de in het bijzonder in figuur 3 duidelijk getoonde vorm van de draagarmen 30, 31. Door de gekromde vorm kan de getekende verweven 20 opbouw van de slingers worden gerealiseerd, waardoor een geheel symmetrische opbouw zonder onbalans is bereikt.Figure 5a shows one extreme rotation position, while figure 5c shows the other extreme rotation position. This latter position is achieved by the shape of the supporting arms 30, 31, which is clearly shown in figure 3 in particular. Due to the curved shape, the drawn interwoven construction of the slings can be realized, whereby a completely symmetrical construction without unbalance is achieved.

De resonator volgens de figuren 3, 4 en 5 omvat, zoals beschreven, als het ware een positief werkende slinger met positieve stijfheid en een daarmee 25 positief gekoppelde tweede slinger met tegengestelde werking die beschreven kan worden als een slinger met negatieve stijfheid. Door het wijzigen van de verhouding van de massa's 32 en 33 kan de Eigenfrekwentie van de resonator over een brede band nauwkeurig worden 30 ingesteld, zonder de geometrie van het systeem of de totale bewegende massa te wijzigen, en onder handhaving van de geringe inbouwlengte. In de getoonde uitvoering kunnen de slingers rotatiehoeken tot +/- 40° vertonen. De wervelstroomdemper is gemakkelijk in te stellen en 35 vereist geen enkel onderhoud.As described, the resonator according to Figs. 3, 4 and 5 comprises, as it were, a positive working pendulum with positive stiffness and a positively coupled second pendulum with opposite action, which can be described as a pendulum with negative stiffness. By changing the ratio of the masses 32 and 33, the eigen frequency of the resonator can be accurately adjusted over a wide band, without changing the geometry of the system or the total moving mass, while maintaining the small mounting length. In the shown embodiment, the pendulums can have rotation angles up to +/- 40 °. The eddy current damper is easy to adjust and requires no maintenance whatsoever.

De ongedempte natuurlijke frekwentie van de vrije trilling van de resonator is bij een versnelling lg gemeten over het hele instelgebied. Figuur 6 toont de 1008027 11 meetresultaten in vergelijking tot theoretische voorspellingen. Het is duidelijk, dat de overeenstemming tussen theorie en praktijk zeer goed is.The undamped natural frequency of the free vibration of the resonator is measured at an acceleration lg over the entire adjustment range. Figure 6 shows the 1008027 11 measurement results compared to theoretical predictions. It is clear that the correspondence between theory and practice is very good.

Figuur 7 toont een typisch oscilloscoopbeeld 5 dat wordt verkregen bij onderzoekingen van de oscillatiefrekwentie. Opgemerkt wordt, dat bij "stall-regulated" turbines grote versnellingen in de eindzones van de bladen en daarmee de resonatoren kunnen optreden. Deze versnellingen kunnen in de orde 15-25g liggen.Figure 7 shows a typical oscilloscope image 5 obtained from investigations of the oscillation frequency. It is noted that with stall-regulated turbines large accelerations can occur in the end zones of the blades and thus the resonators. These gears can be in the order of 15-25g.

10 De figuren 8 en 9 tonen oscilloscoopbeelden van het dempingsgedrag bij verschillende extreme dempingsfactoren. Alle proefnemingen zijn bij een versnellingsniveau van lg uitgevoerd. Figuur 8 toont een zwaar overgedempt gedrag, in dit geval corresponderend 15 met een dempingsfactor van meer dan 3 bij lg. Dit correspondeert met een dempingsfactor van iets meer dan 0,8 bij praktische omstandigheden van 17g.Figures 8 and 9 show oscilloscope images of the damping behavior at various extreme damping factors. All experiments were performed at an acceleration level of Ig. Figure 8 shows a heavily over-damped behavior, in this case corresponding to a damping factor of more than 3 at 1g. This corresponds to a damping factor of just over 0.8 in practical conditions of 17g.

De situatie volgens figuur 9 correspondeert met een dempingsfactor van ca. 1,5 bij lg corresponderend met 20 ongeveer 0,35 bij 17g.The situation according to figure 9 corresponds to a damping factor of about 1.5 at 1g corresponding to about 0.35 at 17g.

Begrepen dient te worden, dat de getoonde gegevens slechts indicatief zijn.It should be understood that the data shown is only indicative.

10080271008027

Claims

1. Rotor with at least one aerodynamically modeled blade, for example a helicopter rotor or a wind turbine rotor, which rotor comprises: a shaft rotatable relative to a frame and bearing a hub to which the or each said blade is attached to a free end zone, wherein at least one mechanical resonator is arranged in the free end zone of the or each blade facing away from the hub, an Eigen frequency of which is substantially equal to the frequency of a resonance of the blade to be suppressed, in which resonance the blade vibrates in the his job determined plane during operation; and wherein the resonator comprises a mass which is reciprocally movable about a central position at least in said plane; characterized in that the mass is guided movably in a curved path, the central zone of which has the greatest distance from the axis of rotation of the rotor, such that during rotation of the rotor the centrifugal force acting on the mass produces at least in part the force which drives the mass back to the rest position determined by the central zone.

Rotor according to claim 1, 25, characterized in that the mass forms part of a pendulum, the axis of rotation of which and the center of mass of the pendulum define an arm which extends in the said middle position in the longitudinal direction of the blade.

Rotor according to claim 1, characterized by a second pendulum positively coupled to the first pendulum, the arm of which extends in the said 1008027 middle position in the longitudinal direction of the blade, the second pendulum being opposite to the first pendulum, in an inherently unstable configuration.

Rotor according to claim 3, characterized in that in the central position the arms of the slings extend substantially in line with each other, such that the center of mass of the slings are movable substantially in one common plane.

Rotor according to claim 3, characterized in that two masses are carried by respective carrying arms and are rotatable around respective rotation axes, and in that the arms are positively coupled by transmission means for opposite rotation.

Rotor according to claim 5, characterized in that the coupling means comprise a set of co-operating gear wheels.

Rotor according to claim 5, characterized in that the transmission ratio is 1.

8. Rotor according to claim 5, characterized in that the two pendulum arms are substantially the same.

Rotor according to claim 5, characterized in that the bearing arm of each pendulum has a shape such that it can make a considerable rotation in both directions relative to the central position, leaving the rotation bearing of the other pendulum free.

Rotor according to claim 1, characterized in that the mass is rotatable and is driven positively rotating during movement through a fixed track.

Rotor according to claim 1 1008027, characterized in that the damper is an eddy current damper, comprising electrical conducting means and magnetic means, one of which is coupled to the movable mass and the other is arranged fixedly with respect to the blade.

12. Rotor according to claim 11, characterized by second transmission means which transmit the rotation of the resonator to a rotatably mounted, electrically conductive disc of, for instance, aluminum, along the main plane of which magnetic means, for instance at least one permanent magnet, are arranged.

Rotor according to claim 12, characterized in that the second transmission means have a transmission ratio of more than 1, for instance 10-50.

Rotor according to claim 1, characterized by a damper, wherein the damping factor of the damper has a value in the range of about 0.1 - 1.0.

Rotor according to claim 1, characterized in that the resonator is accommodated in the blade.

Rotor according to claim 1, characterized in that the hub carries at least three blades and at least two adjacent blades are each provided with a resonator.

Rotor according to claim 1, characterized in that the damper is of externally controllable electromagnetic type.

Rotor according to claim 17, 35, characterized in that the damper comprises a device capable of operating both as an electric motor and as a generator.

Rotor according to claim 18 1008027, characterized by a programmable control unit for controlling the damper. 1008027