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将刀片测试到极端

通过保罗·亨利|2020年7月24日

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在DTU大型设施中,穆格及其合作伙伴设计和安装了三个测试台的设备。这里显示25米和45M的测试台。

每年,每200个风力涡轮机叶片中的大约是一个失败。这些故障对涡轮机主造成了双重关注的问题。首先,当刀片失败时,有计划的停机时间和潜在的保险问题。其次,刀片制造商和涡轮机所有者和运营商如何确信他们的涡轮机上的刀片充分测试?

丹麦技术大学的研究人员(DTU)大规模设施,风能部门的一部分和用于先进结构和材料测试的村庄中心(Casmat),相信他们有答案。由丹麦建筑和物业机构建造的测试设施于2017年在DTURisø校园开设。科学家们侧重于开发新的先进的测试方法,以更好地了解大型结构失败。

对于风力涡轮机行业,对建立标准的测试和认证刀片是强制性的。

“但这些标准的当前版本是2014年制定的,它是基于涡轮更小的时候的经验,”DTU风能结构设计与测试团队的高级研究科学家Kim Branner博士说。“该标准要求在四个不同方向进行静态测试,并进行疲劳测试,使叶片在两个方向摆动,以其固有频率激励叶片。”

布兰纳表示,这些测试方法还不足以反映服役中的刀片的情况。他说,目前的标准只测试刀片的某些部分,而实际上,现场的载荷要复杂得多。Branner和他的团队正在进行一些项目,以更现实的方式加载刀片,并且比传统测试更快。风力行业需要更快的测试方法,尤其是较大的叶片(长度可达100米)的固有频率较慢。目前的行业测试标准要求制造商等待一年才能知道刀片是否通过测试。

DTU具有愿望开发一个能力,以测试大规模刀片和其他工业部件,以帮助制造商可靠和有效地复制现场条件。在征求提案并巩固丹麦政府为该项目的资助之后,DTU采用了U.K.及其技术合作伙伴T.Moog在飞机结构测试和精密控制系统范围内的专业知识,致动产品和工程支持服务,包括建模和仿真能力,呼吁DTU的团队。穆格已经开发了专门设计用于风力涡轮机叶片的致动装置。

布兰纳说:“在风能领域,测试是取得成功的关键因素。”“Moog明白。”

大型测试设施的挑战

在DTU大型工厂的测试叶片上安装质量共振激励器。

DTU和MOOG开始思考他们需要进行更先进的测试,包括在不同方向上加载刀片的双轴频率测试。从一开始,如果项目可以用商业现成解决方案解决的项目几乎没有任何问题。

穆格最初进行了仿真和建模工作,以证明v的设计可以满足DTU的规格。例如,DTU的一个要求是在两个方向同时激发一个风力涡轮机叶片,三个试验台(大小在15到45米不等)同时运行。相比之下,风力行业的标准叶片测试只涉及单个轴,每次一个频率。为了最大限度地利用设备,DTU要求同时运行三个展台,这为客户和DTU在测试中提供了更大的灵活性。

“在研究中,我们试图一直在新的方向,并且具有提供灵活性的设备是很重要的,”布兰纳说。“我们必须拥有一套我们可以在许多方面使用的设备。”

设计解决方案
Moog对闭环伺服控制和启动的专业知识有助于它创建由数字闭环控制系统和应用软件为基础的测试设施。为DTU提供测试灵活性,MOOG及其合作伙伴设计和安装的测试设备,以便与三个测试台一起使用,这可能需要15米,2500万和45米的刀片。MOOG工程师开展了测试设备套件的安装和调试,并为DTU工作人员提供了培训和持续支持。三个刀片试验台供应量的MOOG范围包括液压电厂和配电网络,六个液压绞车用于静态试验,以及用于动态测试工作的八种质量共振激励器(MRE)和线性执行器组件的组合。该解决方案还包括所有管道工作,软管和致动装置,控制系统电子和应用软件。

“MRE的频率和DTU如何表现,频率和DTU如何进行大量分析,”Graham Wood,A A Savery董事总经理。“这不是一个合同,其中客户只说是一个,b和c,这就是这样。穆格赢得了合同,然后开始了大量的技术研究,建模和硬件设计。“

在设计设施的设备时,MooG目标是提供DTU的纬度来进行一系列测试。例如,如果研究人员希望使用试验舱在刀片上进行动态测试,则液压系统将适应宽压力波动。如果下次测试需要静态绞车,DTU可以设置液压,以满足非常低的流量。

穆格工业解决方案与服务集团系统与服务业务部门经理Kevin Cherrett表示:“DTU完全可以选择他们想要的设备,而不受设备的限制。

要设计绞车组件,穆格仔细拍摄的梅。该工作包括讨论绳索,安全因素和安装液压歧管在绞车上的液压歧管,因此DTU研究人员可以根据2,4或6个装载点的配置角度倾斜绞车。竞争刀片测试设计使用巨大的塔楼,该绞车设施管理人员使用叉车进行水平静态测试。DTU的绞盘垂直装载刀片,因此研究人员可以对极端负载进行静态测试,其中六个绞盘在六个位置加载刀片,同时将试样向地板拉动并模仿100年风暴中经历的极端风力负荷。DTU设施中刀片的尖端可以移动到14米,而刀片的根部移动几厘米。DTU想要一个设施,其中重力和测试方向是相同的。用塔垂直测试刀片的优点是,随后的配置研究人员将有一个塔在测试期间弯曲的塔;这使得难以控制负载位置,加上不使用时占用很多设施空间。

关于设计MRE,Wood和Cherrett解释说,这一概念已经很好。但是他们所承诺的是开发一种更强大的那种概念,具有悬挂在它的灵活工具。

“疲劳检测的挑战之一是确保您疲劳试样,而不是执行测试的设备,”Cherrett说。“我们进行了广泛的测试和建模和模拟,以预测设备的使用寿命;我们分析了每个组件的预期寿命。“

在设计MRE的驱动器时,穆格包括了它曾用于飞机工业的液压驱动器设计。在MRE内部是一个标准的穆格驱动器构建块,刺激刀片。MRE的重量也是DTU所关注的问题,因为试验室生产的类似设备包括歧管和管道,它们会增加质量。穆格与DTU合作,用高强度飞机铝制造了一个控制歧管,DTU可以安装在任何地方。

“对于每个客户,通过这些类型的系统,我们寻求从事服务级别协议,支持包,预防性维护和技术支持,”Cherrett说。“我们对技术支持的定义不仅仅是一次性运动;我们将在DTU使用设备的使用时间。“

穆格继续通过一个项目来支持DTU的工作,在这个项目中,研究人员希望看到工作中的风力涡轮机叶片的未来。通过开发嵌入刀片的传感器,DTU想知道它是否能预测损伤。

“穆格的技术正在帮助这一点,因为我们将在具有内置缺陷的测试刀片中嵌入传感器,并监测损坏的成长方式,”布兰纳说。“穆戈兴奋剂将把现实的载荷放在刀片上。”

布兰纳认为,该项目不仅可以帮助叶片制造商制造更好的叶片,还可以为每个叶片创建数字化的双胞胎,风力发电场经营者可以用它来模拟叶片的未来状态。如果一切按计划进行,某天风电场的控制中心就能在叶片失效前预测到它。

查看系统的视频:http://info.moog.co.uk/dtu/dw.


提交:绿色工程
标记:穆格

关于作者

保罗·亨利

Paul J. Heney,VP,Design World Magazine的副总裁VP,拥有Georgia Tech的技术通信和生物医学工程的工程科学和工程学士学位。他曾写过近25年的流体电力,航空航天,机器人,医疗,绿色工程和普通制造主题。他赢得了来自美国商业出版社编辑的撰写的众多区域和国家奖项。

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