DE102012013361B4 - Rotor blade of a wind turbine with a measuring and monitoring device - Google Patents

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Abstract

Rotorblatt (2) einer Windkraftänlage mit einer Mess- und Überwachungseinrichtung (3) für Messungen am Rotorblatt (2) und zur Überwachung des Rotorblatts (2),
wobei die Mess- und Überwachungseinrichtung (3) mindestens einen Sensor (4a, 4b, 4c) zur Messung von Beschleunigungen und mindestens einen Sensor (5a, 5b, 5c) zur Messung von Drehraten aufweist und integral im Rotorblatt (2) vorgesehen ist,
wobei der Mess- und Überwachungseinrichtung (3) eine drahtlose Übertragungseinrichtung (7) zur Übertragung der Beschleunigungs- und Drehratenmesswerte zugeordnet ist und
wobei die Mess- und Überwachungseinrichtung (3) eine Energierzeugungseinrichtung (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Energieerzeugungseinrichtung (8) so ausgebildet ist, dass sie aus der Rotation des Rotorblatts (2) elektrische Energie erzeugt,
dass die Energieerzeugungseinrichtung (8) eine Spule und einen Permanentmagneten umfasst und der Permanentmagnet in Bezug auf die Spule oder die Spule in Bezug auf den Permanentmagneten derart beweglich gelagert, ist, dass bei Rotation der Energieerzeugungseinrichtung (8) um die Rotations-Achse durch die Bewegung des Permanentmagneten bzw. der Spule eine Spannung in der Spule erzeugt wird, und
dass bei einer stationären Beschleunigung entlang der Bewegungsrichtung des Permanentmagneten bzw. der Spule, die größer als die Erdbeschleunigung ist, der Permanentmagnet bzw. die Spule bei Rotation um die Rotationsachse durch ein Federsystem weiterhin die durch die Lagerung bestimmte Bewegung ausführt und eine Spannung in der Spule induziert wird.
Figure DE102012013361B4_0000
Rotor blade (2) of a wind power station with a measuring and monitoring device (3) for measurements on the rotor blade (2) and for monitoring the rotor blade (2),
wherein the measuring and monitoring device (3) has at least one sensor (4a, 4b, 4c) for measuring accelerations and at least one sensor (5a, 5b, 5c) for measuring rotational speeds and is provided integrally in the rotor blade (2),
wherein the measuring and monitoring device (3) is assigned a wireless transmission device (7) for transmitting the acceleration and rotation rate measured values, and
wherein the measuring and monitoring device (3) has an energy generating device (8), characterized
the energy generating device (8) is designed such that it generates electrical energy from the rotation of the rotor blade (2),
in that the energy generating means (8) comprises a coil and a permanent magnet and the permanent magnet is movably supported relative to the coil or coil with respect to the permanent magnet such that upon rotation of the energy generating means (8) about the rotation axis by the movement the permanent magnet or the coil, a voltage is generated in the coil, and
that at a stationary acceleration along the direction of movement of the permanent magnet or the coil, which is greater than the gravitational acceleration, the permanent magnet or the coil when rotating about the axis of rotation by a spring system continues to perform the movement determined by the storage and a voltage in the coil is induced.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt einer Windkraftanlage mit einer Mess- und Überwachungseinrichtung für Messungen am Rotorblatt und zur Überwachung des Rotorblatts.The invention relates to a rotor blade of a wind turbine with a measuring and monitoring device for measurements on the rotor blade and for monitoring the rotor blade.
  • Windkraftanlagen erlangen zunehmend höhere Bedeutung für die regenerative Energieerzeugung. Die Spitzenleistung einzelner Windkraftanlagen überschreitet mittlerweile die Megawatt-Grenze und wird noch laufend gesteigert. Damit verbunden ist die Zunahme der Dimensionen der Rotorblätter, die normalerweise einstückig aus Faserverbundmaterial gefertigt sind. Ihre mechanische Stabilität ist ein kritischer Punkt beim Betrieb einer Windkraftanlage. Ermüdungsrisse sind nur schwer zu detektieren und schlecht zu reparieren. Der Wechsel ganzer Rotorblätter führt zu erheblichen Kosten. Besonders kritisch, sind Schwingungen der Rotorblätter (vergleiche die Literaturstelle „Fatigue Degradation and Failure of Rotating Composite Structures - Materi-als Characterisation and Underlying Mechanisms“ von E. Kristofer Gamstedt und Svend Ib Andersen, Materials Research Department, Risø National Laboratory, Roskilde, Denmark, March 2001).Wind turbines are becoming increasingly important for regenerative power generation. The peak output of individual wind turbines now exceeds the megawatt limit and is still being constantly increased. Associated with this is the increase in the dimensions of the rotor blades, which are usually made in one piece from fiber composite material. Its mechanical stability is a critical issue when operating a wind turbine. Fatigue cracks are difficult to detect and difficult to repair. Changing entire rotor blades leads to considerable costs. Especially critical are vibrations of the rotor blades (compare the reference "Fatigue Degradation and Failure of Rotating Composite Structures - Materi-as Characterization and Underlying Mechanisms" by E. Kristofer Gamstedt and Svend Ib Andersen, Materials Research Department, Risø National Laboratory, Roskilde, Denmark , March 2001).
  • Gegenwärtig schließt man über Messungen der Windstärke und der Windrichtung sowie der elektrischen Leistung auf die Belastung, und man steuert oder regelt die Anstellung der Rotorblätter, um Belastungsgrenzen nicht zu überschreiten. Teilweise existieren bereits Windkraftanlagen mit Sensoren an den Befestigungsstellen der Rotoren an der zentralen Welle zur Ermittlung der Belastungen. Dennoch kommt es immer wieder zu Beschädigungen der Rotorblätter. Fährt man mit relativ hohen Sicherheitsabständen - Abstand der Belastung zur Belastungsgrenze -, so setzt man den Wirkungsgrad der Windkraftanlage herab. At the present time, wind load and wind direction measurements and electrical power measurements are used to determine the load, and control or regulation of the rotor blades is performed so as not to exceed load limits. Some wind turbines with sensors already exist at the attachment points of the rotors on the central shaft for determining the loads. Nevertheless, it always comes back to damage the rotor blades. If you drive with relatively high safety distances - distance of the load to the load limit - you set the efficiency of the wind turbine down.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 2007 007 872 A1 ist ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage mit einer Mess- und Überwachungseinrichtung bekannt, wobei die Mess- und Überwachungseinrichtung mindestens einen Sensor zur Messung von Beschleunigungen und mindestens einen Sensor zur Messung von Drehraten aufweist und integral im Rotorblatt vorgesehen ist, wobei der Mess- und Überwachungseinrichtung eine drahtlose Übertragungseinrichtung zür Übertragung der Beschleunigungs- und Drehratenmesswerte zugeordnet ist und wobei die Mess- und Überwachungseinrichtung eine Energieerzeugungseinrichtung aufweist.From the German patent application DE 2007 007 872 A1 a rotor blade for a wind turbine with a measuring and monitoring device is known, wherein the measuring and monitoring device has at least one sensor for measuring accelerations and at least one sensor for measuring rotation rate and is provided integrally in the rotor blade, wherein the measuring and monitoring device a wireless transmission device is assigned for transmission of the acceleration and rotation rate measured values and wherein the measuring and monitoring device has an energy generating device.
  • Eine detaillierte Beschreibung den zu der Mess- und Überwachungseinrichtung gehörenden Energieerzeugungseinrichtung enthält die deutsche Offenlegungsschrift DE 2007 007 872 A1 nicht.A detailed description of belonging to the measuring and monitoring device power generation device contains the German patent application DE 2007 007 872 A1 Not.
  • Folglich liegt der Erfindung objektiv die Aufgabe zugrunde, das bekannte Rotorblatt in Bezug auf die zur Mess- und Überwachungseinrichtung gehörende Energieerzeugungseinrichtung auszugestalten, also insoweit eine besonders brauchbare Lösung anzugeben.Consequently, the object of the invention is objectively to design the known rotor blade with respect to the energy generating device belonging to the measuring and monitoring device, that is to say to this extent to provide a particularly useful solution.
  • Zum Stand der Technik gehören - neben der oben behandelten deutschen Offenlegungsschrift DE 2007 007 872 A1 - die PCT-Offenlegungsschrift WO 2010 / 142 759 A1 ; die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2009 000 116 A1 , die allgemein eine mikromechanische Struktur mit einem mikromechanischen Sensor wie Beschleunigungssensor und Drehratensensor zeigt; die amerikanische Offenlegungsschrift US 2007 / 0 108 770 A1 , bei der die elektrische Energie für am Rotor angebrachte Sensoren durch einen elektromechanischen Wandler erzeugt wird, der hierfür die mechanische Energie von Rotorvibrationen während des Betriebs der Windenergieanlage nutzt; die britische Offenlegungsschrift GB 2 480 848 A , bei der die elektrische Energie zum Betrieb eines Sensors am Rotorblatt durch einen „energy harvester“ mit einer tangential zur Rotorblattbewegung und damit unabhängig von der Zentrifugalkraft hin- und herbewegliche Masse erzeugt wird sowie der japanische Patent Abstract samt dazugehöriger Offenlegungsschrift JP 2009 - 203 893 A , demnach für eine Rotorblitzchlagerfassung die für die Vorrichtung erforderliche elektrische Energie ebenfalls durch eine Energieerzeugungseinrichtung erzeugt wird, deren in Rotorlängsachse plazierter, hin- und herbeweglicher Permanentmagnet nur so weit von der Rotorachse angeordnet werden soll, dass die auf ihn einwirkende Rotationsbeschleunigung stets kleiner als die Erdbeschleunigung ist.The prior art includes - in addition to the above-discussed German patent application DE 2007 007 872 A1 - the PCT publication WO 2010/142 759 A1 ; the German patent application DE 10 2009 000 116 A1 generally showing a micromechanical structure with a micromechanical sensor such as acceleration sensor and yaw rate sensor; the American publication US 2007/0 108 770 A1 in which the electrical energy for sensors mounted on the rotor is generated by an electromechanical transducer, which uses the mechanical energy of rotor vibrations during the operation of the wind turbine for this purpose; the British disclosure GB 2 480 848 A in which the electrical energy for the operation of a sensor on the rotor blade by an "energy harvester" is generated with a tangential to the rotor blade movement and thus independent of the centrifugal force reciprocating mass and the Japanese Patent Abstract, including the accompanying publication JP 2009-203 893 A according to which the required for the device electrical energy is also generated by an energy generating device for a Rotorblitzchlagerfassung, placed in the rotor longitudinal axis, reciprocating permanent magnet only so far from the rotor axis to be arranged so that the rotational acceleration acting on it always smaller than the gravitational acceleration is.
  • Dieser Stand der Technik enthält keine Anregungen zur Ausgestaltung und Weiterbildung des aus der oben genannten deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2007 007 872 A1 bekannten Rotorblatts in Bezug auf die erfindungsgemäße Energieerzeugungseinrichtung.This prior art contains no suggestions for the design and development of the above-mentioned German patent application DE 10 2007 007 872 A1 known rotor blade with respect to the power generation device according to the invention.
  • Das erfindungsgemäße Rotorblatt, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Überwachungseinrichtung am oder integral im Rotorblatt vorgesehen ist und dass die Mess- und Überwachungseinrichtung mindestens einen Sensor zur Messung von Beschleunigungen und mindestens einen Sensor zur Messung von Drehraten aufweist. Erfindungsgemäß kann an jeder beliebigen Stelle des Rotorblatts die lokal auftretende Beschleunigung und die lokal auftretende Drehrate ermittelt werden. Da die zu einem erfindungsgemäßen Rotorblatt gehörende Mess- und Überwachungseinrichtung integral im Rotorblatt vorgesehen ist, können also erfindungsgemäß ausgestaltete Rotorblätter werksseitig realisiert werden und erfindungsgemäß ausgeführte Rotorblätter angeliefert und zu wesentlich verbesserten Windkraftanlagen zusammengebaut werden.The rotor blade according to the invention is characterized in that the measuring and monitoring device is provided on or integrally in the rotor blade and that the measuring and monitoring device has at least one sensor for measuring accelerations and at least one sensor for measuring rotational speeds. According to the invention, the locally occurring acceleration and the locally occurring yaw rate can be determined at any point on the rotor blade. Since the measuring and monitoring device belonging to a rotor blade according to the invention is provided integrally in the rotor blade, rotor blades designed according to the invention can therefore be produced at the factory and designed according to the invention Rotor blades are delivered and assembled to significantly improved wind turbines.
  • Es gibt eine Mehrzahl von Ausgestaltung- und Weiterbildungsmöglichkeiten für das bisher beschriebene erfindungsgemäße Rotorblatt. Das gilt insbesondere und zunächst in Bezug auf die Anordnung und die Realisierung der Sensoren. So können für die Messungen von Beschleunigungen entlang einer Achse im Raum und/oder Drehraten um eine Achse im Raum mindestens jeweils zwei Sensoren mit unterschiedlichen Messbereichen vorgesehen sein. Vorteilhaft ist es auch, wenn Sensoren zur Messung von Beschleunigungen in allen drei Raumrichtungen vorgesehen sind. Die Sensoren selbst, also für die Messungen von Beschleunigungen und Drehraten, sind vorzugsweise mikromechanische Sensoren mit einer Messachse oder mit mehreren Messachsen, wie sie für sich zwischenzeitlich zum Stand der Technik gehören (vgl. die Prospektblätter ADXL 193 und ADXRS 620 der Firma ANALOG DEVICES). Auch wird man vorzugsweise die Mess- und Überwachungseinrichtung zur Digitalisierung der Messwerte der Sensoren ausbilden.There are a plurality of refinements and developments for the rotor blade according to the invention described so far. This applies in particular and initially with respect to the arrangement and the realization of the sensors. Thus, at least two sensors with different measuring ranges can be provided for the measurements of accelerations along an axis in space and / or rotation rates about an axis in space. It is also advantageous if sensors are provided for measuring accelerations in all three spatial directions. The sensors themselves, that is to say for the measurements of accelerations and yaw rates, are preferably micromechanical sensors with one measuring axis or with several measuring axes, as they belong to the state of the art in the meantime (see the prospectus sheets ADXL 193 and ADXRS 620 of the company ANALOG DEVICES). , Also, it will be preferable to form the measuring and monitoring device for digitizing the measured values of the sensors.
  • Da die Messung von Beschleunigungen und die Messung von Drehraten natürlich nicht Selbstzweck sind, geht eine weitere Lehre der Erfindung dahin, der integral im Rotorblatt vorgesehenen Mess- und Überwachungseinrichtung eine Übertragungseinrichtung zuzuordnen, zur Übertragung der Beschleunigungs- und Drehraten-Messwerte.Since the measurement of accelerations and the measurement of rotation rates are of course not an end in itself, another teaching of the invention is to assign a transmission device to the measuring and monitoring device integrally provided in the rotor blade for transmitting the acceleration and rotation rate measurement values.
  • Man könnte daran denken, die der Mess- und Übertragungseinrichtung zugeordnete Übertragungseinrichtung drahtgebunden auszuführen, also, innerhalb des Rotorblattes eine Übertragungsleitung vorzusehen und über diese Übertragungsleitung die Beschleunigungs- und Drehraten-Messwerte dem zentralen Kopf der Windkraftanlage zuzuführen. Erfindungs gemäß ist jedoch die Übertragungseinrichtung drahtlos ausgeführt. Das, was dann zusätzlich realisiert sein muss, wird weiter unten beschrieben.One could think of carrying out the transmission device assigned to the measuring and transmission device by wire, that is, to provide a transmission line within the rotor blade and to supply the acceleration and rotation rate measured values to the central head of the wind power plant via this transmission line. According to the invention, however, the transmission device is designed wirelessly. What has to be additionally realized is described below.
  • Ganz besondere Bedeutung kommt einer weiteren Lehre der Erfindung zu, nach der die vorzugsweise integral im Rotorblatt vorgesehene Mess- und Überwachungseinrichtung eine Energieerzeugungseinrichtung aufweist. Dadurch ist die im Rotorblatt vorgesehene Mess- und Überwachungseinrichtung energieautark, so dass es einer leitungsgebundenen Energiezurverfügungstellung zu der im Rotorblatt verwirklichten Mess- und Überwachungseinrichtung nicht bedarf.Of particular importance is a further teaching of the invention according to which the measuring and monitoring device, which is preferably provided integrally in the rotor blade, has an energy generating device. As a result, the measuring and monitoring device provided in the rotor blade is energy self-sufficient, so that there is no need for a line-connected energy supply position to the measuring and monitoring device implemented in the rotor blade.
  • Die nach der zuvor angesprochenen besonderen Lehre der Erfindung vorgesehene Energieerzeugungseinrichtung ist so ausgebildet, dass sie aus der Rotation des Rotorblattes elektrische Energie erzeugt.The energy generating device provided according to the above-mentioned special teaching of the invention is designed such that it generates electrical energy from the rotation of the rotor blade.
  • Im Einzelnen kann die Energieerzeugungseinrichtung eine Spule und einen Permanentmagneten umfassen und der Permanentmagnet in Bezug auf die Spule derart bewegbar gelagert sein, dass bei Rotation der Energieerzeuegungseinrichtung um eine Rotationsachse durch die Bewegung des Permanentmagneten eine Spannung in der Spule induziert wird. Erfindungs gemäß ist dafür gesorgt, dass bei einer stationären Beschleunigung entlang der Bewegungsrichtung des Permanentmagneten, die größer als die Erdschwerebeschleunigung ist, der Permanentmagnet bei Rotation um die Rotationsachse durch ein Federsystem weiterhin die durch die Lagerung bestimmte Bewegung ausführt und eine Spannung in der Spule induziert. Grundsätzlich kann auch der Permanentmagnet feststehen und die Spule beweglich sein.Specifically, the power generating device may include a coil and a permanent magnet, and the permanent magnet may be movably supported relative to the coil such that upon rotation of the power generating device about a rotational axis by the movement of the permanent magnet, a voltage is induced in the coil. According to the invention, it is ensured that, at a steady acceleration along the direction of movement of the permanent magnet, which is greater than the gravitational acceleration, the permanent magnet continues to perform the movement determined by the bearing during rotation about the axis of rotation by a spring system and induces a voltage in the coil. In principle, the permanent magnet can also be fixed and the coil can be movable.
  • Abweichend von dem, was unmittelbar zuvor beschrieben worden ist, kann die Energieerzeugungseinrichtung auch so ausgebildet sein, dass sie zur Erzeugung von elektrischer Energie den piezoelektrischen Effekt ausnutzt.Notwithstanding what has been described immediately above, the energy generating device can also be designed such that it uses the piezoelectric effect to generate electrical energy.
  • Bei allen Ausführungsformen erfindungsgemäßer Rotorblätter, bei denen die Mess- und Überwachungseinrichtung eine Energieerzeugungseinrichtung aufweist, kann ein elektrischer Energiespeicher vorgesehen sein, insbesondere ein Doppelschichtkondensator. Weiter oben ist bereits darauf hingewiesen worden, dass dann, wenn die der Mess- und Überwachungseinrichtung zugeordnete Übertragungseinrichtung drahtlos ausgeführt ist, Zusätzliches realisiert werden muss. Gegenstand der Erfindung ist dann ein Mess- und Überwachungssystem mit einem Rotorblatt, wie zuvor beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Mess- und Überwachungseinrichtung des Rotorblatts eine stationäre Empfangseinrichtung zugeordnet ist, vorzugsweise im zentralen Kopf der Windkraftanlage. Bei diesem Mess- und Übertragungssystem wird man dann im Rotorblatt eine Empfangseinrichtung vorsehen und der Empfagseinrichtung des Rotorblatts eine stationäre Sendeeinrichtung zuordnen. Im zentralen Kopf der Windkraftanlage sind dann eine stationäre Empfangseinrichtung einerseits und eine stationäre Sendeeinrichtung andererseits vorgesehen, so dass zwischen der im Rotorblatt vorgesehenen Mess- und Überwachungseinrichtung und dem Kopf der Windkraftanlage ein bidirektionaler Übertragungsweg realisiert ist, einerseits zwischen der Übertragungseinrichtung im Rotorblatt und der stationären Empfangseinrichtung, andererseits zwischen der stationären Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung im Rotorblatt.In all embodiments of rotor blades according to the invention, in which the measuring and monitoring device has an energy generating device, an electrical energy store may be provided, in particular a double-layer capacitor. It has already been pointed out above that if the transmission device assigned to the measuring and monitoring device is wireless, additional measures have to be implemented. The invention is then a measuring and monitoring system with a rotor blade, as described above, which is characterized in that the measuring and monitoring device of the rotor blade is associated with a stationary receiving device, preferably in the central head of the wind turbine. In this measuring and transmission system, a receiving device will then be provided in the rotor blade and a stationary transmission device assigned to the receiver device of the rotor blade. In the central head of the wind turbine, a stationary receiving device on the one hand and a stationary transmitting device are then provided, so that between the provided in the rotor blade measuring and monitoring device and the head of the wind turbine, a bidirectional transmission path is realized, on the one hand between the transmission device in the rotor blade and the stationary receiving device on the other hand, between the stationary transmitting device and the receiving device in the rotor blade.
  • Zuletzt ist nicht nur ein erfindungsgemäßes Rotorblatt beschrieben, beschrieben ist vielmehr ein erfindungsgemäßes Mess- und Überwachungssystem mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Rotorblatt, wobei dieses Mess- und Überwachungssystem vor allem durch die bidirektionale drahtlose Verbindung zwischen dem Rotorblatt und dem Kopf der Windkraftanlage gekennzeichnet ist. Dadurch können nicht nur Beschleunigungen und Drehraten gemessen und vom Rotorblatt drahtlos auf den zentralen Kopf der Windkraftanlage übertragen werden, können vielmehr auch die vorzugsweise mikromechanisch ausgeführten Sensoren beeinflusst werden, können nämlich ihre Messeigenschaften optimal an die jeweilige Betriebssituation angepasst werden. Ebenso können separierte oder sich überlappende Phasen für die Messung, die Signalübertragung und die Energiegewinnung abhängig vom Betriebszustand vorgegeben werden.Finally, not only a rotor blade according to the invention is described, but rather an inventive measuring and monitoring system with a rotor blade designed according to the invention, this measuring and monitoring system being characterized above all by the bidirectional wireless connection between the rotor blade and the head of the wind power plant. As a result, not only accelerations and rotation rates can be measured and transmitted wirelessly from the rotor blade to the central head of the wind turbine, but also the preferably micromechanically designed sensors can be influenced, namely their measurement properties can be optimally adapted to the respective operating situation. Likewise, separated or overlapping phases for the measurement, the signal transmission and the energy recovery can be specified depending on the operating state.
  • Nach allem, was zuvor beschrieben worden ist, ist Gegenstand der Erfindung auch ein Verfahren zur Kalibrierung der Sensoren des erfindungsgemäßen Rotorblattes, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Sensoren dadurch kalibriert werden, dass aus der bekannten Drehzahl des Rotors und der Positionierung und Orientierung der für die Messung von Beschleunigungen vorgesehenen Sensoren die auf diese Sensoren wirkende Beschleunigung und aus der bekannten Drehzahl des Rotors die auf die für die Messung der Drehrate vorgesehenen Sensoren wirkende Drehrate bestimmt wird.After all, what has been described above, the subject of the invention is also a method for calibrating the sensors of the rotor blade according to the invention, which is characterized in that the sensors are calibrated by the fact that from the known speed of the rotor and the positioning and orientation of the the measurement of accelerations sensors provided acting on these sensors acceleration and from the known speed of the rotor which is determined to the provided for the measurement of the rotation rate sensors yaw rate is determined.
  • Im Übrigen gibt die Erfindung die Möglichkeit eines besonderen Verfahrens zum Betrieb der im Rotorblatt verwirklichten Mess- und Überwachungseinrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die gemessenen Beschleunigungen und Drehraten als Maß für die mechanische statische und dynamische Verformung des Rotorblattes ausgewertet werden und durch die Kenntnis der mechanischen Belastung der Wirkungsgrad der Windkraftanlage maximiert und eine Beschädigung der Rotorblätter verhindert wird.Moreover, the invention gives the possibility of a special method for operating the realized in the rotor blade measuring and monitoring device, which is characterized in that the measured accelerations and rotation rates are evaluated as a measure of the mechanical static and dynamic deformation of the rotor blade and by the knowledge of mechanical load maximizes the efficiency of the wind turbine and prevents damage to the rotor blades.
  • Insgesamt ermöglichen die verschiedenen Lehren der Erfindung eine aktive Dämpfung mechanischer Schwingungen der Rotorblätter einer Windkraftanlage mithilfe einer vollständigen und ausreichend schnellen Regelung.Overall, the various teachings of the invention enable active damping of mechanical vibrations of the rotor blades of a wind turbine by means of complete and sufficiently rapid control.
  • Schließlich sei noch darauf hingewiesen, dass erfindungsgemäß auch eine quasi statische Verformung der Rotorblätter bei konstanten Windverhältnissen und konstanten elektrischen Lastverhältnissen durch empfindliche Neigungssensoren und durch den Vergleich bei Stillstand oder bei geringer Belastung ermittelt werden kann.Finally, it should be noted that according to the invention, a quasi-static deformation of the rotor blades at constant wind conditions and constant electrical load ratios can be determined by sensitive inclination sensors and by the comparison at standstill or at low load.
  • Im Folgenden wird nun die Erfindung nochmals in Verbindung mit einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert; es zeigen
    • 1 sehr schematisch, eine Windkraftanlage und
    • 2 in Form eines Blockschaltbildes bei einer Windkraftanlage verwirklichte erfindungsgemäße Maßnahmen.
    In the following, the invention will be explained again in connection with a drawing illustrating an embodiment; show it
    • 1 very schematic, a wind turbine and
    • 2 in the form of a block diagram in a wind turbine realized inventive measures.
  • In der 1 ist eine Windkraftanlage 1 dargestellt, zu der drei Rotorblätter 2 gehören. Die Rotorblätter 2 der Windkraftanlage 1 weisen Mass- und Überwachungseinrichtungen 3 für Messungen an den Rotorblättern 2 und zur Überwachung der Rotorblätter 2 auf.In the 1 is a wind turbine 1 shown, to the three rotor blades 2 belong. The rotor blades 2 the wind turbine 1 have measuring and monitoring equipment 3 for measurements on the rotor blades 2 and for monitoring the rotor blades 2 on.
  • Erfiridungsgemäß sind die Rotorblätter 2 zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Überwachungseinrichtungen 3 am oder integral in den Rotorblättern vorgesehen sind und dass die Mess- und Überwachungseinrichtung 3 mindestens einen Sensor zur Messung von Beschleunigungen und mindestens einen Sensor zur Messung von Drehraten aufweist. Im Ausführugsbeispiel nach 2 sind drei Sensoren 4a, 4b und 4c für die Messungen von Beschleunigungen und drei Sensoren 5a, 5b und 5c für die Messung von Drehraten vorgesehen. Die Sensoren 4a, 4b und 4c sowie die Sensoren 5a, 5b und 5c sind an einen zentralen analog/digitalWandler 6 angeschlossen, dessen Ausgang an eine Übertragungseinrichtung 7 angeschlossen ist. Schließlich weisen die Mess- und Überwachungseinrichtungen 3 noch eine Energieerzeugungseinrichtung 8 auf.Erfiridungsgemäß are the rotor blades 2 initially and essentially characterized in that the measuring and monitoring devices 3 are provided on or integral in the rotor blades and that the measuring and monitoring device 3 has at least one sensor for measuring accelerations and at least one sensor for measuring rotation rates. In Ausführugsbeispiel according to 2 are three sensors 4a . 4b and 4c for measurements of accelerations and three sensors 5a . 5b and 5c intended for the measurement of rotation rates. The sensors 4a . 4b and 4c and the sensors 5a . 5b and 5c are connected to a central analog / digital converter 6, whose output to a transmission device 7 connected. Finally, the measuring and monitoring equipment 3 another power generation facility 8th on.
  • Im Einzelnen ist nicht dargestellt, dass der Mess- und Uberwachungseinrichtung 3 des Rotorblatts 2 eine stationäre Empfangseinrichtung zugeordnet ist, dass im Rotorblatt 2 eine Empfangseinrichtung vorgesehen ist und dass der Empfangseinrichtung des Rotorblatts 2 eine stationäre Sendeeinrichtung zugeordnet ist. Die stationäre Empfangseinrichtung und die stationäre Sendeeinrichtung sind im zentralen Kopf 9 der Windkraftanlage 1 verwirklicht.In detail, it is not shown that the measuring and monitoring device 3 of the rotor blade 2 a stationary receiving device is associated with that in the rotor blade 2 a receiving device is provided and that the receiving device of the rotor blade 2 a stationary transmitting device is assigned. The stationary receiving device and the stationary transmitting device are in the central head 9 the wind turbine 1 realized.

Claims (4)

  1. Rotorblatt (2) einer Windkraftänlage mit einer Mess- und Überwachungseinrichtung (3) für Messungen am Rotorblatt (2) und zur Überwachung des Rotorblatts (2), wobei die Mess- und Überwachungseinrichtung (3) mindestens einen Sensor (4a, 4b, 4c) zur Messung von Beschleunigungen und mindestens einen Sensor (5a, 5b, 5c) zur Messung von Drehraten aufweist und integral im Rotorblatt (2) vorgesehen ist, wobei der Mess- und Überwachungseinrichtung (3) eine drahtlose Übertragungseinrichtung (7) zur Übertragung der Beschleunigungs- und Drehratenmesswerte zugeordnet ist und wobei die Mess- und Überwachungseinrichtung (3) eine Energierzeugungseinrichtung (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugungseinrichtung (8) so ausgebildet ist, dass sie aus der Rotation des Rotorblatts (2) elektrische Energie erzeugt, dass die Energieerzeugungseinrichtung (8) eine Spule und einen Permanentmagneten umfasst und der Permanentmagnet in Bezug auf die Spule oder die Spule in Bezug auf den Permanentmagneten derart beweglich gelagert, ist, dass bei Rotation der Energieerzeugungseinrichtung (8) um die Rotations-Achse durch die Bewegung des Permanentmagneten bzw. der Spule eine Spannung in der Spule erzeugt wird, und dass bei einer stationären Beschleunigung entlang der Bewegungsrichtung des Permanentmagneten bzw. der Spule, die größer als die Erdbeschleunigung ist, der Permanentmagnet bzw. die Spule bei Rotation um die Rotationsachse durch ein Federsystem weiterhin die durch die Lagerung bestimmte Bewegung ausführt und eine Spannung in der Spule induziert wird.Rotor blade (2) of a wind power station with a measuring and monitoring device (3) for measurements on the rotor blade (2) and for monitoring the rotor blade (2), wherein the measuring and monitoring device (3) has at least one sensor (4a, 4b, 4c) for measuring accelerations and at least one sensor (5a, 5b, 5c) for measuring rotational rates and is integrally provided in the rotor blade (2), wherein the measuring and monitoring device (3) comprises a wireless transmission device (7) for Transmission of the acceleration and rotation rate measured values is assigned and wherein the measuring and monitoring device (3) comprises an energy generating device (8), characterized in that the energy generating device (8) is designed so that they from the rotation of the rotor blade (2) electrical energy generates, that the power generating means (8) comprises a coil and a permanent magnet, and the permanent magnet is movably supported with respect to the coil or the coil with respect to the permanent magnet such that upon rotation of the power generating means (8) about the rotation axis the movement of the permanent magnet or the coil is a voltage in the coil is generated, and that at a stationary acceleration along the direction of movement of the permanent magnet or the coil, which is greater than the gravitational acceleration, the permanent magnet or the coil when rotating about the axis of rotation by a spring system continue by di e bearing performs certain movement and a voltage in the coil is induced.
  2. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Energiespeicher vorgesehen ist, insbesondere ein Doppelschichtkondensator.Rotor blade after Claim 1 , characterized in that an electrical energy store is provided, in particular a double-layer capacitor.
  3. Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mess- und Überwachungseinrichtung (3) eine stationäre Empfangseinrichtung zugeordnet ist.Rotor blade after Claim 1 or 2 , characterized in that the measuring and monitoring device (3) is associated with a stationary receiving device.
  4. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Rotorblatt (2) eine Empfangseinrichtung vorgesehen ist und dass der Empfangseinrichtung des Rotorblatts (2) eine stationäre Sendeeinrichtung zugeordnet ist.Rotor blade after one of Claims 1 to 3 , characterized in that in the rotor blade (2) a receiving device is provided and that the receiving device of the rotor blade (2) is associated with a stationary transmitting device.
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