BR112015023102B1 - Aparelho para inspeção de lâminas de turbina eólica rotativas e método de detecção de uma anomalia em uma lâmina rotativa da turbina eólica - Google Patents

Abstract

testagem não desctrutiva de pás de turbina de vento a partir do solo durente a operação. um sistema de inspeção e pá de turbina de vento inclui um microfone sensível, posicionado próximo à base da torre de turbina para receber sinais acústicos que emanam de anomalias em uma pá de turbina em rotação e um sistema de análise de sina configurado para analisar os sinais acústicos incluindo análise doppler. os dados podem ser monitorados centralmente e recebidos para gerenciamento recurso de força de vento.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se a um método e aparelho para inspeção de lâminas de turbina eólica e equipamento de geração de energia em geradores de turbina eólica rotativos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Devido a seu grande tamanho e extensa área de superfície e formato complexo, as lâminas de turbina eólica são difíceis de inspecionar de forma não destrutiva mesmo na fábrica. A inspeção visual não vê defeitos abaixo da superfície. As técnicas de inspeção por termografia ativas são eficientes para defeitos perto da superfície, mas pode fornecer falsos positivos e falsos negativos devido às variações na espessura do material e capacidade de emissão da superfície. Técnicas ultrassônicas de feixe angulado são muito lentas e podem não funcionar através de tampas de spar de fibra de carbono espessas. Como resultado disso, lâminas são instaladas em torres e colocadas em serviço com uma probabilidade significativa de defeitos de fabricação latentes.

[003] Adicionalmente, as lâminas compostas são submetidas a variações de temperatura extremas. A água aprisionada nas lâminas pode sofrer ciclos de congelamento e descongelamento causando danos internos. As forças cíclicas da gravidade e forças variáveis do vento agindo nas lâminas à medida que giram pode causar danos decorrentes de fatiga ou a propagação de defeitos latentes com o tempo enquanto os erros no processo de fabricação podem resultar em falha prematura da lâmina. Os defeitos podem aumentar abaixo da superfície das lâminas ao ponto de, até o momento em que as rachaduras e danos atingirem a superfície e poderem ser detectados visualmente, os danos podem não ser mais reparáveis na torre.

[004] A detecção de danos de subsuperfície progressivos e defeitos em propagação nas lâminas da turbina eólica in situ é difícil. Inspeções utilizando guinchos ou acesso por corda são caras, demoradas e colocam os funcionários em um ambiente de trabalho muito perigoso. O acesso com instrumentos portáteis para o teste não destrutivo novamente exige o acesso por corda ou plataformas e guindastes. Crawlers de lâmina e torre com sensores de teste não destrutivo para inspeção in situ foram desenvolvidos e testados, com implicações de alto custo, taxas de inspeção lentas e eficiência questionável. Enquanto na torre, o acesso próximo permite que os inspetores detectem visualmente tais defeitos de lâmina como divisões na borda traseira, rachaduras, danos decorrentes de raios e erosão de lâmina.

[005] Existe, de acordo, uma necessidade crescente por métodos de inspeção não destrutivos econômicos e rápidos pra lâminas de turbina eólica para a detecção dessas e de outras anomalias.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[006] De acordo, é um objetivo da invenção se fornecer métodos de inspeção não destrutivos econômicos e rápidos para lâminas de turbina eólica para detecção dessas e de outras anomalias.

[007] A fim de se alcançar os objetivos acima e outros da invençao, um aparelho para inspeção de lâminas de turbina eólica rotativas de acordo com um primeiro aspecto da invenção inclui um microfone que é posicionado quase que em um plano de um disco de turbina em um ponto sob o nível mais baixo de uma ponta de lâmina à medida que gira, de modo a receber sinais acústicos emanando do ar que escapa através das brechas em uma linha de molde externo de lâmina a partir de um defeito interno ou de subsuperfície na lâmina; e um sistema para analisar os sinais acústicos recebidos dessa forma a fim de detectar a presença de um defeito em potencial.

[008] Um método de detecção de uma anomalia em uma lâmina de turbina eólica rotativa de acordo com um segundo aspecto da invenção inclui as etapas de monitoramento de emissões acústicas a partir de uma lâmina de turbina eólica; e a realização de uma análise Doppler nas emissões acústicas a fim de identificar uma anomalia na lâmina de turbina eólica.

[009] Essas e várias outras vantagens e características de novidade que caracterizam a invenção são destacadas com particularidade nas reivindicações em anexo e formando uma parte das mesmas. No entanto, para uma melhor compreensão da invenção, suas vantagens, e objetivos obtidos a partir de sua utilização, referência deve ser feita aos desenhos que formam uma parte adicional da mesma, e à matéria descritiva em anexo, na qual é ilustrada e descrita uma modalidade preferida da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0010] A figura 1 é uma representação esquemática de um gerador de turbina eólica, de eixo geométrico horizontal, em grande escala.

[0011] A figura 2 é uma representação esquemática de uma seção transversal da lâmina de turbina eólica.

[0012] A figura 3 é uma representação gráfica da pressão de ponta interna X velocidade.

[0013] A figura 4 é uma representação esquemática ilustrando uma torre de turbina eólica com três lâminas e um defeito.

[0014] A figura 5 ilustra uma vista plana de um local de turbina eólica com seis localizações.

[0015] A figura 6 é um espectrograma acústico ilustrando três defeitos de emissão de som em uma lâmina de turbina eólica.

[0016] A figura 7 é uma representação esquemática de um sistema para realizar um teste espectral acústico de um conjunto de lâmina de turbina eólica de acordo com uma modalidade preferida da invenção. A figura 8 é uma representação esquemática do sistema ilustrado na figura 7 em operação.

[0017] A figura 9 é um espectrograma acústico ilustrando a intensidade do som com o tempo à medida que as lâminas de turbina eólica passam por um sensor acústico.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0018] Um método e um aparelho para teste não destrutivo de lâminas de turbina eólica de eixo geométrico vertical (HAWT) durante a operação são descritos aqui. O sistema e método descritos abaixo permitem a detecção e localização de anomalias nas lâminas de turbina eólica pela detecção e análise de sinais acústicos gerados pela lâmina à medida que move através do ar e pelo som emitido quando o ar comprimido dentro da lâmina de turbina escapa através das brechas na linha de molde externa de cada lâmina. Tais anomalias de turbina como rachaduras, divisões de borda traseira, furos causados por raios, danos, erosão de lâmina e ângulo de inclinação inadequado da lâmina podem ser detectados em segundos e em muitos casos sua localização na lâmina pode ser determinada. Adicionalmente, anomalias ou mudanças de condição na máquina do gerador de turbina na nacela podem ser detectadas a partir do solo. Tal informação tem potencial comercial significativo para o gerenciamento de energia eólica ideal e manutenção da programação para redução de custo.

[0019] À medida que as lâminas da turbina eólica são giradas no ar, o som é gerado pelas múltiplas fontes. Primeiro, o ar dentro das lâminas de turbina eólica em operação é comprimido na direção da ponta da lâmina devido à aceleração centrípeta. Mesmo com furos de drenagem de água, rachaduras e divisões na borda traseira são reveladas pelos sons que emitem. Esses sinais acústicos, como gravados a partir do solo perto da base da torre, são alterados por Doppler permitindo o cálculo da distância do defeito do eixo geométrico da turbina ou da extremidade de raiz da lâmina. Em segundo lugar, a assinatura acústica de banda larga da turbulência do ar com cada passagem de lâmina monitorada a partir do solo ou nível do mar com um microfone de banda larga sensível pode ser analisada com um analisador de espectro para revelar os padrões consistentes com a erosão de lâmina ou um ângulo de inclinação de lâmina que é incorreto para a velocidade do vento ou direção indicando sensores com falha ou um problema com o acionador de inclinação.

[0020] A modalidade preferida inclui um microfone sensível através de uma ampla faixa de frequência de 100 Hz a 80 kHz, um computador com software para analisar os sinais acústicos gerados pela lâmina à medida que move através do ar e pelo som emitido pelo ar que escapa através das rachaduras, furos e brechas na linha de molde externo da lâmina. Um câmera estática ou de vídeo, acionada pelo computador, por sinais de tempo ou manualmente pelo operador com base no espectrograma em tempo real é utilizada para identificar o número de série da lâmina para qualquer lâmina com uma anomalia. O ruído devido à turbulência anormal causada pela distorção de lâmina, erosão e ângulo de inclinação inadequado também é detectado e pode ser comparado com testes realizados periodicamente para identificar tendências e mudanças nas lâminas. Adicionalmente, as anomalias ou mudanças de condição na máquina de gerador de turbina na nacela e no cubo, tal como acionadores de inclinação de lâmina, alguns dos quais operam continuamente à medida que a turbina gira, podem ser detectadas a partir do solo.

[0021] Turbinas eólicas normalmente operam com velocidades de ponta de lâmina que são muitas vezes superior à velocidade do vento. Por exemplo, um gerador de turbina típico de 2,3 MW (Modelo Siemens SWT-2.3101) com lâminas de 49 m de comprimento e um diâmetro de cubo de 3 m possui uma circunferência de varredura na ponta da lâmina de C = π x 101 = 317,3 m. Em uma velocidade operacional típica de 15 rpm, a velocidade de ponta Vt = 317,3 m x 15 rpm = 4759,5 m/minuto ou pela divisão por 60, 79,3 m/segundo (260.2 pés/segundo ou 177,4 mph). Esse gerador de turbina possui uma velocidade de vento cut-in típica de 3 a 4 m/segundo e produz uma saída de energia classificada nominal a 11 m/seg., uma velocidade de vento apenas 13,8% da velocidade de ponta. A velocidade de rotação para qualquer local em uma lâmina pode ser expressa como VL = 2πL/x, onde L é a distância do eixo geométrico da turbina e T é o período de rotação da turbina em segundos. Essa equação linear permite o cálculo da pressão de ar dentro de uma lâmina rotativa e como será ilustrado, pode ser utilizada para determinar a localização dos defeitos de emissão de som nas lâminas de turbina rotativas, LD = L - HR, onde LD é a distância do defeito a partir da raiz da lâmina, L é a distância do defeito a partir do eixo geométrico da turbina e HR é o raio do cubo da turbina.

[0022] Uma lâmina de turbina eólica rotativa e oca age para comprimir a coluna de ar dentro da lâmina na direção da ponta de lâmina devido à aceleração centrípeta. Essa pressão de ar aumentada na ponta pode ser calculada como:

onde p é a densidade do ar o é a velocidade de rotação da turbina / é a distância da ponta da lâmina para o eixo geométrico de turbina.

[0023] À medida que a lâmina gira e o volume de ar contido é comprimido, um vácuo parcial forma na extremidade de raiz da lâmina puxando ar para dentro da lâmina através dos espaços nas bordas da placa de cobertura man-way aparafusada no anteparo da extremidade de raiz da lâmina. O ar comprimido que escapa através das rachaduras do envoltório e divide em ligações adesivas ao longo das bordas dianteira e traseira criam um tom de apito, que e pode ser detectado a partir do solo. Mesmo com furos de drenagem de água presentes nas pontas da lâmina, a pressão de ar acumulará dentro das lâminas rotativas. Sabe-se há muito tempo que rachaduras maiores na lâmina e divisões frequentemente criam sinais acústicos fortes durante a operação da turbina que são fáceis de ouvir especialmente a partir do topo da nacela. Um empregado de manutenção de turbina eólica ouvindo um apito de turbina sabe que uma lâmina está rachada, mas não sabe qual lâmina ou lâminas apresentam defeitos, quantos defeitos estão presentes ou onde estão localizados. Adicionalmente, outros defeitos podem emitir sinais acústicos com baixa amplitude ou em frequências além da faixa da audição humana. O sistema descrito aqui detecta esses sinais acústicos a partir do soo utilizando a mudança Doppler para determinar a localização da distância.

[0024] O microfone de banda larga é utilizado para detectar o sinal acústico emitido a partir dos efeitos de lâmina, que podem ter um componente significativo na faixa ultrassônica acima da faixa da audição humana. A rotação da lâmina muda o Doppler da frequência emitida a partir do defeito de modo que a lâmina que se aproxima do som recebido no microfone seja mais alto do que o tom emitido de fato. À medida que a lâmina retrocede a partir do microfone, o som do tom emitido como recebido no microfone é inferior em Doppler. Utilizando-se as equações derivadas aqui, a distância da rachadura ou anomalia para o cubo da lâmina pode ser calculada. Adicionalmente, o sistema detecta a assinatura acústica mudada Doppler emitida a partir das mudanças na superfície da lâmina devido à erosão e também os sinais da turbulência doar quando uma lâmina está operando no ângulo incorreto de ataque. Finalmente, essa invenção ensina vários meios de identificação do número serial específico de lâmina.

[0025] Para realizar um teste acústico nas lâminas de turbina eólica operacional, o microfone é posicionado perto da torre e mantido manualmente ou montado no tripé. A posição não é crítica, mas deve estar entre 3 e 5 metros, para cima ou para baixo do plano contendo as pontas da lâmina da turbina e dentro de cerca de 50% da abrangência de lâmina a partir da base da torre. O microfone pode ser fixado a um tripé ou a um veículo (terrestre ou aquático), com uma vista limpa não obstruída para o disco de lâmina, para realizar o movimento rápido de uma torre para a próxima durante uma inspeção no local.

[0026] O microfone fornece um sinal para o cartão de som o computador que contem ambas a capacidade de gravação de áudio e software de análise de espectro acústico. O software de sistema pode operar manualmente ou pode ser completamente automático. O teste é conduzido pela configuração do ganho de sinal do sinal acústico pra a passagem das lâminas. O analisador de espectro exibirá todo o espectro do sinal e a frequência máxima pode ser ajustada para fornecer uma resolução ideal do espectro de sinal acústico. A primeira medição é para determinar o período da turbina em segundos que é o tempo em segundos de um primeiro pico de sinal de passagem de lâmina até que o mesmo pico se repita no quarto sinal de passagem de lâmina. O operador pode utilizar a interface de imagem gráfica pela interrupção da exibição do espectro e medição do tempo em segundos entre os quatro picos no monitor de espectro. Em tempo real ou quando um espectro de período total é congelado na tela, sinais dos defeitos aparecem, com possíveis tons sobrepostos, como uma linha ondulada no espectro em cima do ruído aerodinâmico produzido pela lâmina à medida que passa por cima. O sinal do defeito é uma frequência ou tom estável, se estiver em uma estrutura de referência como a lâmina (teoricamente cavalgando com a lâmina) ou ouvindo a partir da nacela de turbina perto do eixo geométrico da turbina. O sinal acústico de um defeito de lâmina como ouvido a partir da base da torre no solo ou flutuando em um barco perto de uma torre de turbina offshore o sinal é alterado por Doppler fazendo com que o apito suma de um tom de frequência alta à medida que a lâmina move para baixo na direção do microfone para um tom de frequência inferior ou apite à medida que a lâmina move para longe do microfone. A medição das frequências alteradas por Doppler máxima e mínima das indicações de defeito pode ser realizada utilizando-se o monitor de espectro na interface de usuário gráfica ou pode ser realizada automaticamente pelo software. O conhecimento da temperatura do ar pode ser registrado manualmente no computador ou medido com um sensor para determinar a velocidade do som no ar a partir de uma tabela de consulta ou o cálculo na torre de turbina quando os dados são coletados. O erro decorrente das mudanças da densidade do ar com mudanças de altitude e mudanças barométricas é geralmente muito menor do que outros erros causados nas medições espectrais e não é considerado geralmente.

[0027] Para turbinas eólicas offshore, pode ser vantajoso se instalar o microfone permanentemente na torre, acima do nível da ação esperada das ondas. Os dados podem ser transmitidos através de rádio do CSM celular para um receptor na costa. Toda a unidade pode ser energizada por energia solar utilizando um pequeno conjunto de células fotovoltaicas e uma bateria recarregável. A instalação de dois ou mais microfones em diferentes alturas permitiria uma melhor cobertura acústica de torres grandes antecipadas para torres offshore e uma melhor precisão na localização de defeito.

[0028] O formato das lâminas de turbina eólica é um aerofólio super crítico altamente refinado. As delâminações da lâmina nas superfícies compostas além de tampa de spar não existente ou quebrada e fraca para ligações de tela spar permitem uma torção aumentada da lâmina ou dobra da lâmina durante a operação, mudando o fluxo de ar e o ruído da turbulência do ar. Adicionalmente, os desvios do ângulo de inclinação correto da lâmina a partir de valores nominais podem iniciar o surgimento da turbulência e gerar ruído. Danos à lâmina decorrentes de raios, rachaduras na superfície da lâmina alterando o perfil da superfície, delâminações mudando o perfil transversal da lâmina podem causar ruído devido à turbulência e mudanças no fluxo de ar através das superfícies da lâmina. A assinatura acústica para uma lâmina pode ser alterada de forma significativa. Adicionalmente, uma falta de ligação entre a tela spar e a tampa spar pode permitir que a lâmina dobre mais durante o ciclo de rotação devido à força da gravidade variável e carga de pressão de vento do que outras lâminas, mudando, novamente, a assinatura acústica.

[0029] O método e aparelho de teste descritos aqui podem ser utilizados também para verificações periódicas par detecção de mudanças no espectrograma acústico, intensidade de sinal e mudança Doppler de sinais pelos quais as localizações do defeito podem ser determinadas. Para se determinar a localização no sentido da abrangência de um defeito de emissão de som em uma lâmina é necessário medir:T = período de turbina, segundo.FH = Frequência Alterada Doppler de Defeito Máxima FL = Frequência Alterada Doppler de Defeito Mínima T = temperatura do ar

[0030] A partir da geometria de uma turbina eólica rotativa, a frequência emitida do defeito F0, pode ser determinada como a média das frequências alteradas Doppler ata e baixa para o sinal, como ilustrado na equação 2.Equação 2. Fo = (FH + FL)/2

[0031] A velocidade tangencial de um defeito de lâmina, VD, na distancia L a partir do cubo da turbina, para uma turbina com um período T, segundos podem ser expressos como ilustrado na equação 3:Equação 3. VD = 2%L/T, solucionando para L:Equação 4. L = VDT/2K

[0032] A partir da equação Doppler, FL, o sinal de frequência baixa alterado Doppler é:Equação 5. FL = V0VS/(VS + VD), onde VS é a velocidade do som na torre.

[0033] Visto que a maior parte das turbinas eólicas está localizada a uma altitude de menos de 5000 pés, acima do nível do mar, VS pode ser determinado a partir de uma tabela de consulta corrigida para temperatura na torre, apesar de qualquer meio de determinação precisa de VS poder ser utilizado.

[0034] FH, o sinal de frequência alta alterada Doppler é:Equação 6. FH = F0VS/(VS-VD), substituindo a Equação 2. com F0, se obtémEquação 7. FH = (FH + FL)VS/(VS - VD)/2Solucionando-se VD, se obtémEquação 8. VD = 2VsFH + 2VSFL/4FHSubstituindo-se a equação 3. com VD, se obtémEquação 9. 2%L/T = 2VS(FH-FL)/4FHSolucionando-se L, a distância do eixo geométrico da turbina para o defeito, se obtémEquação 10. L = TVS(FH-FL)/4%FHA distância da extremidade raiz da lâmina para o defeito então é Equação 11. LD = L - RH, onde RH é o raio do cubo da turbina.

[0035] A figura 1 é um diagrama esquemático de um HAWT que é típico de ambos os geradores de turbina terrestre e offshore. A vista 1 a partir de trás da turbina voltada para o vento inclui a torre 6 se estendendo para cima a partir da superfície do chão ou oceano 28 para suportar a nacela 8 que contém o gerador e redutores de engrenagem, a menos que esteja em um gerador de acionamento direto. Note-se que se essa invenção for utilizada em um navio para testar as lâminas da turbina eólica offshore, 28 seria o convés do navio de onde o teste é realizado. O movimento das ondas geralmente teria componentes de velocidade muito pequenos para afetar de forma significativa as medições de frequência alterada Doppler. Existem tipicamente três lâminas, 11, em uma turbina eólica de escala grande possuindo extremidades raiz 10 e pontas de lâmina 12. Como observado a partir da vista lateral 3, as extremidades de raiz de lâmina se fixam ao cubo rotativo 18. O lado da lâmina 16 voltado para o vento 4 é frequentemente referido como lado de pressão alta. O lado da lâmina 14, voltado para longe do vento é referido como lado de sucção ou pressão baixa. À medida que a velocidade da lâmina 17 aumenta, a inclinação da lâmina é ajustada para o ângulo de ataque ideal para o vento 4 para criar a elevação máxima e torque necessários para acionar o gerador de eletricidade.

[0036] A figura 2 ilustra a construção transversal de uma lâmina HAWT típica. As lâminas da turbina eólica são geralmente fabricadas com envoltórios compostos unidos por adesivo formando o lado de alta pressão 16 e o lado de baixa pressão 14. A borda traseira 21 é formada pelos envoltório ligados por adesivo 14 e 16 assim como a borda dianteira 20, com ligação por adesivo em alguns casos entre os dois flanges 22 formados pelos revestimentos de fibra de vidro interno e externo que criam painéis intercalados 18. Duas tampas de spar 26, que podem ser feitas de fibra de vidro ou lâminado de fibra de carbono ou outro material composto, são unidas às bordas dos painéis intercalados 18. A tela spar de lâmina 30, que e pode ser de um lâminado de fibra de vidro ou uma construção intercalada com folhas de fibra de vidro ou fibra de carbono e um material núcleo feito com espuma, madeira de balsa ou outro material adequado com alta resistência à compressão. A tela spar 30 é unida com adesivo 28 às tampas spar 26 pra formar uma viga em I. Algumas vezes, uma segunda ou até mesmo terceira tela spar está presente formando um feixe tipo caixa. Os defeitos tal como soltura das ligações adesivas presentes na ligação por adesivo 28 da tampa spar 26 com a tela spar 30 podem resultar em falha catastrófica da lâmina em serviço. Ondas de fibra no lâminado da tampa spar sólida 26 também podem resultar em rachaduras e, por fim, na falha da lâmina. Adicionalmente, divisões ou rachaduras na borda traseira 21 na ligação adesiva do envoltório de lado de pressão 24 de alta pressão 16 ou baixa pressão 14 podem ser sinais de flexão de lâmina excessiva durante a operação. A ligação por adesivo 24 da borda traseira 21 na área de maior largura de cordão de lâmina na direção da extremidade raiz 10 suporta as cargas de torção de lâmina. Rachaduras e quebras na ligação adesiva 24 nesses locais também podem resultar em falha de lâmina a menos que sejam detectadas a tempo e a turbina desligada e prontamente reparada.

[0037] A figura 3 é uma representação ilustrando o aumento na pressão do ar dentro de uma lâmina de turbina de 50 m como uma função da velocidade de rotação em rpm, não incluindo o efeito da gravidade, que adicionaria um termo (k) cosθMG à pressão de ar, onde k é uma constante que diminui com a RPM aumentada da turbina. M é a massa do ar dentro da lâmina e G é a aceleração devido à gravidade. A figura 3 apresenta a pressão de lâmina interna acima do ambiente na ponta de fora de uma lâmina de 50 metros de comprimento girando a uma velocidade de 12 a 21 rpm, negligenciando a presença do furo de drenagem de água na ponta da lâmina. Para uma lâmina vedada, a redução da pressão abaixo do ambiente no interior do anteparo de extremidade de raiz seria o negativo desses valores.

[0038] A figura 4 ilustra um esquema ilustrando a torre de turbina eólica 6, com três lâminas e um defeito 100, localizado em uma lâmina a uma distância 104 do eixo geométrico de turbina 124. O defeito gira no sentido horário (como observado a partir da frente da turbina) em um círculo 108 com diâmetro 104. A emissão de um tom na frequência 116, o sinal de defeito é alterado Doppler alto para a frequência 118, quando está se aproximando do microfone 122 na base da torre 6. A frequência de sinal é uma alta máxima quando o defeito está na posição 110, em uma linha 118, tangente ao círculo 108 e microfone 122. Da mesma forma, a frequência mínima do sinal de defeito decorrente da mudança Doppler é quando está saindo do microfone 122 na base da torre 6. A frequência de sinal é alterada para um mínimo baixo 120, quando o defeito está na posição 110, em uma linha tangente ao circulo 108 e microfone 122.

[0039] A figura 5 ilustra a geometria similar à da figura 4, mas para um defeito 150, localizado a uma distância menor 148 do eixo geométrico da turbina 136. Devido à distância menor 148, do que com relação ao defeito 100, a diferença resultante entre as mudanças Doppler 134 e 138 é significativamente menor.

[0040] A figura 6 ilustra um espectrograma acústico de três defeitos de emissão de som, um em cada uma das três lâminas em uma turbina de 1,5 MW. O período 160 da lâmina pode ser medido pelo tempo entre os sinais de frequência de pico repetidos 166 e 172, do mesmo defeito.

[0041] As frequências mínima 164 e 170 e máxima 162 e 168 alteradas Doppler para dois dos sinais de defeito são ilustradas e podem ser medidas com o espectrômetro.

[0042] Esses valores podem ser utilizados para calcular a localização do defeito ao longo da lâmina.

[0043] A figura 7 ilustra um diagrama esquemático do equipamento para realização de um teste espectral acústico de um conjunto de lâminas de turbina eólica. O som 178 entra no microfone 122 que fornece um sinal para o cartão sonoro no computador 182. O sensor de temperatura 180 fornece a leitura da temperatura do ar para o computador para determinar a velocidade do som no ar no local da turbina. Esse valor de temperatura também pode ser registrado manualmente. O espectrograma é exibido no monitor 182 em tempo real. As lâminas com anomalias podem ser utilizadas para acionar manualmente, por controle remoto, a câmera 188, para capturar a luz formando a imagem dos números seriais da lâmina 186. Em outra modalidade, os sinais de tempo GPS podem ser gravados na trilha sonora de uma gravadora de vídeo e também para marcar com selo de tempo os sinais Doppler alterados, para identificar a lâmina com defeito. Outro acionador de câmera pode ser estabelecido utilizando-se o espectrograma em tempo real. O espectro pode ser parado e a lâmina com sinal de defeito identificado na tela do computador utilizando um mouse ou uma característica de tela de toque, se presente. O espectro pode ser reiniciado adquirindo novos sinais utilizando a mesma base de tempo. O computador enviaria então um sinal para acionar o número serial da câmera cada vez que a lâmina entra no campo de visão.

[0044] A figura 8 é um esquema para uma configuração de equipamento com a inclusão de um refletor de antena parabólica 191, para receber sinais 190 do maquinário no cubo ou nacela para análise. Essa antena recebe sinais de um cone estreito e é focada utilizando visão ótica 194, que também pode ser uma câmera de vídeo. Montada em um veículo ou tripé, a mesma pode ser focada pelo controle remoto utilizando acionadores de motor em azimute e elevação. A antena 191 também pode ser utilizada para detectar sinais distantes de perto do cubo de turbina dos defeitos nas lâminas. Geralmente, os sinais das pontas da lâmina podem estar fora do ângulo de sensibilidade do cone para a antena. Uma antena 191 possuindo um microfone removível 122 pode permitir que um microfone seja utilizado para ambos os sinais de defeito próximos e distantes.

[0045] A figura 9 é um espectrograma com uma digitalização de linha 196, ilustrando a intensidade do som 197, através do tempo à medida que as lâminas passam pelo microfone 122. A exibição gráfica mostra a intensidade do som em valores de nível cinza. Preto é a ausência de som, branco é a intensidade d épico medida. A apresentação de intensidade acústica 198 para uma lâmina é consideravelmente maior do que a representação 199 e 200 para as outras duas lâminas. A lâmina com representação de intensidade 198 apresenta um acionador de ângulo de inclinação de lâmina defeituoso. A lâmina não foi configurada para o ângulo de inclinação adequado e a representação de som 198 foi o resultado da turbulência do ar e dragagem resultante, diminuindo a eficiência da turbina. Causas de ângulo inadequado de inclinação podem ser uma falha com o acionador de inclinação de lâmina, circuito de controle ou um suporte de inclinação de lâmina defeituoso.

[0046] O método e aparelho de teste descritos aqui podem ser utilizados também para verificações periódicas para detecção de mudanças no espectrograma acústico, intensidade de sinal e mudança Doppler de sinais pelos quais as localizações do defeito podem ser determinadas. Adicionalmente, o espectro acústico dos suportes do gerador de turbina, redutores de engrenagem, acionadores de inclinação de lâmina e outros componentes de maquinário podem ser examinados por mudanças com o tempo indicativas de deterioração de componente ou falha do mesmo. Essa informação é importante para o gerenciamento ideal da energia eólica, programação de manutenção e desligamento da turbina para prevenção de danos adicionais, ferimentos ou até mesmo falha catastrófica.

[0047] Deve-se compreender, no entanto, que apesar de inúmeras características e vantagens da presente invenção terem sido apresentadas na descrição acima, juntamente com detalhes da estrutura e função da invenção, a descrição é ilustrativa apenas, e mudanças podem ser criadas nos detalhes, especialmente em questões de formato, tamanho e disposição das partes dentro dos princípios da invenção até onde indicado pelo significado geral e amplo dos termos nos quais as reivindicações em anexo são expressas.

Claims (13)

1. APARELHO PARA INSPEÇÃO DE LÂMINAS DE TURBINA EÓLICA ROTATIVAS, caracterizado por compreender:um microfone (122) posicionado em um plano de um disco de turbina em um ponto sob um nível mais baixo de uma ponta de lâmina (12) à medida que gira, de modo a receber sinais acústicos (178) emanando do ar que escapa através das brechas em uma linha de molde externa de lâmina de um defeito interno ou de subsuperfície na lâmina; emeios de análise (182) para analisar os sinais acústicos (178) recebidos dessa forma a fim de detectar a presença de um defeito em potencial (100), relacionado a uma extremidade raiz (10) da lâmina, com base em pelo menos parte de uma diferença de frequências máxima (118) e mínima (120) de mudança Doppler de identificações de defeito dos sinais acústico recebidos (178).

2. APARELHO PARA INSPEÇÃO DE LÂMINAS ROTATIVAS DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um dispositivo que exibe um espectograma.

3. APARELHO PARA INSPEÇÃO DE LÂMINAS ROTATIVAS DE TURBINA EÓLICA, caracterizado por compreender:um microfone (122) posicionado perto de uma turbina eólica rotativa e configurado para receber sinais sonoros emitidos por anomalias (100) em uma lâmina de turbina eólica;um dispositivo de gravação de sinal (182) configurado para registrar os sinais sonoros recebidos (178); emeios de análise (182) para analisar os sinais sonoros recebidos (178) para determinar as frequências máxima (118) e mínima (120) de mudança Doppler dos sinais de som recebidos (178) e calcular a posição das anomalias (100) em ou nas lâminas de turbina eólica rotativas em relação a uma extremidade raiz (10) da lâmina, com base em pelo menos parte de uma diferença de frequências máxima (118) e mínima (120) de mudança Doppler de identificações de defeito.

4. APARELHO PARA INSPEÇÃO DE LÂMINAS ROTATIVAS DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelos meios de análise (182) serem adicionalmente construídos e dispostos para medir o espectro acústico da lâmina rotativa.

5. APARELHO PARA INSPEÇÃO DE LÂMINAS ROTATIVAS DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelos meios de análise (182) serem adicionalmente construídos e dispostos para medir o nível relativo do som das emissões acústicas de cada lâmina durante a rotação para detectar mudanças decorrentes das mudanças de perfil da superfície de lâmina.

6. APARELHO PARA INSPEÇÃO DE LÂMINAS ROTATIVAS DA TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelos meios de análise (182) serem adicionalmente construídos e dispostos para medir as mudanças no fluxo de ar decorrentes dos defeitos estruturais na lâmina.

7. APARELHO PARA INSPEÇÃO DE LÂMINAS ROTATIVAS DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelos meios de análise (182) serem adicionalmente construídos e dispostos para medir fita de proteção de borda dianteira faltando ou soltando.

8. APARELHO PARA INSPEÇÃO DAS LÂMINAS ROTATIVAS DA TURBINA EÓLICa, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelos meios de análise (182) serem construídos e dispostos adicionalmente para medir danos aos materiais compostos da lâmina.

9. APARELHO PARA INSPEÇÃO DE LÂMINAS ROTATIVAS DA TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por compreender uma câmera para fotografar os números seriais da lâmina.

10. APARELHO PARA INSPEÇÃO DE LÂMINAS ROTATIVAS DA TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela câmera ser acionada pelo software de espectrograma.

11. APARELHO PARA INSPEÇÃO DE LÂMINAS ROTATIVAS DA TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela câmera ser sincronizada com sinais GPS para identificação da lâmina com uma anomalia detectada.

12. APARELHO PARA INSPEÇÃO DAS LÂMINAS ROTATIVAS DA TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo microfone (122) incluir um refletor parabólico e um dispositivo de foco ótico.

13. MÉTODO DE DETECÇÃO DE UMA ANOMALIA (100) EM UMA LÂMINA ROTATIVA DA TURBINA EÓLICA, caracterizado por compreender as etapas de:monitoramento das emissões acústicas (178) a partir de uma lâmina de turbina eólica; erealização de uma análise Doppler nas emissões acústicas a fim de identificar e localizar, relativa a uma extremidade raiz (10) da lâmina da turbina eólica, uma anomalia (100) na lâmina de turbina eólica, a análise Doppler incluindo ao menos um determinação de frequências máxima (118) e mínima (120) de mudanças Doppler de identificações de defeito.

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