用于叶片疲劳测试的具有减少的侧向负载的共振发生装置 |
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| 申请号 | CN201480025466.5 | 申请日 | 2014-04-15 | 公开(公告)号 | CN105190284A | 公开(公告)日 | 2015-12-23 |
| 申请人 | 韩国机械研究院; | 发明人 | 李鹤求; 朴志祥; 金度荣; 尹淳镐; | ||||
| 摘要 | 一种用于测试 叶片 疲劳的具有减少的侧向负载的共振发生装置包括：安装部，其包括 鞍座 以及组装部，所述鞍座包括与叶片的外表面形式对应的槽，所述组装部位于所述鞍座的外侧，并且由 紧 固件 连接，使得所述鞍座按压所述叶片；共振发生器，其包括经配置以产生线性移动的 致动器 、经配置以保持叶片运动的 相位 与致动器杆相同的 耦合器 或多个耦合器、以及经配置以引导致动器主体的线性往复运动的方向的线性 导轨 ；以及附加砝码，其安装在致动器主体的两个相对面上，以便与所述致动器主体相关联地移动，并且在所述叶片的纵向方向上增加或减少所述附加砝码，使得作线性往复运动的、包括所述致动器主体以及所述附加砝码的致动器主体移动 块 的 重心 位于所述致动器杆的轴上。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于叶片疲劳测试的具有减少的侧向负载的共振发生装置，其包括： |
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| 说明书全文 | 用于叶片疲劳测试的具有减少的侧向负载的共振发生装置技术领域[0001] 本发明涉及用于叶片(blade)疲劳测试的具有减少的侧向负载的共振发生装置，并且更具体地，涉及这样的用于叶片疲劳测试的具有减少的侧向负载的共振发生装置，其包括：轻质安装部，设置成与叶片的外表面接触；多个致动器，设置在安装部的外侧上；以及共振发生器，配置成与致动器主体的移动方向成平行关系地作往复运动，并且同时防止共振发生器在叶片的纵向方向和横向方向上运动，由此最小化产生的侧向负载。 [0002] 本发明涉及用于叶片疲劳测试的具有减少的侧向负载的共振发生装置，其中，共振发生器的重量占去共振发生装置的总重量中的大部分重量，从而减小共振发生装置的重量，并且可以将附加砝码(weights)附接至共振发生器的一侧，且可以从其分离，以便改善使用者便利性。 背景技术[0004] 叶片的旋转使得空气动力分布在叶片周围，该现象在叶片上产生弯曲负载和扭转负载。因此，需要这样的装置，其可以监测气动负载以安全操作叶片，并且也可以测量分布在叶片的叶展(spanwise)方向上的空气动力。相应地，发展出各种形式的用于模拟空气动力分布的共振发生装置。 [0005] 例如，韩国专利公开号10-2011-0078999披露了一种用于测量气动负载的装置(参见图1)，该装置包括作为其部件之一的校准设备40。校准设备40包括：在其上容纳砝码的多个环41、42、43、44，以及将叶片容纳在其中的空间45。然而，由于校准设备40以布线(wire)的端部连接至环41、42、43、44并且反复施加扭力的方式测量气动负载，这种测量方式限制了疲劳测量的准确性。 [0006] 再如，WO2009/135136披露了使用线性往复致动器10、20、30对叶片2进行共振测试的系统1(参见图2)。 [0007] 然而，包括上述技术的常规技术需要大量成本来构建系统1，以用于共振叶片测试，并且还存在降低共振频率的缺点，这是因为系统的边界条件(boundary condition)与悬臂梁的箝制条件(clamped condition)相去甚远。 [0008] 图3是由国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory，美国)研发的疲劳测试仪器的示意图。该疲劳测试仪器包括形成在叶片上表面处的架7，以及形成在架7中用于垂直方向上的线性往复运动的致动器5。附加砝码6可悬挂于致动器5的底端，以使叶片在垂直方向上振动。 [0009] 然而，常规构造(如上面所说明的构造)的缺点在于使液压致动器的耐用性劣化，这是因为在叶片振动期间，在致动器5底端的附加砝码6上产生的在叶片叶展方向和弦向方向上的负载会使致动器的密封部磨损。 [0010] 图4是由美国NREL研发的另一种疲劳测试仪器的示意图。该疲劳测试仪器包括分部位于左侧和右侧的致动器8，并且致动器8配置成使附加砝码9沿垂直方向作线性往复运动，由此产生叶片的振动振幅。 [0012] 图5是由MTS研发的UREX系统的示意图。UREX系统包括安装在叶片座P的两侧上的致动器A，附加砝码(W)沿着叶片B的弦向方向(即，横向方向)安装在致动器A上。 [0013] 为了将致动器A放置在叶片B的弦向方向上，需要将在叶片的厚度方向(即，垂直方向)上的激励装置重心与俯仰轴(pitch axis)对准。这样，可以降低在共振测试期间因叶片的运动而产生的侧向负载。 [0014] 然而，尽管有上述优点，但是这种构造的UREX系统不适用于激励大型叶片。也就是说，由于附加砝码(W)仅沿着致动器A的一个方向安装，当附加砝码增加时，移动对象的质量重心远离致动器杆的轴，从而使得在致动器A上产生侧向负载。因此，由于加速了致动器密封件的磨损，其耐用性降低。 发明内容[0015] [技术问题] [0016] 本发明解决上述现有技术中出现的问题，并且因此，本发明的目的在于提供一种用于叶片疲劳测试的具有减少的侧向负载的共振发生装置，该装置包括：安装部，其具有降低的重量，附接至叶片的外表面以与其接触；多个致动器，其设置在安装部的外侧上；以及共振发生器，其配置成与致动器主体的移动方向成平行关系地作往复运动，并且同时防止共振发生器沿着叶片的纵向方向和横向方向运动，由此最小化产生的侧向负载。 [0017] 本发明的另一个目的在于提供一种用于叶片疲劳测试的具有减少的侧向负载的共振发生装置，其中，共振发生器的重量占去共振发生装置总重量中的大部分重量，从而减小共振发生装置的重量，并且可以将附加砝码连接至共振发生器的一侧且可以从共振发生器的一侧分离附加砝码，以便改善使用者便利性。 [0018] [技术手段] [0019] 为了实现以上目的，本发明提供了一种用于叶片疲劳测试的具有减少的侧向负载的共振发生装置，其包括：安装部，其包括鞍座以及组装部，鞍座包括与叶片的外表面形式对应的槽，组装部位于鞍座的外侧，并且由紧固件连接，使得鞍座按压叶片；共振发生器，其包括经配置以产生线性移动的致动器、经配置以保持叶片运动的相位与致动器杆的相位相同的耦合器或多个耦合器、以及经配置以引导致动器主体的线性往复运动的方向的线性导轨；以及附加砝码，其安装在致动器主体的两个相对面上，以便与致动器主体相关联地移动，并且该附加砝码沿着叶片的纵向方向增加或减少，使得作线性往复运动的、包括致动器主体和附加砝码的移动块(moving masses)的重心位于致动器杆的轴上。 [0020] [有益效果] [0021] 根据本发明，轻质安装部设置成与叶片的外表面接触，多个致动器设置在安装部的外侧上，并且共振发生器配置成与致动器主体的移动方向成平行关系地作往复运动，并且同时避免共振发生器沿着叶片的纵向方向和横向方向运动。 [0022] 根据本发明，替代常规方法中移动具有附加砝码的致动器杆，将附加砝码安装在致动器主体上，且移动其上具有附加砝码的致动器主体，使得在共振测试期间，附加砝码至叶片的移动距离被最小化，并且因此产生的侧向负载被最小化。另外，移动的共振发生器的重量占去共振发生装置的总重量的大部分。 [0023] 因此，共振发生装置可为轻质的，并且具有改善的强度和耐用性。 [0025] 图1是韩国专利申请No.10-2011-0078999披露的校准设备的立体图； [0026] 图2是WO2009/135136披露的共振测试系统的示意图； [0027] 图3是国家可再生能源实验室(美国)研发的疲劳测试仪器的示意图； [0028] 图4是NREL(美国)研发的另一种疲劳测试仪器的示意图； [0029] 图5是MTS研发的UREX系统的示意图； [0030] 图6是本发明的在安装状态下的用于叶片疲劳测试的共振发生装置的立体图； [0031] 图7是本发明的用于叶片疲劳测试的共振发生装置的外部构造的立体图； [0032] 图8是立体图，示出根据本发明作为用于叶片疲劳测试的共振发生装置的部件之一的砝码架被向上移动； [0033] 图9是根据本发明作为用于叶片疲劳测试的共振发生装置的部件之一的安装部的立体图； [0034] 图10是共振发生器的分解立体图，共振发生器为根据本发明实施例的用于叶片疲劳测试的共振发生装置的主要构造； [0035] 图11是根据本发明另一实施例的用于叶片疲劳测试的共振发生装置的构造的立体分解图； [0036] 图12是根据本发明实施例的用于叶片疲劳测试的共振发生装置的线性导轨槽的构造的横截面图； [0037] 图13是根据根据本发明另一实施例的用于叶片疲劳测试的共振发生装置的线性导轨槽的构造的横截面图； [0038] 图14是根据本发明实施例的作为用于叶片疲劳测试的共振发生装置的部件之一的安装部的另一种构造的立体图； [0039] 图15是根据本发明另一实施例的在安装状态下的用于叶片疲劳测试的共振发生装置的立体图。 [0040] [参考标记说明] [0041] 100：安装部 [0042] 110：鞍座 [0043] 112：槽 [0044] 116：左右限制件 [0045] 117：前后限制件 [0046] 118：紧固件 [0047] 119：阻挡件 [0048] 120：组装部 [0049] 200：共振发生器 [0050] 220：砝码架 [0051] 240：致动器 [0052] 242：致动器杆 [0053] 244：致动器主体 [0054] 246：流速调节器 [0055] 280：线性导轨 [0056] 282：耦合器 [0057] 284：移动部 [0058] 285：凸缘 [0059] 286：固定部 [0060] 287：孔 [0061] 300：连接器 [0062] B：叶片 [0063] E：共振发生装置 [0064] W：附加砝码 具体实施方式[0065] [最佳方式] [0066] 根据本发明的用于叶片疲劳测试的共振发生装置包括：安装部，其包括鞍座以及组装部，所述鞍座包括与叶片的外表面形式对应的槽，所述组装部位于鞍座的外侧，并且由紧固件连接，使得鞍座按压叶片；共振发生器，其包括经配置以产生线性移动的致动器、经配置以保持叶片运动的相位与致动器杆的相位相同的耦合器或多个耦合器、以及经配置以引导致动器主体的线性往复运动的方向的线性导轨；以及附加砝码，其安装在致动器主体的两个相对面上，以便与致动器主体相关联地移动，并且在叶片的纵向方向上增加或减少附加砝码，使得作线性往复运动的、包括致动器主体和附加砝码的移动块的重心位于致动器杆的轴上。 [0067] 线性导轨可包括：移动部，其配置成与致动器主体相关联地作线性移动；以及固定部，其配置成引导移动部的移动方向。 [0068] 当致动器主体的位移为“0”时，共振发生器的重心可位于俯仰轴处。 [0069] 共振发生器可包括砝码架，其配置以由安装部的外侧支撑，使得致动器主体和附加砝码彼此相关联地移动。 [0070] 线性导轨可在与致动器的延伸或收缩方向平行的方向上引导致动器主体的移动。另一方面，线性导轨可以配置成防止致动器主体在与致动器的延伸或收缩方向交叉的方向上移动。 [0071] 优选地，阻挡件可以设置在安装部和共振发生器之间，以便当共振发生器产生共振时，限制安装部相对于共振发生器移动。 [0072] 固定鞍座的位置在组装部的纵向方向上是可变的。 [0073] [本发明的实施方式] [0074] 在下文中，将参考以下示例更详细地说明本发明。然而，仅出于说明性目的提供以下示例，并且因此，以下示例不限制本发明的范围。 [0075] 下面将参照图6对使用的根据本发明的实施例的用于叶片疲劳测试的共振发生装置(简称“共振发生装置”E)进行说明。 [0076] 图6是本发明处于安装状态下的用于叶片疲劳测试的共振发生装置E的立体图。如图6所示，共振发生装置E连接至疲劳测试的对象(即，叶片B)的外表面以产生共振，其中，叶片B被压紧并且固定成穿过共振发生装置E的内部的状态。 [0077] 也就是说，共振发生装置E包括：安装部100，其整体上与叶片B的外表面接触连接，以及多个共振发生器200，其连接至安装部100的外侧以通过与致动器240的纵向延伸和收缩相关联的、相对于安装部100的线性往复运动来在叶片B上产生共振。 [0078] 共振发生装置E包括位于左侧和右侧上的附加砝码W，且该附加砝码被配置成根据叶片B的大小、形状和重心来增加或减少。 [0079] 更具体地，附加砝码W设置在各共振发生器200上。附加砝码W沿叶片B的横向方向位于外侧上，并且沿着共振发生装置E的横向方向(即，叶片B的纵向方向)固定在彼此面对的位置。 [0080] 共振发生装置E的共振发生器200位于外侧上，配置成通过相对于叶片B的上下移动来产生共振，并且占去共振发生装置E的总重量的大部分重量。也就是说，共振发生器200位于安装部100的外侧上，并且带着悬挂在其上的附加砝码在上下方向上作线性往复运动。 [0081] 因此，在共振发生装置E的多个构成部件之中，共振发生器200为主要构成部件，占去共振发生装置E的大部分重量。因此，共振发生装置E的总重量减小。 [0082] 连接器300形成在各共振发生器200和安装部100之间。连接器300连接至安装部100的上端部和下端部，并且在安装部的外侧处连接至各共振发生器200，从而将各共振发生器200和安装部100连接。 [0083] 如以上说明的，可采用连接器300连接共振发生器200和安装部100，但其不限于此。例如，共振发生器200可以直接与安装部100连接，在这种情况下，可以省略连接器300。 [0084] 下面将参照图7和图8对共振发生装置E的构造进行说明。 [0085] 图7为示出根据本发明实施例的用于叶片疲劳测试的共振发生装置的外观的立体图，图8为示出向上移动的砝码架的立体图，砝码架为根据本发明实施例的用于叶片疲劳测试的共振发生装置的部件之一。 [0086] 参照图7和图8，共振发生装置E包括安装部100和共振发生器200。共振发生器200配置成使得当致动器主体244的位移为“0”时，其重心位于俯仰轴处，而当致动器主体 244的位移改变时，共振发生器200产生共振(参见图8)。 [0087] 参照图7，根据本发明的优选实施例的共振发生器200通过致动器240的操作来产生共振。即，致动器杆242相对于叶片B被保持在预定位置处，在致动器主体244的位置改变时产生共振。 [0088] 更具体地，尽管致动器杆242的长度根据流速调节器246馈送流体的方向而改变，但致动器杆242相对于叶片B被限制成保持预定相位(phase)。因此，致动器主体244被引导为沿着致动器杆242在上下方向上(图7的示例中的左右方向))作线性往复运动。 [0089] 当通过流速调节器246引入的流体被馈送至致动器240中时，位于致动器杆242的中心处的致动器主体244(参见图7)朝向对应的方向作线性往复运动(参见图8)。 [0090] 同时，根据本发明，致动器主体244被配置为可移动的，以减小侧向负载。也就是说，在常规示例中(参见图5)，附加砝码W安装在致动器A上。在致动器杆移动时，致动器主体位于中心处，致动器杆根据该中心作往复运动，其中致动器杆的端部远离该中心下降或上升。因此，由于移动块远离叶片B移动，产生了更多的侧向负载。 [0091] 为了解决以上提到的问题，根据本发明，致动器240配置成使得其致动器主体244是可移动的。另外，致动器杆242的两端部固定在原位，使得其上安装有附加砝码W的致动器主体244仅在致动器杆242的两端部之间限定的区域作线性往复运动。因此，由于移动块远离叶片B移动的距离被最小化，侧向负载被最小化。 [0092] 下面，将对共振发生装置E的详细构造进行说明。 [0093] 在下文中，将参照图9对安装部100的详细构造进行说明。图9是作为本发明的用于叶片疲劳测试的共振发生装置E的部件之一的安装部100的立体图。 [0094] 安装部100配置成支撑共振发生器200以向叶片B传递振动力。安装部100包括：由多个部分组成并连接成包围叶片B的外侧的鞍座(saddle)110，以及配置成通过向鞍座110施加压力使叶片B与鞍座110结合的组装部120。 [0095] 安装部100包括：鞍座110，该鞍座包括两个或更多个部分，以及与叶片B的外部形状相对应的槽112；以及组装部120，其配置成通过从鞍座110的外侧产生向内的限制力来维持鞍座110与叶片B的固定关系(seated relationship)。 [0096] 鞍座110的槽112凹成与叶片B的横截面相对应的形状，使得当上部和下部移动以靠近彼此时，槽112与叶片B的外表面进行表面接触，从而将力从共振发生装置E传递至叶片B。 [0097] 组装部120设置在鞍座110的上侧和下侧。组装部120向鞍座110的多个部分施加压力。 [0098] 另外，组装部120限制鞍座110沿着前后方向或左向右方向振动。为此，组装部120可包括：左右限制件116以限制鞍座110的左右移动(当在图9中观察时)，以及前后限制件117以限制鞍座110的前后移动。此外，组装部120包括位于左侧和右侧上的紧固件118，以通过紧固组装部120来向鞍座110施加压力。安装部100配置成使得其重心位于俯仰轴处。也就是说，由于包括鞍座110、组装部120和紧固件118的安装部100的重心位于俯仰轴处，当叶片B因共振而上下移动时，可防止诸如扭力等的侧向负载。 [0099] 在下文中，将参照图10对共振发生器200的详细构造进行说明。 [0100] 图10是共振发生器的详细分解立体图，共振发生器是本发明用于叶片疲劳测试的共振发生装置的主要部件。 [0101] 参照图10，共振发生器200包括致动器240，并且配置成将由致动器240的长度变化而产生的振动力依次传递给组装部120、鞍座110和叶片B。 [0102] 因此，可以以各种方式将共振发生器200和安装部100彼此连接，使得可以将根据致动器240的长度的延伸和收缩产生的振动力传递至叶片B。 [0103] 首先参照图10示出的实施例的构造，共振发生器200包括：砝码架220，其上设置有附加砝码W，经配置以在安装部100的外侧上与致动器240相关联地作线性往复运动；致动器240，其连接至砝码架220的至少一侧以限制砝码架220的线性往复运动并向叶片B提供振动力；以及线性导轨280，其配置成当致动器240的长度延伸或收缩(即，当致动器主体244移动时)时，引导砝码架220相对于安装部100移动。 [0104] 共振发生器200配置成使得砝码架220的移动与致动器主体244的位移相关联。致动器杆242移动的相位与安装部100的相位相同。 [0105] 砝码架220的形状可为中空、闭合壳或闭合环。致动器240容纳在砝码架220中。 [0106] 线性导轨280被配置以引导砝码架220与致动器240相关联地移动，使得砝码架220在上下方向上以线性往复方式移动。在一个实施例中，线性导轨280连接至连接器300。 [0107] 也就是说，线性导轨280在与致动器主体244的移动方向平行的方向上引导砝码架220移动，同时防止砝码架220在与致动器主体244的线性往复运动方向交叉的方向上移动。 [0108] 为此，线性导轨280包括：耦合器或多个耦合器282，其相对于安装部100连接以限制移动；移动部284，其位于耦合器282的一侧上以作线性往复运动；以及固定部286，其固定至耦合器282的一侧，以限制移动部284的移动方向。 [0109] 耦合器282通过紧固元件与连接器300以表面接触的方式连接，并且包括从上端和下端延伸出的凸缘285。致动器240的长度对应于上侧和下侧上的凸缘285之间的距离。 [0110] 致动器杆242的上端和下端固定在凸缘285的相对表面上，并且砝码架220的上部中心和下部中心包括孔287以允许致动器杆242从中穿过。 [0111] 孔287设置成使得砝码架220依据致动器杆242的引导在上下方向上作线性往复运动。 [0112] 移动部284以在上下方向上作线性往复运动的方式插入至固定部286中，并且固定至砝码架220的后表面的移动部284可移动地连接至固定部286，以在上下方向上线性地移动。因此，在致动器240移动且其致动器主体244移动时，砝码架220相对于致动器杆242与致动器主体244相关联地移动，在这期间，移动部284通过固定部286作线性往复运动，由此引导砝码架220的线性往复移动。 [0113] 附加砝码W连接至砝码架220的两侧，并且根据需要可以增加或减少。流速调节器固定地连接至致动器主体244。 [0114] 图11示出另一个变形实施例中的共振发生器200。相应地，图11是示出根据本发明另一实施例的用于叶片疲劳测试的共振发生装置的构造的分解立体图。图11具体示出在确保致动器240具有足够刚度的情况下改变附加砝码W和线性导轨280的结合结构。 [0115] 也就是说，附加砝码W可以彼此面对地安装在致动器240的左侧和右侧上(即，在叶片B的纵向方向上)，并且移动部284可以附接到致动器主体244上，同时固定部286固定到耦合器282上。 [0116] 同时，图12和图13示出根据不同实施例的固定部286和移动部284。图12是根据本发明的一个实施例的用于叶片疲劳测试的共振发生装置的线性导轨的横截面，并且图13是根据本发明的另一个实施例的用于叶片疲劳测试的共振发生装置的线性导轨的横截面。 [0117] 参照图12和图13，固定部286和移动部284彼此形状互补，并且可以形成为各种形状和结构，使得固定部286和移动部284允许砝码架220在上下方向上移动，同时防止在其他方向上移动。 [0118] 在确保耦合器282具有足够刚度时，可以省略连接器300，在这种情况下，耦合器282可以直接耦合至组装部120。 [0119] 下面将参照图14详细说明根据另一个实施例的安装部100的结构。 [0120] 图14是根据本发明另一个实施例的用于叶片疲劳测试的共振发生装置的安装部的构造的立体图。 [0121] 参照图14，安装部100可以以使得鞍座110向一侧偏离的方式固定。也就是说，由于叶片B的俯仰轴位于叶片弦的大约1/4处，安装在安装部100的左侧和右侧上的共振发生器200的重量比根据相对于俯仰轴的距离比来确定。相应地，改变致动器240的大小和附加砝码W。 [0122] 因此，将左右共振发生器200的重心与俯仰轴对准不可避免地造成两个共振发生器之间的重量差过量，使得共振发生装置的设计变得困难。为了缓解上述缺点，组装部120的一侧可被延长(参见图14)，从而增加鞍座110和共振发生器200之间的距离。 [0123] 如此，可以缓解俯仰轴与左侧和右侧上的共振发生器200之间的距离间隔。 [0124] 当然，因此能够以相对于组装部120偏离至一侧的方式安装鞍座110。 [0125] 阻挡件119设置在组装部120的端部上以增加对于对向件(counterpart)的附接力，即，增加对共振发生器200的附接力。阻挡件119可以连接至组装部120的端部和与其结合的共振发生器200之间的预定区域(即，上侧区域、下侧区域、左侧区域、或右侧区域)，以限制共振发生器200的甚至微小移动(即，取决于诸如螺栓等紧固件的耐受性而造成的移动)。 [0127] 例如，尽管本文说明了并且主要在图6中示出共振发生器200可沿横向方向形成于叶片B的前侧和后侧，以在叶片B的厚度方向上产生共振，但是其他实施例也是可能的。例如，如图15所示，本发明可以配置成同时在叶片B的弦向(chordwise)方向或边缘(edgewise)方向上也产生共振。 [0128] 在上述具体实施例中，当致动器主体的位移为“0”时，位于安装部100的上侧和下侧上的共振发生器200的重心可优选地位于俯仰轴上。 [0129] 另外，代替将共振发生器200设置在安装部100的左侧和右侧上，它们也可以仅形成在上表面和下表面上。 |
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