本發(fā)明涉及用于對(duì)風(fēng)輪機(jī)葉片進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的設(shè)備。特別地，本發(fā)明涉及這樣的用于對(duì)風(fēng)輪機(jī)葉片進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于支撐風(fēng)輪機(jī)葉片的第一端的基部和用于將葉片相對(duì)于基部在擺振(edgewise)方向上循環(huán)偏轉(zhuǎn)的擺振致動(dòng)器。本發(fā)明還涉及對(duì)風(fēng)輪機(jī)葉片進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的方法。

風(fēng)輪機(jī)葉片由于慣性負(fù)載和諸如升力和曳力的空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)載，在使用期間承受循環(huán)加載。在葉片的擺振和揮舞(flapwise)方向二者上，都承受這些負(fù)載。擺振方向與葉片的縱軸垂直并且大體平行于貫穿葉片的前沿和后沿的平面并且對(duì)應(yīng)于葉片在使用期間的旋轉(zhuǎn)方向。揮舞方向垂直于擺振方向和葉片的縱軸二者。此循環(huán)加載會(huì)造成葉片在它們的壽命期間被削弱，從而最終導(dǎo)致疲勞失效。使用疲勞試驗(yàn)來確定在所期望的葉片壽命持續(xù)期間，特定葉片設(shè)計(jì)是否能耐受預(yù)期的循環(huán)操作負(fù)載，而不發(fā)生疲勞失效。

疲勞試驗(yàn)通常是通過在揮舞方向和擺振方向上激勵(lì)葉片以模擬擺振和揮舞操作負(fù)載來執(zhí)行的。對(duì)于較大葉片，通常要連續(xù)地執(zhí)行這兩個(gè)疲勞試驗(yàn)。為了模擬典型的使用壽命，每個(gè)試驗(yàn)均可涉及使葉片經(jīng)受一百萬或更多個(gè)疲勞加載周期并且可能花費(fèi)數(shù)月來完成。為了確保疲勞試驗(yàn)結(jié)果可靠，重要的是在試驗(yàn)期間施加的循環(huán)負(fù)載代表實(shí)際加載狀況。

當(dāng)前葉片疲勞試驗(yàn)方法包括將風(fēng)輪機(jī)葉片的根端固定到固定基部，使得葉片的縱軸是水平的，并且在擺振方向或揮舞方向上施加循環(huán)負(fù)載，以使葉片在擺振方向或揮舞方向上偏轉(zhuǎn)。對(duì)于擺振疲勞試驗(yàn)，葉片通常被安裝成，使得在葉片的前沿和后沿之間延伸的其擺振方向是大體豎直的。為了使試驗(yàn)加載更能代表操作負(fù)載，可沿著葉片長(zhǎng)度定位附加的小配重，以提供理想的彎矩分布，該彎矩分布復(fù)制了此葉片在使用期間經(jīng)歷的彎矩分布。

已知將地面支撐的液壓制動(dòng)器固定到葉片并且通過將液壓致動(dòng)器沿著線性路徑往復(fù)運(yùn)動(dòng)來在揮舞方向或擺振方向上激勵(lì)葉片。然而，這些布置可約束葉片的移動(dòng)，從而難以代表疲勞試驗(yàn)期間的實(shí)際加載。還已知通過將旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量塊安裝在葉片上來施加循環(huán)負(fù)載，該質(zhì)量塊在致動(dòng)器的作用下以葉片的諧振頻率旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在提供葉片的有效驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，此布置可過度限制葉片的移動(dòng)，從而防止任何移動(dòng)偏離單純的擺振/揮舞方向。

因此，將期望提供改進(jìn)了驅(qū)動(dòng)并且更能代表實(shí)際加載狀況的對(duì)風(fēng)輪機(jī)葉片進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的設(shè)備和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種對(duì)風(fēng)輪機(jī)葉片進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的設(shè)備，該設(shè)備包括：基部，所述基部用于支撐所述風(fēng)輪機(jī)葉片的第一端，使得所述葉片的縱軸和擺振方向二者大體水平；以及擺振致動(dòng)器組件，所述擺振致動(dòng)器組件包括地面支撐的擺振致動(dòng)器和用于將所述擺振致動(dòng)器連接到所述葉片的柔性線纜組件。所述擺振致動(dòng)器和所述柔性線纜組件適于通過將所述葉片在大體水平方向上反復(fù)拉動(dòng)而將所述葉片相對(duì)于所述基部在所述擺振方向上循環(huán)偏轉(zhuǎn)。

利用該布置，所述擺振致動(dòng)器組件沒有將所述葉片剛性限制于在疲勞試驗(yàn)期間沿著任何一條或多條特定路徑移動(dòng)。替代地，所述柔性線纜組件允許所述葉片表現(xiàn)出如同它在操作期間中一樣的扭轉(zhuǎn)和其他移動(dòng)。這樣使得能夠進(jìn)行更具代表性的試驗(yàn)。

如本文中使用的，術(shù)語“線纜”是指任何合適的細(xì)長(zhǎng)、柔性連接構(gòu)件，例如，線纜、線材、繩索、鏈條、帶、條帶、環(huán)索、皮帶、吊索或其任何組合。

如本文中使用的，術(shù)語“柔性”用于意指線纜容易彎曲而不發(fā)生斷裂。包括能沿著其長(zhǎng)度延伸的線纜，例如，彈性線纜以及大體不可延伸的線纜。

如本文中使用的，術(shù)語“地面支撐的”是指被支撐在直接或經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)中間元件間接地相對(duì)于設(shè)備基部固定的表面上的部件。這包括(但不限于)被地面支撐的部件。

所述柔性線纜組件可包括單個(gè)長(zhǎng)度的線纜，所述線纜的一個(gè)端部附接于所述擺振致動(dòng)器并且另一個(gè)端部適于連接到所述葉片。優(yōu)選地，以束帶的方式，所述柔性線纜組件包括用于將所述擺振致動(dòng)器連接到所述葉片的壓力側(cè)的第一線纜部分和用于將所述擺振致動(dòng)器連接到所述葉片的吸力側(cè)的第二線纜部分。利用該布置，所述柔性線纜組件可連接到所述葉片的任一側(cè)，以提供更均勻的負(fù)載施加。還允許所述柔性線纜組件與作為葉片輪廓在結(jié)構(gòu)上最強(qiáng)的部分的內(nèi)部負(fù)載承載結(jié)構(gòu)相鄰地附接到所述葉片的壓力側(cè)和吸力側(cè)，而不會(huì)引起如果所述柔性線纜組件附接到這些側(cè)中的僅一側(cè)則原本會(huì)出現(xiàn)的過大扭轉(zhuǎn)。

所述第一線纜部分和第二線纜部分可由不同長(zhǎng)度的線纜形成。在這些實(shí)施方式中，所述不同長(zhǎng)度的線纜可獨(dú)立連接到所述擺振致動(dòng)器，或者彼此連接并且一起連接到所述擺振致動(dòng)器。優(yōu)選地，所述柔性線纜組件包括形成所述第一線纜部分和所述第二線纜部分二者的第一長(zhǎng)度的線纜。這樣提供了更簡(jiǎn)單的設(shè)備。

所述柔性線纜組件可直接或間接地連接到所述擺振致動(dòng)器。在如以上討論的所述柔性線纜組件包括形成第一線纜部分和第二線纜部分二者的第一長(zhǎng)度的柔性線纜的情況下，所述第一長(zhǎng)度的線纜可連接到所述擺振致動(dòng)器，使得所述第一線纜部分和第二線纜部分的相對(duì)長(zhǎng)度是固定的。另選地，所述第一長(zhǎng)度的線纜可經(jīng)由諸如可滑動(dòng)護(hù)套、環(huán)或平衡桿的中間部件連接到所述擺振致動(dòng)器，所述中間組件允許所述第一線纜部分和第二線纜部分的相對(duì)長(zhǎng)度變化。優(yōu)選地，所述柔性線纜組件還包括與所述擺振致動(dòng)器連接的滑輪，并且其中，所述第一長(zhǎng)度的線纜圍繞所述滑輪延伸，使得所述第一長(zhǎng)度的線纜被所述滑輪劃分成所述第一線纜部分和第二線纜部分。所述滑輪提供了簡(jiǎn)單裝置，相應(yīng)長(zhǎng)度的第一線纜部分和第二線纜部分可在試驗(yàn)期間隨著葉片的振蕩而變化，以平衡所述第一線纜部分和第二線纜部分之間的張力，從而減少所述葉片的扭轉(zhuǎn)或急拉。

所述滑輪可直接地或間接地連接到所述擺振致動(dòng)器。例如，所述滑輪可經(jīng)由可以是剛性或柔性的一個(gè)或更多個(gè)中間部件而間接地連接到所述擺振致動(dòng)器。在某些實(shí)施方式中，所述柔性線纜組件包括第二長(zhǎng)度的柔性線纜，所述滑輪通過所述第二長(zhǎng)度的柔性線纜連接到所述擺振致動(dòng)器。

所述滑輪可被懸掛在所述第一長(zhǎng)度的柔性線纜和所述擺振致動(dòng)器之間，而沒有與地面或地表面接觸。另選地，所述滑輪可例如通過沿著所述地表面滑動(dòng)而被安裝在諸如能相對(duì)于地表面移動(dòng)的支撐框架或臂的可移動(dòng)結(jié)構(gòu)上。優(yōu)選地，所述滑輪被安裝在可移動(dòng)臂上，所述可移動(dòng)臂樞轉(zhuǎn)地附接到地表面。這樣提供了當(dāng)被所述擺振致動(dòng)器拉動(dòng)時(shí)允許所述滑輪相對(duì)于所述葉片移動(dòng)的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，以保持所述第一長(zhǎng)度的柔性線纜中的張力。樞軸可包括諸如抗扭彈簧的一個(gè)或更多個(gè)彈簧元件，所述一個(gè)或更多個(gè)彈簧元件被布置成將所述可移動(dòng)臂返回直立位置。

所述滑輪沿著所述可移動(dòng)臂的長(zhǎng)度的位置可以是固定的。優(yōu)選地，所述滑輪能沿著所述可移動(dòng)臂的長(zhǎng)度的至少一部分選擇性移動(dòng)，以改變所述滑輪相對(duì)于所述葉片的豎向位置。有利地，這樣允許所述滑輪的位置在試驗(yàn)之前變化，但是在試驗(yàn)期間相對(duì)于所述可移動(dòng)臂是固定的。這樣允許加載方向被調(diào)節(jié)成更準(zhǔn)確地代表實(shí)際操作負(fù)載，并且由于滑輪位置在試驗(yàn)期間是固定的，因此確保了在振蕩之間，加載方向不會(huì)顯著改變。通過選擇性移動(dòng)所述滑輪的位置，還允許精細(xì)調(diào)節(jié)加載方向。例如，已發(fā)現(xiàn)，通過以略小的角度施加負(fù)載，允許使某些不期望的更高階振蕩最小化。

所述設(shè)備可被布置成只在所述擺振方向上執(zhí)行疲勞試驗(yàn)。另選地，所述基部可被布置成在試驗(yàn)之間允許所述葉片圍繞其縱軸旋轉(zhuǎn)，使得所述擺振致動(dòng)器組件可用于連續(xù)地執(zhí)行擺振疲勞試驗(yàn)和揮舞疲勞試驗(yàn)兩者。在某些實(shí)施方式中，所述設(shè)備可包括安裝在葉片上的諸如由葉片安裝致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量塊的揮舞致動(dòng)器。優(yōu)選地，所述設(shè)備還包括揮舞致動(dòng)器組件，所述揮舞致動(dòng)器組件包括地面支撐的揮舞致動(dòng)器，所述地面支撐的揮舞致動(dòng)器被布置成將所述葉片相對(duì)于所述基部在揮舞方向上循環(huán)偏轉(zhuǎn)。因具有地面支撐的致動(dòng)器而非葉片安裝致動(dòng)器，在試驗(yàn)設(shè)置期間提供更大自由度，以精細(xì)調(diào)節(jié)附加配重的位置來更準(zhǔn)確地代表操作加載狀況。這樣還允許較大負(fù)載被施加到所述葉片。

優(yōu)選地，所述揮舞致動(dòng)器包括諸如液壓、氣動(dòng)或電致動(dòng)器的線性致動(dòng)器，所述線性致動(dòng)器的一個(gè)端部樞轉(zhuǎn)地附接到地表面并且另一個(gè)端部具有樞軸，所述樞軸用于樞轉(zhuǎn)地附接到所述葉片。利用大葉片，將所述葉片在所述揮舞方向上振蕩所需的力可比將所述葉片在所述擺振方向上振蕩所需的力大得多，這至少部分是由于所述葉片在所述揮舞方向上承受的氣動(dòng)阻尼。線性致動(dòng)器具有高負(fù)載能力，從而允許所述設(shè)備成功地克服所述葉片在所述揮舞方向上承受的氣動(dòng)阻尼力。

所述擺振致動(dòng)器組件和所述揮舞致動(dòng)器組件(如果存在的話)可在使用期間通過任何合適的裝置(例如，使用一個(gè)或更多個(gè)孔眼或螺紋螺栓)附接到所述葉片。優(yōu)選地，所述設(shè)備還包括負(fù)載框架，所述擺振致動(dòng)器組件和/或所述揮舞致動(dòng)器組件通過所述負(fù)載框架能附接于所述葉片，所述負(fù)載框架包括至少一個(gè)附加配重，用于在疲勞試驗(yàn)期間模擬所述葉片上的操作加載狀況。利用該布置，所述框架將偏轉(zhuǎn)力遍及葉片輪廓，而非具有點(diǎn)負(fù)載，并且將配置整合到所述負(fù)載框架中導(dǎo)致所述設(shè)備被簡(jiǎn)化。在一個(gè)特定實(shí)施方式中，所述負(fù)載框架包括通過框架螺栓連接的壓力側(cè)框架元件和對(duì)向的吸力側(cè)框架元件，所述框架螺栓貫穿所述葉片的壓力側(cè)和吸力側(cè)中的鉆孔。所述壓力側(cè)框架元件和所述吸力側(cè)框架元件沿著所述葉片的至少部分寬度延伸并且優(yōu)選地符合所述葉片的輪廓外形。在替代實(shí)施方式中，所述負(fù)載框架可形成包圍所述葉片的罩。所述至少一個(gè)附加配重可與所述負(fù)載框架形成一體，或者通過任何合適的方法(例如，通過膠合)附接到所述負(fù)載框架。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種對(duì)風(fēng)輪機(jī)葉片進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括根據(jù)任何上述實(shí)施方式所述的設(shè)備和待試驗(yàn)的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，所述風(fēng)輪機(jī)葉片的第一端被所述設(shè)備的所述基部支撐，使得所述葉片的縱軸和擺振方向二者大體水平，并且其中，所述擺振致動(dòng)器組件的柔性線纜裝置在遠(yuǎn)離所述葉片的所述第一端的位置處附接到所述葉片。優(yōu)選地，所述葉片的所述第一端對(duì)應(yīng)于所述葉片的根端。

所述葉片可被保持在所述基部中，使得所述葉片的壓力側(cè)面向上或面向下。優(yōu)選地，所述葉片被保持在所述基部中，使得所述葉片的壓力側(cè)面向上并且吸力側(cè)面向下。在風(fēng)輪機(jī)操作期間，平均揮舞加載往往會(huì)朝向所述吸力側(cè)。因此，保持所述葉片使得其吸力側(cè)面向下可提供更具代表性的試驗(yàn)，因?yàn)橹亓⒊蛩鋈~片的所述吸力側(cè)作用，從而造成試驗(yàn)期間的平均加載還向著所述葉片的所述吸力側(cè)作用。

所述系統(tǒng)可被布置成，使得所述擺振致動(dòng)器組件向著所述前沿或所述后沿拉動(dòng)。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)被布置成，使得所述擺振致動(dòng)器向著所述前沿拉動(dòng)。在風(fēng)輪機(jī)操作期間，平均加載的方向往往會(huì)朝向所述前沿，因?yàn)檫@是氣動(dòng)升力的方向。因此，將所述系統(tǒng)以這種方式布置可提供更具代表性的試驗(yàn)。

所述柔性線纜組件可被附接于所述葉片的沿著所述葉片的長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)任何合適位置處。例如，所述柔性線纜組件可附接成靠近所述葉片的所述第一端，或者處于或朝向所述葉片的所述梢端。在所述柔性線纜組件朝向所述葉片的所述第一端附接的情況下，需要較小的位移和較大的力，而在所述柔性線纜朝向所述葉片的所述梢端附接的情況下，需要較大的位移和較小的力。所述柔性線纜組件的最佳附接位置因此是致動(dòng)器所需的力和位移之間的平衡。對(duì)于不同葉片而言，這可根據(jù)葉片的剛度及其振動(dòng)行為而變化，并且還可取決于致動(dòng)器的特性和性能。

在所述系統(tǒng)包括擺振致動(dòng)器組件和揮舞致動(dòng)器組件的情況下，所述擺振致動(dòng)器組件和揮舞致動(dòng)器組件可沿著所述葉片的長(zhǎng)度附接于所述葉片上的同一位置。優(yōu)選地，所述揮舞致動(dòng)器組件和所述擺振致動(dòng)器組件附接到葉片的不同位置處。因?yàn)樗鰯[振致動(dòng)器組件和揮舞致動(dòng)器組件的最佳附接位置是致動(dòng)器所需的力和位移之間的平衡，所以將所述擺振致動(dòng)器組件和揮舞致動(dòng)器組件附接到不同位置允許獨(dú)立地選擇每個(gè)致動(dòng)器組件的最佳位置。

所述系統(tǒng)可包括一個(gè)擺振致動(dòng)器組件，或者包括沿著所述葉片的長(zhǎng)度附接并且一起將所述葉片偏轉(zhuǎn)的任何合適數(shù)量的擺振致動(dòng)器組件。另選地或另外地，所述系統(tǒng)可包括一個(gè)揮舞致動(dòng)器組件，或者包括沿著所述葉片的長(zhǎng)度附接并且一起將所述葉片偏轉(zhuǎn)的任何合適數(shù)量的揮舞致動(dòng)器組件。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種對(duì)風(fēng)輪機(jī)葉片進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的方法，該方法包括以下步驟：將風(fēng)輪機(jī)葉片的第一端支撐于基部中，使得所述葉片的縱軸和擺振方向二者大體水平；使用柔性線纜組件將所述葉片連接到地面支撐的擺振致動(dòng)器；以及通過用所述擺振致動(dòng)器產(chǎn)生循環(huán)偏轉(zhuǎn)力并且用所述柔性線纜組件將所述葉片在大體水平方向上反復(fù)拉動(dòng)，而將所述葉片相對(duì)于所述基部在所述擺振方向上循環(huán)偏轉(zhuǎn)。

如以上針對(duì)本發(fā)明的設(shè)備描述的，利用根據(jù)本發(fā)明的方法，所述葉片不被剛性限制于在所述擺振致動(dòng)器組件的作用下沿著任何特定的一條或多條路徑移動(dòng)。替代地，所述柔性線纜組件允許所述葉片表現(xiàn)出如它將在操作期間一樣的扭轉(zhuǎn)和其他移動(dòng)。這樣使得能夠進(jìn)行更具代表性的試驗(yàn)。

所述柔性線纜組件可連接到所述葉片的任何合適部分和沿著所述葉片的長(zhǎng)度的任何合適位置處。所述柔性線纜組件可包括在所述葉片和所述擺振致動(dòng)器之間延伸的單個(gè)長(zhǎng)度的線纜。優(yōu)選地，所述柔性線纜組件包括第一線纜部分和第二線纜部分，并且其中，通過以束帶的方式將所述第一線纜部分連接到所述葉片的壓力側(cè)并且將所述第二線纜部分連接到所述葉片的吸力側(cè)來執(zhí)行將所述葉片連接到所述擺振致動(dòng)器的步驟。有利地，這樣在疲勞試驗(yàn)期間向所述葉片提供了更均衡的負(fù)載應(yīng)用。這還確保了所述柔性線纜組件與作為葉片輪廓在結(jié)構(gòu)上最強(qiáng)的部分的內(nèi)部負(fù)載承載結(jié)構(gòu)相鄰地附接，而沒有引起如果所述柔性線纜組件只附接到壓力側(cè)或吸力側(cè)中的一個(gè)則原本會(huì)出現(xiàn)的過大扭轉(zhuǎn)。

優(yōu)選地，所述柔性線纜組件包括形成所述第一線纜部分和所述第二線纜部分二者的第一長(zhǎng)度的線纜。這樣提供了更簡(jiǎn)單的布置。

優(yōu)選地，所述柔性線纜組件還包括與所述擺振致動(dòng)器連接的滑輪，所述第一長(zhǎng)度的線纜圍繞所述滑輪延伸，使得所述第一長(zhǎng)度的線纜被所述滑輪劃分成所述第一線纜部分和第二線纜部分，并且其中，通過將循環(huán)偏轉(zhuǎn)力傳輸?shù)剿龌喴詫⑺龌喸谒鰯[振方向上往復(fù)拉動(dòng)來執(zhí)行將所述葉片相對(duì)于所述基部在所述擺振方向上循環(huán)偏轉(zhuǎn)的步驟。利用該布置，相應(yīng)長(zhǎng)度的第一線纜部分和第二線纜部分能夠在試驗(yàn)期間隨著所述葉片的振蕩而變化，以平衡施加到所述葉片的壓力側(cè)和吸力側(cè)的張力，從而減少所述葉片在試驗(yàn)期間的扭轉(zhuǎn)或急拉。

可由所述擺振致動(dòng)器在任何合適的頻率下產(chǎn)生循環(huán)偏轉(zhuǎn)力。優(yōu)選地，由所述擺振致動(dòng)器以所述葉片的擺振諧振頻率或大體以所述葉片的擺振諧振頻率(例如，以所述葉片的第一擺振諧振頻率或第二擺振諧振頻率)產(chǎn)生循環(huán)偏轉(zhuǎn)力。通過以擺振諧振頻率偏轉(zhuǎn)所述葉片，由于所述葉片激勵(lì)，偏轉(zhuǎn)所述葉片所需的力遠(yuǎn)小于其他頻率下所需的力，從而減小了試驗(yàn)的能量要求和所述擺振致動(dòng)器所需的負(fù)載能力。執(zhí)行試驗(yàn)時(shí)所處的擺振諧振頻率取決于所述葉片的特性，但通常在0.6至1hz的區(qū)間內(nèi)，更特別地，大約0.8hz。

可執(zhí)行該方法，使得只在所述擺振方向上對(duì)葉片進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。另選地，通過在試驗(yàn)之間通過將所述葉片圍繞其縱軸旋轉(zhuǎn)，可使用所述擺振致動(dòng)器組件在擺振方向和揮舞方向上對(duì)所述葉片連續(xù)地進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。優(yōu)選地，該方法還包括以下步驟：(i)在遠(yuǎn)離所述葉片的所述第一端的位置處將揮舞致動(dòng)器組件附接到所述葉片，所述揮舞致動(dòng)器組件包括地面支撐的揮舞致動(dòng)器；以及(ii)通過用所述地面支撐的揮舞致動(dòng)器產(chǎn)生揮舞循環(huán)偏轉(zhuǎn)力并且將所述揮舞循環(huán)偏轉(zhuǎn)力傳輸?shù)剿鋈~片，而將所述葉片相對(duì)于所述基部在所述揮舞方向上循環(huán)偏轉(zhuǎn)。

可由所述揮舞致動(dòng)器以任何合適的頻率產(chǎn)生所述循環(huán)偏轉(zhuǎn)力。優(yōu)選地，以所述葉片的揮舞諧振頻率或大體以所述葉片的揮舞諧振頻率產(chǎn)生所述揮舞循環(huán)偏轉(zhuǎn)力。如以上針對(duì)擺振諧振頻率提到的，將所述葉片以揮舞諧振頻率偏轉(zhuǎn)意味著，偏轉(zhuǎn)所述葉片所需的力遠(yuǎn)小于其他頻率下所需的力，從而減少試驗(yàn)的能量要求和所述揮舞致動(dòng)器所需的負(fù)載能力。執(zhí)行試驗(yàn)時(shí)所采用的揮舞諧振頻率取決于所述葉片的特性，但通常在0.35至0.65hz的區(qū)間內(nèi)，更特別地，大約0.5hz?？梢源篌w相同的頻率或不同頻率產(chǎn)生所述擺振循環(huán)偏轉(zhuǎn)力和所述揮舞循環(huán)偏轉(zhuǎn)力。

可連續(xù)地執(zhí)行將所述葉片相對(duì)于所述基部在所述擺振方向上循環(huán)偏轉(zhuǎn)的步驟和將所述葉片相對(duì)于所述基部在所述揮舞方向上循環(huán)偏轉(zhuǎn)的步驟。優(yōu)選地，同時(shí)執(zhí)行將所述葉片相對(duì)于所述基部在所述擺振方向上循環(huán)偏轉(zhuǎn)的步驟和將所述葉片相對(duì)于所述基部在所述揮舞方向上循環(huán)偏轉(zhuǎn)的步驟。這樣減少了執(zhí)行葉片疲勞試驗(yàn)所花費(fèi)的時(shí)間。另外，由于葉片將在風(fēng)輪機(jī)操作期間經(jīng)歷同時(shí)的揮舞偏轉(zhuǎn)和擺振偏轉(zhuǎn)，因此試驗(yàn)可更能代表操作載荷狀況。

附圖說明

現(xiàn)在，將僅以舉例的方式并且參照附圖來進(jìn)一步描述本發(fā)明，在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的試驗(yàn)設(shè)備的第一示例的示意性俯視圖，示出的是設(shè)備附接到風(fēng)輪機(jī)葉片；

圖2是圖1的試驗(yàn)設(shè)備的示意性側(cè)視圖；

圖3是通過圖1中的線3-3截取的示意性剖視圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的試驗(yàn)設(shè)備的第二示例的示意性俯視圖，示出的是設(shè)備附接到風(fēng)輪機(jī)葉片；

圖5是圖4的試驗(yàn)設(shè)備的示意性側(cè)視圖；以及

圖6是通過圖4中的線6-6截取的示意性剖視圖。

具體實(shí)施方式

圖1至圖3示出了對(duì)設(shè)備100所附接的風(fēng)輪機(jī)葉片10進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的第一試驗(yàn)設(shè)備100。風(fēng)輪機(jī)葉片10具有根端12和對(duì)向的梢端14。在根端12和梢端14之間的是翼型區(qū)域，翼型區(qū)域具有異形輪廓，包括壓力側(cè)16和吸力側(cè)18以及前沿20和后沿22。擺振方向24在前沿20和后沿22之間延伸。因?yàn)槿~片10的形狀在根端12和梢端14之間扭轉(zhuǎn)，擺振方向24可沿著葉片10的長(zhǎng)度改變。

試驗(yàn)設(shè)備100包括基部110和擺振致動(dòng)器組件120?；?10包括固定支撐結(jié)構(gòu)，該固定支撐結(jié)構(gòu)安裝在設(shè)備100的地表面105上(諸如，安裝在地板中的鋼輪轂)，并且在固定支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)置有用于固定地支撐葉片10的根端12的剛性安裝件(未示出)上。如圖2和圖3中所示，葉片10由基部110支撐，使得葉片10的擺振方向24和縱軸26大體水平，并且使得葉片10的壓力側(cè)16面向上而葉片10的吸力側(cè)18面向下。剛性安裝件可包括任何合適的連接裝置。例如，剛性安裝件可包括多個(gè)螺紋螺栓，這些螺紋螺栓從支撐結(jié)構(gòu)延伸，旋入葉片10的根端12處的對(duì)應(yīng)螺紋螺栓孔(未示出)中。

擺振致動(dòng)器組件120包括擺振致動(dòng)器130和柔性線纜組件140，柔性線纜組件140將擺振致動(dòng)器130經(jīng)由第一負(fù)載框架160連接到葉片10，如下所述。

在本示例中，擺振致動(dòng)器130包括線性致動(dòng)器，線性致動(dòng)器具有氣缸132和能在氣缸132內(nèi)滑動(dòng)的活塞134。然而，擺振致動(dòng)器可包括任何合適的致動(dòng)器，例如，旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器。擺振致動(dòng)器130通過氣缸132所附接的樞軸136鉸接于設(shè)備100的地表面105。在圖3中，活塞134被示出為處于中間沖程位置，即，完全縮回位置和完全伸長(zhǎng)位置之間的中途。在該位置，柔性線纜組件140在張力下，而葉片10沒有偏轉(zhuǎn)。

柔性線纜組件140包括與葉片10連接的第一長(zhǎng)度的柔性線纜或線纜束帶142、與擺振致動(dòng)器130連接的第二長(zhǎng)度的柔性線纜144以及定位在束帶142和第二長(zhǎng)度的柔性線纜144之間的滑輪機(jī)構(gòu)146。

滑輪機(jī)構(gòu)146包括安裝在可移動(dòng)臂150上的滑輪148?？梢苿?dòng)臂150從地表面105向上延伸并且通過樞軸152鉸接于地表面105?；?48可通過可調(diào)支柱154可旋轉(zhuǎn)地附接于可移動(dòng)臂150，可調(diào)支柱154附接于沿著可移動(dòng)臂150的長(zhǎng)度的位置h。在該示例中，可調(diào)支柱154包括鎖定銷(未示出)，鎖定銷與沿著可移動(dòng)臂150的長(zhǎng)度布置的一個(gè)或更多個(gè)對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)孔(未示出)接合?？赏ㄟ^以下步驟來選擇性調(diào)節(jié)沿著臂150長(zhǎng)度的滑輪148的位置h：從可移動(dòng)臂150中去除鎖定銷，將支柱154移至新位置使其與調(diào)節(jié)孔相鄰，并且將鎖定銷插入調(diào)節(jié)孔中的新位置處。然而，可使用任何合適的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將滑輪148可旋轉(zhuǎn)地附接于臂150。

束帶142繞著滑輪148延伸并且被滑輪148劃分成第一線纜部分156和第二線纜部分158。如以下討論的，使用第一負(fù)載框架160，在束帶142的第一端將第一線纜部分156連接至葉片10的壓力側(cè)16，并且在束帶142的第二端將第二線纜部分158連接至葉片10的吸力側(cè)18。

第一負(fù)載框架160包括通過框架螺栓166連接的壓力側(cè)框架元件162和吸力側(cè)框架元件164，框架螺栓166貫穿葉片10的壓力側(cè)16和吸力側(cè)18中的鉆孔。壓力側(cè)框架元件162和吸力側(cè)框架元件164橫跨葉片的部分寬度延伸并且符合葉片10的輪廓外形。壓力側(cè)框架元件162和吸力側(cè)框架元件164均包括一個(gè)或更多個(gè)線纜安裝點(diǎn)(未示出)，束帶142的第一部分156和第二部分158在張力下通過線纜安裝點(diǎn)附接。第一負(fù)載框架160還包括附加配重168，附加配重168被膠合于壓力側(cè)框架元件162，以模擬操作負(fù)載。附加配重168可替代地附接于吸力側(cè)框架元件164，或設(shè)備的另一個(gè)部分，或葉片本身。另外的附加配重(未示出)還可附接于第一負(fù)載框架160或者在其他位置直接或間接地附接于葉片10。

第一負(fù)載框架160附接于葉片10，與葉片10的根端12相隔距離l1。如以上討論的，擺振致動(dòng)器組件120的最佳附接位置取決于葉片的剛度和振動(dòng)特性以及致動(dòng)器本身的特性。

第二長(zhǎng)度的柔性線纜144其第一端被固定附接于可移動(dòng)臂150，并且其第二端固定附接于地面支撐的擺振致動(dòng)器130的活塞134。第二長(zhǎng)度的柔性線纜144因此在擺振致動(dòng)器130和滑輪機(jī)構(gòu)146之間延伸。

在使用中，活塞134在諸如液壓或氣動(dòng)泵的致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)或電源的作用下相對(duì)于氣缸132往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以生成借助柔性線纜組件140傳輸?shù)饺~片的循環(huán)偏轉(zhuǎn)力。在每個(gè)周期期間，在致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的作用下，活塞134交替地縮回離開滑輪機(jī)構(gòu)146并且向著滑輪機(jī)構(gòu)146延伸。

在每個(gè)縮回沖程期間，如圖3中的箭頭r所指示的，活塞134拉動(dòng)第二長(zhǎng)度的柔性線纜144，以將臂150向著擺振致動(dòng)器130樞轉(zhuǎn)。當(dāng)臂150向著擺振致動(dòng)器130樞轉(zhuǎn)時(shí)，滑輪148在擺振方向上遠(yuǎn)離葉片10移動(dòng)，并且拉動(dòng)束帶142的第一線纜部分156和第二線纜部分158，以將葉片10在擺振方向上偏轉(zhuǎn)。允許相應(yīng)長(zhǎng)度的第一線纜部分156和第二線纜部分158通過在滑輪148之上移動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以平衡第一線纜部分156和第二線纜部分158二者中的張力。以這種方式，葉片10可圍繞其縱軸扭轉(zhuǎn)并且在揮舞方向上移動(dòng)，而沒有受柔性線纜組件140剛性限制。

在每個(gè)伸長(zhǎng)沖程期間，活塞134向著滑輪機(jī)構(gòu)移動(dòng)，直到它到達(dá)其完全伸長(zhǎng)位置。當(dāng)束帶142和第二長(zhǎng)度的線纜144為柔性時(shí)，葉片10自由地返回其未偏轉(zhuǎn)位置，而是在其自身剛度的作用下遠(yuǎn)離致動(dòng)器在擺振方向上偏轉(zhuǎn)。如同葉片10在每個(gè)縮回沖程期間葉片10的偏轉(zhuǎn)一樣，葉片10可圍繞其縱軸扭轉(zhuǎn)并且在揮舞方向上移動(dòng)，而剛性沒有受柔性線纜組件140限制。

在啟動(dòng)時(shí)，擺振致動(dòng)器130所生成的循環(huán)偏轉(zhuǎn)力從0開始穩(wěn)定地增加，直到它在葉片的擺振諧振頻率下達(dá)到其操作頻率，在試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，保持處于該操作頻率。擺振諧振頻率的值取決于葉片的特性并且通常在0.6至1.0hz的區(qū)間內(nèi)，更特別地，是大約0.8hz。結(jié)果，葉片被激勵(lì)并且朝向和遠(yuǎn)離擺振致動(dòng)器在擺振方向上偏轉(zhuǎn)，盡管事實(shí)是只向著擺振致動(dòng)器施加循環(huán)偏轉(zhuǎn)力。葉片的激勵(lì)產(chǎn)生比被擺振致動(dòng)器施加到葉片的偏轉(zhuǎn)負(fù)載大得多的彎曲負(fù)載。循環(huán)偏轉(zhuǎn)力只被施加用于啟動(dòng)并保持激勵(lì)狀態(tài)。

以這種方式，葉片10在擺振方向上循環(huán)偏轉(zhuǎn)，如圖3中的箭頭e所指示的，但能夠在試驗(yàn)期間在其他方向上扭轉(zhuǎn)和移動(dòng)。因此，設(shè)備100可對(duì)葉片10施加更能代表實(shí)際操作狀況的應(yīng)力和應(yīng)變。

圖4至圖6示出第二試驗(yàn)設(shè)備200，第二試驗(yàn)設(shè)備200用于對(duì)設(shè)備200所附接的風(fēng)輪機(jī)葉片10進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)備200與圖1至圖3中示出的試驗(yàn)設(shè)備100類似。然而，除了擺振致動(dòng)器組件220之外，試驗(yàn)設(shè)備200還包括用于將葉片10在揮舞方向上循環(huán)偏轉(zhuǎn)的揮舞致動(dòng)器組件270。

揮舞致動(dòng)器組件270包括揮舞致動(dòng)器280和第二負(fù)載框架290，第二負(fù)載框架290連接到揮舞致動(dòng)器280和葉片10。

揮舞致動(dòng)器280包括具有氣缸282的線性致動(dòng)器和能在氣缸282內(nèi)滑動(dòng)的活塞284。揮舞致動(dòng)器280其一個(gè)端部通過氣缸282所附接的第一樞軸286鉸接于地表面205，并且其另一個(gè)端部通過活塞284所附接的第二樞軸288鉸接于負(fù)載框架290。在圖4和圖5中，活塞284被示出為處于中間沖程位置，即，完全縮回位置和完全伸長(zhǎng)位置之間的中途。在該中間沖程位置，葉片10沒有在揮舞致動(dòng)器280的作用下偏轉(zhuǎn)。

如同第一負(fù)載框架260一樣，第二負(fù)載框架290包括通過框架螺栓296連接的壓力側(cè)框架元件292和吸力側(cè)框架元件294，框架螺栓296貫穿葉片10的壓力側(cè)16和吸力側(cè)18中的鉆孔。壓力側(cè)框架元件292和吸力側(cè)框架元件294橫跨葉片的部分寬度延伸并且符合葉片10的輪廓外形。吸力側(cè)框架元件294包括安裝點(diǎn)(未示出)，揮舞致動(dòng)器280通過第二樞軸288借助所述安裝點(diǎn)樞轉(zhuǎn)地附接至第二負(fù)載框架290。第二負(fù)載框架290還包括附加配重298，附加配重298被膠合于壓力側(cè)框架元件292，以模擬操作負(fù)載。附加配重298可替代地附接于吸力側(cè)框架元件294，或設(shè)備的另一部分，或葉片本身。另外的附加配重(未示出)還可附接于第一負(fù)載框架260、第二負(fù)載框架290或者在其他位置直接或間接地附接于葉片10。

第二負(fù)載框架290附接于葉片10，與葉片10的根端12相隔距離l2。如同擺振致動(dòng)器230一樣，揮舞致動(dòng)器280的最佳附接位置取決于葉片的剛度和振動(dòng)特性以及致動(dòng)器本身的特性。在該示例中，l2大于l1，使得相比于擺振致動(dòng)器組件220，揮舞致動(dòng)器組件270附接于葉片的更靠近梢端14處。

在使用中，如同第一試驗(yàn)設(shè)備100一樣，第二試驗(yàn)設(shè)備200的擺振致動(dòng)器230的活塞234相對(duì)于氣缸232往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以在每個(gè)縮回沖程期間生成循環(huán)偏轉(zhuǎn)力(如圖6中的箭頭r所指示的)，以將葉片10在擺振方向上向著擺振致動(dòng)器230拉動(dòng)。允許相應(yīng)長(zhǎng)度的第一線纜部分256和第二線纜部分258通過在滑輪248之上移動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以平衡第一線纜部分256和第二線纜部分258二者中的張力。如同第一設(shè)備100一樣，在擺振致動(dòng)器230的每個(gè)伸長(zhǎng)沖程期間，葉片10自由地返回其未偏轉(zhuǎn)位置，并且在其自身剛度的作用下遠(yuǎn)離致動(dòng)器在擺振方向上偏轉(zhuǎn)。以這種方式，葉片10在擺振方向上循環(huán)偏轉(zhuǎn)，如圖6中的箭頭e所指示的，并且自由地圍繞其縱軸扭轉(zhuǎn)，而沒有受柔性線纜組件240剛性限制。

同時(shí)，揮舞致動(dòng)器280的活塞284在諸如液壓或氣動(dòng)泵的揮舞致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)或電源的作用下相對(duì)于氣缸284往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以生成傳輸?shù)饺~片的循環(huán)揮舞偏轉(zhuǎn)力。在揮舞致動(dòng)器280的每次往復(fù)運(yùn)動(dòng)期間，在揮舞致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的作用下，活塞284交替地縮回離開葉片10并且向著葉片10伸長(zhǎng)，以使葉片10相對(duì)于基部210在揮舞方向上循環(huán)偏轉(zhuǎn)，如圖6中的箭頭f所指示的。

在啟動(dòng)時(shí)，擺振致動(dòng)器230所生成的擺振循環(huán)偏轉(zhuǎn)力從0開始穩(wěn)定地增加，直到它在葉片的擺振諧振頻率下達(dá)到其操作頻率，在試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，保持處于該操作頻率。擺振諧振頻率的值取決于葉片的特性并且通常在0.6至1.0hz的區(qū)間內(nèi)，更特別地，是大約0.8hz。

同時(shí)，揮舞致動(dòng)器280所生成的揮舞循環(huán)偏轉(zhuǎn)力從0開始穩(wěn)定地增加，直到它在葉片的揮舞諧振頻率下達(dá)到其操作頻率，在試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，保持處于該操作頻率。揮舞諧振頻率的值取決于葉片的特性并且通常在0.35至0.65hz的區(qū)間內(nèi)，更特別地，是大約0.5hz。結(jié)果，葉片在揮舞方向上被揮舞致動(dòng)器激勵(lì)并且在擺振方向上被擺振致動(dòng)器激勵(lì)。

以這種方式，葉片10同時(shí)循環(huán)地在擺振方向和揮舞方向二者上偏轉(zhuǎn)。這樣允許同時(shí)執(zhí)行擺振和揮舞疲勞試驗(yàn)，從而減少執(zhí)行葉片疲勞試驗(yàn)所需的時(shí)間。另外，當(dāng)擺振致動(dòng)器230通過柔性線纜組件240附接到葉片10并且揮舞致動(dòng)器280樞轉(zhuǎn)地附接到葉片10和地表面205二者時(shí)，葉片10能夠扭轉(zhuǎn)并且相比于對(duì)比試驗(yàn)期間更自由地移動(dòng)。因此，設(shè)備200可在試驗(yàn)期間對(duì)葉片10施加更能代表實(shí)際操作狀況的應(yīng)力和應(yīng)變。

在以上兩個(gè)實(shí)施方式中，通過改變擺振致動(dòng)器和柔性線纜組件以適合通過施加大體水平的力在擺振方向上偏轉(zhuǎn)葉片，可在葉片被支撐為其擺振方向大體水平的情況下執(zhí)行擺振疲勞試驗(yàn)。在該位置，前沿和后沿處的峰值應(yīng)變值更低且更能代表負(fù)載和r值，r值是相比于其中葉片擺振方向大體豎直的傳統(tǒng)設(shè)備在操作期間承受的最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比率。這樣提高了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性并且減少了當(dāng)計(jì)算預(yù)期疲勞壽命時(shí)對(duì)材料數(shù)據(jù)外推的依賴性。這樣還可減少葉片的“過度設(shè)計(jì)”，不再試圖防止在邊沿應(yīng)變較高的不太具有代表性的試驗(yàn)期間可能會(huì)出現(xiàn)的邊沿翹曲。不僅正在試驗(yàn)的葉片的峰值應(yīng)變值較小，而且試驗(yàn)設(shè)備承受的平均負(fù)載和峰值力矩也較小，從而導(dǎo)致試驗(yàn)設(shè)備部件的磨損較低。這樣可延長(zhǎng)試驗(yàn)設(shè)備的壽命并且減少維修要求。

應(yīng)該理解，在不脫離隨附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到，對(duì)上述實(shí)施方式可以進(jìn)行各種修改。