DE102012205214A1

DE102012205214A1 - Wind turbine, has gear box including input shaft connected with rotor blades, vibration sensor arranged at rigid section of hub and detecting vibrations of hub in tangential direction, and evaluation device evaluating detected vibrations

Info

Publication number: DE102012205214A1
Application number: DE201210205214
Authority: DE
Inventors: Martin Huhn; Torsten Pielenz; Stephan Schädlich; Joss Wiemann
Original assignee: Suzlon Energy GmbH
Current assignee: Suzlon Energy GmbH
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-10-02

Abstract

The turbine has a gear box (20) including an input shaft (22), which is connected with rotor blades of a rotor by a hub (40). A monitoring device (50) for damage monitoring i.e. oscillation monitoring, is arranged at the hub. A vibration sensor (52) e.g. piezoelectric sensor, is arranged at a rigid section of the hub, and detects vibrations of the hub in a tangential direction. An evaluation device (54) evaluates the detected vibrations. A supply line (60) for the monitoring device rotates with the hub, and supplies current to the monitoring device by angle adjustment of rotor blades. An independent claim is also included for a method for damage monitoring of a wind turbine by a monitoring device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windturbine mit einer Überwachungsvorrichtung sowie eine Überwachungsvorrichtung für die Schadensüberwachung an einer Windturbine und ein Verfahren für die Schadensüberwachung einer Windturbine. The present invention relates to a wind turbine with a monitoring device and to a monitoring device for damage monitoring on a wind turbine and to a method for damage monitoring of a wind turbine.

Windturbinen sind grundsätzlich bekannt und weisen üblicherweise ein Getriebe und einen Rotor auf. Das Getriebe ist über eine Eingangswelle mit einer Nabe verbunden, an welcher wiederum die Rotorblätter des Rotors befestigt sind. Wird der Rotor durch Wind angetrieben, so überträgt sich diese Rotation über die Nabe auf die Eingangswelle und wird über das Getriebe umgesetzt, um eine entsprechende Geschwindigkeit für einen Generator zur Verfügung stellen zu können. Bei bekannten Windturbinen ist es häufig erwünscht, dass verschiedenste Messungen während des Betriebes der Windturbine durchgeführt werden. Insbesondere mit Bezug auf die Schadenserkennung sind Sensoren für unterschiedlichste Messmethoden im Einsatz. So ist es beispielsweise aus der EP2306006A2 bekannt, dass die Geschwindigkeit einer Welle über Geschwindigkeitssensoren bestimmt wird. Grundsätzlich ist bei bekannten Windturbinen häufig jedoch eine Bestimmung von Schadensparametern an den entsprechenden Bauteilen notwendig. Wind turbines are known in principle and usually have a gear and a rotor. The transmission is connected via an input shaft to a hub to which in turn the rotor blades of the rotor are attached. If the rotor is driven by wind, this rotation is transmitted via the hub to the input shaft and is converted via the transmission in order to provide a corresponding speed for a generator can. In known wind turbines, it is often desirable that a variety of measurements be made during operation of the wind turbine. Especially with regard to damage detection, sensors are used for a wide variety of measurement methods. So it is for example from the EP2306006A2 It is known that the speed of a shaft is determined by means of speed sensors. In principle, however, a determination of damage parameters on the corresponding components is often necessary in known wind turbines.

Nachteilhaft bei bekannten Windturbinen ist es, dass die notwendige Nähe zwischen Sensor und schadensrelevantem Bauteil häufig mit Platzproblemen einhergeht. Darüber hinaus sind z.B. bei der Ausgangswelle eines Getriebes hohe Rotationsgeschwindigkeiten zu erwarten, welche die Schwierigkeit der Messung der Rotation der Geschwindigkeit weiter erhöhen. A disadvantage of known wind turbines is that the necessary proximity between sensor and damage-relevant component often involves space problems. In addition, e.g. at the output shaft of a transmission to expect high rotational speeds, which further increase the difficulty of measuring the rotation of the speed.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Windturbine mit einer Überwachungsvorrichtung, eine Überwachungsvorrichtung für die Schadensüberwachung an einer Windturbine sowie ein Verfahren für die Schadensüberwachung einer Windturbine zur Verfügung zu stellen, welche in kostengünstiger und einfacher Weise eine möglichst genaue Überwachung potentieller Schäden an der Windturbine ermöglichen. It is an object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages described above. In particular, it is an object of the present invention to provide a wind turbine with a monitoring device, a monitoring device for damage monitoring on a wind turbine and a method for the damage monitoring of a wind turbine, which in a cost effective and simple way as accurate as possible monitoring of potential damage to the wind turbine enable.

Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Windturbine mit den Merkmalen des Anspruches 1, eine Überwachungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 8 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Windturbine beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. The above object is achieved by a wind turbine with the features of claim 1, a monitoring device with the features of claim 8 and a method having the features of claim 10. Further features and details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. In this case, features and details that are described in connection with the wind turbine according to the invention apply, of course, in connection with the inventive method and the monitoring device according to the invention and in each case vice versa, so that with respect to the disclosure of individual aspects of the invention is always reciprocal reference or can be ,

Eine erfindungsgemäße Windturbine mit einem Getriebe und einem Rotor ist derart ausgebildet, dass das Getriebe eine Eingangswelle aufweist, welche über eine Nabe mit Rotorblättern des Rotors verbunden ist. Damit ist eine solche Windturbine derart ausgestaltet, wie es bei bekannten Windturbinen der Fall ist. Eine erfindungsgemäße Windturbine zeichnet sich dadurch aus, dass an der Nabe eine Überwachungsvorrichtung für die Schadensüberwachung, insbesondere für die Schwingungsüberwachung der Windturbine, angeordnet ist. Diese Überwachungsvorrichtung weist zumindest einen Schwingungssensor zur Erfassung von Schwingungen der Nabe in wenigstens einer Richtung auf. Darüber hinaus weist diese Überwachungsvorrichtung eine Auswertvorrichtung für die Auswertung der erfassten Schwingungen auf. A wind turbine according to the invention with a gear and a rotor is designed such that the gear has an input shaft, which is connected via a hub with rotor blades of the rotor. Thus, such a wind turbine is designed as it is the case with known wind turbines. A wind turbine according to the invention is characterized in that a monitoring device for damage monitoring, in particular for the vibration monitoring of the wind turbine, is arranged on the hub. This monitoring device has at least one vibration sensor for detecting vibrations of the hub in at least one direction. In addition, this monitoring device has an evaluation device for the evaluation of the detected vibrations.

Bei einer erfindungsgemäßen Windturbine ist also die Überwachungsvorrichtung in und/oder an der Nabe angeordnet. In dieser Nabe kann über die Überwachungsvorrichtung eine Schadensüberwachung einer Vielzahl von Bauteilen, insbesondere von Getriebebauteilen des Getriebes, durchgeführt werden. Da über die Schwingungsüberwachung mit Hilfe des Schwingungssensors sämtliche Schwingungen der Nabe überwacht werden, werden auch solche Schwingungen aufgezeichnet, welche von mit der Nabe verbundenen Bauteilen an diese Nabe übergeben werden. So tritt eine Überlagerung unterschiedlicher Schwingungen unterschiedlicher Herkunft auf, welche alle mit dem Schwingungssensor der Überwachungsvorrichtung wahrgenommen werden können. Hierfür ist der Schwingungssensor vorzugsweise an einem relativ steifen Bauteil bzw. einem relativ steifen Abschnitt der Nabe befestigt, so dass eine Schwingungsdämpfung reduziert bzw. minimiert wird. In a wind turbine according to the invention, therefore, the monitoring device is arranged in and / or on the hub. In this hub, damage monitoring of a plurality of components, in particular transmission components of the transmission, can be carried out via the monitoring device. Since all vibrations of the hub are monitored via the vibration monitoring with the aid of the vibration sensor, also those vibrations are recorded which are transmitted from these components to the hub by means of the hub. Thus occurs a superposition of different vibrations of different origin, which can all be perceived with the vibration sensor of the monitoring device. For this purpose, the vibration sensor is preferably attached to a relatively rigid component or a relatively stiff portion of the hub, so that a vibration damping is reduced or minimized.

Ist beispielsweise gewünscht, die Zahneingriffsfrequenz der einzelnen Zahnräder und Ritzel des Getriebes zu überwachen, so kann eine Analyse der erfassten Schwingungen diese Frequenzen aus dem Ergebnis der Schwingungsüberwachung des Schwingungssensors herausfiltern. Drehschwingungen, die z.B. aus Anregungen der Zahneingriffe des Getriebes resultieren, werden im Gegensatz zu klassischen Schwingungsmessung an nicht rotierenden Komponenten aufgrund der rotatorischen Wirkrichtung sowie der hohen Drehsteifigkeit und geringen Torsionsdämpfung des Antriebsstrangs besonders gut auf den mitrotierenden Sensor in der Nabe übertragen. Auf der Nabe wird somit durch den Schwingungssensor in von den einzelnen Zahnrädern beabstandeter Weise ebenfalls eine Wahrnehmung dieser Zahneingriffsschwingungen erfolgen. Dabei werden die translatorischen Komponenten (z.B. Biegeschwingungen) ebenfalls auf den mitrotierenden Schwingungssensor übertragen. In gleicher Weise können auch Schwingungen, welche an den Rotorblättern auftreten und auf die Nabe übertragen werden vom Schwingungssensor erfasst werden. Damit führt eine erfindungsgemäße Windturbine zu dem Vorteil, dass eine einfache und vor allem kostengünstige Anbringung und Konstruktion der Überwachungsvorrichtung in der Nabe durchgeführt werden kann. Dies beruht darauf, dass die Nabe üblicherweise ein relativ großes Bauteil ist, so dass genug Platz für das Anbringen der Überwachungsvorrichtung vorhanden ist. Dies kann insbesondere auch als eine Deplatzierung der Überwachungsvorrichtung mit Abstand zu den überwachten Bauteilen verstanden werden. For example, if it is desired to monitor the meshing frequency of the individual gears and pinions of the transmission, an analysis of the detected vibrations may filter these frequencies out of the result of the vibration monitoring of the vibration sensor. Torsional vibrations resulting, for example, from excitations of the meshing of the gearbox, in contrast to classical vibration measurement on non-rotating components due to the rotational effective direction and the high torsional stiffness and low torsional damping of the drive train particularly well on the co-rotating sensor in the hub transfer. On the hub is thus carried out by the vibration sensor in spaced from the individual gears way also a perception of these meshing vibrations. The translatory components (eg flexural vibrations) are also transmitted to the co-rotating vibration sensor. In the same way, vibrations which occur on the rotor blades and are transmitted to the hub can be detected by the vibration sensor. Thus, a wind turbine according to the invention leads to the advantage that a simple and above all cost-effective attachment and construction of the monitoring device can be performed in the hub. This is because the hub is usually a relatively large component, so that there is enough room for mounting the monitoring device. This can in particular also be understood as a misplacement of the monitoring device at a distance from the monitored components.

Durch eine erfindungsgemäße Windturbine kann eine Schadensüberwachung durchgeführt werden. Unter einer Schadensüberwachung sind insbesondere die folgenden Überwachungsmethoden zu verstehen. So ist es möglich, dass ein so genanntes Lastmonitoring durchgeführt wird. Darunter ist zu verstehen, dass die aktuelle dynamische Lastsituation über den Schwingungssensor erfasst bzw. aus den erfassten Schwingungen bestimmt wird. Damit können Lastverschiebungen z.B. auftretende Unwuchtsituationen erkannt werden und eine entsprechende Wartungsanweisung ausgegeben werden. Weiter ist es möglich, dass, z.B. auf Basis der erfassten dynamischen Lastsituationen, die Restlebensdauer der Windturbine oder einzelner Bauteile angepasst wird. Ist z.B. mit Bezug auf die Auslegungslastsituation eine vergleichsweise erhöhte Lastsituation im Betrieb zu erkennen, so wird die Restlebensdauer einzelner Bauteile oder der gesamten Windturbine entsprechend reduziert. Ist dem entgegengesetzt die erkannte reale Lastsituation unterhalb der Lastannahme, welche für die Auslegung einzelner Bauteile zugrunde gelegt worden ist, so kann die Restlebensdauer erhöht werden. Damit werden zum Einen ein Schadensfall hinsichtlich seiner Aussetzwahrscheinlichkeit reduziert und zum Anderen mit hoher Sicherheit länger funktionsfähige Bauteile über die eigentlich errechnete Restlebensdauer hinaus einsetzbar. Eine dritte Möglichkeit der Schadensüberwachung ist die tatsächliche Erkennung eines aufgetretenen Schadens. Zum Beispiel bei Rissen oder Brüchen im Getriebe bei einzelnen Zahnrädern kann dies durch eine Veränderung der Schwingungssituation durch den Schwingungssensor einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung wahrgenommen werden. So kann direkt eine Ausgabe an einer Regelung erfolgen, die z.B. eine Notabschaltung der Windturbine bzw. des Getriebes beinhaltet. Auch kann vorzugsweise direkt eine Aussage getroffen werden, welches Bauteil ausgetauscht werden soll. By a wind turbine according to the invention damage monitoring can be performed. In particular, the following monitoring methods are to be understood as damage monitoring. So it is possible that a so-called load monitoring is performed. This is understood to mean that the current dynamic load situation is detected via the vibration sensor or determined from the detected vibrations. With this, load shifts, e.g. occurring unbalance situations are detected and issued a corresponding maintenance instruction. Furthermore, it is possible that, e.g. Based on the recorded dynamic load situations, the remaining service life of the wind turbine or individual components is adjusted. Is e.g. With reference to the design load situation to detect a comparatively increased load situation during operation, the remaining service life of individual components or the entire wind turbine is reduced accordingly. If, contrary to the recognized real load situation below the load assumption, which has been used as the basis for the design of individual components, the remaining service life can be increased. On the one hand, this reduces a claim for damage with regard to its probability of being suspended and, on the other hand, it makes it possible to use components that are longer in working order beyond the actually calculated remaining service life with a high degree of certainty. A third possibility of damage monitoring is the actual detection of damage that has occurred. For example, in the case of cracks or breaks in the gear in individual gears, this can be perceived by a change in the vibration situation by the vibration sensor of a monitoring device according to the invention. Thus, an output can be directly made to a control, e.g. includes an emergency shutdown of the wind turbine or the transmission. Also, preferably, a statement can be made directly which component should be replaced.

Darüber hinaus kann durch die Anordnung des Schwingungssensors in der Nabe einer Windturbine auch eine Positionserkennung der Rotorblätter durchgeführt werden. Es ist möglich, dass die vom Schwingungssensor erfasste Schwingung sich entlang einer Periode z.B. im Wesentlichen sinusförmig bewegt. Diese sinusförmige Periode entspricht im Wesentlichen einer Umdrehung der Nabe. Basierend auf die Vertikalachse des Auftragens einer solchen periodischen Schwingung mit Bezug auf die Position des Schwingungssensors kann im Rückschluss auch eine genaue Positionsbestimmung des jeweiligen Rotorblattes erfolgen. Damit ist es möglich z.B. die Pitchverstellung, also die Winkeleinstellung der einzelnen Rotorblätter, positionsgenau durchzuführen, ohne zusätzliche Positionssensoren für die einzelnen Rotorblätter vorsehen zu müssen. Diese Pitchverstellung kann z.B. dazu eingesetzt werden, dass beim Überstreichen der Turmfläche mit einem Rotorblatt eine Pitchveränderung stattfindet, welche nach dem Verlassen des Abschnittes des Turmes wieder aufgehoben wird. Hierfür ist eine sehr genaue Positionsbestimmung der einzelnen Rotorblätter notwendig, welche sozusagen als Nebenprodukt durch eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung vorgegeben werden kann. In addition, can be carried out by the arrangement of the vibration sensor in the hub of a wind turbine, a position detection of the rotor blades. It is possible for the vibration detected by the vibration sensor to travel along a period of e.g. moved substantially sinusoidally. This sinusoidal period substantially corresponds to one revolution of the hub. Based on the vertical axis of the application of such a periodic oscillation with respect to the position of the vibration sensor, an accurate position determination of the respective rotor blade can also be made in retrospect. This makes it possible e.g. the pitch adjustment, so the angle setting of the individual rotor blades to perform accurate position without having to provide additional position sensors for the individual rotor blades. This pitch adjustment may e.g. be used to that when sweeping the tower surface with a rotor blade, a pitch change takes place, which is canceled after leaving the section of the tower again. For this purpose, a very accurate position determination of the individual rotor blades is necessary, which can be predefined as a by-product by a monitoring device according to the invention, so to speak.

Bei einer erfindungsgemäßen Windturbine kann über die Auswertvorrichtung der Überwachungsvorrichtung eine Auswertung der erfassten Schwingungen erfolgen. Dies führt insbesondere dazu, dass aus den erfassten Schwingungen, also aus einem Frequenzprofil, einzelne Frequenzbände herausgefiltert werden. Die Auswertung kann dabei z.B. auf Basis der einzelnen tatsächlich gemessenen Frequenz bzw. der Amplitude dieser tatsächlich gemessenen Frequenz erfolgen. Dies wird später noch näher erläutert. In a wind turbine according to the invention, an evaluation of the detected vibrations can take place via the evaluation device of the monitoring device. This leads in particular to the fact that individual frequency bands are filtered out of the detected oscillations, ie from a frequency profile. The evaluation may be e.g. based on the individual actually measured frequency or the amplitude of this actually measured frequency. This will be explained later.

Ein Schwingungssensor im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann insbesondere als piezoelektrischer oder kapazitiver Beschleunigungssensor ausgebildet sein. Damit stehen besonders kostengünstige Ausführungsmöglichkeiten zur Verfügung, um eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung mit einem Schwingungssensor auszustatten. A vibration sensor in the context of the present invention may be designed in particular as a piezoelectric or capacitive acceleration sensor. Thus, particularly cost-effective design options are available to equip a monitoring device according to the invention with a vibration sensor.

Es kann vorteilhaft sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Windturbine der Schwingungssensor derart ausgebildet und an der Nabe angeordnet ist, dass er die Schwingungen der Nabe wenigstens in tangentialer Richtung erfasst. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn aus den erfassten Schwingungen ein Rückschluss auf die Zahneingriffsfrequenzen des Getriebes durchgeführt werden soll. Die Zahneingriffsfrequenzen des Getriebes, welche einen direkten Rückschluss auf die Schadenssituation bzw. die dynamische Lastsituation im Getriebe erlauben, treten hauptsächlich bzw. mit größter Amplitude in tangentialer Richtung auf. Dies führt dazu, dass bei einer Ausbildung des Schwingungssensors und einer entsprechenden Anordnung, die eine Erfassung der Schwingung wenigstens in tangentialer Richtung erlaubt, auch in dieser Richtung mit Bezug auf die Zahneingriffsfrequenzen eine möglichst ideale Erfassung der übertragenden Frequenzen der Zahneingriffsfrequenzen des Getriebes erfolgen kann. Damit können auch kleine Variationen in den Amplitudengängen der Zahneingriffsspektren durch den in der Nabe beabstandet von den eingreifenden Zähnen angeordneten Schwingungssensor wahrgenommen werden. Dies führt dazu, dass trotz der beabstandeten Positionierung des Schwingungssensors eine sehr genaue und aussagekräftige Erfassung bzw. Auswertung der erfassten Schwingungen möglich wird. It may be advantageous if, in a wind turbine according to the invention, the vibration sensor is designed and arranged on the hub such that it detects the vibrations of the hub at least in the tangential direction. This is advantageous, in particular, when it is intended to draw conclusions about the tooth engagement frequencies of the transmission from the detected oscillations. The meshing frequencies of the transmission, which a direct inference to the Allow damage situation or the dynamic load situation in the transmission occur mainly or with the greatest amplitude in the tangential direction. As a result, with an embodiment of the vibration sensor and a corresponding arrangement which permits detection of the vibration at least in the tangential direction, an ideally ideal detection of the transmitting frequencies of the meshing frequencies of the transmission can also take place in this direction with respect to the meshing frequencies. Thus, even small variations in the amplitude responses of the meshing spectra can be sensed by the vibration sensor located in the hub spaced from the engaging teeth. This means that despite the spaced positioning of the vibration sensor, a very accurate and meaningful detection or evaluation of the detected vibrations is possible.

Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einer erfindungsgemäßen Windturbine die Auswertvorrichtung ausgebildet ist zumindest eine Vorverarbeitung der erfassten Schwingungen der Nabe durchzuführen. Hierfür weist die Auswertvorrichtung vorzugsweise neben einem Analog-Digital-Wandler einen digitalen Signalprozessor auf. Die Auswertvorrichtung dient also dazu, zumindest eine Vorverarbeitung mit Bezug auf eine Datenreduktion der erfassten Schwingungen durchzuführen. So kann z.B. eine reine Digitalisierung durch den Analog-Digital-Wandler stattfinden. Weiterverarbeitungsschritte können zu einer Verdichtung der zu übertragenden Daten führen. Ist es beispielsweise gewünscht ein Zwischenergebnis an eine Regelvorrichtung der gesamten Windturbine zu übertragen, so kann das Vorverdichten der erfassten Schwingungen z.B. in Form von digitalen Daten, dazu dienen, eine kostengünstigere und einfachere Übertragung der vorausgewerteten bzw. vorverdichteten Daten zu ermöglichen. Eine solche Übertragung kann z.B. berührungslos über Wireless Lan oder Bluetooth oder ähnliche Funkübertragungen erfolgen. Selbstverständlich sind auch kontaktierende Übertragungen, z.B. in Form eines Schleifringkontaktes, im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. Die Auswertvorrichtung kann dabei selbstverständlich auch einen Erstvergleich, z.B. mit vordefinierten Kennwerten, durchführen. Je nach Ausführungsform und Anordnung in der Windturbine kann die Auswertvorrichtung, auch eine vollständige Auswertung der erfassten Schwingungen, also z.B. ein Herausfiltern und Zuordnen einzelner Frequenzen zu Bauteilen der Windturbine, durchführen. It is also advantageous if, in a wind turbine according to the invention, the evaluation device is designed to carry out at least one preprocessing of the detected vibrations of the hub. For this purpose, the evaluation device preferably in addition to an analog-to-digital converter to a digital signal processor. The evaluation device thus serves to perform at least one preprocessing with respect to a data reduction of the detected vibrations. Thus, e.g. a pure digitization by the analog-to-digital converter take place. Further processing steps can lead to a compression of the data to be transmitted. For example, if it is desired to transmit an intermediate result to a control device of the entire wind turbine, the pre-compression of the detected vibrations, e.g. in the form of digital data, to enable a cheaper and easier transfer of pre-recorded or pre-compressed data. Such a transmission may e.g. contactless via wireless LAN or Bluetooth or similar radio transmissions. Of course, also contacting transmissions, e.g. in the form of a slip ring contact, within the scope of the present invention possible. The evaluation device can of course also be a first comparison, e.g. with predefined characteristic values. Depending on the embodiment and arrangement in the wind turbine, the evaluation device, also a complete evaluation of the detected vibrations, so e.g. filtering out and assigning individual frequencies to components of the wind turbine.

Ebenfalls vorteilhaft kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Windturbine der Schwingungssensor bezogen auf die Drehachse der Nabe außermittig, insbesondere im äußeren Drittel der Nabe angeordnet ist. Bevorzugt ist diese Anordnung in oder an der Blattwurzel eines der Rotorblätter bzw. im zugehörigen Abschnitt der Nabe ausgebildet. Diese außermittigen Anordnung des Schwingungssensors führt dazu, dass ein Hebel zwischen der Drehachse der Nabe und dem Schwingungssensor entsteht. Schwingungen, welche von der Drehachse, also von der Eingangswelle bzw. von dem Getriebe, auf die Nabe übertragen werden, werden durch diesen Hebel zumindest teilweise verstärkt. Die Verstärkung führt dazu, dass am Schwingungssensor eine höhere Amplitude gemessen wird je weiter dieser Schwingungssensor von der Drehachse entfernt ist. Eine vergrößerte Amplitude dient dazu, dass mit weniger Aufwand eine höhere Auflösung der erfassten Schwingungen durchgeführt werden kann, so dass auch eine genauere Auswertung mit einer höheren Auflösung hinsichtlich der Zuordnung einzelner Frequenzen bzw. einzelner Frequenzbänder zu einzelnen Bauteilen der Windturbine erfolgen kann. Ebenfalls vorteilhaft ist es bei dieser Ausführungsform, dass der Bereich in oder an der Blattwurzel mit Bezug auf die Nabe ein besonders steifer und damit wenig schwingungsdämpfender Abschnitt der Nabe ist. Dies führt zu einer besonders guten und ungedämpften Übertragung der Schwingung benachbarter Bauteile zu dem dort angeordneten Schwingungssensor. It may also be advantageous if, in the case of a wind turbine according to the invention, the vibration sensor is arranged eccentrically relative to the axis of rotation of the hub, in particular in the outer third of the hub. This arrangement is preferably formed in or on the blade root of one of the rotor blades or in the associated section of the hub. This eccentric arrangement of the vibration sensor causes a lever between the axis of rotation of the hub and the vibration sensor is formed. Vibrations, which are transmitted from the axis of rotation, ie from the input shaft or from the transmission, to the hub, are at least partially amplified by this lever. The gain causes the vibration sensor to measure a higher amplitude the farther this vibration sensor is away from the axis of rotation. An increased amplitude serves that with less effort, a higher resolution of the detected vibrations can be performed, so that a more accurate evaluation with a higher resolution with respect to the assignment of individual frequencies or individual frequency bands can be made to individual components of the wind turbine. It is also advantageous in this embodiment that the region in or on the blade root with respect to the hub is a particularly rigid and thus less vibration-damping portion of the hub. This leads to a particularly good and undamped transmission of the vibration of adjacent components to the vibration sensor arranged there.

Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einer erfindungsgemäßen Windturbine der zumindest eine Schwingungssensor derart ausgebildet und an der Nabe angeordnet ist, dass er die Schwingungen der Nabe wenigstens in zwei Richtungen erfasst. Insbesondere ist darunter eine tangentiale Erfassung mit zusätzlicher Erfassung in radialer und/oder axialer Richtung zu verstehen. Diese Erfassung kann durch einen einzigen komplexen Schwingungssensor ausgestaltet sein, welcher in zwei oder mehr Richtungen eine Erfassung von Schwingungen erlaubt. Selbstverständlich kann die Überwachungsvorrichtung auch mehr als einen Schwingungssensor, also zwei oder mehr einzelne Sensoren aufweisen, die z.B. in unterschiedlicher Weise ausgestaltet sind, um unterschiedliche Richtungen hinsichtlich der Schwingung abdecken zu können. Damit kann auch eine komplexe Belastungssituation, insbesondere eine mehrdimensionale dynamische Belastungssituation, durch eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung erfasst und ausgewertet werden. Insbesondere in Bezug auf komplexe Schadmechanismen, die über eine Zahleingriffsfrequenz hinausgehen, kann durch eine erfindungsgemäße Ausbildung einer Windturbine trotzdem eine komplexe Überwachung mit einfachen und kostengünstigen Mitteln erfolgen. It is furthermore advantageous if in a wind turbine according to the invention the at least one vibration sensor is designed and arranged on the hub such that it detects the vibrations of the hub at least in two directions. In particular, this is to be understood as a tangential detection with additional detection in the radial and / or axial direction. This detection can be configured by a single complex vibration sensor, which allows detection of vibrations in two or more directions. Of course, the monitoring device may also comprise more than one vibration sensor, ie two or more individual sensors, e.g. are designed in different ways to cover different directions with respect to the vibration can. Thus, even a complex load situation, in particular a multi-dimensional dynamic load situation, can be detected and evaluated by a monitoring device according to the invention. In particular, with regard to complex damage mechanisms that go beyond a payment frequency, a complex design of a wind turbine according to the invention can nevertheless be carried out with simple and inexpensive means.

Vorteilhaft ist es auch, wenn bei einer erfindungsgemäßen Windturbine eine Versorgungsleitung für die Überwachungsvorrichtung vorgesehen ist, welche mit der Nabe mitrotiert und die Überwachungsvorrichtung mit Strom, insbesondere von einer Winkelverstellung der Rotorblätter, versorgt. Eine solche Versorgungsleitung ist vorzugsweise ein Kabel, z.B. ein Stromkabel. Ist beispielsweise eine Winkelverstellung, die so genannte Pitchverstellung, der Rotorblätter vorhanden, so liegt bereits eine Versorgungsleitung innerhalb der Nabe zu den Stellmotoren in den einzelnen Rotorblättern bzw. zu Stellmotoren an der Nabe. Diese bereits vorhandene Versorgungsleitung kann verwendet werden, um eine erfindungsgemäße Versorgungsleitung abzuzweigen, welche die Überwachungsvorrichtung mit Strom versorgt. Die Mitrotation der Überwachungsvorrichtung in der Nabe führt also dazu, dass bereits bestehende Einbauten verwendet werden können, um die Stromversorgung zu gewährleisten. Zusätzlicher Aufwand sowie zusätzliche Bauteile können auf diese Weise bei einer erfindungsgemäßen Windturbine vermieden werden. It is also advantageous if, in a wind turbine according to the invention, a supply line for the monitoring device is provided, which rotates with the hub and supplies the monitoring device with power, in particular from an angular adjustment of the rotor blades. A such supply line is preferably a cable, for example a power cable. If, for example, an angular adjustment, the so-called pitch adjustment, of the rotor blades is present, then there is already a supply line within the hub to the servomotors in the individual rotor blades or servomotors on the hub. This already existing supply line can be used to branch off a supply line according to the invention, which supplies the monitoring device with power. The co-rotation of the monitoring device in the hub thus leads to existing fixtures can be used to ensure the power supply. Additional effort and additional components can be avoided in this way in a wind turbine according to the invention.

Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einer erfindungsgemäßen Windturbine die Überwachungsvorrichtung ausgebildet für die Bestimmung wenigstens eines der folgenden Parameter:

– Zahneingriffsfrequenzen des Getriebes
– Drehzahl des Rotors
– Position der einzelnen Rotorblätter.
– Drehschwingungsresonanzen

It is furthermore advantageous if in a wind turbine according to the invention the monitoring device is designed to determine at least one of the following parameters:

- Gear meshing frequencies of the gearbox
- Speed of the rotor
- Position of the individual rotor blades.
- torsional vibration resonances

Wie bereits erläutert worden ist, sind dies beispielhafte Parameter, welche durch eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung bestimmt werden können. Die Bestimmung erfolgt insbesondere ganz oder zumindest teilweise in der Auswertvorrichtung. Die Zahneingriffsfrequenzen des Getriebes können dazu dienen, die Getrieberestlebensdauer zu ermitteln bzw. aufgetretene Schäden an einzelnen Getrieberädern zu erkennen. Kritische Drehschwingungsresonanzen können aufgedeckt werden. Die Drehzahl des Rotors kann bestimmt werden durch die Bestimmung der Periodenfrequenz der erfassten Schwingung des Schwingungssensors. Durch die Auflösung einer einzelnen Periode der Schwingung die vom Schwingungssensor erfasst worden ist, können auch Positionen einzelner Rotorblätter genauer innerhalb einer Umdrehung erfasst werden. Dies kann, wie bereits erläutert worden ist, z.B. für eine positionsgenaue Pitchverstellung der Rotorblätter eingesetzt werden. As already explained, these are exemplary parameters which can be determined by a monitoring device according to the invention. The determination is carried out in particular completely or at least partially in the evaluation device. The gear meshing frequencies of the transmission may be used to determine the gear life or to detect any damage to individual gears. Critical torsional vibration resonances can be revealed. The rotational speed of the rotor can be determined by determining the period frequency of the detected vibration of the vibration sensor. By the resolution of a single period of the vibration that has been detected by the vibration sensor, also positions of individual rotor blades can be detected more accurately within one revolution. This can, as has already been explained, e.g. be used for a positionally accurate pitch adjustment of the rotor blades.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Überwachungsvorrichtung für die Schadensüberwachung, insbesondere für die Schwingungsüberwachung, an einer Windturbine. Diese Überwachungsvorrichtung weist zumindest einen Schwingungssensor zur Erfassung von Schwingungen eines Bauteils in wenigstens einer Richtung und eine Auswertvorrichtung für die Auswertung der erfassten Schwingungen auf. Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der zumindest eine Schwingungssensor ausgebildet ist für die Befestigung an der Nabe der Windturbine. Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung diese ausgebildet ist für eine Verwendung in einer Windturbine mit den Merkmalen gemäß der vorliegenden Erfindung. Dementsprechend bringt eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Windturbine erläutert worden sind. A further subject of the present invention is a monitoring device for damage monitoring, in particular for vibration monitoring, on a wind turbine. This monitoring device has at least one vibration sensor for detecting vibrations of a component in at least one direction and an evaluation device for the evaluation of the detected vibrations. The monitoring device according to the invention is characterized in that the at least one vibration sensor is designed for attachment to the hub of the wind turbine. It is also advantageous if in a monitoring device according to the invention this is designed for use in a wind turbine with the features according to the present invention. Accordingly, a monitoring device according to the invention brings the same advantages as have been explained in detail with reference to a wind turbine according to the invention.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für die Schadensüberwachung einer Windturbine durch eine Überwachungsvorrichtung mit zumindest einem an einer Nabe der Windturbine angeordneten Schwingungssensor. Dieser Schwingungssensor ist zur Erfassung von Schwingungen der Nabe in wenigstens einer Richtung ausgebildet. Weiter ist eine Likewise provided by the present invention is a method for damage monitoring of a wind turbine by a monitoring device having at least one vibration sensor arranged on a hub of the wind turbine. This vibration sensor is designed to detect vibrations of the hub in at least one direction. Next is one

Auswertvorrichtung für die Auswertung der erfassten Schwingungen vorgesehen. Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

– Erfassen der Schwingungen der Nabe,
– Auswerten der erfassten Schwingungen hinsichtlich einzelner Frequenzen,
– Zuordnen der einzelnen Frequenzen zu einzelnen Bauteilen der Windturbine.

Evaluation device provided for the evaluation of the detected vibrations. The method according to the invention comprises the following steps:

Detecting the vibrations of the hub,
- evaluating the detected vibrations with respect to individual frequencies,
- Assigning the individual frequencies to individual components of the wind turbine.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch den Schwingungssensor eine Schwingung erfasst. Die erfasste Schwingung ist hinsichtlich der Amplitude, der Frequenz und weiterer Parameter eine Überlagerung unterschiedlichster Schwingungen, welche an dem Ort des Schwingungssensors wahrgenommen werden können. Dies sind z.B. die Schwingungen der Nabe selbst, die Schwingung einzelner Rotorblätter, die Schwingungen der Eingangswelle des Getriebes, sowie die Schwingung einzelner Getriebezahnräder des Getriebes. Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren wird eine Analyse dieser erfassten Schwingungen dahingehend durchgeführt, dass eine Frequenzanalyse entsteht bzw. einzelne Frequenzbänder einzelnen Bauteilen der Windturbine zugeordnet werden können. Dies kann z.B. durch eine so genannte Fingerprintanalyse ausgebildet werden. So ist beispielsweise vorhersagbar, in welchen Bereichen der erfassten Schwingungen eine Zahneingriffsfrequenz des Getriebes zu erwarten ist. Wird nun die erfasste Schwingung durch den Schwingungssensor mit Hilfe der Auswertvorrichtung im Bereich dieses Frequenzbandes ausgewertet, so kann eine Zuordnung der dort bestimmten Amplitude dieser einzelnen Frequenzen zu den Zahneingriffen des Getriebes durchgeführt werden. Insbesondere werden also einzelne Frequenzen bzw. einzelne Frequenzbänder bei einer solchen Frequenzanalyse einzelnen Bauteilen der Windturbine zugeordnet. In a method according to the invention, a vibration is detected by the vibration sensor. The detected vibration is in terms of amplitude, frequency and other parameters, a superposition of different vibrations, which can be perceived at the location of the vibration sensor. These are e.g. the vibrations of the hub itself, the vibration of individual rotor blades, the vibrations of the input shaft of the transmission, as well as the vibration of individual transmission gears of the transmission. By means of a method according to the invention, an analysis of these detected oscillations is carried out in such a way that a frequency analysis results or individual frequency bands can be assigned to individual components of the wind turbine. This can e.g. be formed by a so-called fingerprint analysis. Thus, for example, it is predictable in which areas of the detected vibrations a meshing frequency of the transmission is to be expected. If the detected oscillation is then evaluated by the vibration sensor with the aid of the evaluation device in the region of this frequency band, an assignment of the amplitude of these individual frequencies determined there to the tooth engagements of the transmission can be carried out. In particular, individual frequencies or individual frequency bands are thus assigned to individual components of the wind turbine in such a frequency analysis.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann dahingehend weitergebildet sein, dass die zugeordneten einzelnen Frequenzen mit bauteilspezifischen vordefinierten Werten verglichen werden. Dies ermöglicht z.B. die Bestimmung und den Vergleich der Lastsituation in quantitativer Weise. So werden insbesondere vordefinierte Amplituden mit gemessenen Amplituden einzelner Frequenzen oder Frequenzbänder verglichen. Zum Beispiel kann ein Rückschluss auf eine Überlastungssituation hinsichtlich zusätzlicher Zahneingriffsfrequenzen des Getriebes durchgeführt werden. A method according to the invention can be developed such that the assigned individual frequencies are compared with component-specific predefined values. This allows, for example, the determination and comparison of the load situation in a quantitative manner. In particular, predefined amplitudes are compared with measured amplitudes of individual frequencies or frequency bands. For example, a conclusion can be drawn on an overload situation with regard to additional tooth engagement frequencies of the transmission.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann dahingehend weitergebildet sein, dass die Schwingungen der Nabe als sinusartige Schwingung erfasst und eine Periode der sinusartigen Schwingung mit einer Umdrehung des Rotors im Zeitbereich hoch aufgelöst ausgewertet wird. Insbesondere wenn nur ein einzelner Schwingungssensor vorgesehen ist, wird dieser bei einem Umlauf der Nabe um 360° eine sinusförmige Schwingung wahrnehmen. Trotz der Überlagerung unterschiedlichster Frequenzen wird sich eine im Wesentlichen sinusartige Schwingung ausbilden, so dass eindeutig eine Periode hinsichtlich der erfassten Rotation der Nabe am Schwingungssensor wahrgenommen werden kann. Die Länge dieser Periode entspricht einem Umlauf des Schwingungssensors. Da ein Umlauf des Schwingungssensors auch einem Umlauf der Nabe entspricht, ist darauf rückzuschließen, dass diese Zeit auch einem Umlauf eines bzw. aller Rotorblätter entspricht. Damit kann eine einfache, hoch aufgelöste und kostengünstige Bestimmung der Drehzahl durchgeführt werden. Da eine sinusartige Schwingung sich hinsichtlich der Vertikalachse, also der Amplitude in Y-Richtung in einem X-Y-Diagramm, genauer spezifizieren lässt, kann auch eine genaue Positionsbestimmung des Schwingungssensors im Verlauf einer Sinusperiode durchgeführt werden. Damit kann eine genaue Positionsbestimmung hinsichtlich einer 360° Umdrehung des Schwingungssensors und dementsprechend ein Rückschluss auf die tatsächliche Realposition einzelner Rotorblätter erfolgen. Hierfür muss ausschließlich die Relativposition zwischen dem einzelnen Rotorblatt und dem Schwingungssensor einmalig referenziert sein. Damit ist, ohne zusätzlichen Einbau, ausschließlich durch eine verbesserte Auswertung der erfassten Schwingungen, eine hohe Auflösung hinsichtlich der Positionsbestimmung der Rotorblätter möglich. A method according to the invention can be developed such that the vibrations of the hub are detected as a sinusoidal oscillation and a period of the sinusoidal oscillation with a revolution of the rotor in the time domain is evaluated in a highly resolved manner. In particular, if only a single vibration sensor is provided, it will perceive a sinusoidal oscillation when the hub rotates through 360 °. Despite the superposition of different frequencies, a substantially sinusoidal oscillation will form, so that clearly one period can be perceived with regard to the detected rotation of the hub on the vibration sensor. The length of this period corresponds to one revolution of the vibration sensor. Since a circulation of the vibration sensor also corresponds to a circulation of the hub, it can be concluded that this time corresponds to a circulation of one or all rotor blades. Thus, a simple, high-resolution and cost-effective determination of the speed can be performed. Since a sinusoidal oscillation can be specified more precisely with regard to the vertical axis, that is to say the amplitude in the Y direction in an X-Y diagram, an exact position determination of the oscillation sensor can also be carried out in the course of a sine period. This allows a precise position determination with respect to a 360 ° rotation of the vibration sensor and accordingly a conclusion on the actual real position of individual rotor blades. For this purpose, only the relative position between the individual rotor blade and the vibration sensor must be referenced once. This is, without additional installation, only by an improved evaluation of the detected vibrations, a high resolution in terms of the position determination of the rotor blades possible.

Erfindungsgemäß kann es weiter von Vorteil sein, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Auswertung der zugeordneten erfassten Frequenzen mit Bezug auf wenigstens eine der folgenden weiteren Benutzungen erfolgt:

– Überwachung der dynamischen Lastsituation der Windturbine,
– Überwachung der Restlebensdauer wenigstens eines Bauteils der Windturbine,
– Erkennen von aufgetretenen Schäden an wenigstens einem Bauteil der Windturbine.

According to the invention, it may also be advantageous if, in the method according to the invention, an evaluation of the assigned detected frequencies takes place with reference to at least one of the following further uses:

- monitoring the dynamic load situation of the wind turbine,
Monitoring the remaining service life of at least one component of the wind turbine,
- Detecting damage occurred on at least one component of the wind turbine.

Wie bereits weiter oben erläutert, handelt es sich hier um drei Beispiele, wie eine Auswertung der erfassten und zugeordneten Frequenzen durchgeführt werden kann. Bei der Lastsituation kann ein gefährdetes Bauteil erkannt werden, so dass die Gefährdung z.B. durch ein erneutes Auswuchten minimiert werden kann. Hinsichtlich der Überwachung der Restlebensdauer kann sowohl ein Anheben als auch ein Absenken der vorher ermittelten konstruktiven Restlebensdauer erfolgen. Dies hängt von der realbestimmten Lastsituation und dem Vergleich mit der Lastsituation ab, welche für die Konstruktion angesetzt worden ist. Hinsichtlich der Schadenserkennung kann z.B. eine vorgezogene Wartung oder aber auch eine Notabschaltung der Windturbine erfolgen. Dabei können auch Seitenbänder einzelner Frequenzen betrachtet werden. Vorzugsweise ist es auch möglich, dass bei dem Wissen über einzelne Resonanzfrequenzen einzelner Bauteile der Windturbine diese gesondert überwacht und durch eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung rechtzeitig erkannt werden, so dass einer Resonanzschwingung bzw. einem Aufschaukeln einzelner Frequenzen durch gezielte Gegenmaßnahmen entgegengewirkt werden kann. As already explained above, these are three examples of how an evaluation of the detected and assigned frequencies can be carried out. In the load situation, an endangered component can be detected, so that the hazard is e.g. can be minimized by re-balancing. With regard to the monitoring of the remaining service life, both a lifting and a lowering of the previously determined constructive residual service life can take place. This depends on the real determined load situation and the comparison with the load situation, which has been set for the construction. With regard to damage detection, e.g. an early maintenance or even an emergency shutdown of the wind turbine done. In this case, sidebands of individual frequencies can also be considered. Preferably, it is also possible that in the knowledge of individual resonant frequencies of individual components of the wind turbine these are monitored separately and detected by a monitoring device according to the invention in time, so that a resonance oscillation or a rocking of individual frequencies can be counteracted by targeted countermeasures.

Die vorliegende Erfindung wird näher erläutert anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren. Die dabei verwendeten Begrifflichkeiten „links“, „rechts“, „oben“ und „unten“ beziehen sich auf eine Ausrichtung der Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Bezugszeichen. Es zeigen schematisch. The present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawing figures. The terms "left", "right", "top" and "bottom" used herein refer to an alignment of the drawing figures with normally readable reference numerals. It show schematically.

1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Windturbine, 1 an embodiment of a wind turbine according to the invention,

2 die Gondel einer erfindungsgemäßen Windturbine, 2 the nacelle of a wind turbine according to the invention,

3 eine Darstellung der Anordnung des Schwingungssensors und 3 a representation of the arrangement of the vibration sensor and

4 eine Darstellung einer Auswertmöglichkeit der erfassten Schwingungen. 4 a representation of an evaluation option of the detected vibrations.

In 1 ist grundsätzlich eine Möglichkeit einer erfindungsgemäßen Windturbine 10 dargestellt. Diese weist eine Gondel auf, die auf einem Turm befestigt ist, in welchem die einzelnen Bauteile angeordnet sind. Zu erkennen sind drei Rotorblätter 32, die gemeinsam einen Rotor 30 bilden. Die drei Rotorblätter 32 sind mit ihrer Blattwurzel 33 an einer Nabe 40 in kraftübertragender und drehmomentübertragender Weise angeordnet. Die Nabe 40 dreht sich also angetrieben von dem Rotor 30 um die eigene Drehachse. In 1 is basically a possibility of a wind turbine according to the invention 10 shown. This has a nacelle, which is mounted on a tower, in which the individual components are arranged. You can see three rotor blades 32 , who share a rotor 30 form. The three rotor blades 32 are with their leaf root 33 at a hub 40 in power transmitting and torque transmitting Arranged way. The hub 40 thus rotates driven by the rotor 30 around its own axis of rotation.

In 2 ist im Teilschnitt eine Gondel einer Windturbine 10 dargestellt. Auch hier ist wieder eine Nabe 40 vorgesehen, an welcher drei Rotorblätter 32 angelenkt werden können. Weiter ist ein Getriebe 20 vorgesehen, welches eine Rotation an einen Generator 70 weitergeben kann. Die Eingangswelle 22 des Getriebes 20 verbindet das Getriebe 20 mit der Nabe 40, so dass die Rotation des Rotors 30 an das Getriebe 20 weitergegeben werden kann. An der Nabe 40 ist nun in erfindungsgemäßer Weise eine Überwachungsvorrichtung 50 angeordnet. Diese weist einen Schwingungssensor 52 auf, welcher im äußersten Drittel kurz hinter dem Nabenflansch zur Anlenkung des Rotorblattes 32 angeordnet ist. Weiter ist eine Auswertvorrichtung 54 vorgesehen, welche mit dem Schwingungssensor 52 vorzugsweise über ein Kabel in signalkommunizierender Weise verbunden ist. Ebenfalls zu erkennen ist eine mitrotierende Versorgungsleitung 60, die z.B. als Abzweigung einer Versorgungsleitung zur Verstellung des Anstellwinkels der einzelnen Rotorblätter 32 ausgebildet sein kann. In 2 is in partial section a nacelle of a wind turbine 10 shown. Again, there is a hub 40 provided on which three rotor blades 32 can be articulated. Next is a gearbox 20 provided, which is a rotation to a generator 70 can pass on. The input shaft 22 of the transmission 20 connects the transmission 20 with the hub 40 , so that the rotation of the rotor 30 to the gearbox 20 can be passed on. At the hub 40 is now in accordance with the invention a monitoring device 50 arranged. This has a vibration sensor 52 on, which in the outermost third just behind the hub flange for articulation of the rotor blade 32 is arranged. Next is an evaluation device 54 provided, which with the vibration sensor 52 preferably connected via a cable in a signal-communicating manner. Also visible is a co-rotating supply line 60 , for example, as a branch of a supply line for adjusting the angle of attack of the individual rotor blades 32 can be trained.

In 3 ist nochmals schematisch dargestellt, wie eine Situation in einer erfindungsgemäßen Windturbine 10 aussehen kann. So ist ein Generator 70 vorgesehen, welcher über eine Welle mit dem Getriebe 20 in Verbindung steht. Das Getriebe 20 wiederum weist eine Eingangswelle 22 auf, welche in drehmomentübertragender Weise mit der Nabe 40 verbunden ist. Wird die Nabe 40 also durch den Rotor 30 angetrieben, so rotiert die Eingangswelle 22 mit und gibt dieses Drehmoment an das Getriebe 20 und über dieses an den Generator 70 weiter. Die Eingangswelle 22 ist hierfür im Hauptlager 80 gelagert. In 3 is again shown schematically as a situation in a wind turbine according to the invention 10 can look like. So is a generator 70 provided, which via a shaft with the gearbox 20 communicates. The gear 20 in turn has an input shaft 22 on, which in a torque-transmitting manner with the hub 40 connected is. Will the hub 40 so by the rotor 30 driven, the input shaft rotates 22 with and gives this torque to the transmission 20 and about this to the generator 70 further. The input shaft 22 is in the main warehouse 80 stored.

Wie ebenfalls in der 3 zu erkennen ist, ist eine Überwachungsvorrichtung 50 mit einem Schwingungssensor 52 vorgesehen. Der Schwingungssensor 52 ist außermittig, also beabstandet von der Drehachse der Nabe 40 bzw. von der Drehachse der Eingangswelle 22, angeordnet. Vorzugsweise ist ein solcher Schwingungssensor 52 als kapazitiver Schwingungssensor oder Beschleunigungssensor ausgebildet. Like also in the 3 is to be seen, is a monitoring device 50 with a vibration sensor 52 intended. The vibration sensor 52 is off-center, so spaced from the axis of rotation of the hub 40 or from the axis of rotation of the input shaft 22 arranged. Preferably, such a vibration sensor 52 designed as a capacitive vibration sensor or acceleration sensor.

In 4 ist eine Möglichkeit der Auswertung dargestellt, wie sie bei einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung durchgeführt werden kann. Unter a) ist das direkte Ergebnis der Erfassung der Schwingungen zu erkennen. So ist dort eine im Wesentlichen sinusförmige Schwingung zu erkennen, die eine einzelne Drehperiode als Rotordrehperiode darstellt. Die Schwingung ist eine Überlagerung einer Vielzahl einzelner Frequenzen, welche in größter Ausprägung die sinusartige Schwingung mit Bezug auf eine Umdrehung des Schwingungssensors 52 darstellt. Wird eine einzelne Rotordrehperiode einer Frequenzanalyse unterzogen, welche z.B. in der Auswertvorrichtung 54 durchgeführt werden kann, so erhält man die Darstellung die sie z.B. die unter Ziffer b) der 4 zu erkennen ist. Die Frequenzanalyse zeigt unterschiedlichste Frequenzen bzw. Frequenzbänder mit unterschiedlichen Amplituden, auf welche mit Pfeilen hingewiesen ist. Hinsichtlich der einzelnen Frequenz kann eine Zuordnung zu spezifischen Bauteilen, z.B. zu den Zahneingriffsfrequenzen der Zahneingriffe eines Getriebes 20 erfolgen. Die Amplitude der entsprechenden Frequenz kann mit vordefinierten Werten verglichen werden, so dass eine Aussage über die quantitative Belastung der einzelnen Bauteile durch diese Zuordnung erfolgen kann. Damit kann eine Lastüberwachung, eine Schadensüberwachung aber auch eine Restlebensdauerüberwachung der einzelnen Bauteile, wie auch der gesamten Windturbine 10 erfolgen. In 4 a possibility of evaluation is shown, as it can be performed in a monitoring device according to the invention. Under a) the direct result of the detection of the vibrations can be seen. Thus, there is seen a substantially sinusoidal vibration representing a single rotation period as a rotor rotation period. The oscillation is a superimposition of a multiplicity of individual frequencies, which to a great extent is the sinusoidal oscillation with respect to one revolution of the oscillation sensor 52 represents. If a single rotor rotation period subjected to a frequency analysis, which eg in the evaluation device 54 can be carried out, so you get the representation that they eg the under b) the 4 can be seen. The frequency analysis shows different frequencies or frequency bands with different amplitudes, which are indicated by arrows. With regard to the individual frequency can be assigned to specific components, for example, to the tooth meshing frequencies of the meshing of a transmission 20 respectively. The amplitude of the corresponding frequency can be compared with predefined values, so that a statement about the quantitative load of the individual components can be made by this assignment. This can be a load monitoring, damage monitoring but also a residual life monitoring of the individual components, as well as the entire wind turbine 10 respectively.

Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsbeispiele erläutert die vorliegende Erfindung nur im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. The above explanation of the embodiments explains the present invention only in the context of examples. Of course, individual features of the embodiments, if technically feasible, can be combined freely with one another, without departing from the scope of the present invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10: Windturbine wind turbine
20 20: Getriebe transmission
22 22: Eingangswelle input shaft
30 30: Rotor rotor
32 32: Rotorblatt rotor blade
33 33: Blattwurzel blade root
40 40: Nabe hub
50 50: Überwachungsvorrichtung monitoring device
52 52: Schwingungssensor vibration sensor
54 54: Auswertevorrichtung evaluation
60 60: Versorgungsleitung supply line
70 70: Generator generator
80 80: Hauptlager main bearing

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2306006 A2 [0002]

Claims

Wind turbine ( 10 ) with a transmission ( 20 ) and a rotor ( 30 ), whereby the transmission ( 20 ) an input shaft ( 22 ), which via a hub ( 40 ) with rotor blades ( 32 ) of the rotor ( 30 ), characterized in that at the hub ( 40 ) a monitoring device ( 50 ) for damage monitoring, in particular for vibration monitoring, the wind turbine ( 10 ) is arranged, the at least one vibration sensor ( 52 ) for detecting vibrations of the hub ( 40 ) in at least one direction and an evaluation device ( 54 ) for the evaluation of the detected vibrations.

Wind turbine ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the vibration sensor ( 52 ) and at the hub ( 40 ) is arranged to control the vibrations of the hub ( 40 ) detected at least in the tangential direction.

Wind turbine ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation device ( 54 ) is formed at least one preprocessing of the detected vibrations of the hub ( 40 ) and in particular has an analog-to-digital converter for this purpose.

Wind turbine ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the vibration sensor ( 52 ) relative to the axis of rotation of the hub ( 40 ) in the outer third of the hub ( 40 ), especially in the area or at the leaf root ( 33 ) one of the rotor blades ( 32 ) is arranged.

Wind turbine ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one vibration sensor ( 52 ) and at the hub ( 40 ) is arranged to control the vibrations of the hub ( 40 ) detected in at least two directions.

Wind turbine ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a supply line ( 60 ) for the monitoring device ( 50 ) is provided, which with the hub ( 40 ) and the monitoring device ( 50 ) with current, in particular by an angular adjustment of the rotor blades ( 30 ), provided.

Wind turbine ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring device ( 50 ) is designed for the determination of at least one of the following parameters: - tooth engagement frequencies of the transmission ( 20 ) - speed of the rotor ( 30 ) - Position of the individual rotor blades ( 32 ) - torsional vibration resonances

Monitoring device ( 50 ) for damage monitoring, in particular for vibration monitoring, on a wind turbine ( 10 ), comprising at least one vibration sensor ( 52 ) for detecting vibrations of a component in at least one direction and an evaluation device ( 54 ) for the evaluation of the detected vibrations, characterized in that the at least one vibration sensor ( 52 ) is adapted for attachment to the hub ( 40 ) of the wind turbine ( 10 ).

Monitoring device ( 50 ) according to claim 8, characterized in that it is designed for use in a wind turbine ( 10 ) having the features of one of claims 1 to 7.

Method for damage monitoring of a wind turbine ( 10 ) by a monitoring device ( 50 ) with at least one on a hub ( 40 ) of the wind turbine ( 10 ) arranged vibration sensor ( 52 ) for detecting vibrations of the hub ( 40 ) in at least one direction and an evaluation device ( 54 ) for the evaluation of the detected vibrations, comprising the following steps: - detecting the vibrations of the hub ( 40 ), - evaluating the detected vibrations with regard to individual frequencies, - assigning the individual frequencies to individual components of the wind turbine ( 10 ).

A method according to claim 10, characterized in that the associated individual frequencies are compared with component-specific predefined values.

Method according to one of claims 10 or 11, characterized in that the vibration of the hub ( 40 ) is detected as a sinusoidal oscillation and a period of the sinusoidal oscillation with one revolution of the rotor ( 30 ) is equated.

Method according to one of claims 10 to 12, characterized in that an evaluation of the associated detected frequencies with respect to at least one of the following uses: - Monitoring the dynamic load situation of the wind turbine ( 10 ), - Monitoring of the remaining service life of at least one component of the wind turbine ( 10 ), - detecting damage that has occurred on at least one component of the wind turbine ( 10 ).