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Gebiet der Erfindung
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Der vorliegende Gegenstand betrifft im Allgemeinen das Gebiet von Windturbinenrotorblättern. Im Speziellen richtet sich der Gegenstand auf ein Überwachungssystem zum frühzeitigen Erkennen von Auftrennungen, die entlang der Vorderkante oder Hinterkante eines Windturbinenrotorblattes auftreten können, auf ein Rotorblatt einer Windturbine und auf eine Windturbine. Darüber hinaus richtet sich der Gegenstand auf eine Verfahren zum Detektieren einer Auftrennung zwischen den Schalenelementen entlang einer Kante eines Windturbinenrotorblattes und ein Verfahren zum Betreiben einer Windturbine.
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Hintergrund der Erfindung
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Die Rotorblätter sind die primären Elemente von Windturbinen zum Umwandeln von Windenergie in elektrische Energie. Die Blätter haben das Querschnittsprofil eines Tragflügels, so dass während des Betriebs Luft über das Blatt strömt und einen Druckunterschied zwischen den Seiten hervorruft. Daraufhin wirkt eine Auftriebskraft auf das Blatt, die von einer Druckseite in Richtung einer Saugseite gerichtet ist. Die Auftriebskraft erzeugt ein Drehmoment auf der Hauptrotorwelle, die zu einem Generator übersetzt wird zum Herstellen von Elektrizität.
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Die Windturbinenrotorblätter sind im Allgemeinen hohle Strukturen, die typischerweise durch das Verbinden von zwei Hälften hergestellt wurden, nämlich einem oberen Schalenelement (Saugseite) und einem unteren Schalenelement (Druckseite). Die Schalenelemente werden typischerweise miteinander an Klebelinien entlang den Vorder- und Hinterkanten des Blattes mit einem geeigneten Klebematerial verklebt. Jegliche Art einer internen Stützstruktur, wie z. B. ein oder mehrere Holmgurte, ein Holmsteg und Ähnliches wird auch typischer Weise mit jedem der Schalenelemente verklebt.
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Derzeit besteht ein Problem darin, dass sich die Schalenelemente entlang einer oder beiden der Kanten aufgrund von einer oder einer Kombination aus physikalischen Veränderungen in dem Klebematerial abtrennen können, mitunter: geringe Verklebungsstärke, fehlerhafte Herstellung oder Anwendung, exzessive Vibrationen, Brüche im Blatt, Vorderkantenerosion usw. Eine solche Abtrennung kann, wenn sie nicht frühzeitig detektiert wird, zum vollständigen Blattversagen führen, was sehr zeitaufwändig und teuer zum Reparieren sein kann. Das Überwachen des Blattes an verschiedenen Stellen nach dem Beginn von Abtrennungen und das Unternehmen von notwendigen Präventionsmitteln kann dieses Problem vermeiden.
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Entsprechenderweise würde die Industrie von einem Windturbinenrotorblattkanten-Überwachungssystem, das geeignet ist, eine frühzeitige Blattabtrennung entlang einer oder beiden Kanten des Blattes zu detektieren, profitieren.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nun teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt, oder sind aus der Beschreibung nahe gelegt, oder können durch Ausübung der Erfindung erlernt werden.
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Im Einklang mit verschiedenen Ausführungsformen wird ein Überwachungssystem für den Einsatz in einer Windturbine konfiguriert, um das Auftreten einer Abtrennung zwischen den Schalenelementen entlang einer Kante eines Rotorblattes zu detektieren. Das System kann für den Einsatz mit einer oder allen der Rotorblätter konfiguriert sein, und umfasst einen Sensor, der sich innerhalb eines inneren Hohlraums des Rotorblattes befindet. Der Sensor ist konfiguriert und ausgerichtet relativ zu der Vorder- und Hinterkante des Rotorblattes, um eine physikalische Eigenschaft innerhalb des Rotorblattes zu detektieren, die den Beginn einer Abtrennung zwischen den Schalenelementen entlang der entsprechenden Kante anzeigt. Ein Steuergerät ist konfiguriert, um Signale von dem Sensor zu erhalten, und eine automatische Reaktion zu initiieren auf die Ermittlung hin, dass eine Abtrennung aufgetreten ist.
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Das System kann einen oder in anderen Ausführungsformen eine Vielzahl von Sensoren umfassen, die innerhalb des Rotorblattes angeordnet sind, um so die physikalische Eigenschaft entlang eines longitudinalen Teils von einer oder beiden der Vorder- oder Hinterkante zu überwachen.
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In einer besonderen Ausführungsform ist der Sensor ein Lichtsensor, der konfiguriert ist, ein inneres Licht innerhalb des Rotorblattes zu detektieren, das aus einer Abtrennung entlang der entsprechenden Kante resultiert. Zum Beispiel kann das Steuergerät konfiguriert sein, den Betrag an internem Licht, das von dem Lichtsensor detektiert wird, mit einem Sollwert zu vergleichen, und die automatische Reaktion bei einem festgelegten Unterschiedswert zu initiieren. Der Sollwert kann festgelegter Wert sein, der in das Steuergerät programmiert ist oder, in einer alternativen Ausführungsform, kann von einem Umgebungslichtsensor zur Verfügung gestellt werden, der außerhalb des Rotorblattes angeordnet ist und sich in Verbindung mit dem Steuergerät verbindet, wobei das Steuergerät den Betrag an von dem inneren Sensor detektierten Innenlicht mit dem Betrag an von dem Umgebungssensor detektierten Umgebungslicht vergleicht und die automatische Reaktion bei einem festgelegten Unterschiedswert initiiert.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Sensor ein akustischer Sensor sein, der innerhalb des inneren Hohlraums des Rotorblattes konfiguriert ist, einen erhöhten Geräuschpegel innerhalb des Blattes zu detektieren, der aus der Abtrennung entlang der entsprechenden Kante resultiert. Eine Abtrennung kann bestimmt werden, indem der detektierte Geräuschpegel mit einem Grenzwert oder Sollwert verglichen wird, der ein programmierter Wert sein kann. Alternativerweise kann der detektierte Geräuschpegel verglichen werden mit einem ursprünglichen Vergleichsliniengeräuschpegel, wobei ein Unterschied zwischen den Geräuschpegeln auf eine Abtrennung hinweist.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Sensor ein Drucksensor sein, der konfiguriert ist, einen Unterschied im Umgebungsdruck innerhalb des Rotorblattes zu detektieren, der aus einer Abtrennung entlang der entsprechenden Kante resultiert. Das Steuergerät kann den detektierten Umgebungsdruck mit einem Sollwert vergleichen, und die automatische Reaktion bei einem festgelegten Unterschiedswert initiieren.
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In einer anderen Ausführungsform kann der Sensor ein Abstandsmesser sein, der innerhalb des inneren Hohlraums des Rotorblattes konfiguriert ist, eine Änderung im Abstand zwischen den Schalenelementen festzustellen, die aus einer Abtrennung entlang der entsprechenden Kante resultiert. Der Abstandssensor kann ein aktiver Sensor sein, wie z. B. ein Infrarotsensor oder ein Ultraschallsensor.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Abstandssensor ein elektrischer Sensor sein, der konfiguriert ist, eine Änderung in einer elektrischen Eigenschaft zu detektieren, die aus einer Abtrennung entlang der entsprechenden Kante hervorgeht. Zum Beispiel kann der elektrische Sensor einen Widerstandspfad umfassen, der sich zwischen den Schalenelementen erstreckt, wobei sich der Widerstandswert davon verändert, wenn eine Abtrennung entlang der entsprechenden Kante auftritt.
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Die automatische Reaktion, die auf die Detektion einer Abtrennung hin erzeugt wird, kann eine der folgenden oder eine Kombination davon sein: Erzeugen eines Signals für jeglichen Zweck, das auf eine detektierte Abtrennung hinweist, wie z. B. als Darstellungs- oder Steuerfunktionen; Erzeugung eines Alarms; oder Initiierung einer präventiven Windturbinenaktion, wie z. B. Stoppen oder Bremsen des Windturbinenrotors.
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Gemäß Ausführungsformen umfasst das System jegliche Konfiguration von Sensoren, die innerhalb eines inneren Hohlraums des Rotorblattes angeordnet sind.
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Die Erfindung umfasst auch verschiedene Verfahrensausführungsformen zum Detektieren einer Abtrennung zwischen der Schalenelemente entlang einer Kante eines Windturbinenrotors. Das Verfahren umfasst: Überwachen einer physikalischen Eigenschaft innerhalb eines inneren Hohlraums des Rotorblattes und Detektieren von Veränderungen in der physikalischen Eigenschaft, die auf das Auftreten einer Abtrennung entlang der entsprechenden Kante hinweisen, und Initiieren einer automatischen Reaktion auf die detektierte Abtrennung. Die überwachte physikalische Eigenschaft kann Licht, Geräusch oder Druck innerhalb des Rotorblattes sein, sowie eine Kombination davon.
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In anderen Ausführungsformen kann das Verfahren Überwachen des Abstandes zwischen den Schalenelementen nahe der entsprechenden Kante umfassen, z. B. mit einer geeigneten passiven oder aktiven Technik.
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Als Reaktion auf eine detektierte Abtrennung kann das Verfahren eines der Folgenden oder einer Kombination umfassen: Erzeugung eines Signals, das auf die detektierte Abtrennung hinweist, Erzeugung eines Alarms, oder Initiierung einer vorbeugenden Turbinenmaßnahme.
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Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zum Ausführen der offenbarten Verfahren und umfasst Vorrichtungsteile zum Ausführen jeder der beschriebenen Verfahrensschritte. Die Verfahrensschritte können mittels Hardwarekomponenten, einen durch entsprechende Software programmierten Computer, durch eine Kombination der beiden oder in jeglicher anderen Weise ausgeführt werden. Des Weiteren ist die Erfindung auch gerichtet auf Verfahren, nach denen die beschriebenen Vorrichtungen arbeiten, und/oder gemäß denen die beschriebenen Elemente zusammengebaut werden. Es umfasst Verfahrensschritte zum Ausführen von jeder Funktion der Vorrichtung.
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Diese und andere Merkmale, Details, Aspekte, Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung können besser verstanden werden mit Bezug auf die folgende Beschreibung, die Zeichnung und die angehängten Ansprüche.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Eine vollständige und ausreichende Offenbarung der vorliegenden Erfindung samt bester Ausführungsform wird, gerichtet an den Fachmann, im Folgenden dargelegt, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Figuren, in denen:
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer konventionellen Windturbine;
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Rotorblattes mit einer Vielzahl von internen Sensoren, die entlang der Vorder- und Hinterkante des Rotorblattes angeordnet sind;
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3 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Rotorblattes im Einklang mit Aspekten der Erfindung;
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4 ist eine teilweise Querschnittsansicht der Hinterkante eines Rotorblattes mit einem eingebauten elektrischen Sensor zum Detektieren einer Abtrennung entlang der Kante;
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5 ist eine teilweise Querschnittsansicht der Hinterkante eines Rotorblattes mit einem eingebauten aktiven Distanzsensor zum Detektieren einer Abtrennung entlang der Kante;
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6 ist eine teilweise Querschnittsansicht der Hinterkante eines Rotorblattes mit einem eingebauten internen Lichtsensor und zugehörigem Steuergerät;
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7 ist eine teilweise Querschnittsansicht der Hinterkante eines Rotorblattes mit einem eingebauten Akustik- oder Drucksensor und zugehörigem Steuergerät; und
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8 ist eine Frontalansicht einer Windturbine mit Rotorblättern im Einklang mit Aspekten der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Es wird im Detail Bezug genommen auf Ausführungsformen der Erfindung, zu denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren illustriert sind. Jedes Beispiel dient der Erklärung der Erfindung, nicht der Begrenzung der Erfindung. Es ist für den Fachmann in der Tat offenkundig, dass verschiedene Modifikationen und Variationen in der vorliegenden Erfindung gemacht werden können, ohne dabei vom Umfang oder dem Sinn der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform illustriert oder beschrieben werden, in anderen Ausführungsformen benutzt werden, um zu einer weiteren Ausführungsform zu gelangen. Die vorliegende Erfindung soll derartige Modifikationen und Variationen, wie sie innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente liegen, umfassen.
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1 stellt eine Windturbine 10 herkömmlicher Bauart dar. Die Windturbine 10 umfasst einen Turm 12 mit einer hierauf befestigten Gondel 14. Eine Vielzahl von Turbinenblättern 16 sind an eine Rotornabe 18 befestigt, die wiederum mit einem Hauptflansch verbunden ist, der eine Hauptrotorwelle dreht. Die Komponenten zur Windturbinenenergieerzeugung und Steuerung sind innerhalb der Gondel 14 angeordnet. Die Ansicht von 1 ist für illustrative Zwecke zur Verfügung gestellt, nur um die vorliegende Erfindung in einem beispielhaften Benutzungsgebiet darzustellen. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf irgendeine besondere Art der Windturbinenkonfiguration beschränkt ist.
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2 ist eine detailliertere Ansicht eines Windturbinenblattes 16. Das Blatt 16 umfasst ein oberes Schalenelement 20 und ein unteres Schalenelement 22. Das obere Schalenelement 20 kann als die Saugseitenoberfläche des Blattes 16 konfiguriert sein, während das untere Schalenelement 20 als die Druckseitenoberfläche des Rotorblattes konfiguriert sein kann. Das Blatt 16 umfasst eine Vorderkante 24 und eine Hinterkante 26 sowie einen Wurzelteil 28 und einen spitzen Teil 30. Wie es im Stand der Technik wohl bekannt ist, sind das obere Schalenelement 20 und das untere Schalenelement 22 miteinander entlang einer Klebelinie 36 entlang der Vorderkante 24 verbunden und einer Klebelinie 37 entlang der Hinterkante 26. Zur Bildung dieser Klebelinien 36, 37 wird ein Klebstoff 34 (3) in viskoser Form zwischen den entsprechenden Laminatoberflächen des oberen Schalenelements 20 und unteren Schalenelements 22 entlang der Länge der Klebelinien 36, 37 aufgebracht. Es sollte verstanden werden, dass der Ausdruck „Klebestoff” hierin im generischen Sinn verwandt wird, um jegliche Art eines Haft- oder Klebematerials einzuschließen, das in einem ursprünglich flüssigen Zustand angewandt wird. Die besondere Art von Klebstoff 34 ist für die vorliegende Erfindung nicht besonders relevant und jegliche Art eines Harzes, einer Verbindung, oder ein anderen Materials kann diesbezüglich benutzt werden.
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Der Klebstoff wird typischerweise in ausreichender Menge und ausreichendem Muster aufgetragen, um sicherzustellen, dass die Klebelinien 36, 37 eine ausreichend verklebte Oberfläche zwischen den Komponenten entlang der Länge der entsprechenden Klebelinien 36, 37 aufweisen. Aufgrund von einer Vielzahl von Faktoren kann der Klebstoff 34 jedoch versagen (z. B. sich von den Schalenelementen trennen, reißen, brechen, etc.) und Abtrennungen 38 (3) können sich zwischen den Schalenelementen 20, 22 entlang den Kanten 24, 26 bilden. Wie oben diskutiert wurde, können diese Abtrennungen, wenn sie unverbessert bleiben, schnell zu einem vollständigen Ausfall des Blattes 16 führen.
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Die in den 2 und 3 dargestellten Windturbinenblätter 16 enthalten Aspekte aus Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Blatt 16 umfasst jegliche Art einer internen Stützstruktur 32, wie z. B. einen oder mehrere Holmstege 32, Holmgurte, usw. Die oberen 20 und unteren 22 Schalenelemente werden an der Vorder- und Hinterkante 24, 26 durch einen Klebestoff 34 zusammengefügt. Mit Bezug auf 3 wird ein Ausfall der Klebepaste 34 an der Vorderkante 24 und Hinterkante 26 dargestellt, so dass eine Abtrennung 38 zwischen den Schalenelementen 20, 22 an jeder der Kanten 24 und 26 erzeugt wird. Einer oder mehrere Sensoren 40 sind innerhalb des inneren Hohlraums 25 des Blattes an einer Position und in Orientierung relativ zu einer oder beiden der Vorderkante 24 und Hinterkante 26 derart angeordnet, so dass sie eine physikalische Eigenschaft innerhalb des Rotorblattes 16 detektieren, die auf den Beginn einer Abtrennung 38 zwischen den Schalenelementen hinweist. Die physikalische Eigenschaft kann ein oder eine Kombination aus messbaren oder detektierbaren Ereignissen oder Parametern sein, die sich aufgrund des Beginns der Abtrennung 38 innerhalb des effektiven Bereichs des Sensors 40 verändern. Es ist innerhalb des Umfangs und des Sinns der Erfindung, jegliche Anzahl, Muster und Konfiguration der Sensoren 40 entlang einer oder beiden Kanten 24, 26 zu nutzen. Zum Beispiel können mehrere Sensoren 40 im Allgemeinen benachbart zur Hinterkante 26 positioniert sein, wie es in 3 gezeigt ist, während einer oder mehrere der Sensoren 40 auch relativ benachbart zu der Vorderkante 24 positioniert sein kann/können.
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In der Ausführungsform aus 3 können die Sensoren 40 jegliche Art an geeigneten Lichtdetektoren sein, die auf eine Erhöhung im Betrag des Lichtes innerhalb des inneren Hohlraums 25 des Blattes 16 reagieren, die daraus resultiert, dass Licht in den Hohlraum 25 durch die Abtrennung 38 hinein emitiert wird, wie es durch die Linien in 3 gezeigt ist.
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6 stellt eine detaillierteer Ansicht eines Überwachungssystems 35 im Einklang mit einer besonderen Ausführungsform einer Lichtsensorkonfiguration an der Hinterkante 26 eines Blattes 16 dar. In dieser Ausführungsform ist der Sensor 40 ein Lichtsensor 44, der an einer inneren Oberfläche von einer oder beiden der Schalenelemente 20, 22 an einem Ort derart angeordnet ist, dass er ein Ansteigen des Lichts innerhalb des Hohlraums 25, das aus einer Abtrennung 38 resultiert, detektiert. Der Lichtsensor 44 kann z. B. ein bekannter Lichtdetektor oder eine Kombination solcher bekannten Lichtdetektoren sein, insbesondere ein Photowiderstand, ein Photoleiter, ein Photodetektor oder ein photovoltaisches Gerät sein.
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Ein Steuergerät 54 befindet in betriebsfähiger Verbindung mit dem Sensor 44 und empfängt ein Signal von dem Sensor 44, das auf den Betrag an Licht innerhalb des Hohlraums 25 hinweist. Das Steuergerät 54 kann mit allen der Sensoren 40 innerhalb eines Blattes 16, wie in 8 gezeigt, verbunden sind. In alternativen Ausführungsformen kann ein Steuergerät 54 mit jedem der Sensoren 44 verbunden sein. Das Steuergerät 54 kann eine Komponente eines zu der Windturbine gehörigen Gesamtsteuersystems 42 sein, um die Signale von dem Lichtsensor 44 für jeglichen Zweck zu verarbeiten, insbesondere für eine korrigierende Aktion, Alarme, Datenherstellung und -aufnahme usw. Zum Beispiel kann sich, immer noch in Bezug auf 6, das Steuergerät 54 in betriebsfähiger Verbindung mit einem Windturbinensystem-Steuergerät 56 befinden, das verschiedene Betriebseinrichtungen der Windturbine 10 steuert. Das Systemsteuergerät 56 kann Information von dem Steuergerät 54 (oder direkt von den Sensoren 40) nutzen, um eine automatische Reaktion zu initiieren, wenn der Beginn einer Abtrennung 38 detektiert wird. Diese automatische Reaktion kann eine der Folgenden oder eine Kombination davon sein: eine korrigierende Aktion, Signale, Alarme usw. Das Systemsteuergerät 56 kann z. B. ein Bremssignal oder Haltesignal erzeugen, das verursacht, dass die Rotornabe 18 (1) in Rotationsrichtung geblockt wird und eine weitere Rotation der Blätter 16 verhindert wird, um jeglichen weiteren Schaden an den Blättern oder dem Turm zu verhindern. Das Steuergerät 56 kann gleichzeitig jegliche Art eines Alarms oder anderen Signals an eine lokale oder entfernte Überwachungsstation erzeugen. Es sollte verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung nicht beschränkt ist auf eine besondere Verwendung oder Art einer automatischen Reaktion auf eine detektierte Abtrennung 38 hin.
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Noch einmal mit Bezug auf die 6, kann das darin illustrierte Überwachungssystem 35 einen Umgebungslichtsensor 50 umfassen, der an irgendeiner in Bezug auf das Rotorblatt 16 externen Stelle angebracht ist, wie z. B. auf der Gondel, der Rotornabe oder jeglicher anderer Komponente der Windturbine 10. Der Umgebungslichtsensor 50 detektiert die Umgebungslichtbedingungen an dem Blatt 16 und erzeugt ein Ist-Lichtsignal L2 (Istwert), der dem Steuergerät 54 zur Verfügung gestellt wird. Wie in 6 gezeigt, kann ein Vergleich von jeder geeigneten Komponente des Steuersystems 52 zwischen dem Umgebungslicht L2 (Istwert) und dem internen Licht L1, das von dem Sensor 44 detektiert wird, durchgeführt werden. Wenn das interne Licht L1 ungefähr gleich dem Umgebungslicht L2 (Istwert) ist, dann kann dies als Hinweis verstanden werden, dass eine Abtrennung 38 an der Hinterkante 26 stattgefunden hat. Ein geeignetes Signal kann erzeugt werden und zu dem Systemsteuergerät 56 für eine automatische Reaktion oder eine Kombination aus automatischen Reaktionen, wie oben besprochen wurde, gesandt werden.
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In einer alternativen Ausführungsform, die auch in 6 dargestellt ist, kann ein programmierter Eingangswert L2 (Sollwert) in das Steuergerät 54 programmiert sein, wobei ein Vergleich zwischen dem internen Licht-Istwert L1 und dem programmierten Wert L2 (Sollwert) gemacht wird. In dieser Ausführungsform wird ein separater Umgebungslichtdetektor nicht benötigt, und der programmierte Wert L2 (Sollwert) kann variiert oder entsprechend angepasst werden aus verschiedensten Gründen, wie z. B. den Ort der Windturbine, den Klimabedingungen, der Jahreszeit usw.
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7 stellt eine Ausführungsform eines Überwachungssystems 35 dar, wobei der Sensor 40 jede Art eines geeigneten akustischen Sensors 58 ist, der konfiguriert ist, einen erhöhten Geräuschpegel innerhalb des inneren Hohlraums 25 des Blattes 16 zu detektieren, der aus einer Abtrennung 38 an der Hinterkante 26 resultiert. Der akustische Sensor 58 kann jede Art eines Mikrofons sein, wie z. B. eines Kohlenstoffs (ohmschen) Mikrophons, eines kapazitiven (piezoelektrischen) Mikrophons oder eines Tauchstuhlmikrofons. Tauchspulmikrofongeräte benutzen einen Magneten und eine an eine Membran befestigte Spule, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Es sollte verstanden werden, dass die Erfindung nicht beschränkt ist auf eine besondere Art eines Geräuschsensors oder Detektionsgeräts. Ein Geräusch-Istsignal SP1 (Istwert) wird von dem Sensor 58 erzeugt und an das Steuergerät 54 übertragen. Das Signal wird verglichen mit entweder einem Sollwert oder einem Grenzwert SP2 (Sollwert), die in das Steuergerät 54 programmiert sein können, oder mit einem Anfangswert SP2 (Anfangswert), der von dem Sensor 58 erzeugt worden ist, wie z. B. während der Installation der Windturbine, der Herstellung des Blattes, oder zu jeder anderen geeigneten Zeit, zu der eine Vergleichslinien-Geräuschsignatur erhalten werden kann. Das Steuersystem 42 führt einen Vergleich zwischen dem Geräusch-Istwert SP1 (Istwert), der von dem Sensor 58 detektiert wird, und dem Geräuschanfangswert oder Geräusch-Sollwert SP2 (Sollwert) durch. Wenn der Unterschied zwischen diesen Geräuschwerten einen festgelegten Wert (X) überschreitet, wird ein Signal an das Systemsteuergerät 56 gesandt, das darauf hinweist, dass eine Abtrennung 38 an der Hinterkante 26 aufgetreten sein kann, wobei jegliche Art einer automatischen Reaktion, wie oben besprochen wurde, erzeugt werden kann, oder eine Kombination davon.
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In einer alternativen Ausführungsform wird der tatsächliche Geräuschpegel innerhalb des Blatthohlraums 25, der von dem Sensor 58 detektiert wird, einfach in dem Steuergerät 54 mit einem Sollwert (auch durch „X” dargestellt) verglichen. In anderen Worten ist es in dieser Ausführungsform nicht notwendig, einen Unterschied zwischen dem Geräusch-Ist-Signal SP1 (Istwert) und einem ursprünglichen Vergleichsliniengeräuschsignal festzulegen.
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In einer noch weiteren Ausführungsform kann das Überwachungssystem 35 jegliche Art eines Drucksensors innerhalb des inneren Hohlraums 25 eines Blattes 16 nutzen. Zum Beispiel kann der Sensor 58, in Bezug zu 7, auch einen Drucksensor darstellen, der die tatsächliche Druckbedingung innerhalb des inneren Hohlraums 25 detektiert, wobei der tatsächliche Druck sich auf eine Abtrennung 38 an der Hinterkante 26 hin verändert. Die oben in Bezug zu 7 besprochene Analyse und die Ausführungsform, in der der Sensor 58 ein akustischer Sensor ist, ist auch anwendbar auf die Ausführungsform, in der der Sensor 58 ein Drucksensor ist, und muss hier nicht wiederholt werden.
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Mit Bezug zu den 4 und 5 können Ausführungsformen eines Überwachungssystems 35 einen Sensor 40 nutzen, der eine Veränderung im Abstand zwischen den Schalenelementen 20, 22 detektiert, die aus einer Abtrennung entlang der entsprechenden Kante resultiert, wie z. B. der Hinterkante 26. Zum Beispiel ist in der Ausführungsform von 4 der Abstandssensor 64 ein elektrischer Sensor 66, der konfiguriert ist, eine Veränderung in einer elektrischen Eigenschaft zu detektieren, die aus einer Abtrennung entlang der Hinterkante 26 hervorgeht (wie durch die Pfeile in 4 dargestellt). In dieser besonderen Ausführungsform umfasst der elektrische Sensor 66 einen Widerstandspfad 68, wie z. B. einen ohmschen Draht, der sich zwischen den Schalenelementen 20, 22 erstreckt. Dieser Draht 68 kann z. B. in den Klebstoff 34 eingelassen sein, oder separat von dem Klebstoff 34 an irgendeinen Ort derart, dass eine Abtrennung der Schalenelemente 20, 22 in einer Dehnung oder dem Reißen des Widerstandspfades 68 und einer entsprechenden Veränderung in dem Widerstandswert des Widerstandspfades 68 resultiert. Zum Beispiel kann eine vollständige Abtrennung entlang der Hinterkante 26 in einen Bruch des Widerstandspfades 68 resultieren, der von dem elektrischen Sensor 66 als ein geöffneter Schaltkreis detektiert wird. Auch weniger als ein vollständiger Bruch oder ein geöffneter Schaltkreis entlang des Pfades 68 kann von dem Sensor 66 detektiert werden, solange sich der Widerstandswert des Pfades 68 als eine Funktion des Ausmaßes der Abtrennung zwischen den Schalenelementen 20, 22 verändert.
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In der Ausführungsform von 5 wird der Abstandssensor 64 als ein aktiver Sensor 70 dargestellt. Der aktive Sensor 70 kann z. B. jede Art eines geeigneten Transceiver-Gerätes sein, das ein Signal zu dem gegenüberliegenden Schalenelement 22 sendet und ein Rücksignal empfängt. Der Zeitverlauf des Rücksignals wird darauf hinweisen, ob oder ob nicht eine Abtrennung 38 entlang der Hinterkante 26 aufgetreten ist. Jede Art eines geeigneten Ultraschallsensors, Lasersensor, oder andere Art von aktiven Transceiver-Geräten können in dieser Beziehung benutzt werden.
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8 ist eine Teilweiseansicht einer Windturbine 10 mit Blättern 16, die mehrere Sensoren 40 entlang den entsprechenden Vorder- 24 und Hinterkanten 26 der Blätter 16 im Einklang mit hierin besprochen Aspekten eingebaut haben. Ein entsprechendes Steuergerät 54 ist bei jedem Blatt 16 gezeigt. Alle der Sensoren 40, zum Einsatz mit einem speziellen Blatt 16 konfiguriert, können sich in Verbindung mit dem einzelnen Steuergerät 54 oder mit der Mehrzahl der Steuergeräte 54 in Verbindung mit dem Systemsteuergerät 56 befinden. Das Systemsteuergerät 56 kann z. B. in der Gondel 14 (1) angeordnet sein, dem Turm 12, einem entfernten Ort, oder jedem anderen geeigneten Ort. Die Arten der für die Blätter 16 benutzten Sensoren 40 können jegliche der oben besprochenen Geräte oder eine Kombination davon sein.
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Die vorliegende Erfindung umfasst auch verschiedene Verfahrensausführungsformen im Einklang mit den oben besprochenen Aspekten. Zum Beispiel wird ein Verfahren zum Detektieren einer Abtrennung zwischen Schalenelementen entlang einer Kante eines Windturbinenrotorblattes zur Verfügung gestellt. Das Verfahren kann umfassen: Überwachen einer physikalischen Eigenschaft innerhalb eines inneren Hohlraums des Rotorblattes und Detektieren von Veränderungen in der physikalischen Eigenschaft, die auf das Auftreten einer Abtrennung entlang einer entsprechenden Kante hinweisen. Als Reaktion auf eine detektierte Abtrennung kann jede Art einer automatischen Reaktion erzeugt werden, insbesondere ein Alarm, ein Signal, eine korrigierende Aktion und Ähnliches, wie oben besprochen wurde.
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Die überwachte physikalische Eigenschaft in den Verfahrensausführungsformen kann Folgende oder eine Kombination aus Folgendem umfassen: Licht, Geräusch oder Druck innerhalb des Rotorblattes.
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In einer alternativen Verfahrensausführungsform kann die überwachte physikalische Eigenschaft der Abstand nahe der entsprechenden Kante zwischen den entsprechenden Schalenelementen sein. Dieser Abstand kann mit einem aktiven Sensorverfahren oder einem passiven Sensorverfahren überwacht werden. Zum Beispiel kann der Abstand überwacht werden, indem eine Veränderung in einem elektrischen Parameter detektiert wird, die durch eine Abtrennung entlang der entsprechenden Kante hervorgerufen wird.
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Die vorliegende Beschreibung nutzt Beispiele, mitunter die beste Ausführungsform, um die Erfindung zu offenbaren und auch um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen, insbesondere Geräte oder Systeme herzustellen und zu benutzen sowie beinhaltete Verfahren auszuführen. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele umfassen, die sich dem Fachmann ergeben. Solche andere Beispiele sollen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche sein, wenn sie Strukturelemente umfassen, die nicht von der wörtlichen Darstellung in den Ansprüchen sich unterscheiden oder wenn sie äquivalente Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden von der wörtlichen Darstellung in den Ansprüchen enthalten.
| Bezugszeichenliste | Komponente |
| 10 | Windturbine |
| 12 | Turm |
| 14 | Gondel |
| 16 | Blätter |
| 18 | Rotornabe |
| 20 | Oberes Schalenelement |
| 22 | Unteres Schalenelement |
| 24 | Vorderkante |
| 25 | Innerer Hohlraum |
| 26 | Hintere Kante |
| 28 | Wurzelteil |
| 30 | Spitzenteil |
| 32 | Interne Struktur |
| 34 | Klebestoff |
| 35 | Überwachungssystem |
| 36 | Vorderkantenklebelinie |
| 37 | Hinterkantenklebelinie |
| 38 | Abtrennung |
| 40 | Sensor |
| 42 | Steuersystem |
| 44 | Lichtsensor |
| 46 | Sollwert |
| 50 | Umgebungslichtsensor |
| 52 | Signal |
| 54 | Steuergerät |
| 56 | Systemsteuergerät |
| 58 | Akustik-/Drucksensor |
| 60 | Anfangssignal |
| 62 | Sollwertsignal |
| 64 | Abstandssensor |
| 66 | Elektrischer Sensor |
| 68 | Widerstandspfad |
| 70 | Aktiver Sensor |
