[發明專利]試驗裝置

無效

• 申請號: 201310527808.0
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103792074A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: B.G.詹森
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 原紹輝;譚祐祥

技術領域

本發明描述了用于試驗部件的試驗裝置、風力渦輪機試驗裝置、以及用于試驗部件的方法。

背景技術

一些結構（例如，高的塔架、風力渦輪機等）在其壽命期間經受結構加載。例如，在風力渦輪機的操作期間作用在風力渦輪機的機艙和塔架上的力可能導致各種結構元件的過度磨損和材料疲勞，所述各種結構元件例如是軸承、機艙、底座框架轂、偏航環等。諸如軸承之類的零部件上的過度磨損可能需要昂貴的維護和修復程序，而材料疲勞可能導致形成發絲般裂紋或較大裂紋，最終導致嚴重的損壞和部件失效。

然而，難以預測這種損壞的可能性、位置和程度。例如，材料疲勞可能要花費很長時間來形成。在形成損壞的任何跡象之前可能已經經過了數年，并且這些跡象可能僅偶然被發現或在對這種跡象的具體尋找中被發現。

因此，這種結構的制造商可能要在結構試驗中投入大量的努力，并且可能試圖對相對短的時間內加載的效果進行建模，以便預測在結構的實際壽命期間加載的實際效果。例如，用于風力渦輪機的試驗裝置可安裝在示例性殼體上，例如安裝到安裝于機艙的轂上。試驗裝置可設計成產生力，并且將這些力大致直接地傳遞到殼體。出于試驗的目的，不必將機艙安裝在塔架上或者將轉子葉片附接到轂，并且許多有用的信息可通過將傳感器（例如，應變計、加速度計等）布置在易遭受材料疲勞的任何相關部件或元件處來收集。已知的試驗裝置使用了安裝在框架中的旋轉的徑向配重，所述框架被緊固到這種試驗設施中的轂上。馬達驅動配重所連接的軸，并且得到的離心力作為負載被傳遞到風力渦輪機試驗設施。這種試驗裝置可用于在與實際部件的“真實”壽命時間跨度對應的相對短的時間跨度內收集關于試驗設施的負載和疲勞信息。例如，用于風力渦輪機試驗設施的試驗裝置可連續地操作僅數周或數月的時間跨度，以便收集與可比較的風力渦輪機的數十年對應的信息。

然而，具有一個或多個自由度或者“彈性”的任何大型結構將具有一個或多個諧振頻率。這也適用于這種試驗設施，其中試驗裝置被安裝到這種結構。自由度或一定量的彈性可能是不可避免的，這是因為試驗裝置自身由結合到一起的數個元件制成，并且試驗裝置也必須利用緊固件或其他連接件安裝到處于試驗下的部件；并且處于試驗下的部件可能自身被連接到或安裝到其他部件或零件等。因此，如果要避免對試驗裝置和/或試驗設施的損壞，已知試驗裝置僅可被安全地用在關于試驗設施的諧振頻率的臨界范圍之外。例如，當力和旋轉頻率接近具有試驗下的部件的試驗裝置的諧振頻率范圍時，必須停止試驗裝置，該試驗裝置產生離心力并且將所述離心力作為橫向力傳遞到處于試驗下的部件。因此，如果該橫向力由試驗裝置的諧振行為“放大”，則實際施加到試驗下的部件的橫向力可能比離心力自身的量值大得多。這意味著：由于關于諧振頻率的必要“間隙”，因此可收集的有用加載/疲勞信息的量受限，從而使得難以將試驗結果外插或內插至令人滿意的精度。缺乏在試驗設施的操作期間收集的精確信息使得難以確定用于諸如軸承、連接器、緊固件、底座框架等的結構部件的正確材料強度。結果是，在結構的壽命內，材料疲勞可能形成在未想到的位置形成和/或比預期更早地形成。

發明內容

因此，本發明目的在于提供一種用于結構地試驗部件的改進方法。

該目的通過權利要求1的試驗裝置、權利要求9的風力渦輪機設施、以及權利要求11的用于試驗部件的方法來實現。

根據本發明，用于對部件進行試驗的試驗裝置包括：安裝在可旋轉的軸上的可調節徑向配重裝置；驅動機構，所述驅動機構用于使所述軸以一定的軸旋轉速度旋轉；以及調節機構，所述調節機構用于當所述軸旋轉時相對于所述軸調節所述可調節徑向配重裝置的質心。

相對于所述軸對所述徑向配重裝置的質心的調節導致了當所述徑向配重裝置旋轉時產生的離心力的改變。根據本發明的試驗裝置的優勢在于：可無中斷地改變所述可調節徑向配重裝置的質心，使得試驗裝置可連續地操作。通過將力以某種合適的方式傳遞到處于試驗下的部件，這種試驗裝置可用于對試驗下的部件的應力試驗和/或疲勞試驗。在本發明的上下文中，“徑向配重”將被理解為通過徑向“臂”安裝到軸的質量或配重，使得該質量的較大部分從所述軸偏離以與該徑向臂的長度大致對應的距離。徑向配重可具有任何合適形式，例如從該軸徑向向外延伸的簡單塊狀，或者其質量的較大部分定位在徑向臂的外端處的更復雜形狀。換言之，徑向配重可安裝到旋轉軸上，使得徑向配重的質心定位在從所述旋轉軸移開的一定距離處。