风轮机叶片的疲劳测试制造技术

本申请涉及用于对风轮机叶片样品(10)进行疲劳测试的设备(100)，还涉及使用这样的设备(100)的方法。所述设备(100)包括：第一支撑组件(120)和第二支撑组件(130)以及致动器(140)，该致动器用于使所述样品(10)沿第一横向方向周期性偏转。所述第一支撑组件(120)与所述第二支撑组件(130)分别包括用于保持所述样品(10)的第一端(12)与第二端(14)的第一保持器(121)以及第二保持器(131)，使得所述样品(10)的纵向方向(16)在所述第一保持器(121)与所述第二保持器(131)之间延伸。所述第一支撑组件(120)与所述第二支撑组件(130)布置成使所述第一保持器(121)与所述第二保持器(131)能绕沿垂直于所述第一横向方向并垂直于所述样品(10)的所述纵向方向(16)的第二横向方向延伸的轴线旋转。所述第一支撑组件(120)进一步布置成使得当所述致动器(140)使所述样品(10)沿所述第一横向方向偏转时所述第一保持器(121)能相对于所述第二保持器(130)沿所述纵向方向移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】风轮机叶片的疲劳测试本专利技术涉及用于风轮机叶片样品的疲劳测试的设备。具体地说，本专利技术涉及这样的用于风轮机叶片样品的疲劳测试的设备，该设备包括用于保持叶片样品的第一支撑组件以及第二支撑组件，还包括用于使叶片沿横向方向周期偏转的致动器。本专利技术还涉及对风轮机叶片样品进行疲劳测试的方法。在使用过程中，由于诸如升力与曳力之类的惯性载荷以及气动载荷，风轮机叶片遭受周期性加载。叶片的摆振方向与挥舞方向两者上经受这些载荷。摆振方向垂直于叶片的纵轴线并且大体平行于延伸穿过叶片的前缘与尾缘的平面，并且于对应使用过程中叶片的旋转方向。挥舞方向垂直于摆振方向以及叶片的纵轴线两者。这样的周期性加载可能使叶片在其使用寿命期间弱化，最终可能在缺乏适当设计时导致疲劳失效。疲劳测试用于确定特定的叶片设计是否能够在叶片的期望使用寿命期间无疲劳失效的情况下承受预期的周期性操作载荷。通常通过沿挥舞方向以及摆振方向激励叶片以模拟挥舞操作载荷以及摆振操作载荷而进行疲劳测试。对于较大的叶片而言，通常连续进行这两个疲劳测试。为了模拟一般的使用寿命，各个测试均可能使叶片遭受一百万或者更多的疲劳加载循环并且可能需要几个月完成。为了确保疲劳测试的结果可靠，重要的是使测试期间施加的周期性载荷代表实际加载条件。目前的叶片疲劳测试方法包括将风轮机叶片样品的一端固定至静止的基座或者其它固定结构使得叶片从静止基座成悬臂，并且沿叶片样品的横向方向施加周期性载荷。然而，借助现有测试布置，可能难以使测试过程中施加的应变分布代表操作过程中经受的应变分布，在叶片样品仅构成风轮机叶片的一部分的情况下尤其如此。因此，期望提供用于风轮机叶片样品的疲劳测试的、更代表实际加载条件的设备以及方法。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面提供一种用于对风轮机叶片样品进行疲劳测试的设备，该设备包括：第一支撑组件，该第一支撑组件包括用于约束所述样品的第一端的第一保持器；第二支撑组件，该第二支撑组件包括第二保持器，该第二保持器用于约束所述样品的第二端，使得所述样品的纵向方向在所述第一保持器与所述第二保持器之间延伸；以及致动器，该致动器适于在所述第一保持器与所述第二保持器之间的加载位置处使所述样品沿第一横向方向周期性偏转；其中，所述第一支撑组件与所述第二支撑组件限制所述样品沿所述第一横向方向移动并且布置成使得所述第一保持器与所述第二保持器能绕沿垂直于所述第一横向方向并垂直于所述样品的所述纵向方向的第二横向方向延伸的轴线旋转，并且其中，所述第一支撑组件进一步布置成使得当所述致动器使所述样品沿所述第一横向方向偏转时所述第一保持器能相对于所述第二保持器沿所述纵向方向进一步移动。借助此布置，第一保持器与第二保持器不刚性约束借助致动器偏转的叶片样品。相反，叶片被允许借助第一保持器与第二保持器绕第二横向方向的旋转而变形成弓形。另外，第一保持器能够朝第二保持器移动以抵偿叶片样品的任何偏转。这减小了测试过程中叶片样品的拉伸加载以及扭转加载，从而允许设备在叶片样品上施加更代表实际操作条件的应力以及应变。如本文中使用的，术语“风轮机叶片样品”指的是风轮机叶片的任何合适的部分，例如，风轮机叶片的部件、部件的组件或者节段或者遭受疲劳测试的整个风轮机叶片。在叶片样品指的是风轮机叶片的一部分或者节段的情况下，所述部分或者节段仍可以附接至叶片的其余部分，在此情况下，术语“样品”指的是叶片的在第一保持器与第二保持器之间延伸的那部分。第一支撑组件可以能滑动地安装在固定结构上以允许第一保持器相对于第二保持器沿纵向方向移动。更优选地，第一支撑组件包括双枢轴机构，第一保持器借助该双枢轴机构能绕第二横向方向旋转并且能相对于第二保持器沿纵向方向移动。优选地，双枢轴机构包括枢轴臂，该枢轴臂借助下枢轴连接至固定结构并且借助上枢轴连接至第一保持器，上枢轴与下枢轴两者都布置成用于绕第二横向方向旋转。优选地，第一支撑组件布置成当样品借助述致动器沿第一横向方向偏转时基本阻止第一保持器沿第二横向方向移位。第二支撑组件可以包括一个或者多个枢轴，第二保持器借助所述枢轴可绕第二横向方向旋转。优选地，第二支撑组件可以包括单枢轴机构，第二保持器借助该单枢轴机构可绕第二横向方向旋转。优选地，第二支撑组件布置成当样品借助致动器沿第一横向方向偏转时基本阻止第二保持器沿第二横向方以及纵向方向移位。所述设备可以布置成将风轮机叶片样品保持成使其纵向方向基本水平。在其它实施例中，所述设备可以布置成将风轮机叶片样品保持成使其纵向方向是非水平的(例如基本竖直)。所述设备可以布置成将风轮机叶片样品保持成使其摆振方向基本水平。在某些实施例中，设备布置成将风轮机叶片样品保持成使其纵向方向及其摆振方向基本水平。通过将叶片样品保持成使其摆振方向基本水平，与其中叶片的摆振方向基本竖直的这样的设备相比，叶片样品的前缘与尾缘处的应变峰值可以更低，并且更能代表操作过程中经受的载荷以及R值，该R值是最小应力与最大应力的比率。这可以在计算期望的疲劳寿命时提高测试结果的精度并且减小对材料数据外推的依赖性。当设备布置成将叶片样品保持成使其摆振方向基本水平时，致动器优选布置成使叶片样品沿挥舞方向偏转。在使用过程中，第一保持器与第二保持器可以借助任何合适的装置(例如使用一个或者多个金属圈或者螺栓)附接至叶片。优选地，第一保持器与第二保持器均包括保持器框，该保持器框布置成沿叶片样品的宽度的至少一部分延伸，第一支撑组件与第二支撑组件借助保持器框可以附接至叶片样品。优选地，各个保持器框均形成围绕叶片样品的外壳。保持器框可以直接附接至叶片样品，或者经由一个或者多个中间部件间接附接至叶片样品。优选地，第一保持器与第二保持器均包括用于定位在保持器框与叶片样品之间的异形嵌件，异形嵌件遵循叶片样品的轮廓以在使用设备的过程中使载荷从支撑组件更均匀地分布到叶片样品。当保持器框绕叶片样品拧紧时，保持器框与叶片样品之间的相对移动基本可以被异形嵌件阻止。第一支撑组件与第二支撑组件可以安装成使第一保持器与第二保持器之间的纵向间隔固定。可以选择性地调节第一保持器与第二保持器之间的纵向间隔。即，在测试当中可以改变第一保持器与第二保持器相对于彼此的位置以调节第一保持器与第二保持器之间的纵向间隔。这允许设备适于测试长度不同的样品。第一保持器与第二保持器可以安装到设备的固定结构中(例如，测试厅的地板中或者固定支撑元件中)。第一保持器与第二保持器可以利用固定结构上的多个连接器安装到固定结构中。固定结构可以包括限定用于第一支撑组件以及第二支撑组件中的一者或者两者的多个安装位置的多个连接器，借助这些连接器可以选择性地调节第一保持器与第二保持器之间的纵向间隔。在某些实施方式中，固定结构包括供安装第一支撑组件的第一基部，还包括供安装第二支撑组件的第二基部。第一基部与第二基部可以相对于彼此移动以选择性地调节第一保持器与第二保持器之间的纵向间隔。所述设备可以进一步包括用于附接至叶片样品的至少一个额外配重，以当叶片样品借助致动器沿第一横向方向周期性偏转时，选择性地变更施加至叶片样品的应变分布。所述至少一个额外的配重可以借助任何合适的手段(例如通过胶合)附接至叶片样品。优选地，所述设备进一步包括载荷框架，该载荷框架可以附接至叶片样品，载荷框架包括至少一个额外配重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对风轮机叶片样品进行疲劳测试的设备，该设备包括：第一支撑组件，该第一支撑组件包括用于约束所述样品的第一端的第一保持器；第二支撑组件，该第二支撑组件包括第二保持器，该第二保持器用于约束所述样品的第二端，使得所述样品的纵向方向在所述第一保持器与所述第二保持器之间延伸；以及致动器，该致动器适于在所述第一保持器与所述第二保持器之间的加载位置处使所述样品沿第一横向方向周期性偏转；其中，所述第一支撑组件与所述第二支撑组件限制所述样品沿所述第一横向方向移动并且布置成使得所述第一保持器与所述第二保持器能绕沿垂直于所述第一横向方向并垂直于所述样品的所述纵向方向的第二横向方向延伸的轴线旋转，并且其中，所述第一支撑组件进一步布置成使得当所述致动器使所述样品沿所述第一横向方向偏转时所述第一保持器能相对于所述第二保持器沿所述纵向方向进一步移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.22 GB 1604812.61.一种用于对风轮机叶片样品进行疲劳测试的设备，该设备包括：第一支撑组件，该第一支撑组件包括用于约束所述样品的第一端的第一保持器；第二支撑组件，该第二支撑组件包括第二保持器，该第二保持器用于约束所述样品的第二端，使得所述样品的纵向方向在所述第一保持器与所述第二保持器之间延伸；以及致动器，该致动器适于在所述第一保持器与所述第二保持器之间的加载位置处使所述样品沿第一横向方向周期性偏转；其中，所述第一支撑组件与所述第二支撑组件限制所述样品沿所述第一横向方向移动并且布置成使得所述第一保持器与所述第二保持器能绕沿垂直于所述第一横向方向并垂直于所述样品的所述纵向方向的第二横向方向延伸的轴线旋转，并且其中，所述第一支撑组件进一步布置成使得当所述致动器使所述样品沿所述第一横向方向偏转时所述第一保持器能相对于所述第二保持器沿所述纵向方向进一步移动。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一支撑组件包括双枢轴机构，所述第一保持器能借助该双枢轴机构绕所述第二横向方向旋转并且能相对于所述第二保持器沿所述纵向方向移动。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述双枢轴机构包括枢轴臂，该枢轴臂的其中一端具有下枢轴，所述枢轴臂能借助该下枢轴连接至固定结构；并且该枢轴臂具有位于其另一端处的上枢轴，所述枢轴臂借助该上枢轴连接至所述第一保持器，所述上枢轴与所述下枢轴两者都布置成用于绕所述第二横向方向旋转。4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第一支撑组件布置成使得当所述样品借助所述致动器沿所述第一横向方向偏转时基本阻止所述第一保持器沿所述第二横向方向移位。5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第二支撑组件包括单枢轴机构，所述第二保持器能借助该单枢轴机构绕所述第二横向方向旋转。6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第二支撑组件布置成使得当所述样品借助所述致动器沿所述第一横向方向偏转时基本阻止所述第二保持器沿所述第二横向方向和所述纵向方向移位。7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第一保持器与所述第二保持器之间的纵向间隔能选择性地被调节。8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第一支撑组件与所述第二支撑组件安装到所述设备的固定结构中。9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述固定结构包括限定用于所述第一支撑组件以及所述第二支撑组件中的一者或者两者的多个安装位置的多个连接器，借助这些连接器能选择性地调节所述第一保持器与所述第二保持器之间的纵向间隔。10.根据权利要求8或者权利要求9所述的设备，其中，所述固定结构包括供安装所述第一支撑组件的第一基部，还包括供安装所述第二支撑组件的第二基部，所述第一基部与所述第二基部能相对于彼此移动以选择性地调节纵向间隔。11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备布置成借助所述第一支撑组件与所述第二支撑组件保持所述风轮机叶片样品使得其纵向方向基本水平。12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备进一步包括载荷框架，该载荷框架能附接至所述叶片样品，所述载荷框架包括至少一个额外的配重以当所述叶片样品借助所述致动器沿所述第一横向方向周期性偏转时，选择性变更施加至所述叶片样品的应变分布。13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述致动器的位置能选择性地被调节以变更所述加载位置。14.一种对风轮机叶片样品进行疲劳测试的方法，所述方法包括如下步骤：设置具有用于所述样品的第一支撑组件以及第二支撑组件的设备；通过用所述第一支撑组件的第一保持器约束所述样品的第一端并且用所述第二支撑组件的第二保持器约束所述样品的第二端而用所述第一支撑组件以及所述第二支撑组件保持所述样品，使得所述样品的纵向方向在所述第一保持器与所述第二保持器之间延伸，所述第一支撑组件与所述第二支撑组件布置成使得所述第一保持器与所述第二保持器均能绕沿垂直于所述样品的所述纵向方向的第二横向方向延伸的轴线旋转，所述第一支撑组件进一步布置成使得所述第一保持器能相对于所述第二保持器进一步沿所述纵向方向移动；在所述第一保持器与所述第二保持器之间的加载位置处将所述样品连接至致动器；并且通过借助所述致动器产生周期性偏转力使所述样品沿垂直于所述样品的所述纵向方向并垂直于所述第二横向方向的第一横向方向周期性偏转，所述第一支撑组件以及所述第二支撑组件约束所述保持器的移动对抗沿所述第一横向方向的移动，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·佩恩，W·D·理查兹，PE·韦里安，S·盖伊，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK