DE102014224054A1 - Method and device for monitoring a wind energy plant - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Überwachen einer Windenergieanlage (100) vorgestellt, wobei die Windenergieanlage (100) zumindest einen Rotor (106) mit zumindest zwei Rotorblättern (108a, 108b, 108c) sowie zumindest einen Beschleunigungssensor (112), zum Bereitstellen eines Beschleunigungsverlaufs (118) aufweist. Das Verfahren umfasst zumindest einen Schritt des Einlesens des Beschleunigungsverlaufs (118), der eine Turmkopfbeschleunigung der Windenergieanlage (100) über die Zeit repräsentiert, sowie einen Schritt des Ermittelns einer eine Unwucht der Windenergieanlage (100) repräsentierenden Unwuchtinformation (120) unter Verwendung des Beschleunigungsverlaufs (118), um die Windenergieanlage (100) zu überwachen.The invention relates to a method for monitoring a wind energy plant (100), wherein the wind energy plant (100) has at least one rotor (106) with at least two rotor blades (108a, 108b, 108c) and at least one acceleration sensor (112) for providing an acceleration course (118 ) having. The method comprises at least one step of reading in the acceleration profile (118), which represents a tower head acceleration of the wind energy plant (100) over time, and a step of determining an imbalance information (120) representing an imbalance of the wind energy plant (100) using the acceleration profile (FIG. 118) to monitor the wind turbine (100).
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwachen einer Windenergieanlage, eine entsprechende Vorrichtung zum Überwachen einer Windenergieanlage, eine Windenergieanlage sowie ein entsprechendes Computerprogramm. The present invention relates to a method for monitoring a wind turbine, a corresponding device for monitoring a wind turbine, a wind turbine and a corresponding computer program.
Die Turmkopfhöhe von modernen Windkraftanlagen ist über die letzten Jahre stark angewachsen und erreicht heute Höhen von deutlich über 100 Metern. Windkraftanlagen werden dadurch schwingungsfreudiger. Um eine Schwingungsanregung und die damit einhergehende Schädigung von Triebstrang, Gondel- und Turmstruktur durch eine Massenunwucht des Rotors zu vermeiden, werden die einzelnen Rotorblätter nach der Fertigung gewogen und ihr Schwerpunkt bestimmt. Anschließend werden Rotorblattsätze von je drei Blättern zusammengestellt, die möglichst ähnliche Massen und Schwerpunktlagen aufweisen. The tower head height of modern wind turbines has grown significantly over the last few years and today reaches heights of well over 100 meters. Wind turbines become more vibratory. In order to avoid vibration excitation and the associated damage to the drive train, nacelle and tower structure by mass imbalance of the rotor, the individual rotor blades are weighed after manufacture and determined their focus. Then rotor blade sets are assembled by three leaves, which have as similar masses and center of gravity.
Teilweise wird nach dem Aufbau einer Windkraftanlage der Rotor gewuchtet. Dazu werden Testmassen an den Rotorblättern angebracht und mittels Beschleunigungssensoren die Schwingung des Turmkopfes vermessen. Durch dieses Verfahren kann die Massenunwucht festgestellt werden. Anschließend werden die Blätter getrimmt, in dem in ihnen Ausgleichsmassen angebracht werden, welche die Massenunwucht eliminieren. In part, after the construction of a wind turbine, the rotor is balanced. For this test masses are attached to the rotor blades and measured by means of acceleration sensors, the vibration of the tower head. By this method, the mass imbalance can be detected. Subsequently, the leaves are trimmed, in which they are fitted with leveling compounds which eliminate mass imbalance.
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Überwachen einer Windenergieanlage, eine entsprechende Vorrichtung, die dieses Verfahren nutzt, eine Windenergieanlage sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Against this background, with the approach presented here, a method for monitoring a wind turbine, a corresponding device that uses this method, a wind turbine and finally a corresponding computer program according to the main claims are presented. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.
Dem vorgestellten Ansatz liegt die Erkenntnis zugrunde, dass aus einem Beschleunigungsverlauf des Rotors, der Rotornabe oder der Gondel einer Windenergieanlage eine Information über eine Unwucht des Rotors gewonnen werden kann. Zusätzliche Signale können optional das Verfahren robuster gestalten. The presented approach is based on the knowledge that an information about an imbalance of the rotor can be obtained from an acceleration course of the rotor, the rotor hub or the nacelle of a wind turbine. Additional signals can optionally make the process more robust.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zum Überwachen einer Windenergieanlage, die einen Rotor mit zumindest zwei Rotorblättern sowie zumindest einen Beschleunigungssensor zum Bereitstellen eines Beschleunigungsverlauf aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: The approach presented here provides a method for monitoring a wind energy plant which has a rotor with at least two rotor blades and at least one acceleration sensor for providing an acceleration profile, the method having the following steps:
Einlesen des Beschleunigungsverlaufs, der eine Turmkopfbeschleunigung der Windenergieanlage über die Zeit repräsentiert; und Reading the acceleration curve, which represents a tower head acceleration of the wind turbine over time; and
Ermitteln einer eine Unwucht der Windenergieanlage repräsentierenden Unwuchtinformation unter Verwendung des Beschleunigungsverlaufs, um die Windenergieanlage zu überwachen. Determining an imbalance information representing an imbalance of the wind turbine using the acceleration curve to monitor the wind turbine.
Unter einer Windenergieanlage kann eine Windkraftanlage beziehungsweise eine Windturbine verstanden werden. Dabei wird ein Rotor der Windenergieanlage durch Wind oder Windenergie in Rotation versetzt und mit dem Rotor ein elektrischer Generator angetrieben. Der Rotor kann zumindest zwei Rotorblätter, insbesondere drei Rotorblätter aufweisen. Der Beschleunigungssensor, beispielsweise im Bereich einer Rotornabe der Windenergieanlage angeordnet, kann eine seitliche Turmkopfbeschleunigung oder eine seitliche Turmkopfschwingung erfassen und ein entsprechendes Beschleunigungssignal als Beschleunigungsverlauf bereitstellen. Der Beschleunigungsverlauf kann eine Turmkopfbeschleunigung der Windenergieanlage über die Zeit oder eine Turmkopfbeschleunigung der Windenergieanlage über eine Drehposition des Rotors repräsentieren. Aus dem Beschleunigungssignal des Beschleunigungssensors kann eine Drehposition des Rotors bestimmt werden. Die Unwucht kann eine Hauptträgheitsachse des Rotors charakterisieren, die nicht einer Rotationsachse des Rotors entspricht. Eine Unwucht des Rotors kann zu Vibrationen und erhöhtem Verschleiß an der Windenergieanlage führen. Die Unwuchtinformation kann unter Verwendung einer Verarbeitungsvorschrift ermittelt werden, die einen mathematischen Algorithmus umfassen oder beschreiben kann. A wind turbine can be understood as meaning a wind turbine or a wind turbine. In this case, a rotor of the wind turbine is rotated by wind or wind energy in rotation and driven with the rotor, an electric generator. The rotor may have at least two rotor blades, in particular three rotor blades. The acceleration sensor, for example, arranged in the region of a rotor hub of the wind turbine, can detect a lateral tower head acceleration or a lateral tower head vibration and provide a corresponding acceleration signal as the acceleration curve. The acceleration profile may represent a tower head acceleration of the wind turbine over time or a tower head acceleration of the wind turbine over a rotational position of the rotor. From the acceleration signal of the acceleration sensor, a rotational position of the rotor can be determined. The imbalance may characterize a principal axis of inertia of the rotor which does not correspond to a rotational axis of the rotor. An imbalance of the rotor can lead to vibrations and increased wear on the wind turbine. The imbalance information may be determined using a processing rule that may include or describe a mathematical algorithm.
Der Beschleunigungsverlauf kann ein Signal eines 2D-Beschleunigungssensors repräsentieren. Alternativ kann der Beschleunigungsverlauf ein Signal eines 3D-Beschleunigungssensors repräsentieren. Ferner kann der Beschleunigungsverlauf ein Signal eines in der Rotornabe angeordneten Sensors repräsentieren. Bei dem in der Rotornabe angeordneten Sensor kann es sich beispielsweise um einen 2D-Beschleunigungssensor oder einen 3D-Beschleunigungssensor handeln. The acceleration curve may represent a signal of a 2D acceleration sensor. Alternatively, the acceleration curve may represent a signal of a 3D acceleration sensor. Furthermore, the acceleration curve can represent a signal of a sensor arranged in the rotor hub. The sensor arranged in the rotor hub can be, for example, a 2D acceleration sensor or a 3D acceleration sensor.
Somit kann im Schritt des Einlesens der Beschleunigungsverlauf über eine Schnittstelle zu dem in der Rotornabe angeordneten Sensor eingelesen werden. Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Ermittelns eine laterale Schwingung an der Rotornabe sowie eine Drehposition des Rotors aus dem Beschleunigungsverlauf bestimmt werden. Die Unwuchtinformation kann dann unter Verwendung der lateralen Schwingung an der Rotornabe und der Drehposition des Rotors ermittelt werden. Die Drehposition kann dabei unter Verwendung einer bekannten Wirkrichtung der Schwerkraft bestimmt werden. Somit können die zur Ermittlung der Unwucht erforderlichen Daten unter Verwendung eines einzigen in der Rotornabe angeordneten Beschleunigungssensor bestimmt werden. Thus, in the step of reading the acceleration curve can be read via an interface to the arranged in the rotor hub sensor. According to one embodiment, in the step of determining a lateral vibration on the rotor hub and a rotational position of the rotor can be determined from the acceleration curve. The unbalance information can then be determined using the lateral vibration on the rotor hub and the rotational position of the rotor. The rotational position can be determined using a known effective direction of gravity. Thus, the data required to determine the unbalance can be determined using a single accelerometer located in the rotor hub.
Im Schritt des Ermittelns kann ein dem Beschleunigungsverlauf zugeordneter Drehpositionsverlauf aus dem Beschleunigungsverlauf bestimmt werden. So kann der Drehpositionsverlauf unter Verwendung des Beschleunigungsverlaufs bestimmt werden. Im Schritt des Ermittelns kann die Unwuchtinformation unter Verwendung des Drehpositionsverlaufs ermittelt werden. Der Drehpositionsverlauf kann dabei eine Drehposition des Rotors der Windenergieanlage über die Zeit repräsentieren. Vorteilhaft kann ein Sensor die für das Verfahren notwendige und sinnvolle Information bereitstellen. So kann das Verfahren besonders kostengünstig umgesetzt werden. In the step of determining, a rotational position course associated with the acceleration profile can be determined from the acceleration course. Thus, the rotational position course can be determined by using the acceleration waveform. In the step of determining the unbalance information can be determined using the rotational position history. The rotational position course can represent a rotational position of the rotor of the wind turbine over time. Advantageously, a sensor can provide the necessary and useful information for the method. Thus, the process can be implemented particularly inexpensively.
Im Schritt des Einlesens kann ein dem Beschleunigungsverlauf zugeordneter Drehpositionsverlauf eingelesen werden. So kann im Schritt des Ermittelns die Unwuchtinformation unter Verwendung des Drehpositionsverlaufs ermittelt werden. Dabei kann der Drehpositionsverlauf eine Drehposition des Rotors der Windenergieanlage über die Zeit repräsentieren. So kann ein Beschleunigungsverlauf über die Drehposition eingelesen werden und im Schritt des Ermittelns zum Ermitteln der Unwuchtinformation verwendet werden. Der Drehpositionsverlauf kann unter Verwendung des Beschleunigungssignals oder des Beschleunigungsverlaufs bestimmt werden. In the read-in step, a rotational position course assigned to the acceleration profile can be read in. Thus, in the step of determining the unbalance information can be determined using the rotational position history. In this case, the rotational position course can represent a rotational position of the rotor of the wind turbine over time. Thus, an acceleration profile can be read in via the rotational position and used in the step of determining to determine the imbalance information. The rotational position history may be determined using the acceleration signal or the acceleration waveform.
Ferner kann im Schritt des Ermittelns eine zum Ausgleichen der Unwucht geeignete Wuchtmasse je Rotorblatt unter Verwendung des Beschleunigungsverlaufs und/oder des Drehpositionsverlaufs als Unwuchtinformation ermittelt werden. Ergänzend oder alternativ kann im Schritt des Ermittelns eine zum Ausgleichen der Unwucht geeignete Position der Wuchtmasse je Rotorblatt unter Verwendung des Beschleunigungsverlaufs und/oder des Drehpositionsverlaufs als Unwuchtinformation ermittelt werden. Die ermittelte Wuchtmasse und die Position der ermittelten Wuchtmasse können für einen Ausgleich der Unwucht verwendet werden, sodass der Rotor danach keine Unwucht mehr aufweist. Furthermore, in the step of determining a balancing mass per rotor blade which is suitable for compensating for the imbalance, it is possible to determine the imbalance information using the acceleration curve and / or the rotational position profile. Additionally or alternatively, in the step of determining a suitable for balancing the imbalance position of the balancing mass per rotor blade can be determined using the acceleration curve and / or the rotational position curve as unbalance information. The determined balancing mass and the position of the determined balancing mass can be used to compensate for the unbalance, so that the rotor no longer has any imbalance.
Im Schritt des Einlesens kann eine Drehzahl des Rotors eingelesen werden. Eine Drehzahl des Rotors kann aus dem Beschleunigungsverlauf oder dem Drehpositionsverlauf bestimmt werden. Im Schritt des Ermittelns kann die Unwuchtinformation unter Verwendung der Drehzahl ermittelt werden. In the step of reading a speed of the rotor can be read. A rotational speed of the rotor can be determined from the acceleration course or the rotational position course. In the step of determining the unbalance information can be determined using the speed.
Das Verfahren zum Überwachen einer Windenergieanlage kann einen Schritt des Mittelns umfassen. Im Schritt des Mittelns kann die Unwuchtinformation über eine Vielzahl von Rotorumdrehungen gemittelt werden. So kann eine robustere Unwuchtinformation ermittelt werden. Alternativ kann eine Vielzahl von Beschleunigungsverläufen gemittelt werden und im Schritt des Ermittelns die Unwuchtinformation unter Verwendung der gemittelten Beschleunigungsverläufe ermittelt werden. The method of monitoring a wind turbine may include a step of averaging. In the step of averaging, the unbalance information may be averaged over a plurality of rotor revolutions. This allows more robust unbalance information to be determined. Alternatively, a plurality of acceleration curves can be averaged and, in the step of determining, the unbalance information can be determined using the averaged acceleration profiles.
In einem optionalen Schritt kann ein Warnsignal bereitgestellt werden, wenn die Unwuchtinformation einen vorabdefinierten Schwellwert übersteigt. Das Warnsignal kann bereitgestellt werden, wenn der Beschleunigungsverlauf einen Wert aufweist, der oberhalb eines vorabdefinierten Schwellwerts liegt. So kann ein Betreiber der Windenergieanlage gewarnt werden und eine Beseitigung einer mittelfristig oder langfristig für die Windenergieanlage schädlichen Unwucht veranlassen. In an optional step, a warning signal may be provided if the imbalance information exceeds a pre-defined threshold. The warning signal may be provided if the acceleration profile has a value which is above a predefined threshold value. Thus, an operator of the wind turbine can be warned and cause an elimination of a medium term or long term damaging the wind turbine unbalance.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zum Überwachen einer Windenergieanlage, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um die Schritte einer Ausführungsform eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen beziehungsweise umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsform der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. The present invention further provides an apparatus for monitoring a wind turbine, wherein the apparatus is configured to implement or implement the steps of an embodiment of a method presented here in corresponding devices. Also by this embodiment of the invention in the form of a device, the object underlying the invention can be solved quickly and efficiently.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. In the present case, a device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based embodiment, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device. However, it is also possible that the interfaces have their own, integrated circuits are or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
Die Vorrichtung kann zumindest einen 2D-Beschleunigungssensor oder einen 3D-Beschleunigungssensor zum Bereitstellen des Beschleunigungsverlaufs umfassen. In einer Ausführungsform kann der 2D-Beschleunigungssensor oder der 3D-Beschleunigungssensor in der Rotornabe angeordnet sein. So kann einfach ein passender Beschleunigungsverlauf bereitgestellt werden. Aus dem von dem Beschleunigungssensor bereitgestellten Signal kann die Drehposition des Rotors und damit die Beschleunigung des Turmkopfes rekonstruiert werden. Vorteilhaft liefert ein Sensor ein Sensorsignal, welches genutzt werden kann, um die Windenergieanlage zu überwachen. So kann besonders kostengünstig und effizient die Windenergieanlage überwacht werden. The device may comprise at least one 2D acceleration sensor or one 3D acceleration sensor for providing the acceleration profile. In an embodiment, the 2D acceleration sensor or the 3D acceleration sensor may be disposed in the rotor hub. So just a suitable acceleration curve can be provided. From the signal provided by the acceleration sensor, the rotational position of the rotor and thus the acceleration of the tower head can be reconstructed. Advantageously, a sensor provides a sensor signal which can be used to monitor the wind turbine. This makes it possible to monitor the wind turbine particularly cost-effectively and efficiently.
Es wird eine Windenergieanlage mit einem Turm, einer auf dem Turm angeordneten Gondel, einem an der Gondel angeordneten Rotor mit einer Mehrzahl Rotorblättern und mit einer Variante einer hier beschriebenen Vorrichtung zum Überwachen der Windenergieanlage vorgestellt. Dabei kann vorteilhaft die Vorrichtung in die Windenergieanlage integriert sein. Eine Windenergieanlage kann einen Rotor umfassen, der angetrieben durch auf den Rotor treffenden Wind in Bewegung gesetzt werden kann. Die Bewegungsenergie kann unter Verwendung eines Generators in elektrische Energie umgewandelt werden. Der Rotor kann um eine Rotorwelle rotieren und dabei einen Generator antreiben, um elektrische Energie zu erzeugen. A wind energy plant with a tower, a nacelle arranged on the tower, a rotor arranged on the nacelle with a plurality of rotor blades and with a variant of a device for monitoring the wind energy plant described here are presented. In this case, advantageously, the device can be integrated into the wind energy plant. A wind turbine may include a rotor which may be driven by wind impinging on the rotor. The kinetic energy can be converted into electrical energy using a generator. The rotor can rotate about a rotor shaft while driving a generator to generate electrical energy.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. A computer program product with program code which can be stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above if the program product is installed on a computer or a device is also of advantage is performed.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:
Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können. The same or similar elements may be provided in the following figures by the same or similar reference numerals. Furthermore, the figures of the drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. It is clear to a person skilled in the art that these features are also considered individually or that they can be combined to form further combinations not explicitly described here.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Beschleunigungssensor
Die Vorrichtung
Die Unwuchtinformation
In einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung
Es wird kontinuierlich die seitliche Turmkopfbeschleunigung y = x .., die Drehzahl ω und die Drehposition Ω des Rotors gemessen oder unter Verwendung des Beschleunigungsverlaufs
Die Masse und Schwerpunktlage der einzelnen Rotorblätter
- – Einlagerung von Wasser in die Rotorblätter
108 . - – Blatterosion beispielsweise durch Abtrag der äußeren Lackschicht durch Staubpartikel in der Luft.
- – Brocken von Klebstoffresten in zumindest einem der Rotorblätter
108 , die sich in der Blattspitze ansammeln. - – Eisansatz auf zumindest einem der Rotorblätter
108 . - – Reparaturarbeiten an zumindest einem der Rotorblätter
108 .
- - Storage of water in the rotor blades
108 , - - Blattering, for example, by removing the outer lacquer layer by dust particles in the air.
- - Brocken of adhesive residues in at least one of the rotor blades
108 , which accumulate in the leaf tip. - - Ice on at least one of the rotor blades
108 , - - Repair work on at least one of the rotor blades
108 ,
Die Vorrichtung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die kontinuierliche Auswertung der seitlichen Turmkopfbeschleunigung y = x .. und deren Auswertung auf Schwingungen, welche durch die Unwucht des drehenden Rotors
Eine Windenergieanlage
Die betrachtete Schwingung wird wie folgt modelliert:
Die Zentrifugalkraft F aus der Unwucht berechnet sich zu
The centrifugal force F from the imbalance is calculated to
Der horizontale Anteil Fx(t) führt zu einer Anregung der seitlichen Turmschwingung. Der vertikale Anteil Fy(t) regt im Prinzip Schwingungen des Turmes
Die Schwingung des Turmes
Im Laplacebereich ergibt sich
Die Messgröße y ist aber die Turmkopfbeschleunigung y = x ... Im Laplacebereich ergibt sich Y(s) = G(s)Fx(s) mit However, the measured variable y is the tower head acceleration y = x. In the Laplace range, Y (s) = G (s) F x (s) with
Für Betrag und Phase der Übertragungsfunktion G(s) in Abhängigkeit der Anregungsfrequenz ω ergibt sich durch Einsetzen von s = jω The magnitude and phase of the transfer function G (s) as a function of the excitation frequency ω are obtained by substituting s = jω
Die Unwucht wird ausgeglichen durch eine theoretische Wuchtmasse m und einen Radius oder eine Position r der Wuchtmasse m. Dies wird erzielt durch eine Wuchtmasse m1, m2, m3 je Rotorblatt
Die Vorrichtung
In einem Ausführungsbeispiel ist, wie in
In einem Ausführungsbeispiel ist die Schnittstelle
In einem Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung
In einem Ausführungsbeispiel ist die Schnittstelle
In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung
Ferner umfasst die Vorrichtung
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer Verarbeitungsvorschrift zum Ermitteln der Unwuchtinformation
Auf eine Aufzeichnung der Messwerte y, Ω und den dafür erforderlichen Speicherplatz kann verzichtet werden, wenn die Integrale online berechnet werden. Dabei wird die Einhaltung der Grenzen der Integrale sichergestellt. Die Koeffizienten c1, s1 werden für viele (beispielsweise 100) Rotorumdrehungen berechnet und anschließend gemittelt. It is not necessary to record the measured values y, Ω and the required memory space if the integrals are calculated online. This ensures compliance with the limits of integrals. The coefficients c 1 , s 1 are calculated for many (for example 100) rotor revolutions and then averaged.
Es lässt sich nun die Amplitude A und die Phase ϕ des Anteils der seitlichen Turmkopfbeschleunigung y = x .. berechnen, der durch die Unwucht angeregt wird. It is now possible to calculate the amplitude A and the phase φ of the proportion of the lateral tower head acceleration y = x .. which is excited by the imbalance.
Der drehfrequente Schwingungsanteil wird dann durch
Durch Einsetzen der Gleichungen von oben lässt sich bei bekannter Drehzahl ω des Rotors nun die Position γ und der Betrag mr der Unwucht bestimmen. By employing the equations from above, the position γ and the amount mr of the imbalance can now be determined at a known rotational speed ω of the rotor.
Anschließend kann für jedes Blatt die vorhandene Unwucht (mr)1, (mr)2, (mr)3 berechnet werden. Then the existing imbalance (mr) 1 , (mr) 2 , (mr) 3 can be calculated for each blade.
Die letzte Zeile erzwingt, dass die Summe aller Unwuchten Null ergibt. Dadurch haben die drei Werte sowohl negative als auch positive Vorzeichen. Da normalerweise an den Blättern keine Masse entfernt werden kann, berechnen sich die notwendigen Wuchtmassen wie folgt
offset = max((mr)1, (mr)2, (mr)3)
offset = max ((mr) 1 , (mr) 2 , (mr) 3 )
Welche Masse m1, m2, m3 montiert wird, hängt davon ab, in welchem Abstand r1, r2, r3 von der Rotationsachse diese angebracht wird. Which mass m 1 , m 2 , m 3 is mounted depends on the distance r 1 , r 2 , r 3 from the rotational axis of which it is mounted.
Die vorgeschlagene Verarbeitungsvorschrift kann kontinuierlich betrieben werden. Überschreitet die Unwucht des Rotors eine Warnschwelle, so wird dem Betreiber mitgeteilt, dass ein Wuchten des Rotors erforderlich ist. Gleichzeitig kann die erforderliche Wuchtmasse mit an den Betreiber gemeldet werden. Wird eine Fehlerschwelle überschritten, so kann die Anlage stillgesetzt werden, um Schäden am Triebstrang zu vermeiden. The proposed processing rule can be operated continuously. If the imbalance of the rotor exceeds a warning threshold, then the operator is informed that a balancing of the rotor is required. At the same time the required balancing mass can be reported to the operator. If an error threshold is exceeded, the system can be shut down to prevent damage to the drive train.
Die vorgeschlagene Verarbeitungsvorschrift nutzt in einem Ausführungsbeispiel als Messdaten die seitliche Turmkopfbeschleunigung y = x .. über die Zeit, die als Beschleunigungsverlauf
Die beschriebene Unwuchterkennung kann als rotorbasierte Funktion in ein Rotorüberwachungssystem integriert werden. The unbalance detection described can be integrated as a rotor-based function in a rotor monitoring system.
Das Verfahren
In optionalen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren
Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.The exemplary embodiments shown are chosen only by way of example and can be combined with one another.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100 100
- Windenergieanlage Wind turbine
- 102 102
- Turm tower
- 104 104
- Gondel gondola
- 106 106
- Rotor rotor
- 108a 108a
- erstes Rotorblatt first rotor blade
- 108b 108b
- zweites Rotorblatt second rotor blade
- 108c 108c
- drittes Rotorblatt third rotor blade
- 110 110
- Vorrichtung zum Überwachen Device for monitoring
- 112 112
- Beschleunigungssensor accelerometer
- 114 114
- Rotornabe rotor hub
- 116 116
- Rotorachse rotor axis
- 118 118
- Beschleunigungssignal, Beschleunigungsverlauf Acceleration signal, acceleration curve
- 120 120
- Unwuchtinformation unbalance information
- ω ω
- Kreisfrequenz, Drehzahl Angular frequency, speed
- ωt, Ω ωt, Ω
- Drehposition rotary position
- γ γ
- Winkel der Unwucht Angle of imbalance
- y = x .. y = x ..
- seitliche Turmkopfbeschleunigung lateral tower head acceleration
- M M
- Summe der Massen Sum of the masses
- F F
- Zentrifugalkraft centrifugal
- D D
- Dämpfungsgrad (Lehrsche Dämpfung) Damping degree (Lehr's damping)
- m m
- Wuchtmasse balancing mass
- m1, m2, m3 m1, m2, m3
- Wuchtmasse je Rotorblatt Balancing mass per rotor blade
- r r
- Radius / Position der Wuchtmasse Radius / position of the balancing mass
- r1, r2, r3 r1, r2, r3
- Radius / Position der Wuchtmasse je Rotorblatt Radius / position of the balancing mass per rotor blade
- 230 230
- Schnittstelle zum Einlesen Interface for reading
- 232 232
- Einrichtung zum Ermitteln Device for determining
- 234 234
- Drehpositionsverlauf Rotary position curve
- 236 236
- Einrichtung zum Mitteln Device for averaging
- 238 238
- Einrichtung zum Warnen Device for warning
- 240 240
- Warnsignal warning
- 242 242
- Schwellwert threshold
- 350 350
- Verfahren zum Überwachen Method of monitoring
- 352 352
- Schritt des Einlesens Step of reading in
- 354 354
- Schritt des Ermittelns Step of determining
- 356 356
- Schritt des Mittelns Step of averaging
- 358 358
- Schritt des Warnens Step of warning
Claims (14)
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2015
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R082 | Change of representative |
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Owner name: WEIDMUELLER MONITORING SYSTEMS GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: ROBERT BOSCH GMBH, 70469 STUTTGART, DE |
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Representative=s name: PATENT- UND RECHTSANWAELTE LOESENBECK, SPECHT,, DE |
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