CN104956072A - 用于测定转子叶片角的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测风能设施(1)的转子(10)的转子叶片(16)的叶片角(2)的方法，所述方法包括如下步骤：将无接触的测量仪器(2)设置和定向在风能设施(1)之前；将风能设施(1)定向在其相对于测量仪器(2)的方位位置中；转动风能设施(1)的转子(10)；在预设的高度上借助于无接触的测量仪器(2)扫描和检测转子叶片(16)的轮廓(26)或其一部分；并且根据在扫描轮廓(26)时记录的数据来确定转子叶片(16)的叶片角(2)。

Description

用于测定转子叶片角的方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测风能设施的转子的转子叶片的叶片角的方法。此外，本发明涉及一种用于检测风能设施的转子的转子叶片的叶片角的测量装置。

背景技术

本发明尤其基于具有至少一个、尤其三个可调整的转子叶片的所谓的水平轴线风能设施。所述转子叶片能够在其角度方面进而在其朝风的迎角方面被调整，以便从风中提取尽可能最佳的功率，或者以便尤其在高风速的情况下降低或限制从风中的功率提取。在也称作为倾斜(Pitchen)的调整转子叶片的角时，调整单元原则上能够检测在此与术语转子叶片角同义应用的当前的叶片角。但是前提是：首先将实际存在的转子叶片角与由调整单元所采用的角度进行比较。对此，必须检测实际的转子叶片角、即转子叶片的实际的位置。必要时，稍后也能够要求重复或校正这种比较。

尤其能够发生的是：在三个转子叶片中，一个转子叶片具有错误的角度，即具有与其余两个转子叶片不同的角度进而也具有与由调整单元所采用的不同的角度。于是，持续地存在该角度偏差，因为对转子叶片的继续调整也始终基于错误的角度，即尽管一个角度偏差，对于全部三个转子叶片基于相同的角度。由此，除了由于错误的角度造成的效率降低之外，也能够出现转子叶片的非平衡负荷。由此，尤其地，可能的支承件也不对称地、尤其关于转动轴线不对称地负荷。因此，除了不利的效率之外，能够出现提高的磨损。

对此，德国专利DE 100 323 14 C1提出在风能设施的塔和在旁边经过的转子叶片之间的间距测量装置。在具有激光间距传感器的该间距测量装置中，近似连续地检测在旁边经过的转子叶片的间距进而其轮廓。激光间距测量仪器相应地设置在塔上进而能够执行对在旁边经过的转子叶片的所述间距测量进而轮廓检测。

随后，从转子叶片的检测到的轮廓和已知的轮廓中能够确定转子叶片的实际角度。这种测量针对设施的全部转子叶片进行，其中在其期间不进行转子叶片的调整，使得随后能够对所述转子叶片的全部角度进行比较和补偿。因此避免：设定不同的叶片角。

但是，在该测量中，通过扫描测量检测的角度也通过风能设施的定向受到整体影响，即风能设施的所谓的方位定向。如果风能设施的该定向、即尤其风能设施的承载转子的吊舱的定向或者转子轴线的定向与激光间距传感器的定向偏差，那么这也改变检测到的转子叶片角。但是，当方位位置在测量期间保持不变时，由此出现的误差有规则地对于设施的全部转子叶片是相同的。因此，尽管如此，由此仍能够进行转子叶片彼此间的补偿。

此外，该专利描述：在激光束和毂之间的角度已知的情况下，也能够确定“真实的”叶片角。

然而，在任何情况下当对该测量的精度提出高的要求时，在毂和测量传感器之间的角度的确定能够是困难的。用于测量叶片角、即朝向叶片的用于扫描轮廓的间距测量的精度提高能够通过重复对全部转子叶片的一次或多次测量来实现。由此，当然能够仅提高转子叶片彼此间的叶片角的精度。换而言之，在此，检测相对叶片角并且仅能够提高其精度。能够将相对的叶片角理解为关于其余的转子叶片的叶片角。绝对叶片角的检测因此在任何情况下关于精度都是有问题的。

德国专利商标局在本申请的在先申请中检索到如下现有技术：DE10 2011 053 968 A1。

发明内容

因此，本发明基于如下目的，解决上述问题中的至少一个。特别地，应当提出用于尽可能准确地检测绝对叶片位置的解决方案。至少应当提出一种替选的实施方式。

根据本发明，提出一种根据权利要求1所述的用于检测风能设施的转子的转子叶片的叶片角的方法。因此，所述方法设为用于：为每个转子叶片检测绝对叶片角。在此，绝对叶片角表示转子叶片关于叶片毂的角度，在所述叶片毂上固定相关的转子叶片。转子毂因此形成相应的叶片角的参考基础。

在此提出的对叶片角的准确的检测原则上能够用于具有固定的或可变的转子叶片角的设施。该方法也能够用于下述风能设施，在所述风能设施中，单独地调整转子叶片。

因此提出：首先将无接触的测量仪器设置在风能设施之前并且相应地对准风能设施。在下一步骤中，将风能设施在其相对于测量仪器的方位位置中定向。因此，将吊舱在其方位位置中定向，转子可转动安置地设置在所述吊舱上。特别地，该定向进行为，使得转子平面垂直于在测量仪器和风能设施、尤其风能设施的塔中点或桅杆中点之间的光学轴线定向。在此，转子平面是如下平面，转子叶片在所述平面中运动，或者至少是如下平面，转子叶片的叶片尖部在所述平面中运动，转子叶片由于弯曲和/或倾斜位置不应当精确地在一个平面中运动。转子平面和光学轴线之间的所述直角能够在俯视图的范围中理解。在此，以垂直的转子平面为基础。如果该转子平面因为转子轴线不精确水平地、而是稍微倾斜而稍微倾斜，那么替代地，能够观察到水平地位于转子平面中的直线。

如果现在风能设施就此而言相对于测量仪器定向，即尤其尽可能精确地定向，那么为了测量，转子围绕其转子轴线转动。在此，现在借助于无接触的测量仪器在预设的高度中、即在转子叶片的预设的轴向位置处扫描和检测转子叶片的轮廓。在此，扫描进行为，使得连续地测量测量仪器距转子叶片的间距。在此，测量仪器的定向保持恒定。由此，转子叶片的轮廓引起距测量仪器的间距的变化进而所述间距变化代表转子叶片在相应的位置或高度处的整个轮廓。在此，在相关位置上并非检测转子叶片的整个轮廓，而是仅检测其朝向测量仪器的一侧。但是，这足以从中和在了解安装的转子叶片的已知的轮廓的情况下确定叶片角，尤其从中计算出叶片角。

优选地，风能设施在其方位位置中定向成，使得在方位状态恒定的情况下在第一位置中和在第二位置中进行间距测量，其中转子叶片在第一位置中与第二位置相对置。因此，第一位置和第二位置在垂直的镜平面中彼此基本上镜面对称。例如，第一位置能够是五点钟位置并且第二位置能够是七点钟位置，或者相反。同样地，对于第一位置和第二位置或相反考虑四点钟位置和八点钟位置。作为另外的实例，能够提出两点钟位置和十点钟位置。这仅是示例并且优选提出三点钟位置和九点钟位置，即对于风能设施的定向，转子叶片在两个位置中分别是水平的。因此，当转子叶片处于第一位置时，进行测量仪器距转子叶片上的预设点的间距测量。随后，通过转动转子，转子叶片运动到相对置的位置中，即第二位置中。随后进行测量仪器距转子叶片上的预设点的第二间距测量，所述转子叶片现在处于第二位置中。当这两个间距测量得到相同的值时，这表示：转子平面横向于测量仪器关于塔的光学轴线。于是，风能设施在其方位位置中准确地对准测量仪器，方位位置随后对于其他的测量不改变进而风能设施固定在该方位位置中。随后，转动转子，以便随后扫描至少一个叶片或多个叶片，以便测定轮廓并且确定角度。所述角度现在是绝对角度，因为不存在进而也不必计算出可能的方位调整。因此，相应地，也能够借助用于调整每个转子叶片的迎角的可能的调节设备进行补偿。最后，相应地，只要存在，调节设备就能够正确地调节每个转子叶片的角度。

优选地，转子叶片的预设点在叶片轴向方向上大致位于转子叶片的中部，尤其位于转子叶片长度的从其毂处的根部区域到其叶片尖部测量的大致40％至60％的范围中，其中朝向所述预设点执行用于风能设施的定向的间距测量。

由此，在定向时能够实现高的精度，因为该预设点在第一位置中相对于相同的预设点但是在第二位置中间隔极其远，进而小的调整、作为小的方位角已经分别引起在该预设点处的大的位置变化。同时，避免这种测量点距叶片尖部过近，以便将由于转子叶片的弯曲引起的可能的不精确性排除或者至少保持在小的范围内。在此要考虑的是：可能的、虽然少量的转子叶片弯曲可作为转子叶片在尖部区域中的偏斜被最强地察觉。对于在轴向方向上大致设置在转子叶片的中部的点，在此能够忽略可能的偏斜。

根据一个实施方式提出：在相应的转子叶片的一个或多个轮廓剖面处进行扫描。因此，对转子叶片至少在轴向位置处进行扫描，即横向于转子叶片的轴向扩展进行扫描。将其理解为对轮廓剖面的扫描，因为通过在所述部位处横向于转子叶片的纵向扩展进行的所述扫描，检测转子叶片在该部位处的剖面，所述剖面示出转子叶片在该剖面中的轮廓，这称作为轮廓剖面。除了扫描轮廓剖面之外，能够在转子叶片的另一轴向位置处扫描另一轮廓剖面，以便由此最小化可能的误差。优选地，扫描相应的转子叶片的两个、三个或更多个轮廓剖面。在该情况下，在风能设施的每个转子叶片中分别在相同的轮廓剖面处进行扫描。

一个有利的设计方案提出：测量仪器与风能设施间隔开地设置。优选地，应用光学测量仪器、尤其激光测量仪器。测量仪器以距风能设施的、例如关于风能设施的塔底至少对应于风能设施的高度的距离设置。在此，将风能设施的高度理解为转子轴线在地面之上的高度。如果转子轴线应当稍微倾斜，那么优选地，以转子轴线在转子毂的区域中的高度为基础。适宜地，至少选择风能设施的两倍高度作为间距，并且更优选地，至少选择风能设施的三倍高度作为间距。由此能够实现：光学轴线从测量仪器开始不非常陡地伸展进而相对于分别待扫描的转子叶片成适宜的角度。

有利地，为了检测转子叶片的轮廓借助之前用于将风能设施在其方位位置中定向的相同的测量仪器执行转子叶片的扫描。不仅对于转子叶片的扫描、而且也对于风能设施的定向，因此能够应用用于间距测量的所述测量仪器。

优选地，在转子转动期间，尤其在相关的转子叶片由于转子的转动经过塔前方期间，对转子叶片的轮廓或其一部分进行扫描和检测，其中尤其进行用于检测轮廓或其一部分的连续的间距测量。因此，在扫描时，将测量仪器定向到一个点上并且在测量期间保持所述定向。随后，转子叶片基本上转动经过测量仪器或固定的测量点，由此扫描借此能够沿着轮廓剖面执行。因此，通过在转子叶片由于转子的转动在塔前方经过的位置中进行优选的测量，基本上在转子叶片垂直的情况下进行测量，由此得到关于在地面上设置在风能设施之前的测量设备的尤其适宜的角度。此外，在该位置中考虑最小的风，因为转子叶片处于下方并且因为塔本身向前建立一定的静风区或风下降。现在，能够借助测量仪器进行连续的测量，以便尽可能准确地测量轮廓进而能够尽可能准确地计算期望的转子叶片角。优选地，以数字的方式进行测量和/或以数字的方式进行评估，并且就此而言，也能够将连续的测量理解为以高的扫描速率扫描的测量。就此而言，数字测量也属于连续的测量。

优选地，迭代地进行风能设施在其方位位置中的定向。对此，首先在方位状态恒定的情况下在第一位置中执行对转子叶片的间距测量和在第二位置中执行对转子叶片的间距测量。在此，冻结方位状态或者至少监控方位状态不发生改变，并且在这两个位置中存在相同的方位位置。

随后，在下一步骤中，当这两个位置距测量仪器的间距不同时，调整风能设施的方位位置。随后，重复间距测量和调整，直至这两个位置的间距是相同的，这也包含偏差位于公差极限之下的情况。要指出的是：原则上也能够为了风能设施的定向利用不同的转子叶片来执行对这两个位置的测量。在此，如果对具有三个转子叶片的转子进行研究，当例如一个转子叶片处于四点钟位置并且另一转子叶片处于八点钟位置时，例如能够在转子没有转动的情况下进行测量。但是，在此有问题的是，确保在这两个转子叶片中实际上在相同的点处、尤其在相同的转子叶片轴向位置处分别进行测量。解决该温度的一个可能性为从一开始、例如在安装转子叶片之前将一个或多个这种间距测量点绘制在转子叶片上或者至少标记为，使得测量仪器能够识别这种点。随后，间距测量能够在转子不转动的情况下执行。

根据一个有利的设计方案提出：在风能设施在工作点和/或运行范围中运行期间，执行叶片角的检测，所述运行范围不执行叶片调节，特别地，风能设施在此在部分负荷中运行。

将运行范围尤其理解为转速范围和/或功率范围。

优选地，在风能设施在工作点和/或运行范围中运行期间，检测叶片角，其中在此在能够调节转子叶片角的风能设施中选择工作点或运行范围，在所述工作点或运行范围中不执行叶片调整，特别地，风能设施在此在小的风速下运行，使得其在部分负荷范围中工作。由此，在转子通过风驱动而转动期间，测量在任何情况下都能够在风能设施在其方位位置中定向之后简单地进行。替选地提出，转子通过下述方式有针对性地转动：风能设施的发电机以马达运行的方式运行。

根据本发明，提出一种根据权利要求9所述的用于检测风能设施的转子的一个或多个转子叶片的叶片角的测量装置。这种测量装置除了风能设施之外包括测量仪器，尤其光学测量仪器，所述测量装置在风能设施之前在地面上定位和定向。测量装置配置成执行根据上面阐述的实施方式中的一个实施方式的至少一种方法。

为了测量设备的定向、尤其也为了测量设备的定向以执行风能设施在其方位位置中的所描述的定向，测量装置、尤其测量仪器根据一个实施方式包括目标光学装置，借助所述目标光学装置能够在预设的位置中执行有针对性地定向到转子叶片上的具体点上。特别地，在转子叶片停住期间，这种目标光学装置准备和适合用于将测量仪器定向到转子叶片上的标记上。

附图说明

下面，根据实施例参考所附的附图示例性地详细阐述本发明。

图1示出具有风能设施和测量仪器的测量装置。

图2示意地示出在转子叶片运动时的转子叶片的轮廓剖面的扫描。

图3示意地示出未在方位位置中定向的风能设施。

图4示出在其方位位置中定向的风能设施。

图5说明根据本发明的重要的角度的俯视图。

具体实施方式

图1示出风能设施1和测量仪器2的示意侧视图，所述风能设施和测量仪器共同地基本上形成一个实施方式的测量装置。风能设施1具有带有塔中轴线6的塔4，在所述塔上设置有吊舱8与转子10。转子10可围绕基本上水平的转子轴线12转动地安置。在此，转子10具有带有整流罩14的毂，在所述毂上设置有三个转子叶片16。一个转子叶片指向下进而位于六点钟位置，两个其他的转子叶片6倾斜指向上并且位于10点钟或2点钟位置。

测量仪器2大致对准下部的转子叶片16的中间区域，这通过也代表用于执行转子叶片16处的光学测量的激光束的光线18来说明。在此，测量仪器2以风能设施1关于转子轴线12的大致双倍高度的间距在风能设施之前位于地面上。

在图1中仅针对下部的转子叶片16绘制的转子叶片16分别具有用于设置在毂或整流罩14上的叶片根部20和叶片尖部22。图1说明三个转子叶片16的设置，其中两个在上部示出的转子叶片16也为了说明大致彼此倾斜地绘出，以便使所述转子叶片更好地可见。在风能设施1进而转子10的精确的侧视图的情况下，在上方可见仅一个转子叶片。

图2以关于图1的布置从上方的视图将转子叶片16的轮廓剖面26的俯视图作为原理图示出。然而，图2和图1的大小关系为了更好的概览不同地选择。在此，在扫描点24的高度上在转子叶片16的纵轴向的位置处进行轮廓剖面，所述扫描点为了说明也在图1中绘出，即如下点，在所述点处用于扫描的光线18或激光束18射到转子叶片16上。

图2也示出两个虚线示出的轮廓剖面26’，所述轮廓剖面示出由于转子叶片16的运动在不同的位置的轮廓剖面26进而转子叶片16。在此，绘制运动方向28。运动方向28根据定义位于转子10的转子平面中。

光线18垂直于运动方向28。

因此，测量仪器2通过转子叶片16的运动来扫描轮廓剖面26，在任何情况下都扫描轮廓剖面26的朝向测量仪器2的一侧。因此，检测轮廓剖面26的所述部分，进而检测轮廓剖面26的进而转子叶片16的关于运动方向28进而关于转子平面的位置。

在此，将定向30与轮廓剖面26或转子叶片16相关联，所述定向例如能够是轮廓剖面26的弦。在此，为了阐述示例性地参考弦30，尽管如此也能够将直线定义为定向。因此，从扫描的轮廓剖面26或其被扫描的一部分中，已知轮廓剖面的位置进而已知定向30、即弦30、即关于转子平面或运动方向28的位置。这能够通过角度α来说明，所述角度在此作为运动方向28和定向30或者弦30之间的角度绘制。

叶片角度α的确定、即定向30和运动方向28之间的角度进而定向30或弦30和转子平面之间的角度在此在如下前提下计算：光线18垂直于转子平面或者根据图2的视图垂直于运动方向28。

对此，需要同样能够借助于测量仪器2执行的定向，如在图3和4中阐述的那样。图3对此示出尚未在其方位位置中定向的吊舱8的俯视图。为了检测并且最后执行定向，由测量仪器2分别检测距转子叶片16的间距，即分别在转子叶片16的水平位置中。在转子叶片16的能够称作为第一位置的所示出的左侧位置中，在转子叶片16上的测量点32处测量距测量仪器2的间距。在相同的测量点32处，在转子叶片16的能够称作为第二位置的右侧的水平位置中测量间距B。

从图3中容易可见：间距B大于间距A。相应地，吊舱必须调整其方位位置。也能够称作为转子叶片平面的转子平面因此不垂直于光线18。

纯预先考虑地，在此也需要指出：尽管在图1至5之间使用相同的附图标记，但是并非始终存在或示出精确相同的元件或大小关系。附图用于说明。

图4基本上示出图3中的相同的情形，除了间距A和B现在相同之外(并且在该范围中，图4中的A和B在数值方面与图3的间距A和B不同)。风能设施、即吊舱8现在在其方位位置中对准测量仪器2并且转子平面垂直于光线18。因此，根据图4的俯视图，光线18和转子轴线12彼此重叠。方位位置现在能够被保持、尤其被冻结，并且现在能够对转子叶片16执行参考图1和2所阐述的扫描。

图5阐述光学轴线18和转子平面34之间的关于根据图4的俯视图的定向。因此，在转子平面34和光线18之间存在直角。纯预先考虑地，需要指出：当然在侧视图中，如在图1中示出的那样，在光线18和转子平面之间不必存在直角。通常，在此也不存在直角，除非测量仪器2设置在使得光线、即尤其激光束完全垂直地射到转子平面34上的高的位置中。

当遵守光线18和转子平面34之间的90度角度时，因此能够确定转子叶片16或轮廓剖面26关于转子平面34的检测到的角度α。

此外，为了从对转子叶片的表面或轮廓剖面的扫描中确定转子叶片的位置或相对角度，参考德国专利DE 100 323 14 C1。尽管在那里查阅到从扫描的轮廓中计算出角度，现在提出：基于尽可能精确的方位定向来确定绝对叶片角α，所述绝对叶片角超出关于其余的转子叶片的相对角度的数据。对此，提出基于地面的测量系统、尤其基于地面的测量仪器2，所述测量系统准确地对准风能设施、即尤其塔中点。此外，提出风能设施的准确的方位定向，使得因此能够从所执行的测量中确定绝对叶片角α。在此，吊舱在其方位位置中的所提出的定向不指示方位调节系统的可能的、如果完全存在的有误差的位置值，而是提出有利的且可精确执行的系统和方法，所述系统和方法能够应用基于地面的测量传感器或基于地面的测量仪器。

Claims (10)

1.一种用于检测风能设施(1)的转子(10)的转子叶片(16)的叶片角(2)的方法，所述方法包括如下步骤：

-将无接触的测量仪器(2)在所述风能设施(1)前方设置和定向；

-将所述风能设施(1)在其关于所述测量仪器(2)的方位位置中定向；

-转动所述风能设施(1)的转子(10)；

-在预设的高度中借助于无接触的所述测量仪器(2)扫描和检测所述转子叶片(16)的轮廓(26)或其一部分，并且

-根据在扫描所述轮廓(26)时记录的数据来确定所述转子叶片(16)的所述叶片角(2)。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

将所述风能设施(1)在其方位位置中进行定向，使得在方位状态恒定的情况下在第一位置中和在第二位置中进行间距测量，其中所述转子叶片(16)在所述第一位置中与所述第二位置相对置。

3.根据权利要求2所述的方法，

其特征在于，

在将所述风能设施(1)在其方位位置中定向时，所述转子叶片(16)在这两个位置中大致处于水平，即在所述第一位置中处于三点钟位置并且在所述第二位置中处于九点钟位置或者相反。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

将光学的测量仪器(2)、尤其激光测量仪器(2)用作为无接触的测量仪器(2)，并且光学地通过所述测量仪器(2)进行间距测量和/或对所述转子叶片(16)的轮廓(26)的扫描。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

在各所述转子叶片(16)的一个或多个轮廓剖面(26)处进行扫描。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

将所述测量仪器(2)与所述风能设施(1)间隔开地设置，尤其以至少对应于所述风能设施(1)的高度、优选至少对应于所述风能设施(1)的两倍高度、尤其至少对应于所述风能设施(1)的三倍高度的距离设置。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

在所述转子(10)转动期间，尤其在相关的所述转子叶片(16)由于所述转子(10)的转动经过塔(4)前方期间，进行扫描，其中尤其进行连续的间距测量以检测所述轮廓(26)或其一部分。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

通过如下方式迭代地进行所述风能设施(1)在其方位位置中的定向：

-在方位状态恒定的情况下，在第一位置中和在第二位置中进行转子叶片(16)的间距测量，和

-在下一步骤中，如果这两个位置的间距(A，B)不同，则调整所述风能设施(1)的方位位置，并且其中

-重复间距测量和调整，直至这两个位置的间距(A，B)相同。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

在所述风能设施(1)以下述工作点和/或在下述运行范围中运行期间，执行对所述叶片角(2)的检测，该工作点和/或运行范围不执行叶片调整，

尤其是在这种情况下，所述风能设施(1)以部分负荷运行。

10.一种用于检测风能设施的转子(10)的转子叶片(16)的叶片角(2)的测量装置，其包括测量仪器(2)、尤其光学的测量仪器(2)，其中所述测量装置配置成用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。