用于葉片疲勞測試的空氣阻力減小裝置及其安裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實施例涉及用于葉片疲勞測試的空氣阻力減小裝置，更加具體地，涉及 下述用于葉片疲勞測試的空氣阻力減小裝置及其安裝方法：該裝置設(shè)置在葉片的一側(cè)以減 小疲勞測試期間產(chǎn)生于上下運行的葉片上的空氣阻力。
[0002] 本發(fā)明的實施例涉及下述用于葉片疲勞測試的空氣阻力減小裝置及其安裝方法： 該裝置能夠應用于各種形狀和尺寸的葉片，該裝置重量輕且易于安裝。
【背景技術(shù)】
[0003] 用于風力發(fā)電的風力渦輪機葉片與用來產(chǎn)生升力、推力和控制力的航空用葉片是 有所區(qū)別的，因為用于風力發(fā)電的葉片被構(gòu)造用來獲得使發(fā)電機旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生電力所必需 的旋轉(zhuǎn)力。
[0004] 用于風力發(fā)電的葉片在旋轉(zhuǎn)期間內(nèi)經(jīng)受著葉片周圍的氣動力分布的變化，這樣的 現(xiàn)象導致彎曲載荷施加至葉片結(jié)構(gòu)上。
[0005] 為了確保葉片安全運轉(zhuǎn)至少20年，需要對彎曲疲勞載荷和扭轉(zhuǎn)載荷進行疲勞壽 命的檢驗，為此，主要進行疲勞測試：利用葉片的固有頻率（natural frequency)進行的共 振測試（resonance testing)或用安裝于地面上的激勵器直接確定振幅和頻率的力位移測 試（force displacement testing)〇
[0006] 共振測試目前使用最為廣泛，因為與力位移測試相比，共振測試能夠提供更大的 所需共振振幅，并且能夠在更短的測試時間內(nèi)以更高的疲勞測試效率完成預期的疲勞測 試。
[0007] 傳統(tǒng)的共振測試涉及：固定葉片的端部，安裝激勵器和質(zhì)量體以獲得在上下方向 上的目標振幅，并且進行約一百萬至兩百萬次激勵。然而，當使用該方法時，在葉片的揮舞 (flapwise)方向上產(chǎn)生高的空氣阻力，因此幾乎無法實現(xiàn)目標振幅。此外，當需要更大的激 勵力時，疲勞測試時間變得更長。
[0008] 在一百萬個周期的疲勞測試期間，葉片運行了約16000公里的距離，在葉片尖端 處達到40公里/小時的最大速度。葉片的尺寸變得越大，上述問題就變得越嚴重。因此， 需要解決與疲勞測試期間內(nèi)的空氣阻力相關(guān)的問題。
[0009] 如圖1所示，美國專利公開物US2012-0020798提出了通過在葉片的上部和下部安 裝額外的結(jié)構(gòu)來減小產(chǎn)生于葉片上的空氣阻力。
[0010] 根據(jù)相關(guān)技術(shù)的實施例，多個繩索3a、3b、3c和3d被用于流線型構(gòu)件5a、5b和流 線型構(gòu)件5c、5d的固定，流線型構(gòu)件5a、5b覆蓋葉片10的上表面，流線型構(gòu)件5c、5d覆蓋 葉片10的下表面。此時，葉片10的前邊緣14a和后邊緣14b暴露于外部。
[0011] 此外，根據(jù)相關(guān)技術(shù)的另一個實施例，為了不使葉片1〇的前邊緣14a和后邊緣14b 暴露于外部，使上述流線型構(gòu)件一體化。在這個示例中，用夾子或拉鏈來緊固流線型構(gòu)件的 上端P和下端P2。
[0012] 如上所述，相關(guān)技術(shù)要么使用多個繩索要么使用夾子或拉鏈來緊固流線型構(gòu)件， 因而空氣阻力減小裝置的安裝將會花費相當多的時間和成本。
[0013] 此外，根據(jù)相關(guān)技術(shù)的實施例，因為在疲勞測試期間內(nèi)當氣流在葉片邊緣（edge) (此處空氣速度達到最大值）附近進入流線型構(gòu)件之間時空氣阻力甚至會變得更大，所以 額外結(jié)構(gòu)容易受損。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 技術(shù)問題
[0015] 本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的如上所述的問題，因此，本發(fā)明的目的是提供 下述用于葉片疲勞測試的空氣阻力減小裝置：該裝置具有位于葉片外側(cè)的空氣阻力減小機 構(gòu)，以及位于空氣阻力減小機構(gòu)與葉片之間的支撐件，該支撐件用來將空氣阻力減小機構(gòu) 保持在預定的形狀，由此減小產(chǎn)生于上下運行的葉片上的空氣阻力。
[0016] 本發(fā)明的另一個目的是提供下述用于葉片疲勞測試的空氣阻力減小裝置以及使 用該裝置的安裝方法：所述裝置能夠應用于各種形狀和尺寸的葉片，易于安裝且具有增強 的耐久性。
[0017] 本發(fā)明的又一個目的是提供下述用于葉片疲勞測試的空氣阻力減小裝置以及使 用該裝置的安裝方法：該裝置具有位于空氣阻力減小機構(gòu)外表面的多個溝槽以使空氣阻力 減小效果最大化。
[0018] 技術(shù)方案
[0019] 為了實現(xiàn)上述的目的，提供了一種用于葉片疲勞測試的空氣阻力減小裝置，其包 括空氣阻力減小機構(gòu)，所述空氣阻力減小機構(gòu)具有閉環(huán)橫截面，所述閉環(huán)橫截面內(nèi)部容納 風力葉片，并且所述空氣阻力減小機構(gòu)被構(gòu)造為通過保持與所述風力葉片的兩個表面相距 的距離來減小在疲勞測試期間產(chǎn)生的空氣阻力，其中，所述空氣阻力減小機構(gòu)的內(nèi)部設(shè)置 有支撐件，所述支撐件的內(nèi)部限定有導致所述空氣阻力減小機構(gòu)的部分外輪廓彎曲的填充 空間。
[0020] 此外，提供了一種用于葉片疲勞測試的空氣阻力減小裝置，其包括：空氣阻力減小 機構(gòu)，所述空氣阻力減小機構(gòu)具有閉環(huán)橫截面，所述閉環(huán)橫截面內(nèi)部容納風力葉片，并且所 述空氣阻力減小機構(gòu)被構(gòu)造為通過保持與所述風力葉片的兩個表面相距的距離來減小在 疲勞測試期間產(chǎn)生的空氣阻力；和支撐件，所述支撐件位于所述空氣阻力減小機構(gòu)的內(nèi)部， 所述支撐件具有導致所述空氣阻力減小機構(gòu)的部分外輪廓彎曲的彎曲形狀。
[0021] 在另一個類別中，提供了一種用于葉片疲勞測試的空氣阻力減小裝置的安裝方 法，所述安裝方法包括：準備步驟，即，準備空氣阻力減小機構(gòu)，所述空氣阻力減小機構(gòu)具有 內(nèi)部容納風力葉片的閉環(huán)橫截面和內(nèi)部限定有填充空間的支撐件，流體填充至所述填充空 間，所述流體包括氣體；安裝步驟，即，將所述空氣阻力減小機構(gòu)安裝在所述風力葉片的外 表面；和完成步驟，即，形成平面部和一對彎曲部，其中，所述一對彎曲部具有彎曲表面且通 過將所述流體導入所述填充空間來與所述葉片的兩個表面間隔開，且所述平面部具有位于 所述一對彎曲部之間的平面。
[0022] 此外，提出了一種葉片疲勞測試用空氣阻力減小裝置的安裝方法，所述安裝方法 包括：準備步驟，即，準備空氣阻力減小機構(gòu)，所述空氣阻力減小機構(gòu)具有內(nèi)部容納風力葉 片的閉環(huán)橫截面且保持與所述葉片的兩個表面相距的距離，所述空氣阻力減小機構(gòu)包括支 撐件，所述支撐件位于所述空氣阻力減小機構(gòu)內(nèi)并且具有導致所述空氣阻力減小機構(gòu)的部 分外輪廓彎曲的彎曲形狀；安裝步驟，即，將所述空氣阻力減小機構(gòu)安裝在所述風力葉片的 外表面；和完成步驟，即，形成平面部和一對彎曲部，其中，所述一對彎曲部通過將所述支撐 件置于所述空氣阻力減小機構(gòu)與所述葉片之間來與所述葉片的兩個表面間隔開，且所述平 面部具有位于所述一對彎曲部之間的平面。
[0023] 有益效果
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于葉片疲勞測試的空氣阻力減小裝置通過使用將風力葉 片容納在橫截面為閉環(huán)構(gòu)造的空氣阻力減小機構(gòu)的內(nèi)部這一結(jié)構(gòu)來提供增強的耐久性，并 同時減小上下運行的葉片上的空氣阻力。
[0025] 此外，本發(fā)明具有相對簡單的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)采用了限定有空氣阻力減小機構(gòu)內(nèi)的 將被填充氣體的填充空間的支撐件；或該結(jié)構(gòu)采用了具有導致空氣阻力減小機構(gòu)的部分外 輪廓彎曲的彎曲輪廓的支撐件。因此，本發(fā)明在具有大幅降低制造和安裝成本這一優(yōu)勢的 同時，能夠容易地應用于各種形狀和尺寸的葉片。
【附圖說明】
[0026] 圖1圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的安裝在風力渦輪機葉片上的流線型罩結(jié)構(gòu)；
[0027] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的用