DE102011083856A1

DE102011083856A1 - Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung und Windkraftanlagenbeeisungsmessverfahren

Info

Publication number: DE102011083856A1
Application number: DE102011083856A
Authority: DE
Inventors: Holger Feix
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-04

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung mit einer Messeinheit (10). Es wird vorgeschlagen, dass die Messeinheit (10) dazu vorgesehen ist, wenigstens eine Kenngröße eines an einer Eisschicht (12), welche an einem Bauteil (14) einer Windkraftanlage festgefroren ist, reflektierten Lichtstrahls (18) zu messen, und mit einer Steuereinheit (16), welche dazu vorgesehen ist, aus zumindest einem Wert der wenigstens einen Kenngröße und zumindest einem Wert wenigstens einer Kenngröße eines Messlichtstrahls (20), aus welchem der reflektierte Lichtstrahl (18) durch Reflexion entsteht, zumindest eine Kenngröße (22) der Eisschicht (12) zu berechnen.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist eine Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung bekannt, welche eine Fotodiode aufweist, die unter einer Oberfläche eines Rotorblatts einer Windkraftanlage in das Rotorblatt integriert ist, so dass Licht von einem Bereich außerhalb des Rotorblatts in die Fotodiode eindringen kann. Ist Eis auf dem Rotorblatt über der Fotodiode angeordnet, so muss das Licht durch die Eisschicht propagieren.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung bereitzustellen, welche effizient zuverlässige Messergebnisse liefert. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung mit einer Messeinheit.
Es wird vorgeschlagen, dass die Messeinheit dazu vorgesehen ist, wenigstens eine Kenngröße eines an einer Eisschicht, welche an einem Bauteil einer Windkraftanlage festgefroren ist, reflektierten Lichtstrahls zu messen, und dass die Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung eine Steuereinheit aufweist, welche dazu vorgesehen ist, aus zumindest einem Wert der wenigstens einen Kenngröße und zumindest einem Wert wenigstens einer Kenngröße eines Messlichtstrahls, aus welchem der reflektierte Lichtstrahl durch Reflexion entsteht, zumindest eine Kenngröße der Eisschicht zu berechnen. Unter einer “Steuereinheit” soll insbesondere eine Einheit mit einer Recheneinheit, einer Speichereinheit und einem Betriebsprogramm verstanden werden. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgestattet und/oder speziell ausgelegt und/oder speziell programmiert verstanden werden. Unter einer „Kenngröße einer Eisschicht“ soll insbesondere eine geometrische Abmessung der Eisschicht, wie insbesondere eine Dicke der Eisschicht, verstanden werden. Mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann eine Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung bereitgestellt werden, welche effizient zuverlässige Messergebnisse liefert. Insbesondere kann eine hohe Messpräzision erreicht werden. Im Besonderen kann eine Abmessung der Eisschicht mit geringem Aufwand genau bestimmt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Kenngröße der Eisschicht eine Dicke der Eisschicht ist. Dadurch kann mit einer hohen Präzision auf das Gewicht der Eisschicht geschlossen werden.
Vorzugsweise ist das Bauteil ein Rotorblatt. Hierdurch kann eine Hauptbelastung der Windkraftanlage durch Eisbelag eingeschätzt werden.
Mit Vorteil ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, die wenigstens eine Kenngröße des reflektierten Lichtstrahls bei einem Betrieb der Windkraftanlage, bei dem sich Rotorblätter der Windkraftanlage drehen, zu messen. Auf diese Weise kann ein geringer Messaufwand erreicht werden.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, während eines Betriebsvorgangs, bei welchem sich das Rotorblatt dreht, aus einer Drehgeschwindigkeit des Rotorblatts und der Länge einer Zeitspanne, während welcher ein Quotient aus der Intensität des reflektierten Lichtstrahls, welchen die Messeinheit misst, und der Intensität des Messlichtstrahls in einem vorbestimmten Werteintervall liegt, eine Dicke der Eisschicht zu berechnen. Dadurch kann eine präzise und einfache Messung erreicht werden.
Vorzugsweise ist die Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung dazu vorgesehen, mittels des Messlichtstrahls und des reflektierten Lichtstrahls einen Abstand zu der Eisschicht zu messen. Hierdurch können auf einfache Weise Informationen über eine Form der Eisschicht gesammelt werden.
Mit Vorteil weist die Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung einen gepulsten Laser auf, welcher dazu vorgesehen ist, den Messlichtstrahl auszusenden. Auf diese Weise kann eine genaue Messung auch bei schlechten äußeren Bedingungen erreicht werden.
Vorzugsweise weist die Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung wenigstens einen Temperatursensor auf und die Steuereinheit ist dazu vorgesehen, ein Aussenden des Messlichtstrahls zu veranlassen, wenn eine von dem Temperatursensor gemessene Temperatur eine in einer Speichereinheit der Steuereinheit gespeicherte Temperatur unterschreitet. Dadurch kann ein effizientes Messen erreicht werden.
Ferner wird eine Windkraftanlage mit der Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung und einem Stator vorgeschlagen, wobei die Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung an dem Stator befestigt ist. Dadurch kann eine konstruktiv einfache Ausgestaltung erreicht werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
1 zeigt eine schematische Frontansicht einer Windkraftanlage mit einer erfindungsgemäßen Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung,
2 zeigt schematisch einen Messvorgang, wobei eine Eisschicht, welche an einem Rotorblatt angefroren ist, direkt gegenüber einem Laser der Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung angeordnet ist,
3a bis 3f zeigen in aufsteigender zeitlicher Abfolge eine Beeisung eines Rotorblatts der Windkraftanlage, und
4 zeigt ein Messdiagramm einer Eisschichtvermessung.
1 zeigt eine schematische Frontansicht einer Windkraftanlage mit einer erfindungsgemäßen Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung 34, welche einen gepulsten Laser 24 aufweist, der bei einem Betriebsvorgang einen Messlichtstrahl 20, der aus einzelnen Pulsen besteht, zeitlich kontinuierlich aussendet. Die Windkraftanlage weist einen Stator 28 und einen Rotor mit mehreren Rotorblättern auf. Eine Gondel 30 des Stators 28 lagert den Rotor drehbar um eine Achse 32 relativ zu dem Stator 28. Die Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung 34 ist an der Gondel befestigt und ruht damit relativ zu dem Stator 28. Die Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung 34 weist den Laser 24, eine Messeinheit 10, eine Steuereinheit 16 und einen Temperatursensor 26 auf. Der Temperatursensor 26 misst kontinuierlich die Temperatur und gibt die gemessenen Werte an die Steuereinheit 16 weiter, welche den Laser erst zum Aussenden den Messlichtstrahls 20 veranlasst, wenn die von dem Temperatursensor 26 gemessene Temperatur einen in der Steuereinheit 16 gespeicherten Vergleichswert, nämlich 0 °C unterschreitet. Der Vergleichswert kann durch einen Benutzer auch auf einen anderen Wert eingestellt werden.
Der Messlichtstrahl 20 verläuft parallel zu der Achse 32 und wird bei dem Betriebsvorgang, bei dem sich der Rotor um die Achse 32 in eine Drehrichtung 36 dreht, von den Rotorblättern und insbesondere auch von einer Eisschicht 12, welche an einem Bauteil 14, welches ein Rotorblatt 15 des Rotors ist, festgefroren ist, reflektiert, so dass sich ein reflektierter Lichtstrahl 18 ergibt (2). Der reflektierter Lichtstrahl 18 trifft auf die Messeinheit 10, welche insbesondere die Intensität des reflektierter Lichtstrahl 18 misst und welche alle ihre Messdaten an die Steuereinheit 16 weitergibt. Die Steuereinheit 16 weist eine Recheneinheit, eine Speichereinheit und ein Betriebsprogramm auf. Kenngrößen des Messlichtstrahls 20, insbesondere seine Intensität, sind in der Speichereinheit gespeichert. Trifft der Messlichtstrahls 20 bei dem Betriebsvorgang weder die Rotorblätter des Rotors und noch eine Eisschicht, die an einem der Rotorblätter angefroren ist, so ist eine von der Messeinheit 10 gemessene Intensität Null oder sehr gering. Trifft der Messlichtstrahls 20 bei dem Betriebsvorgang die Rotorblätter des Rotors oder eine Eisschicht, die an einem der Rotorblätter angefroren ist, so die von der Messeinheit 10 gemessene Intensität deutlich höher. Die Steuereinheit 16 berechnet aufgrund der Zeitabhängigkeit der von der Messeinheit 10 gemessenen Intensität eine Rotationsgeschwindigkeit des Rotors. Entsteht der reflektierte Lichtstrahl 18 durch Reflexion an der Eisschicht 12, so liegt ein Quotient, der aus der Intensität des reflektierte Lichtstrahl 18 und der Intensität des Messlichtstrahls 20 gebildet ist in einem Intervall, welches bereits in der Steuereinheit 16 abgespeichert ist. Die Steuereinheit 16 misst die Zeit, in welcher der Quotient kontinuierlich in dem Intervall liegt und berechnet daraus und aus der Rotationsgeschwindigkeit eine Kenngrößer der Eisschicht 12, und zwar die Dicke D der Eisschicht 12 (1 und 3f). Wurde der Lichtstrahl 18 nicht an der Eisschicht 12 reflektiert, so liegt der Quotient nicht in dem Intervall. Die Dicke D ist die Erstreckungslänge der Eisschicht 12 ausgehend von einer Kante 38 des Rotorblatts 15 gemessen entlang der Drehrichtung 36 des Rotors. Eine scheinbare Vergrößerung der Dicke D der Eisschicht 12 durch ein Verdecken der Kante 38 der Rotorblatt 15 kompensiert die Steuereinheit aufgrund der bekannten Drehgeschwindigkeit des Rotors. Die Darstellung der Eisschicht 12 in 1 ist schematisch, wobei die Verdeckung der Kante 38 durch die Eisschicht 12 nicht dargestellt wurde. Ferner wurden Eisschichten der weiteren Rotorblätter, die sich von Rotorblatt 15 unterscheiden, nicht dargestellt.
Überschreitet die Dicke D der Eisschicht 12 einen in der Steuereinheit 16 gespeicherten Schwellenwert, so deaktiviert die Steuereinheit 16 die Windkraftanlage, so dass der Rotor relativ zu dem Stator 28 ruht.
Die 3a bis 3f zeigen eine mit der Zeit fortschreitende Beeisung des Rotorblatts 15. Die Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung 34 ist in der Frontalansicht von 1 hinter den Rotorblättern und insbesondere hinter Rotorblatt 15 angeordnet. Dabei ist eine Hinterseite 40 bei dem Betriebsvorgang der Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung 34 zugewandt. 3a zeigt die Beeisung des Rotorblatts 15 nach 20 Minuten, 3b zeigt die Beeisung des Rotorblatts 15 nach 40 Minuten, 3c zeigt die Beeisung des Rotorblatts 15 nach 60 Minuten, 3d zeigt die Beeisung des Rotorblatts 15 nach 80 Minuten, 3e zeigt die Beeisung des Rotorblatts 15 nach 100 Minuten und 3f zeigt die Beeisung des Rotorblatts 15 nach 120 Minuten.
Die Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung 34 misst während des Betriebsvorgangs ferner mittels des Messlichtstrahls und des Lichtstrahls 18 Abstände zu der Eisschicht 12. Diesbezüglich ist ein Messdiagramm in 4 dargestellt, wobei auf der linear skalierten Abszisse ein Abstand von der Kante 38 entlang der Drehrichtung 36 in Zentimeter und auf der Ordinate ein Abstand der Eisschicht 12 von der Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung 34 in Millimeter mit willkürlich gewähltem Nullpunkt dargestellt ist.

Prinzipiell können die Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung 34 und/oder der Laser 24 und die Messeinheit 10 bewegbar relativ zu dem Stator gelagert sein, so dass eine Eisschicht auch an einer Spitze des Rotorblatts 15 gemessen werden kann. Bezugszeichenliste

D	Dicke
10	Messeinheit
12	Eisschicht
14	Bauteil
15	Rotorblatt
16	Steuereinheit
18	Lichtstrahl
20	Messlichtstrahl
22	Kenngröße
24	Laser
26	Temperatursensor
28	Stator
30	Gondel
32	Achse
34	Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung
36	Drehrichtung
38	Kante
40	Hinterseite

Claims

Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung mit einer Messeinheit (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (10) dazu vorgesehen ist, wenigstens eine Kenngröße eines an einer Eisschicht (12), welche an einem Bauteil (14) einer Windkraftanlage festgefroren ist, reflektierten Lichtstrahls (18) zu messen, und die Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung wenigstens eine Steuereinheit (16) aufweist, welche dazu vorgesehen ist, aus zumindest einem Wert der wenigstens einen Kenngröße und zumindest einem Wert wenigstens einer Kenngröße eines Messlichtstrahls (20), aus welchem der reflektierte Lichtstrahl (18) durch Reflexion entsteht, zumindest eine Kenngröße (22) der Eisschicht (12) zu berechnen.
Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kenngröße (22) der Eisschicht (12) eine Dicke der Eisschicht (12) ist.
Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Bauteil (14) ein Rotorblatt (15) ist.
Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuereinheit (16) dazu vorgesehen, die wenigstens eine Kenngröße des reflektierten Lichtstrahls (18) bei einem Betrieb der Windkraftanlage, bei dem sich Rotorblätter (15) der Windkraftanlage drehen, zu messen.
Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Steuereinheit (16) dazu vorgesehen ist, während eines Betriebsvorgangs, bei welchem sich das Rotorblatt (15) dreht, aus einer Drehgeschwindigkeit des Rotorblatts (15) und der Länge einer Zeitspanne, während welcher ein Quotient aus der Intensität des reflektierten Lichtstrahls (18), welchen die Messeinheit (10) misst, und der Intensität des Messlichtstrahls (20) in einem vorbestimmten Werteintervall liegt, eine Dicke der Eisschicht (12) zu berechnen.
Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung dazu vorgesehen ist, mittels des Messlichtstrahls (20) und des reflektierten Lichtstrahls (18) einen Abstand zu der Eisschicht (12) zu messen.
Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung einen gepulsten Laser (24) aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, den Messlichtstrahl (20) auszusenden.
Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung wenigstens einen Temperatursensor (26) aufweist und die Steuereinheit (16) dazu vorgesehen ist, ein Aussenden des Messlichtstrahls (20) zu veranlassen, wenn eine von dem Temperatursensor (26) gemessene Temperatur eine in einer Speichereinheit der Steuereinheit (16) gespeicherte Temperatur unterschreitet.
Windkraftanlage mit einer Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einem Stator (28), wobei die Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung an dem Stator (28) befestigt ist.
Windkraftanlagenbeeisungsmessverfahren, insbesondere mit einer Windkraftanlagenbeeisungsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem wenigstens eine Kenngröße eines an einer Eisschicht (12), welche an einem Bauteil (14) einer Windkraftanlage festgefroren ist, reflektierten Lichtstrahls (18) gemessen wird und aus zumindest einem Wert der wenigstens einen Kenngröße und zumindest einem Wert wenigstens einer Kenngröße eines Messlichtstrahls (20), aus welchem der reflektierte Lichtstrahl (18) durch Reflexion entsteht, zumindest eine Kenngröße (22) der Eisschicht berechnet wird.