DE10032314C1 - Verfahren zur Bestimmung des Winkels eines Rotorblatts einer Windenergieanlage - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung des Winkels eines Rotorblatts einer Windenergieanlage

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Abstract

Bei pitchgeregelten Windenergieanlagen können die Winkel der Rotorblätter synchron (Standardlösung) oder unabhängig voneinander verstellt werden. Die Lösung zur unabhängigen Verstellung voneinander ist in der Patentanmeldung DE 19731918 beschrieben. Diese Lösung kann auch als Online-Einzelblattverstellung bezeichnet werden. Sowohl bei der Standardlösung als auch bei der Online-Einzelblattverstellung ist es wichtig, dass ein Ausgangsblattwinkel, z. B. Fahnenstellung oder maximaler Blattwinkel, mit hinreichender Genauigkeit eingestellt werden kann. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannt beschriebenen Nachteile zu vermeiden, so dass eine schnellere Ermittlung des zutreffenden Blattwinkels möglich ist und die Ergebnisse genauer sind als bisher und auch eine Vermessung vom Boden aus möglich ist, wobei die gesamte Messausrüstung einfach ausgeschaltet sein sollte, so dass auch ein einfacher Transport der Messausrüstung (Messequipment) möglich ist. DOLLAR A Verfahren zur genauen Bestimmung des Winkels eines Rotorblatts einer Windenergieanlage, wobei der Abstand zwischen dem Rotorblatt und dem Turm der Windenergieanlage ermittelt wird, die ermittelten Daten in einem Rechner verarbeitet werden und aus den gespeicherten Werten der Winkel (alpha) zwischen einem Rotorblatt und der Abstands-Messeinrichtung bestimmt wird.

Description

Bei pitchgeregelten Windenergieanlagen können die Winkel der Rotorblätter syn­ chron (Standardlösung) oder unabhängig voneinander verstellt werden. Die Lösung zur unabhängigen Verstellung voneinander ist in der DE 197 31 918 A1 beschrie­ ben. Diese Lösung kann auch als Online-Einzelblattverstellung bezeichnet werden. Sowohl bei der Standardlösung als auch bei der Online-Einzelblattverstellung ist es wichtig, dass ein Ausgangsblattwinkel, (z. B. Fahnenstellung oder maximaler Blattwinkel) mit hinreichender Genauigkeit eingestellt werden kann.
Aus DE 196 28 073 C1 ist ein Verfahren zur Justierung der Blattwinkel einer Wind­ kraftanlage bekannt, mittels dem dafür gesorgt wird, dass aerodynamische Un­ wuchten bzw. Unsymmetrien minimiert werden.
Bei synchroner Betriebsweise muss zudem sichergestellt werden, dass alle Blätter auf dem selben Winkel einjustiert sind, d. h. dass der relative Winkel der Rotor­ blätter zueinander gleich Null ist.
Fehleinstellungen der Rotorblattwinkel können zu fehlerhaftem Betrieb (falsche Drehzahl-Leistungscharakteristik) oder zu Unwuchten (und damit zu Turmschwin­ gungen) führen. Dieses hat auch erhöhte Belastungen der Anlagenbauteile zur Folge.
Solche Fehleinstellungen können sich beispielsweise aus Fertigungstoleranzen (oder -fehlern), wie z. B. verschobenen Null-Grad-Markierungen oder verschobenen Blattanschlussbolzen ergeben.
Wenn nach Inbetriebnahme der Windenergieanlage der Verdacht auf fehlerhafte Blattwinkeleinstellungen besteht, wird bisher mit Blattschablonen gearbeitet. Diese werden über die Blattspitzen bis zu einer definierten Stelle des Rotorblatts gescho­ ben. Ein Sensor auf der Schablone misst bei horizontaler Stellung des Blattes den Winkel der Blattebene zur Erdoberfläche (Lotwinkel). Durch 180° Weiterdrehung des Rotors und erneute Messung werden evtl. Schiefstellungen des Turmes oder vorhandene Rotorachswinkel ausgemittelt und man erhält den absoluten Winkel des jeweiligen Rotorblattes.
Auch wenn die Sensorik heutzutage eine drahtlose Datenübermittlung erlaubt, ist diese Methode recht aufwendig, vor allem geht dieses im Hinblick auf große Rotorblätter und die dafür notwendigen großen Schablonen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannt beschriebenen Nachteile zu vermeiden, so dass eine schnellere Ermittlung des zutreffenden Blattwinkels möglich ist und die Ergebnisse genauer sind als bisher und auch eine Vermessung vom Boden aus möglich ist, wobei die gesamte Messausrüstung einfach ausge­ schaltet sein sollte, so dass auch ein einfacher Transport der Messausrüstung (Messequipment) möglich ist.
Die gestellte Aufgabe wird mit einem Verfahren mit dem Merkmal nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt die Ansicht einer Windenergieanlage mit einem Rotor, der mehrere Rotorblätter trägt und einen Turm.
Fig. 2 zeigt hierbei den Querschnitt durch eine Windenergieanlage entlang der Linie A-A Fig. 1.
Fig. 3, Fig. 4 zeigen Meßdiagramme für die Abtastung eines Rotorblattes.
Am Turm 1 der Windenergieanlage 2 (z. B. getriebelose Anlage) ist ein Laser- Abstandssensor 3 als Abstands-Messeinrichtung angebracht. Bei laufender Anlage, wenn also ein Rotorblatt am Turm vorbei bewegt wird, misst der Abstandssensor (Fig. 2) laufend den Abstand 5 zwischen Sensor und Blatt. Während sich ein Blatt am Turm vorbeibewegt, wird dessen Oberfläche also mehrfach (z. B. 40 mal) vom Laser abgetastet und die einzelnen verschiedenen Abstände (das Blatt ist mit Querprofil wie dargestellt nicht einheitlich dick, sondern an der Vorderkante deut­ lich dicker, als an der Rotorblatthinterkante) gemessen.
Die hierbei gemessenen Daten (Abstandswerte zwischen Sensor und der jeweiligen abgetasteten Oberfläche des Rotorblattes) werden in einem Rechner gespeichert und verarbeitet. Über mathematische Funktionen, z. B. Regressionsgeraden, können nunmehr im Rechner die Blattwinkel der Rotorblätter ermittelt werden. Dabei wird der Winkel zwischen Blatt und Abstandssensor äußerst genau be­ stimmt.
Fig. 3 zeigt die Meßwertdarstellung bei Abtastung eines Blattes, wobei in dem dargestellten Beispiel etwa 40 Meßpunkte mit einer in Auflösung von etwa 1 mm aufgezeigt sind. Die Form der Kurve gibt das untere Blattprofil vor. Der Abstand zwischen dem Blatt und dem Laser (Abstandssensor) wird durch Y-Achse ange­ zeigt.
Die Berechnung des Winkels zwischen Laser und Blatt lässt sich der Darstellung nach Fig. 4 entnehmen. Hierbei wird zur Berechnung des Blattwinkels der hintere Abschnitt des Blattes (ca. 30% bis 95%) in erster Näherung als gerade angese­ hen. Von diesem Bereich wird die Regressionsgerade bestimmt, die sich zwischen den Meßpunkten n = 30° und n = 95° optimal anpassen soll. Die Steigung der Regressionsgeraden (a) ist ein Maß für den Blattwinkel. Die Steigung wird nach folgender Formel berechnet:
Der Winkel zwischen Laser und Blatt (in Grad) wird nun über α(°) = arctan(a) bestimmt.
Um die Meßgenauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verbessern, werden mehrere Blattdurchläufe gemessen und die Daten gemittelt. Die Meßergebnisse der einzelnen Blätter werden nun gegeneinander verglichen. Anhand dieser relativen Winkel erfolgt der Abgleich; d. h. die Blätter werden auf denselben Winkel einge­ stellt, so dass der relative Winkel zu Null wird.
Um den "echten" Blattwinkel bestimmen zu können, d. h. den Winkel zwischen Blatt und Blattnabe, muss der Winkel zwischen Laserstrahl und Nabe bekannt sein oder sie müssen abgeglichen sein. Aus dem Winkel "Blatt zu Laserstrahl" und dem Winkel "Nabe zu Laserstrahl" lässt sich dann der echte Blattwinkel bestimmen. Der Lasersensor kann auch in einer anderen beliebigen Stelle angebracht sein. Bei geeigneten Sensoren könnte die Vermessung z. B. auch vom Boden aus erfolgen.

Claims (10)

1. Verfahren zur genauen Bestimmung des Winkels eines Rotorblatts einer Wind­ energieanlage, wobei der Abstand zwischen dem Rotorblatt und dem Turm der Windenergieanlage ermittelt wird, die ermittelten Daten in einem Rechner ver­ arbeitet werden, und aus den gespeicherten Werten der Winkel (α) zwischen dem Rotorblatt und der Abstands-Messeinrichtung bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattwinkel aller Rotorblätter ermittelt werden, wobei bevorzugt in mehreren Blattdurchläufen gemessen wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstands-Messeinrichtung durch einen Laser- Abstandssensor gebildet wird, mittels welchem bei Vorbeibewegung eines Rotor­ blatts am Turm der Abstand zwischen der Oberfläche bzw. mehreren Oberflächen­ punkten des Blattes und dem Sensor gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des realen Blattwinkels der Winkel zwischen dem Laserstrahl und der Nabe ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des realen Blattwinkels der Winkel "Rotorblatt zum Laserstrahl" und der Winkel "Nabe zu Laserstrahl" ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Abstandssensor und dem Rotorblatt an mehreren Stellen des Rotorblattes entlang einer Oberflächenlinie des Rotorblattquerschnittes gemessen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstands-Messeinrichtung nicht am Turm der Windenergieanlage angebracht ist, sondern am Boden oder einer anderen vor­ definierten Position.
8. Verfahren zur Blatteinstellung bzw. zur Justierung des Blattwinkels eines Rotorblattes einer Windenergieanlage unter Verwendung von Daten, die mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche gemessen werden, wobei die Messergebnisse einzelner Blätter gegeneinander verglichen werden und anhand dieser gemessenen Winkel ein Abgleich der einzelnen Rotorblätter aufeinander erfolgt, so dass der relative Winkel aller Rotorblätter zueinander gleich Null ist.
9. Verwendung einer Abstands-Messeinrichtung, die den Abstand zwischen einem Rotorblatt und/oder der Oberfläche eines Rotorblatts und einer definierten Position bestimmt zur Ermittlung des (relativen und/oder realen) Blattwinkels eines Rotorblatts einer Windenergieanlage.
10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstands-Messeinrichtung aus einer Laser- Abstandssensor-Einrichtung besteht, die den Abstand zwischen Sensor und dem sich am Sensor vorbei bewegenden Rotorblatt mittels eines Laserstrahls ermittelt.
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