AT528534A1 - System zur Überwachung der Schwingungen einer Windkraftanlage - Google Patents

System zur Überwachung der Schwingungen einer Windkraftanlage

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AT528534A1
AT528534A1 ATA50641/2024A AT506412024A AT528534A1 AT 528534 A1 AT528534 A1 AT 528534A1 AT 506412024 A AT506412024 A AT 506412024A AT 528534 A1 AT528534 A1 AT 528534A1
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Tischler Ing Karl
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Tischler Ing Karl
Tischler Bsc Msc Vanessa Phd
Viktoria Tischler Strasser Dr Med
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Abstract

Es wird ein System zur Überwachung der Schwingungen, insbesondere der Eigenfrequenz, eines Turms (1) einer Windkraftanlage (2), mit dem Turm (1) zugeordneten Schwingungssensoren (3) und mit einer Auswerteeinrichtung (4) zur Verarbeitung von Schwingungssensordaten vorgeschlagen. Um Sichere Aussagen über Schäden am Turm (1) treffen zu können, wird vorgeschlagen, dass entlang der Turmachse (6) mehrere Schwingungssensoren (3) in drei oder mehreren Turmquerschnittsebenen (5) ringförmig um die Turmachse (6) angeordnet sind, wobei die Auswerteeinrichtung (4) neben der Eigenfrequenz (fi) den jeweiligen Turmquerschnittsebenen (5) zugeordnete Schwingungsamplituden (A) zu Beobachtungszeitpunkten (Ti) abspeichert und über einen Vergleich der Eigenfrequenzen (fi) und der Amplitudenverhältnisse (A) über einen Beobachtungszeitraum strukturelle Schäden im Turm (1) erkennt.

Description

Beschreibung
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Überwachung der Schwingungen, insbesondere der Eigenfrequenz, eines Turms einer Windkraftanlage, mit dem Turm zugeordneten Schwingungssensoren und mit einer Auswerteeinrichtung zur Verarbeitung von Schwingungssensordaten.
[0002] Eine Windkraftanlage wandelt Bewegungsenergie des Windes in elektrische Energie um und speist sie in ein Stromnetz ein. Der Turm der Windkraftanlage der tragende Bestandteil der gesamten Windkraftanlage. Uber ihn werden Windkräfte, Rotorblätterkräfte und die Gewichtskräfte aller an der Turmspitze angeordneten Komponenten in ein Fundament abgetragen. Wenn die Windkraftanlage in Betrieb ist, regen Windkräfte und die Rotation des Windrads den Turm zu Schwingungen an. Eine Erregung im Bereich der Eigenfrequenz des Turmes muss vermieden werden, um Schäden in Folge von Resonanzschwingungen zu vermeiden, die bis zur Zerstörung des Turmes führen können. Deshalb ist es aus der CN 113279920 A bekannt, die Eigenfrequenz des Turmes zu überwachen. Dazu sind eine Datenerfassungseinheit und eine Steuereinheit vorgesehen, wobei die Datenerfassungseinheit zur Erfassung von Schwingungssignalen des Turmes ausgebildet ist und die erfassten Schwingungssignale an die Steuereinheit übermittelt werden. Die Steuereinheit überwacht das empfangene Schwingungssignal und vergleicht es mit einem voreingestellten Schwellenwert, um die Windkraftanlage bei Überschreiten des Schwellwertes abzustellen.
[0003] Derzeit sind keine verlässlichen Angaben über die tatsächliche Lebensdauer von Windkraftanlagen möglich. Um eine Lebensdauer abschätzen zu können, muss auf empirische Erfahrungs- und Durchschnittswerte zurückgegriffen werden. Mit den bekannten Möglichkeiten lässt sich ein etwaiger Schaden nicht lokalisieren, womit auch keine gezielten Erhaltungsmaßnahmen gesetzt werden können. Das birgt die Gefahr eines plötzlichen Totalversagens der Windkraftanlage und kann zudem zur Folge haben, dass ein noch voll funktionsfähiger Turm einer Windkraftanlage zu früh ausgemustert wird, was die Betriebskosten erhöht.
[0004] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein System eingangs geschilderter Art anzugeben, welches einen Nachweis und gegebenenfalls eine Lokalisierung von im Turm auftretenden Fehlerstellen mit einfachen Mitteln ermöglich und zudem Rückschlüsse auf die Versagenswahrscheinlichkeit des Turmes zulässt.
[0005] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass entlang der Turmachse mehrere Schwingungssensoren in drei oder mehreren Turmquerschnittsebenen ringförmig um die Turmachse angeordnet sind, wobei die Auswerteeinrichtung neben der Eigenfrequenz den jeweiligen Turmquerschnittsebenen zugeordnete Schwingungsamplituden zu Beobachtungszeitspannen abspeichert und über einen Vergleich der Eigenfrequenzen und der Amplitudenverhältnisse über einen Beobachtungszeitraum strukturelle Schäden im Turm erkennt. Mit einer Überwachung der Schwingungen und mit dem Amplitudenvergleich ist es möglich eine aufkommende oder bereits vorhandene Schädigung des Turmes zu erkennen.
[0006] Die Erfindung umfasst mehrere Schwingungssensoren, welche entlang der Turmachse in drei oder mehreren Turmquerschnittsebenen ringförmig angeordnet sind. Mittels einer Auswerteeinrichtung erfolgt eine Berechnung und Aufzeichnung der Eigenfrequenz und eine Aufzeichnung der Schwingungsamplituden der Turmquerschnittsebenen zu Beobachtungszeitspannen und ein Vergleich der Eigenfrequenzen und Amplitudenverhältnisse über einen Beobachtungszeitraum. Weichen aktuelle Messergebnisse von bereits abgespeicherten älteren Messergebnissen über eine zulässige Toleranz hinaus ab, so weist dies auf erkannte strukturelle Schäden im Turm hin. Liegt diese Abweichung lediglich in einer der oberen Turmquerschnittsebenen, ist dies der Hinweis darauf, dass die Schädigung im Bereich unter der Turmquerschnittsebene liegt in der die Abweichung zuerst auftritt und über der Turmquerschnittsebene, die noch keine Abweichung erkennen lässt.
[0007] Dem Turm kann wenigstens ein Temperatursensor zugeordnet sein, wobei die Temperatursensormessdaten zusammen mit den Schwingungsamplituden zu Beobachtungszeitspannen
abspeichert und in den Vergleich der Amplitudenverhältnisse über den Beobachtungszeitraum eingerechnet werden können. Damit können temperaturabhängige Änderungen im Schwingungsverhalten des Turmes, der sich ja mechanisch wie ein einseitig eingespannter Träger verhält, berücksichtigt werden.
[0008] Analog kann dem Turm wenigstens ein Windsensor zugeordnet sein und können die Windsensormessdaten zusammen mit den Schwingungsamplituden zu Beobachtungszeitspannen abspeichert und in den Vergleich der Amplitudenverhältnisse über den Beobachtungszeitraum eingerechnet werden. Sämtliche Sensordaten können per Fernübertragung, insbesondere Kabelgebunden oder über ein Funknetzwerk, an eine Zentrale übermittelt werden.
[0009] Die Schwingungssensoren können im Inneren der Türme, insbesondere an der Turminnenwand angeordnet werden. Da die Eigenfrequenz und das Amplitudenverhältnis als Bezugsgrößen herangezogen werden, ist das System für alle bekannten Turmbaumaterialen, wie Stahl, Beton, Holz, Kunststoff u. dgl.) einsetzbar. Die Schwingungssensoren werden vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, als Piezokristalle ausgeführt, da diese, sobald sie angebracht sind, mit dem Bauteil mitschwingen und eine Schwingungsfrequenz und das Amplitudenverhältnis ausgeben, welche durch einen Vergleich mit in der Datenbank abgespeicherten älteren Messwerten, ausgewertet werden. Bei etwaigen Abweichungen innerhalb engerer Schranken kann zunächst eine Warnung abgesetzt werden. Ab einem Schwellenwert mit größerer Abweichung erfolgt eine automatische Abschaltung der Windkraftanlage. Die Temperatursensoren können als herkömmliche Temperatursensoren ausgeführt werden. Die Anregung der Schwingung erfolgt durch die auftretenden Windkräfte und eine etwaige Unwucht in den Rotoren.
[0010] Durch eine ringförmige Anordnung der Schwingungssensoren in wenigstens drei, entlang der Turmachse beabstandeten Turmquerschnittsebenen, es werden je Turmquerschnittsebene jeweils vier, untereinander um jeweils 90° versetzt angeordnete Schwingungssensoren vorgesehen, bietet sich die Möglichkeit, das Messergebnis bezüglich der Verhältnisse der Schwingungsamplituden und der Eigenfrequenz merklich zu verbessern. Auch eine verbesserte Richtungsinformation für die Schwingungen wird erhalten. Eine Verhältnisänderung über den Beobachtungszeitraum lässt auf eine beginnende bzw. bereits fortgeschrittene Schädigung des Turmes schlieBen. Ein Vergleich der Schwingungsamplituden bei gleicher Windgeschwindigkeit aber unterschiedlichen Windrichtungen, lässt bei Abweichungen auf eine Schädigung, insbesondere bei On-Shoreanlagen schließen. Bei Off-Shoreanlagen ist zusätzlich die strömungsabhängige Wellenbewegung zu berücksichtigen, weiters können durch diese Anordnung verschiedene Schwingungsszenarien geprüft werden, was bei reiner Eigenfrequenzbetrachtung zu Falschaussagen führen kann.
[0011] Die Eigenfrequenz und ihre Oberschwingungen, sowie deren Amplituden, werden mithilfe der Fourier-Transformation aus den Messwerten ermittelt. Wenn die Streuung der Messwerte von Beginn an zu groß ist, ist entweder ein Sensor defekt (und kann ausgetauscht werden), oder es liegt möglicherweise eine Inhomogenität im Bauteil vor, was auf einen möglichen Schädigungsherd hinweist. Es wird die Frequenz, die der theoretischen Eigenfrequenz am nächsten kommt, berücksichtigt. Während dieses Prozesses wird immer die Temperatur mitberücksichtigt, da diese sowohl Frequenz als auch Amplitude beeinflusst. Nach diesem Abgleich wird die Eigenfrequenz ermittelt und als Wert in einer Datenbank abgespeichert. Die Amplitude eines jeweiligen Sensors dieser Eigenfrequenz wird unter der Berücksichtigung der Windstärke und Temperatur ebenfalls in einer Datenbank gespeichert. Das Hauptaugenmerk liegt auf dem Amplitudenvergleich im jeweiligem Betriebszustand und deren Anderung.
[0012] Nach der Erstinstallation wird die Eigenfrequenz der Windkraftanlage, bei Off-Shore Anlage zusätzlich die der Befestigungsstruktur (Monopile, Jackets, Floatingelement, u. dgl) aus Messergebnissen berechnet und, soweit möglich, mit der Eigenfrequenz und der Amplituden eines baugleichen Elementes verglichen. Damit lassen sich etwaige schon vorhandene Vorschädigungen feststellen oder abschätzen. Das erfindungsgemäße System kann auch im laufenden Betrieb installiert werden. Da sich die Eigenfrequenzen oder das Amplitudenverhältnis der einzelnen Windkraftanlagen (inklusive oder exklusive Befestigungsstrukturen) aber aufgrund vor-
handener Toleranzen unterscheiden können, wird mit der bei der Erstinstallation festgestellten Werten weitergearbeitet.
[0013] Das Verhältnis der Schwingungsamplituden wird vorzugsweise in Abhängigkeit der Windstärke und Windrichtung ermittelt. Die Information betreffend Windstärke und - richtung können von der Windkraftanlage zugeordneten geeigneten Sensoren zur Verfügung gestellt werden.
[0014] Die Messungen werden vorzugsweise periodisch (mehrmals täglich bis 1 x pro Woche, je nach Bedarf) und/oder Lastabhängig, also bei größeren Lasten öfter, durchgeführt. Diese gemessenen Daten werden in einer Datenbank abgespeichert und mit den älteren Daten verglichen, was eine automatisierte Uberwachung, sowie eine Uberwachung vor Ort und aus der Ferne ermöglicht. Sobald sich also die Eigenfrequenz oder das Amplitudenverhältnis, bei einer bestimmten Temperatur, signifikant verändert, kann auf das Vorhandensein einer Schädigung, z.B. eine beginnende Rissbildung oder Auflösungserscheinungen, geschlossen werden.
[0015] Diese Schädigung wird dem Betreiber gemeldet und bei Bedarf die Windkraftanlage abgeschaltet, um eine weitere Schädigung oder ein Totalversagen der Struktur der Windkraftanlage zu vermeiden.
[0016] Meist lässt sich die Schadstelle örtlich eingrenzen und entsprechende Reparaturmaßnahmen können gezielt durchgeführt werden.
[0017] Mit dem erfindungsgemäßen System ist es hingegen nicht erforderlich ungenaue Restlebensdauerschätzungen vorzunehmen, da jeder Turm für sich überwacht
[0018] werden kann, und etwaige, auftretende Schädigungen durch eine Eigenfrequenzänderung und/oder Anderung der Amplitudenverhältnisse detektiert werden können. Auf diese Anderung kann dynamisch im Einzelfall reagiert werden, wodurch das generelle Austauschen eines gesamten Windparks vermieden werden kann und sich daher die Lebensdauer des Windparks im Gesamten erhöht.
[0019] Bevorzugt kann die Auswerteeinrichtung aus den jeweiligen Turmquerschnittsebenen zugeordneten Schwingungsamplituden zu Beobachtungszeitspannen zu überwachen, da deren Veränderung (vor allem zunehmende monotone Veränderung) auf fortschreitende Schädigung hinweist. Es wird vor allem Augenmerk auf die Amplituden gelegt, da sich diese deutlicher ändern als die Frequenzen.
[0020] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
[0021] Fig. 1 eine Windkraftanlage mit einem erfindungsgemäßen System in Ansicht, [0022] Fig. 2 die Windkraftanlage aus Fig. 1 im Schnitt nach der Linie Il-Il und [0023] Fig. 3 oben ein Diagramm einer Beispielsschwingung an einer Turmquerschnitts-
ebene und darunter eine Fourier Transformierte des Signales.
[0024] Das System zur Überwachung der Schwingungen, insbesondere der Eigenfrequenz, eines Turms 1 einer Windkraftanlage 2 umfasst dem Turm 1 zugeordnete Schwingungssensoren 3 und eine Auswerteeinrichtung 4 zur Verarbeitung von Schwingungssensordaten. Entlang der Turmachse sind mehrere Schwingungssensoren 3 in drei oder mehreren Turmquerschnittsebenen 5 ringförmig um die Turmachse 6 angeordnet. Die Auswerteeinrichtung 4 speichert neben der Eigenfrequenz den jeweiligen Turmquerschnittsebenen 5 zugeordnete Schwingungsamplituden A zu Beobachtungszeitspannen Ti; (eine geeignet kurze Messspanne) ab und erkennt über einen Vergleich der Eigenfrequenzen fi und der Amplitudenverhältnisse über einen Beobachtungszeitraum strukturelle Schäden im Turm.
[0025] Dem Turm 1 kann wenigstens ein Temperatursensor 7 zugeordnet sein, wobei die Temperatursensormessdaten zusammen mit den Schwingungsamplituden zu Beobachtungszeitspannen abspeichert und in den Vergleich der Amplitudenverhältnisse über den Beobachtungszeitraum eingerechnet werden. Ebenso kann dem Turm 1 wenigstens ein Windsensor zugeordnet sein, wobei die Windsensormessdaten zusammen mit den Schwingungsamplituden zu Beobachtungszeitspannen abspeichert und in den Vergleich der Amplitudenverhältnisse über den Be-
obachtungszeitraum eingerechnet werden. Im vorliegenden Fall werden die Windsensordaten beispielsweise vom Regelsystem 8 der Windkraftanlage 2 bereitgestellt, die bereits einen entsprechenden Windsensor umfasst.
[0026] Die Schwingungssensoren 3 sind vorzugsweise im Inneren der Türme, insbesondere an der Turminnenwand, angeordnet (Fig. 2). Je Turmquerschnittsebene sind im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils vier, untereinander um jeweils 90° versetzt angeordnete, Schwingungssensoren 3 vorgesehen.
[0027] Die Zeiten der Beobachtungszeitspannen können periodisch und/oder lastabhängig gewählt werden. Vorzugsweise errechnet die Auswerteeinheit 4 aus den jeweiligen Turmquerschnittsebenen 5 zugeordneten Schwingungsamplituden zu Beobachtungszeitspannen, speichert diese ab, und erkennt und lokalisiert über einen Vergleich der über einen Beobachtungszeitraum ermittelten Amplituden strukturelle Schäden im Turm.
[0028] Für die Messung von Schwingungen in Türmen sind verschiedene Typen von Schwingungssensoren 3 geeignet. Zum einen wären da Beschleunigungssensoren, wie Piezoelektrische Beschleunigungssensoren, die piezoelektrische Materialien nutzen, um mechanische Bewegungen in elektrische Signale umzuwandeln. Sie sind robust, haben eine hohe Empfindlichkeit und sind für eine breite Frequenzbandbreite geeignet. Daneben gibt es noch kapazitive Beschleunigungssensoren, die Veränderungen in der Kapazität messen, die durch Bewegungen der internen Struktur verursacht werden. Sie bieten eine hohe Genauigkeit und sind gut für niedrige Frequenzen geeignet. MEMS (Micro-Electro- Mechansche Systeme), kleine, kostengünstige Sensoren, die in vielen Anwendungen verwendet werden. Sie bieten eine gute Empfindlichkeit und sind in verschiedenen Frequenzbereichen verfügbar. Darüber hinaus können Seismometer, Geschwindigkeitssensoren, Laservibrometer und/oder Neigungsmesser eingesetzt werden, um Schwingungen in Türmen zu messen. Die ausgewählten Sensoren müssen in der Lage sein, die zu erwartenden Schwingungsfrequenzen des Gebäudes zu erfassen, empfindlich genug sein, um die zu messenden Schwingungen zu detektieren, haltbar genug sein, um die langfristigen Messungen verlässlich durchführen zu können und sollten einen geringen Installations- und Kalibrierungsaufwand aufweisen.
[0029] Die Eigenfrequenz fi eines Turmes 1 kann aus einer Schwingungsmessung wie beispielsweise an Hand von Fig. 3 erklärt folgt bestimmt werden: Die Auswerteeinrichtung 4 speichert den jeweiligen Turmquerschnittsebenen 5 zugeordnete Schwingungsamplituden A zu Beobachtungszeitspannen T; ab. Dazu werden zunächst Schwingungen über eine geeignet kurze Messspanne aufgezeichnet (im Beispiel rund 10s) was aber keinesfalls beschränkend angesehen werden soll.
[0030] Fig. 3 zeigt eine Darstellung der Fourier-Transformation einer simulierten Schwingung. Im oberen Diagramm ist das Zeit-Domänen-Signal abgebildet, welches die simulierte Schwingung mit Rauschen zeigt. Im unteren Diagramm ist das Frequenz-Domänen-Signal, also das Ergebnis der Fourier- Transformation, dargestellt. Die Frequenzen mit den höchsten Amplituden entsprechen den Eigenfrequenzen des Systems. In diesem Beispiel sind deutliche Peaks bei 1 Hz und 3 Hz zu erkennen, was den in diesem Beispiel simulierten Schwingungsfrequenzen entspricht.
[0031] Für den Messaufbau und zur Datenerfassung werden geeignete Schwingungssensoren 3 an geeigneten Stellen im Turm installiert, insbesondere auch im oberen Bereich, da die Schwingungsamplitude dort am größten ist. In weiterer Folge werden Schwingungsdaten über einen bestimmten Zeitraum erfasst und aufgezeichnet. Die Messung umfasst sowohl durch den Wind erzeugte natürliche, als auch durch den Rotor erzeugte künstliche, Schwingungen. Es ist sicherzustellen, dass die Schwingungssensoren 3 korrekt kalibriert sind. Die Messungen sollten über einen ausreichenden Zeitraum durchgeführt werden, um alle relevanten Frequenzen zu erfassen.
[0032] Umgebungsbedingungen während der Messung, wie Wind, Temperatur und ggf. Luftfeuchtigkeit, werden mit den Schwingungsdaten mitdokumentiert.
[0033] Die erfassten Rohdaten werden gefiltert, um Rauschen und unerwünschte Frequenzen zu entfernen. Typischerweise wird ein Hochpassfilter verwendet, um niederfrequentes Rauschen und ein Tiefpassfilter, um hochfrequentes Rauschen zu eliminieren. Zudem werden die Daten auf
Anomalien geprüft und gegebenfalls korrigiert. Fehlerhafte Messwerte werden protokolliert, aber für die weitere Verarbeitung verworfen.
[0034] Die vorverarbeiteten Schwingungsdaten werden einer Fourier-Transformation (FFT) unterworfen, womit die Zeitdomänendaten in das Frequenzspektrum der Schwingungen transformiert werden. In diesem Frequenzspektrum werden die Spitzen identifiziert (Fig. 3 unten).
[0035] Dann werden die dominanten Frequenzen bestimmt und mit Resonanzfrequenzen gleichartiger Türme verglichen. Die Eigenfrequenz ist typischerweise die niedrigste dominierende Frequenz. Abschließend werden die Ergebnisse mit theoretischen Modellen und/oder früheren Messungen verglichen, um das Messergebnis zu Validieren. Um die Eigenmoden und Eigenfrequenzen des Turmes detaillierter zu bestimmen, kann zudem eine modale Analyse der FFT Transformierten durchgeführt werden.
Patentansprüche
1. System zur Überwachung der Schwingungen, insbesondere der Eigenfrequenz, eines Turms (1) einer Windkraftanlage (2), mit dem Turm (1) zugeordneten Schwingungssensoren (3) und mit einer Auswerteeinrichtung (4) zur Verarbeitung von Schwingungssensordaten, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Turmachse (6) mehrere Schwingungssensoren (3) in drei oder mehreren Turmquerschnittsebenen (5) ringförmig um die Turmachse (6) angeordnet sind, wobei die Auswerteeinrichtung (4) neben der Eigenfrequenz (fi) den jeweiligen Turmquerschnittsebenen (5) zugeordnete Schwingungsamplituden (A) zu Beobachtungszeitspannen (T;) abspeichert und über einen Vergleich der Eigenfrequenzen (f;) und der Amplitudenverhältnisse (A) über einen Beobachtungszeitraum strukturelle Schäden im Turm (1) erkennt.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Turm (1) wenigstens ein Temperatursensor (7) zugeordnet ist, wobei die Temperatursensormessdaten zusammen mit den Schwingungsamplituden zu Beobachtungszeitspannen abspeichert und in den Vergleich der Amplitudenverhältnisse über den Beobachtungszeitraum eingerechnet werden.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Turm (1) wenigstens ein Windsensor zugeordnet ist, wobei die Windsensormessdaten zusammen mit den Schwingungsamplituden zu Beobachtungszeitspannen abspeichert und in den Vergleich der Amplitudenverhältnisse über den Beobachtungszeitraum eingerechnet werden.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Sensordaten per Fernübertragung, insbesondere Kabelgebunden oder über ein Funknetzwerk, an eine Zentrale übermittelt, oder in der Auswerteeinheit (4) in der Windkraftanlage (2) direkt verarbeitet werden.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungssensoren (3) im Inneren des Turms (1), insbesondere an der Turminnenwand, angeordnet sind.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass je Turmquerschnittsebene (5) jeweils mindestens vier, untereinander um die Turmachse (6) um jeweils 90° versetzt angeordnete Schwingungssensoren (3) vorgesehen sind.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beobachtungszeitpunkte (T;) periodisch und/oder Lastabhängig gewählt werden.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (4) aus den jeweiligen Turmquerschnittsebenen (5) zugeordneten Schwingungsamplituden (A) zu Beobachtungszeitspannen entlang der Turmachse (6) abspeichert und über einen Vergleich der über einen Beobachtungszeitraum ermittelten Schwingungsfrequenzen und vor allem deren Amplituden strukturelle Schäden im Turm (1) erkennt, lokalisiert und eine Warnung bei geringerer Abweichung ausgibt und bei höherer Abweichung die Windkraftanlage gegebenenfalls selbstständig abschaltet.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Neue Patentansprüche
1. System zur Überwachung der Schwingungen, insbesondere der Eigenfrequenz, eines Turms (1) einer Windkraftanlage (2), mit dem Turm (1) zugeordneten Schwingungssensoren (3) und mit einer Auswerteeinrichtung (4) zur Verarbeitung von Schwingungssensordaten, wobei entlang der Turmachse (6) mehrere Schwingungssensoren (3) in drei oder mehreren Turmquerschnittsebenen (5) ringförmig um die Turmachse (6) angeordnet sind, wobei die Auswerteeinrichtung (4) neben der Eigenfrequenz (fi) den jeweiligen Turmquerschnittsebenen (5) zugeordnete Schwingungsamplituden (A) zu Beobachtungszeitspannen (T;) abspeichert, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (4) über einen Vergleich der Eigenfrequenzen (fi) und der Amplitudenverhältnisse (A) über einen Beobachtungszeitraum strukturelle Schäden im Turm (1) erkennt.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Turm (1) wenigstens ein Temperatursensor (7) zugeordnet ist, wobei die Temperatursensormessdaten zusammen mit den Schwingungsamplituden zu Beobachtungszeitspannen abspeichert und in den Vergleich der Amplitudenverhältnisse über den Beobachtungszeitraum eingerechnet werden.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Turm (1) wenigstens ein Windsensor zugeordnet ist, wobei die Windsensormessdaten zusammen mit den Schwingungsamplituden zu Beobachtungszeitspannen abspeichert und in den Vergleich der Amplitudenverhältnisse über den Beobachtungszeitraum eingerechnet werden.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Sensordaten per Fernübertragung, insbesondere Kabelgebunden oder über ein Funknetzwerk, an eine Zentrale übermittelt, oder in der Auswerteeinheit (4) in der Windkraftanlage (2) direkt verarbeitet werden.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungssensoren (3) im Inneren des Turms (1), insbesondere an der Turminnenwand, angeordnet sind.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass je Turmquerschnittsebene (5) jeweils mindestens vier, untereinander um die Turmachse (6) um jeweils 90° versetzt angeordnete Schwingungssensoren (3) vorgesehen sind.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beobachtungszeitpunkte (T;) periodisch und/oder Lastabhängig gewählt werden.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (4) aus den jeweiligen Turmquerschnittsebenen (5) zugeordneten Schwingungsamplituden (A) zu Beobachtungszeitspannen entlang der Turmachse (6) abspeichert und über einen Vergleich der über einen Beobachtungszeitraum ermittelten Schwingungsfrequenzen und vor allem deren Amplituden strukturelle Schäden im Turm (1) erkennt, lokalisiert und eine Warnung bei geringerer Abweichung ausgibt und bei höherer Abweichung die Windkraftanlage gegebenenfalls selbstständig abschaltet.
ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE
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