DE102021102659B3 - Method for detecting the formation of ice on a rotating rotor blade and rotor blade device - Google Patents
Method for detecting the formation of ice on a rotating rotor blade and rotor blade device Download PDFInfo
- Publication number
- DE102021102659B3 DE102021102659B3 DE102021102659.8A DE102021102659A DE102021102659B3 DE 102021102659 B3 DE102021102659 B3 DE 102021102659B3 DE 102021102659 A DE102021102659 A DE 102021102659A DE 102021102659 B3 DE102021102659 B3 DE 102021102659B3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- rotor blade
- light
- ice
- axis
- measuring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 53
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 7
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 206010013710 Drug interaction Diseases 0.000 description 1
- 206010034960 Photophobia Diseases 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000009760 functional impairment Effects 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 235000015243 ice cream Nutrition 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000029305 taxis Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
- F03D80/40—Ice detection; De-icing means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
- B64C27/006—Safety devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D15/00—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft
- B64D15/20—Means for detecting icing or initiating de-icing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D15/00—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft
- B64D15/20—Means for detecting icing or initiating de-icing
- B64D15/22—Automatic initiation by icing detector
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05B2270/327—Rotor or generator speeds
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/80—Devices generating input signals, e.g. transducers, sensors, cameras or strain gauges
- F05B2270/804—Optical devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer Ausbildung von Eis (13) an einem rotierenden Rotorblatt (1). Erfindungsgemäß rotiert das Rotorblatt (1) im Bereich einer Lichtschrankeneinrichtung mit einer Messachse (4). Passiert infolge der Umfangsgeschwindigkeit (3) des Rotorblatts (1) die Messachse (4) einen Messbereich (8) des Rotorblatts (1), hängt die Zeitspanne der Abschattung des Lichtempfänger der Lichtschrankeneinrichtung ab von der Erstreckung des sich ausbildenden Eises (13) an dem Rotorblatt (1). Aus der gemessenen Zeitspanne kann dann (unter Berücksichtigung des Radius (9) und der Umfangsgeschwindigkeit (3)) die Erstreckung des Eises (13) auf dem Rotorblatt 1 ermittelt werden.Das erfindungsgemäße Verfahren kann Einsatz finden für einen Hubschrauber, ein Lufttaxi, eine Drohne, ein Triebwerk eines Luftfahrzeugs, eine Windenergieanlage, eine Kraftwerksanlage, eine Turbine, einen Verdichter oder eine Lüftungsanlage.The invention relates to a method for detecting the formation of ice (13) on a rotating rotor blade (1). According to the invention, the rotor blade (1) rotates in the area of a light barrier device with a measuring axis (4). If, as a result of the peripheral speed (3) of the rotor blade (1), the measuring axis (4) passes a measuring area (8) of the rotor blade (1), the time span of the shading of the light receiver of the light barrier device depends on the extent of the ice (13) forming on the rotor blade (1). The extent of the ice (13) on the rotor blade 1 can then be determined from the measured period of time (taking into account the radius (9) and the peripheral speed (3)). The method according to the invention can be used for a helicopter, an air taxi, a drone , an aircraft engine, a wind turbine, a power plant, a turbine, a compressor or a ventilation system.
Description
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer Ausbildung von Eis an einem rotierenden Rotorblatt. Hierbei kann das Rotorblatt beispielsweise ein Rotorblatt eines Hubschraubers, eines Lufttaxis, einer Drohne, eines Triebwerks eines Luftfahrzeugs, einer Windenergieanlage, einer Kraftwerksanlage oder einer Lüftungsanlage sein, wo die Ausbildung von Eis an dem Rotorblatt zu funktionalen Beeinträchtigungen führen kann. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Rotorblatteinrichtung in Ausgestaltung als Hubschrauber, Lufttaxi, Drohne, Triebwerk, Windenergieanlage, Kraftwerksanlage oder Lüftungsanlage.The invention relates to a method for detecting the formation of ice on a rotating rotor blade. In this case, the rotor blade can be, for example, a rotor blade of a helicopter, an air taxi, a drone, an aircraft engine, a wind turbine, a power plant or a ventilation system, where the formation of ice on the rotor blade can lead to functional impairments. Furthermore, the invention relates to a rotor blade device in the form of a helicopter, air taxi, drone, engine, wind turbine, power plant or ventilation system.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Bei Hubschraubern kommen Sensoren zur Eiserkennung zum Einsatz, welche bspw. an der Hubschrauberzelle angebracht werden. An den Sensoren bildet sich unter Vereisungsbedingungen ein Eisansatz aus. Aus dem Vereisungszustand der Sensoren werden Vereisungsbedingungen für den Hubschrauber abgeleitet. Die Sensoren werden durch Erwärmung zyklisch enteist, womit dann sukzessive neue Messungen vorgenommen werden können.In helicopters, sensors for ice detection are used, which are attached to the helicopter cell, for example. Ice builds up on the sensors under icing conditions. Icing conditions for the helicopter are derived from the icing condition of the sensors. The sensors are cyclically de-iced by heating, with which successive new measurements can be made.
Bei Windenergieanlagen erfassen Sensoren Strömungsgeräusche oder eine Eigenfrequenz von Schwingungen des Rotorblatts. Aus einer Veränderung der Strömungsgeräusche oder der Eigenfrequenz der Schwingungen des Rotorblatts wird dann auf die Ausbildung von Eis an dem Rotorblatt rückgeschlossen. Möglich ist auch, dass vom Kontrollpersonal eine Sichtkontrolle der Ausbildung von Eis an dem Rotorblatt erfolgt. Ebenfalls bekannt ist, dass an einer Gondel der Windenergieanlage eine Videokamera angebracht ist, womit dann mittels einer Bildauswertung eine Ermittlung von dem Ausmaß der Ablagerung von Eis an dem Rotorblatt erfolgen kann. Des Weiteren ist es bekannt, bei Windenergieanlagen aus einem Vergleich der Soll-Leistungskurve und der Ist-Leistungskurve auf eine Vereisung des Rotorblatts zurückzuschließen.In wind turbines, sensors record flow noise or a natural frequency of vibrations in the rotor blade. From a change in the flow noise or the natural frequency of the vibrations of the rotor blade, conclusions can then be drawn about the formation of ice on the rotor blade. It is also possible for the control personnel to carry out a visual check of the formation of ice on the rotor blade. It is also known that a video camera is attached to a nacelle of the wind energy installation, with which the extent of the deposit of ice on the rotor blade can then be determined by means of image evaluation. Furthermore, it is known to draw conclusions about icing of the rotor blade in wind power plants from a comparison of the setpoint power curve and the actual power curve.
Gemäß
Weiterer, eine Windenergieanlage betreffender Stand der Technik ist aus
Weiterer Stand der Technik ist aus
AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zur Erkennung einer Ausbildung von Eis an einem rotierenden Rotorblatt vorzuschlagen, welches insbesondere
- - eine Erfassung des Eises ermöglicht und alternativ oder kumulativ zu den herkömmlichen Verfahren Einsatz finden kann und/oder
- - hinsichtlich des apparativen Aufwands verbessert ist,
- - einer Integration in die Rotorblatteinrichtung und/oder
- - der Auswerteverfahren und/oder
- - der Wechselwirkung hinsichtlich des Betriebs der Rotorblatteinrichtung
verbessert ist.The present invention is based on the object of proposing a new method for detecting the formation of ice on a rotating rotor blade, which in particular
- - enables the ice to be recorded and can be used as an alternative or in addition to the conventional methods and/or
- - is improved in terms of equipment,
- - an integration into the rotor blade device and/or
- - the evaluation method and/or
- - the interaction regarding the operation of the rotor blade assembly
is improved.
Des Weiteren widmet sich die Erfindung der Aufgabe, eine Rotorblatteinrichtung, insbesondere einen Hubschrauber, ein Lufttaxi, eine Drohne, ein Triebwerk eines Luftfahrzeugs, eine Windenergieanlage, eine Kraftwerksanlage (hier eine Turbine oder ein Verdichter) oder eine Lüftungsanlage vorzuschlagen, bei welcher ein derart verbessertes Verfahren Einsatz finden kann.Furthermore, the invention is dedicated to the task of proposing a rotor blade device, in particular a helicopter, an air taxi, a drone, an aircraft engine, a wind turbine, a power plant (here a turbine or a compressor) or a ventilation system, in which such an improved procedure can be used.
LÖSUNGSOLUTION
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.The object of the invention is achieved according to the invention with the features of the independent patent claims. Other preferred inventions appropriate configurations can be found in the dependent patent claims.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION
Das erfindungsgemäße Verfahren findet Einsatz für eine Rotorblatteinrichtung, bei der ein Rotorblatt um eine Rotationsachse rotiert. Die Ermittlung der Ausbildung von Eis an dem Rotorblatt erfolgt unter Einsatz einer Lichtschrankeneinrichtung. Die Lichtschrankeneinrichtung verfügt über einen Lichtsender und einen Lichtempfänger. Beispielsweise kann es sich bei dem Lichtsender um einen Laser handeln, während der Lichtempfänger geeignet ist, um von dem Laser gesendetes Laserlicht zu empfangen und ein mit der Intensität des empfangenen Laserlichts korrelierendes Messsignal zu erzeugen. Der Lichtsender und der Lichtempfänger sind dabei so relativ zueinander angeordnet, dass der Lichtsender Licht entlang einer Messachse in Richtung des Lichtempfängers sendet. Für eine Ausgestaltung der Erfindung ist die Messachse parallel zu der Rotationsachse des Rotorblatts orientiert. Im Rahmen der Erfindung kann aber auch gegenüber dieser Ausrichtung der Messachse eine Neigung erfolgen. In diesem Fall verfügt die Messachse über eine Richtungskomponente, die parallel zu der Rotationsachse orientiert ist. Die Messachse ist dabei so angeordnet, dass sich diese im Bewegungsbereich des Rotorblatts befindet, so dass das von dem Lichtsender entlang der Messachse gesendete Licht temporär entlang eines Messabschnitts des Rotorblatts bewegt wird. Das Licht überstreicht somit das Rotorblatt im Bereich des Messabschnitts. Während des Überstreichens des Messabschnitts wird der Lichtempfänger durch den Messabschnitt gegenüber dem Lichtsender abgeschattet. Der Messabschnitt ist dabei mit einem vorgegebenen Radius beabstandet von der Rotationsachse an dem Rotorblatt vorgesehen.The method according to the invention is used for a rotor blade device in which a rotor blade rotates about an axis of rotation. The formation of ice on the rotor blade is determined using a light barrier device. The light barrier device has a light transmitter and a light receiver. For example, the light transmitter can be a laser, while the light receiver is suitable for receiving laser light sent by the laser and for generating a measurement signal that correlates with the intensity of the received laser light. The light emitter and the light receiver are arranged relative to one another in such a way that the light emitter emits light along a measurement axis in the direction of the light receiver. For one embodiment of the invention, the measuring axis is oriented parallel to the axis of rotation of the rotor blade. Within the scope of the invention, however, there can also be an inclination with respect to this alignment of the measuring axis. In this case, the measurement axis has a directional component that is oriented parallel to the rotation axis. The measuring axis is arranged in such a way that it is located in the movement area of the rotor blade, so that the light sent by the light transmitter along the measuring axis is temporarily moved along a measuring section of the rotor blade. The light thus sweeps over the rotor blade in the area of the measurement section. During the scanning of the measurement section, the light receiver is shadowed by the measurement section from the light transmitter. The measuring section is provided on the rotor blade at a predetermined radius spaced from the axis of rotation.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine Ermittlung der Zeitspanne, die der Messabschnitt des Rotorblatts benötigt, um die Messachse zu passieren. Diese Zeitspanne korreliert mit der Zeitdauer der Abschattung des Lichtempfängers gegenüber dem Lichtsender durch den Messabschnitt des Rotorblatts. Des Weiteren wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Erstreckung des Messabschnitts des Rotorblatts (mit dem Eis) ermittelt. Diese Ermittlung erfolgt unter Berücksichtigung einerseits der Zeitspanne, welche der Messabschnitt des Rotorblatts mit dem Eis benötigt, um die Messachse zu passieren, und andererseits unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Messabschnitts des Rotorblatts.In the method according to the invention, the period of time required by the measuring section of the rotor blade to pass the measuring axis is determined. This period of time correlates with the duration of the shadowing of the light receiver in relation to the light transmitter by the measuring section of the rotor blade. Furthermore, the extension of the measurement section of the rotor blade (with the ice) is determined in the method according to the invention. This determination is made taking into account on the one hand the period of time that the measurement section of the rotor blade with the ice needs to pass the measurement axis and on the other hand taking into account the speed of the measurement section of the rotor blade.
Dies kann anhand eines einfachen, die Erfindung nicht beschränkenden Beispiels erläutert werden:This can be explained using a simple example that does not limit the invention:
Verfügt das Rotorblatt in dem Messabschnitt über eine Breite B, ist der Messabschnitt des Rotorblatts mit dem Abstand R von der Rotationsachse entfernt und beträgt die Zeitspanne t, die sich der Messabschnitt ohne Eis durch die Messachse bewegt, und beträgt die Drehzahl des Rotorblattes n, so ergibt sich aus der Kreisbewegung des Messabschnitts um die Rotationsachse die folgende Abhängigkeit:
Hat sich hingegen infolge der Ablagerung von Eis die Breite des Messabschnitts des Rotorblatts auf (B + E) vergrößert, wobei E die Summe aus einer Verlagerungen der wirksamen Vorderkante und der wirksamen Hinterkante des Rotorblatts infolge der Ablagerung des Eises beschreibt, gilt entsprechend für die sich infolge der Ablagerung veränderte Zeitspanne tE
Aus den obigen Gleichungen kann die Erstreckung E infolge der Ablagerung des Eises aus der in dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Zeitspanne tE ermittelt werden.The extension E as a result of the deposition of the ice can be determined from the above equations from the time period t E determined in the method according to the invention.
Dieses vereinfachte Beispiel gilt für eine ideale theoretische Rotationsbewegung des Rotorblatts für eine ebene Ausbildung des Rotorblatts ohne Anstellung desselben, ohne elastische, dynamische Oszillationen des Rotorblatts und für eine Ausrichtung der Messachse vertikal zu der Rotationsebene des Rotorblatts. Sind diese idealen Bedingungen nicht vorhanden, kann eine entsprechende Anpassung der obigen Gleichungen für die Berücksichtigung der unterschiedlichen Effekte erfolgen. So sind beispielsweise die trigonometrischen Funktionen zu berücksichtigen, wenn die Messachse nicht vertikal zur Rotationsebene des Rotorblatts orientiert ist und/oder das Rotorblatt in dem Messabschnitt gekrümmt ist und/oder angestellt ist.This simplified example applies to an ideal theoretical rotational movement of the rotor blade for a planar configuration of the rotor blade without pitching it, without elastic, dynamic oscillations of the rotor blade and for an alignment of the measuring axis vertical to the plane of rotation of the rotor blade. If these ideal conditions are not present, the above equations can be adjusted accordingly to take the different effects into account. For example, the trigonometric functions must be taken into account if the measurement axis is not oriented vertically to the plane of rotation of the rotor blade and/or the rotor blade is curved and/or tilted in the measurement section.
Möglich ist bspw., dass die Geschwindigkeit des Messbereichs aus einer Antriebsgeschwindigkeit eines Motors, der die Rotation des Rotorblatts herbeiführt, ermittelt wird. Möglich ist auch, dass die Geschwindigkeit des Rotorblatts und damit auch des Messbereichs in einer Steuereinheit der Rotorblatteinrichtung bekannt ist und im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.It is possible, for example, for the speed of the measuring area to be determined from a drive speed of a motor that causes the rotor blade to rotate. It is also possible that the speed of the rotor blade and thus also the measuring range is known in a control unit of the rotor blade device and is used within the scope of the method according to the invention.
Für einen Vorschlag der Erfindung findet eine multifunktionale Nutzung der Lichtschrankeneinheit Einsatz. Für diesen Vorschlag der Erfindung dient die Lichtschrankeneinheit zunächst, wie oben erläutert, der Ermittlung der Zeitspanne, welche der Messabschnitt des Rotorblatts mit dem Eis benötigt, um die Messachse zu passieren, woraus dann die Erstreckung des Eises ermittelt werden kann. Zusätzlich wird mittels der Lichtschrankeneinheit die Frequenz ermittelt, mit welcher der Messabschnitt (ggf. mit dem Eis) die Messachse passiert. Im einfachsten Fall ergibt sich diese Frequenz aus der Frequenz der Abschattung des Lichtempfängers durch das Rotorblatt. Aus dieser Frequenz kann dann unmittelbar die Geschwindigkeit des Messbereichs ermittelt werden.A multifunctional use of the light barrier unit is used for one proposal of the invention. For this proposal of the invention, the light barrier unit is initially used, as explained above tert, the determination of the period of time that the measuring section of the rotor blade with the ice needs to pass the measuring axis, from which the extent of the ice can then be determined. In addition, the light barrier unit is used to determine the frequency at which the measurement section (possibly with the ice) passes the measurement axis. In the simplest case, this frequency results from the frequency of the shading of the light receiver by the rotor blade. The speed of the measuring area can then be determined directly from this frequency.
Ein besonderer Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens widmet sich möglichen Fehlereinflüssen dadurch, dass unter Umständen auch Licht gestreut wird oder absorbiert wird und damit nicht zum Lichtempfänger gelangt, wenn sich auf dem Rotorblatt Wasser befindet und/oder in der Luft im Bereich der Messachse Wasser (in Form von Tropfen) angeordnet ist. Eine Minderung der Intensität des empfangenen Lichts könnte dann fehlerhaft als Abschattung des Lichtempfängers durch das Rotorblatt und/oder das Eis erkannt werden. Die Erfindung schlägt vor, dass eine besondere Wellenlänge des Lichtsenders und des Empfangsbereichs des Lichtempfängers genutzt wird: Vorgeschlagen wird, dass die Wellenlänge des Lichts so gewählt wird, dass das Licht von Eis, welches sich auf dem Rotorblatt ausbildet, zumindest in einem stärkeren Ausmaß gestreut und/oder absorbiert wird als dies für nicht gefrorenes Wasser auf dem Rotorblatt und/oder in der Luft im Bereich der Messachse erfolgt. Hierbei kann die Streuung und/oder Absorbierung um einen Faktor von mindestens 5, mindestens 10, mindestens 15, mindestens 20, mindestens 50 oder sogar mindestens 100 für das nicht gefrorene Wasser kleiner sein als für das Eis.A particular aspect of the method according to the invention is dedicated to possible error effects in that light may also be scattered or absorbed and thus not reach the light receiver if there is water on the rotor blade and/or water in the air in the area of the measuring axis (in the form of of drops) is arranged. A reduction in the intensity of the received light could then be incorrectly identified as shadowing of the light receiver by the rotor blade and/or the ice. The invention proposes that a special wavelength of the light transmitter and the reception area of the light receiver is used: It is proposed that the wavelength of the light be selected in such a way that the light from ice that forms on the rotor blade is scattered at least to a greater extent and/or is absorbed than is the case for unfrozen water on the rotor blade and/or in the air in the area of the measuring axis. Here, the scattering and/or absorption can be smaller by a factor of at least 5, at least 10, at least 15, at least 20, at least 50 or even at least 100 for the non-frozen water than for the ice.
Für die Art der Verarbeitung der ermittelten Erstreckung des Messabschnitts des Rotorblatts mit dem Eis und damit auch der Erstreckung E des Eises gibt es im Rahmen der Erfindung vielfältige Möglichkeiten.Within the scope of the invention, there are many possibilities for the type of processing of the determined extent of the measuring section of the rotor blade with the ice and thus also of the extent E of the ice.
Für einen Vorschlag der Erfindung wird ein Indikator für sich ausbildendes Eis ermittelt. Dies erfolgt für eine Variante der Erfindung unter Berücksichtigung eines Änderungssignals der ermittelten Erstreckung des Messabschnitts mit dem Eis. Nimmt die Erstreckung des Messabschnitts kontinuierlich oder sogar exponentiell zu, kann darauf geschlossen werden, dass eine zunehmende Ablagerung von Eis erfolgt. Nimmt hingegen die ermittelte Erstreckung des Messabschnitts mit dem Eis ab, kann dies als Indikator dafür gewertet werden, dass Eis an dem Rotorblatt weniger wird, was durch ein Tauen desselben erfolgen kann, womit dann eine kontinuierliche Reduzierung der Erstreckung erfolgt. Möglich ist aber auch, dass sich eine plötzliche Verringerung der ermittelten Erstreckung des Messabschnitts mit dem Eis ergibt. Dies kann darauf hindeuten, dass Eis von dem Rotorblatt in einem Stück gelöst worden ist.For a proposal of the invention, an indicator for ice forming is determined. For one variant of the invention, this takes place taking into account a change signal of the determined extent of the measurement section with the ice. If the extent of the measurement section increases continuously or even exponentially, it can be concluded that increasing ice deposition is taking place. If, on the other hand, the determined extent of the measurement section decreases with the ice, this can be taken as an indicator that ice on the rotor blade is decreasing, which can be done by thawing the same, which then results in a continuous reduction in the extent. However, it is also possible that there is a sudden reduction in the determined extent of the measurement section with the ice. This may indicate that ice has been detached from the rotor blade in one piece.
Für eine weitere Variante der Erfindung erfolgt die Ermittlung des Indikators unter Berücksichtigung eines Betrags der ermittelten Erstreckung des Messabschnitts mit dem Eis.For a further variant of the invention, the indicator is determined taking into account an amount of the determined extent of the measurement section with the ice.
Schließlich ist für eine weitere Variante der Erfindung möglich, dass der Indikator ermittelt wird aus einem Betrag der Differenz der ermittelten Erstreckung des Messabschnitts mit dem Eis und eines Referenzwerts der Erstreckung des Messabschnitts ohne Eis.Finally, for a further variant of the invention, it is possible for the indicator to be determined from an amount of the difference between the determined extent of the measurement section with the ice and a reference value of the extent of the measurement section without ice.
Die für die unterschiedlichen Varianten berücksichtigte Erstreckung bzw. die Differenz kann mit einem absoluten Wert ausgewertet werden, hinsichtlich eines Verlaufs, eines Änderungsbetrags, einer Änderungsentwicklung oder Änderungsgeschwindigkeit. Ebenfalls möglich ist, dass eine Erstreckung oder Differenz von Erstreckungen durch Vergleich mit mindestens einem Schwellwert ausgewertet wird.The extent taken into account for the different variants or the difference can be evaluated with an absolute value with regard to a course, an amount of change, a development of change or the speed of change. It is also possible for an extent or difference in extents to be evaluated by comparison with at least one threshold value.
Möglich ist dabei, dass die Auswertung abhängig ist von weiteren Betriebsparametern. Ein Betriebsparameter kann beispielsweise sein, dass ein Anstellwinkel des Rotorblatts berücksichtigt ist. Infolge der Anstellung des Rotorblatts ergibt sich ohnehin eine veränderte Zeitspanne t, die der Messabschnitt des Rotorblatts ohne Eis benötigt, um die Messachse zu passieren. In diesem Fall ist auch die ermittelte veränderte Erstreckung E auf Grundlage des Anstellwinkels umzurechnen. Um lediglich ein weiteres die Erfindung nicht beschränkendes Beispiel zu nennen, kann ein zu berücksichtigender Betriebsparameter des Rotorblatts eine elastische Auslenkung des Rotorblatts, die quasistatisch ist oder auch dynamisch sein kann, ist.It is possible that the evaluation is dependent on other operating parameters. An operating parameter can be, for example, that an angle of attack of the rotor blade is taken into account. As a result of the adjustment of the rotor blade, there is anyway a changed time span t, which the measuring section of the rotor blade needs without ice in order to pass the measuring axis. In this case, the determined changed extent E must also be converted on the basis of the angle of attack. To name just another non-limiting example of the invention, an operating parameter of the rotor blade to be taken into account can be an elastic deflection of the rotor blade, which is quasi-static or can also be dynamic.
Ist einmal ein derartiger Indikator ermittelt, kann dieser im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wie folgt weiterverarbeitet und genutzt werden:
- Für eine Variante wird in Abhängigkeit des Indikators eine Warneinrichtung aktiviert. Bei der Warneinrichtung kann es sich um ein optisches oder akustisches Warnsignal handeln. So kann beispielsweise dem Piloten eines Hubschraubers bei sich an dem Rotorblatt ausbildendem Eis über eine Warnleuchte oder einen Warnton die Ausbildung des Eises zur Kenntnis gebracht werden. Der Fahrer kann dann eine Eisschutzeinrichtung wie beispielsweise eine Heizeinrichtung zum Abtauen des Eises betätigen, eine Veränderung der Höhe zur Verringerung der Temperatur ansteuern, ein Gebiet mit wärmerem Wetter ansteuern oder die Betriebsbedingungen des Rotorblatts verändern, um Eis abzuwerfen oder die Ablagerung des Eises zu verringern. Möglich ist auch, dass der Pilot des Hubschraubers eine Landung des Hubschraubers vornimmt.
- Depending on the indicator, a warning device is activated for one variant. The warning device can be an optical or acoustic warning signal. For example, when ice is forming on the rotor blade, the pilot of a helicopter can be informed of the formation of the ice via a warning light or a warning tone. The driver can then operate an ice protection device such as a heater to thaw the ice, command a change in altitude to reduce the temperature, an area with would be change weather or alter blade operating conditions to shed ice or reduce ice deposition. It is also possible for the pilot of the helicopter to land the helicopter.
Für eine andere Variante der Erfindung kann in Abhängigkeit des Indikators eine automatische Veränderung der Betriebsbedingungen erfolgen. So kann beispielsweise automatisch eine Eisschutzeinrichtung wie eine Heizeinrichtung des Rotorblatts aktiviert werden.For another variant of the invention, the operating conditions can be changed automatically depending on the indicator. For example, an ice protection device such as a heating device of the rotor blade can be activated automatically.
Im Rahmen der Erfindung kann durchaus die Ermittlung der Erstreckung des Messabschnitts mit dem Eis und damit die Erstreckung E des Eises an dem Rotorblatt während des normalen Betriebs erfolgen. Möglich ist aber durchaus auch, dass für die Ermittlung der Erstreckung des Messabschnitts mit dem Eis die Betriebsbedingungen verändert werden. So kann beispielsweise bei Ausgestaltung der Rotorblatteinrichtung als Turbine, Verdichter, Lüftungsanlage oder Windenergieanlage die Drehzahl des Rotorblatts verringert werden, womit eine Messung der Zeitspanne und damit auch die Ermittlung der Erstreckung des Messabschnitts des Rotorblatts mit einer höheren Auflösung erfolgen kann. Eine derartige Reduzierung der Drehzahl des Rotorblatts kann auch vorteilhaft genutzt werden, um etwaige Verformungen oder Schwingungen infolge der Rotation des Rotorblatts bei hohen Drehzahlen oder in einem Resonanzbereich zu reduzieren, damit hierdurch nicht die Messgenauigkeit beeinträchtigt wird.Within the scope of the invention, the extent of the measurement section with the ice and thus the extent E of the ice on the rotor blade can certainly be determined during normal operation. However, it is also quite possible that the operating conditions are changed to determine the extent of the measurement section with the ice. For example, when the rotor blade device is designed as a turbine, compressor, ventilation system or wind turbine, the speed of the rotor blade can be reduced, which means that the time span can be measured and the extent of the measurement section of the rotor blade can be determined with a higher resolution. Such a reduction in the rotational speed of the rotor blade can also be used advantageously to reduce any deformations or vibrations as a result of the rotation of the rotor blade at high speeds or in a resonance range, so that the measurement accuracy is not impaired as a result.
Für einen weiteren Vorschlag der Erfindung wird besondere Vorsorge dafür aufgewendet, dass der Betrieb der Lichtschrankeneinrichtung nicht durch Eis beeinträchtigt wird, welches sich an dem Lichtsender und/oder dem Lichtempfänger ablagern könnte. Möglich ist dabei, dass eine Vermeidung der Ablagerung von Eis dadurch erfolgt, dass die Aussendung des Lichts durch den Lichtsender oder der Empfang des Lichts durch den Lichtempfänger in eine Richtung erfolgt, die der Anströmung der Rotorblatteinrichtung entgegengesetzt ist. Möglich ist des Weiteren, dass eine Kapselung des Lichtsenders und/oder des Lichtempfängers erfolgt. Auch möglich ist eine Beeinflussung der Strömungsverhältnisse derart, dass Wasser oder Eis infolge der Anströmung nicht zu dem Lichtsender und/oder dem Lichtempfänger gelangt. So kann beispielsweise der Lichtsender oder der Lichtempfänger in einem strömungsberuhigten Bereich angeordnet sein oder es erfolgt sogar ein Ausblasen des anströmenden Fluids im Bereich des Lichtsenders oder Lichtempfängers, um Feuchtigkeit von diesem entfernt zu halten. Die Energie für die Ausströmung des Fluids kann dabei auch der Anströmung entnommen sein. Für einen besonderen Vorschlag der Erfindung wird aber eine Enteisungseinrichtung des Lichtsenders und/oder des Lichtempfängers betrieben, bei der es sich vorzugsweise um eine Heizeinrichtung des Lichtsenders oder des Lichtempfängers handelt. Möglich ist dabei, dass die Enteisungseinrichtung zyklisch betrieben wird. Der Betrieb der Enteisungseinrichtung kann dabei von einer gemessenen Außentemperatur abhängig sein. Für einen besonderen Vorschlag der Erfindung wird dann, wenn der zuvor erläuterte Indikator indiziert, dass sich an dem Rotorblatt Eis abgelagert hat, die Enteisungseinrichtung einmalig oder zyklisch automatisch betätigt.For a further proposal of the invention, special precautions are taken to ensure that the operation of the light barrier device is not impaired by ice that could build up on the light transmitter and/or the light receiver. It is possible here for ice to be avoided by the fact that the light is emitted by the light transmitter or received by the light receiver in a direction that is opposite to the flow on the rotor blade device. It is also possible for the light transmitter and/or the light receiver to be encapsulated. It is also possible to influence the flow conditions in such a way that water or ice does not reach the light transmitter and/or the light receiver as a result of the oncoming flow. For example, the light emitter or the light receiver can be arranged in a flow-calmed area, or the inflowing fluid is even blown out in the area of the light emitter or light receiver in order to keep moisture away from it. The energy for the outflow of the fluid can also be taken from the inflow. For a special proposal of the invention, however, a de-icing device for the light transmitter and/or the light receiver is operated, which is preferably a heating device for the light transmitter or the light receiver. It is possible that the de-icing device is operated cyclically. The operation of the de-icing device can be dependent on a measured outside temperature. For a special proposal of the invention, when the previously explained indicator indicates that ice has been deposited on the rotor blade, the de-icing device is automatically actuated once or cyclically.
Die Erfindung umfasst Ausführungsformen, bei welchen die Messachse während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unverändert bleibt. Möglich ist aber auch, dass die Messachse der Lichtschrankeneinrichtung relativ zur Rotationsachse derart verändert wird, dass der Abstand des Messbereichs von der Rotationsachse veränderbar ist. Hierbei kann eine Veränderung des Abstands in Stufen oder stufenlos erfolgen. Möglich ist somit, dass eine Ermittlung der Erstreckungen E1, E2, E3, ... an mehreren über die Längserstreckung des Rotorblatts verteilten Stellen für unterschiedliche Radien R1, R2, R3, ... erfasst wird. Hierdurch kann eine noch genauere Erfassung des sich an dem Rotorblatt ablagernden Eises erfolgen, womit beispielsweise auch erkannt werden kann, wenn sich Eis nicht gleichmäßig über die Längserstreckung an dem Rotorblatt ablagert, sondern nur in Teilbereichen oder in den unterschiedlichen Teilbereichen mit unterschiedlicher Intensität.The invention includes embodiments in which the measuring axis remains unchanged while the method according to the invention is being carried out. However, it is also possible for the measuring axis of the light barrier device to be changed relative to the axis of rotation in such a way that the distance between the measuring area and the axis of rotation can be changed. In this case, the distance can be changed in steps or steplessly. It is thus possible for the extents E 1 , E 2 , E 3 , . This allows even more precise detection of the ice deposited on the rotor blade, which can also be used to detect, for example, when ice is not deposited evenly over the longitudinal extent of the rotor blade, but only in partial areas or in the different partial areas with different intensity.
Für eine weitere Ausgestaltungsform sind zwei Lichtschrankeneinrichtungen vorhanden. Hierbei kann jede Lichtschrankeneinrichtung über jeweils einen Sender und einen Empfänger verfügen. Möglich ist aber auch, dass die Lichtschrankeneinrichtungen einen gemeinsamen Empfänger aufweisen, aber zwei Sender, die dann (alternierend oder permanent) Licht entlang der Messachse unter unterschiedlichen Winkeln zu demselben Empfänger ausstrahlen. Für diesen Vorschlag der Erfindung wird das Rotorblatt infolge der Rotation um die Rotationsachse mit unterschiedlichen, jeweils einer Lichtschrankeneinrichtung zugeordneten und entlang der Längsachse des Rotorblatts beabstandet voneinander angeordneten Messabschnitten durch die jeweilige Messachse bewegt. Auf diese Weise kann somit an zwei Stellen entlang der Längserstreckung des Rotorblatts eine Ermittlung des Ausmaßes des sich ablagernden Eises erfolgen.Two light barrier devices are provided for a further embodiment. Each light barrier device can have a transmitter and a receiver. However, it is also possible for the light barrier devices to have a common receiver but two transmitters which then (alternately or permanently) emit light along the measurement axis at different angles to the same receiver. For this proposal of the invention, the rotor blade is moved through the respective measuring axis as a result of the rotation about the axis of rotation with different measuring sections each assigned to a light barrier device and spaced apart from one another along the longitudinal axis of the rotor blade. In this way, the extent of the accumulating ice can be determined at two points along the longitudinal extent of the rotor blade.
Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe stellt eine Rotorblatteinrichtung dar. Die Rotorblatteinrichtung kann dabei beispielsweise als Hubschrauber, Lufttaxi, Drohne, Triebwerk eines Luftfahrzeugs, Windenergieanlage, Kraftwerksanlage, Turbine, Verdichter oder Lüftungsanlage ausgebildet sein. Die Rotorblatteinrichtung verfügt dann über das um die Rotationsachse rotierende Rotorblatt. Bei Ausgestaltung der Rotorblatteinrichtung als Hubschrauber kann das Rotorblatt der mindestens eine um die in Richtung der Hochachse orientierte Rotationsachse rotierende Hauptrotor sein und/oder ein um eine Querachse des Hubschraubers rotierender Heckrotor. Für die Ausgestaltung der Rotorblatteinrichtung als Triebwerk eines Luftfahrzeugs, als Turbine oder Verdichter kann das Rotorblatt eine Leitschaufel sein. Bei Ausgestaltung der Rotorblatteinrichtung als Windenergieanlage handelt es sich bei dem Rotorblatt um das Rotorblatt, welches um die ungefähr horizontale Rotationsachse rotiert, die entsprechend der Windrichtung veränderlich ist.A further solution to the problem on which the invention is based is a rotor blade device. The rotor blade device can be used, for example, as a helicopter, air taxi, drone, engine of an aircraft, wind turbine, Be trained power plant, turbine, compressor or ventilation system. The rotor blade device then has the rotor blade rotating about the axis of rotation. When the rotor blade device is configured as a helicopter, the rotor blade can be the at least one main rotor rotating about the axis of rotation oriented in the direction of the vertical axis and/or a tail rotor rotating about a transverse axis of the helicopter. For the configuration of the rotor blade device as an aircraft engine, as a turbine or as a compressor, the rotor blade can be a guide vane. When the rotor blade device is designed as a wind energy installation, the rotor blade is the rotor blade that rotates about the approximately horizontal axis of rotation, which can be changed according to the wind direction.
Die Rotorblatteinrichtung verfügt, wie zuvor erläutert, über eine Lichtschrankeneinrichtung mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger.As explained above, the rotor blade device has a light barrier device with a light transmitter and a light receiver.
Erfindungsgemäß verfügt die Rotorblatteinrichtung über eine Steuereinheit. Die Steuereinheit ist mit Steuerlogik ausgestattet, mittels welcher ein Verfahren durchgeführt werden kann, wie dieses zuvor erläutert worden ist. Hierbei umfasst eine „Steuerung“ auch eine „Regelung“.According to the invention, the rotor blade device has a control unit. The control unit is equipped with control logic, by means of which a method as explained above can be carried out. Here, a "control" also includes a "regulation".
In weiterer Ausgestaltung der Rotorblatteinrichtung ist (insbesondere bei Ausgestaltung derselben als Hubschrauber oder als Windenergieanlage) das Rotorblatt an einem von einem Grundkörper auskragenden und das Rotorblatt durchsetzenden Stator drehbar gelagert. In diesem Fall ist vorzugsweise der Lichtsender (oder ist der Lichtempfänger) an dem Stator gehalten, wobei der Stator auch eine Rotoraufbaueinheit aufweisen kann, an welcher dann der Lichtsender (oder der Lichtempfänger) gehalten sein kann. Hingegen ist der Lichtempfänger (oder aber in dem anderen Fall der Lichtsender) an dem Grundkörper gehalten. Der Lichtsender und der Lichtempfänger sind dabei auf unterschiedlichen Seiten der Rotationsebene des Rotorblatts angeordnet. Hierdurch ergibt sich unter Umständen eine besonders kompakte Ausgestaltung mit einer guten Integration der Lichtschrankeneinrichtung in die Rotorblatteinrichtung.In a further embodiment of the rotor blade device (particularly when it is configured as a helicopter or as a wind power plant), the rotor blade is rotatably mounted on a stator that projects from a base body and passes through the rotor blade. In this case, the light emitter (or the light receiver) is preferably held on the stator, and the stator may also have a rotor assembly unit on which the light emitter (or the light receiver) can then be held. On the other hand, the light receiver (or in the other case the light transmitter) is held on the base body. The light transmitter and the light receiver are arranged on different sides of the plane of rotation of the rotor blade. In some circumstances, this results in a particularly compact configuration with good integration of the light barrier device into the rotor blade device.
Die Erfindung schlägt des Weiteren (insbesondere bei Ausgestaltung der Rotorblatteinrichtung als Windkraftanlage) vor, dass der Lichtsender (oder in einem anderen Fall der Lichtempfänger) im Bereich eines das Rotorblatt tragenden Mastes angeordnet ist, während das andere Bauelement von dem Lichtempfänger und dem Lichtsender dann im Bereich eines weiteren Mastes oder im Bereich einer Bodenplattform angeordnet ist. In diesem Fall sind der das Rotorblatt tragende Mast und der weitere Mast oder die Bodenstation auf unterschiedlichen Seiten der Rotationsebene des Rotorblatts angeordnet.The invention also proposes (particularly when the rotor blade device is designed as a wind turbine) that the light transmitter (or in another case the light receiver) is arranged in the area of a mast carrying the rotor blade, while the other component of the light receiver and the light transmitter is then in the Area of another mast or in the area of a floor platform is arranged. In this case, the mast carrying the rotor blade and the further mast or the ground station are arranged on different sides of the plane of rotation of the rotor blade.
Für eine erfindungsgemäße Ausgestaltung ist der Lichtsender als Laser ausgebildet. Vorzugsweise findet dabei ein Punktlaser Einsatz. Für eine andere Ausführungsform kann der Lichtsender auch ein Linienlaser sein. Der Linien-Querschnitt des ausgesendeten Lichts kann dann auf einen größeren Abschnitt des Rotorblatts auftreffen und dort mit etwaigem Eis in Wechselwirkung treten. Der Lichtempfänger kann in diesem Fall mit einem einzigen Messsignal den Linien-Laserstrahl über den gesamten Querschnitt auswerten, womit eine Art Mittelung und damit unter Umständen eine Erhöhung der Messgenauigkeit erfolgen kann. Möglich ist aber auch, dass über dem Linien-Querschnitt des Laserlichts des Linienlasers mehrere Lichtempfänger angeordnet sind, so dass mit unterschiedlichen Messsignalen etwaiges Eis entlang der Erstreckung des Rotorblatts, im Bereich welcher der Linien-Laserstrahl auf das Rotorblatt auftrifft, erfasst werden kann.For an embodiment according to the invention, the light transmitter is designed as a laser. A point laser is preferably used in this case. For another embodiment, the light transmitter can also be a line laser. The line cross-section of the emitted light can then impinge on a larger section of the rotor blade and interact with any ice there. In this case, the light receiver can evaluate the line laser beam over the entire cross-section with a single measurement signal, which can result in a kind of averaging and thus, under certain circumstances, an increase in the measurement accuracy. However, it is also possible for several light receivers to be arranged above the line cross-section of the laser light from the line laser, so that any ice along the extent of the rotor blade in the area in which the line laser beam strikes the rotor blade can be detected with different measurement signals.
Grundsätzlich kann der Lichtsender und insbesondere der Laser Licht mit einer beliebigen Wellenlänge aussenden oder mit mindestens einem Wellenlängenspektrum. Für einen Vorschlag der Erfindung sendet ein Laser Licht (ausschließlich mit einer Wellenlänge oder mit mindestens einem Wellenlängenbereich) mit einer Wellenlänge im Bereich von 500 nm bis 800 nm (beispielsweise im Bereich von 550 nm bis 750 nm oder 600 nm bis 700 nm oder 620 nm bis 680 nm) aus. Licht in diesem Wellenlängenbereich ist vorteilhaft, da dieses sichtbar ist, was bei der Installation oder Ausrichtung der Messachse, also des Lichtsenders oder Lichtempfängers vorteilhaft sein kann. Weiterhin kann bei Nutzung von Licht in diesem Wellenlängenbereich die Gefahr gemindert werden, dass eine Verletzung erfolgt, wenn das Licht versehentlich auf ein Auge trifft. Hinzu kommt, dass unter Umständen der Extinktionskoeffizient von Eis bei dieser Wellenlänge hinreichend hoch ist, um eine Abschirmung des Laserlichts gegenüber einer etwaigen als Lichtempfänger eingesetzten Photodiode zu bewirken. Da der Extinktionskoeffizient von Eis und flüssigem Wasser sehr ähnlich über der Wellenlänge verläuft, wird keine Wellenlänge mit einem sehr hohen Extinktionskoeffizienten gewählt, um mit dem Laserlicht noch durch eine etwaige Tropfenwolke dringen zu können.In principle, the light transmitter and in particular the laser can emit light with any desired wavelength or with at least one wavelength spectrum. For one proposal of the invention, a laser emits light (exclusively with one wavelength or with at least one wavelength range) with a wavelength in the range from 500 nm to 800 nm (e.g. in the range from 550 nm to 750 nm or 600 nm to 700 nm or 620 nm up to 680 nm). Light in this wavelength range is advantageous because it is visible, which can be advantageous when installing or aligning the measuring axis, ie the light transmitter or light receiver. Furthermore, using light in this wavelength range can reduce the risk of injury if the light accidentally hits an eye. In addition, under certain circumstances the extinction coefficient of ice at this wavelength is sufficiently high to shield the laser light from any photodiode used as a light receiver. Since the extinction coefficient of ice and liquid water is very similar over the wavelength, a wavelength with a very high extinction coefficient is not selected so that the laser light can still penetrate any cloud of drops.
Möglich ist auch, dass eine Ermittlung einer Wellenlänge unter Erprobung bei vorhandenen Vereisungsbedingungen (insbesondere LWC oder Liquid Water Content und MVD oder Medium Volumetric Droplet Diameter) und/oder in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen dem Lichtsender und dem Lichtempfänger erfolgt.It is also possible for a wavelength to be determined by testing under existing icing conditions (in particular LWC or Liquid Water Content and MVD or Medium Volumetric Droplet Diameter) and/or as a function of the distance between the light transmitter and the light receiver.
Gemäß einem Vorschlag der Erfindung ist der Lichtempfänger als Photodiode ausgebildet.According to one proposal of the invention, the light receiver is designed as a photodiode.
Für die Auswertung bei Benutzung der Photodiode gibt es im Rahmen der Erfindung vielfältige Möglichkeiten. Für eine Ausführungsform wird die Photodiode mittels eines Schaltkreises ausgewertet. In dem Schaltkreis ist die Photodiode mit einem (Ohmschen) Widerstand in Reihenschaltung geschaltet. In diesem Fall kann als Messsignal (ausschließlich oder auch) der Spannungsabfall über dem Widerstand ausgewertet werden.Within the scope of the invention, there are many possibilities for the evaluation when using the photodiode. For one embodiment, the photodiode is evaluated using a circuit. In the circuit, the photodiode is connected in series with a (ohmic) resistor. In this case, the voltage drop across the resistor can be evaluated as a measurement signal (exclusively or also).
Optional kann für die zuvor erläuterte Ausgestaltung des Schaltkreises in dem Schaltkreis auch eine Kapazität zu dem Leitungszweig mit dem Widerstand und der Photodiode parallelgeschaltet sein.Optionally, for the configuration of the circuit explained above, a capacitance can also be connected in parallel to the line branch with the resistor and the photodiode in the circuit.
Für einen weiteren Vorschlag wird in der Rotorblatteinrichtung das Licht von dem Lichtsender in Richtung des Lichtempfängers zumindest mit einer Richtungskomponente gesendet, die in Richtung der Hauptströmungsrichtung orientiert ist.For a further proposal, in the rotor blade device the light is sent from the light transmitter in the direction of the light receiver with at least one directional component which is oriented in the direction of the main flow direction.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.Advantageous developments of the invention result from the patent claims, the description and the drawings.
Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen.The advantages of features and combinations of several features mentioned in the description are merely exemplary and can have an effect alternatively or cumulatively without the advantages necessarily having to be achieved by embodiments according to the invention.
Hinsichtlich des Offenbarungsgehalts - nicht des Schutzbereichs - der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents gilt Folgendes: Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen, was aber nicht für die unabhängigen Patentansprüche des erteilten Patents gilt.The following applies to the disclosure content - not the scope of protection - of the original application documents and the patent: Further features can be found in the drawings - in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components to one another as well as their relative arrangement and operative connection. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different patent claims is also possible, deviating from the selected dependencies of the patent claims and is hereby suggested. This also applies to those features that are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different patent claims. Likewise, features listed in the patent claims can be omitted for further embodiments of the invention, but this does not apply to the independent patent claims of the granted patent.
Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs „mindestens“ bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.The features mentioned in the patent claims and the description are to be understood with regard to their number in such a way that exactly this number or a larger number than the number mentioned is present without the need for an explicit use of the adverb “at least”. So if, for example, an element is mentioned, this is to be understood in such a way that exactly one element, two elements or more elements are present. These characteristics may be complemented by other characteristics or they may be the only characteristics that make up the product in question.
Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.The reference signs contained in the claims do not limit the scope of the subject-matter protected by the claims. They only serve the purpose of making the claims easier to understand.
Figurenlistecharacter list
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
-
1 zeigt stark schematisiert ein Rotorblatt einer Rotorblatteinrichtung im Bereich eines Messabschnitts ohne Ablagerung von Eis. -
2 zeigteine 1 entsprechende Darstellung, wobei sich hier allerdings in dem Messabschnitt des Rotorblatts Eis gebildet hat. -
3 zeigt eine als Hubschrauber ausgebildete Rotorblatteinrichtung in einer stark schematisierten Darstellung. -
4 zeigt eine als Windenergieanlage ausgebildete Rotorblatteinrichtung in einer stark schematisierten Darstellung. -
5 zeigt den Verfahrensablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens. -
6 zeigt einen Schaltkreis zur Auswertung des Signals eines Lichtempfängers, der als Photodiode ausgebildet ist.
-
1 shows a highly schematic representation of a rotor blade of a rotor blade device in the area of a measurement section without deposits of ice. -
2 shows one1 Corresponding representation, although here ice has formed in the measuring section of the rotor blade. -
3 shows a rotor blade device designed as a helicopter in a highly schematic representation. -
4 shows a rotor blade device designed as a wind turbine in a highly schematic representation. -
5 shows the process sequence of a method according to the invention. -
6 shows a circuit for evaluating the signal of a light receiver, which is designed as a photodiode.
FIGURENBESCHREIBUNGFIGURE DESCRIPTION
Ebenfalls vertikal zur Zeichenebene gemäß
Infolge der Rotation des Rotorblatts 1 passiert die Messachse 4 einen Messabschnitt 8 des Rotorblatts 1, der in
Mit der Drehbewegung des Rotorblatts 1 wird zunächst das Licht von dem Lichtsender 5 entlang der Messachse 4 zu dem Lichtempfänger 6 übertragen. Gelangt die Vorderkante 10 in den Bereich der Messachse 4, erfolgt eine Abschattung des Lichtempfängers 6. Diese Abschattung dauert für eine Zeitspanne t so lange an, bis die Messachse 4 die Hinterkante 11 passiert. Wird die Zeitspanne der Abschattung des Lichtempfängers 6 gemessen und beträgt diese Zeitspanne
Wie in
In einem Verfahrensschritt 25 wird dann eine Zeitspanne tE ermittelt, welcher es bedarf, damit die Messachse 4 von der Vorderkante 10 (ohne Eis oder mit Eis) entlang des Messabschnitts 8 bis zu der Hinterkante 11 (ohne Eis oder mit Eis) wandern kann. In einem Verfahrensschritt 26 wird dann eine Erstreckung des Eises E aus der ermittelten Zeitspanne tE ermittelt. Hierbei kann (abweichend zu den obigen vereinfachenden Formeln) eine Berücksichtigung weiterer geometrischer Bedingungen und Betriebsparameter erfolgen. So kann beispielsweise berücksichtigt werden, wenn das Rotorblatt 1 in dem Messbereich 8 nicht geradlinig ausgebildet ist, sondern gekrümmt ist, der Messabschnitt 8 des Rotorblatts 1 angestellt ist, wobei sich der Anstellwinkel in dem Betrieb der Rotorblatteinrichtung 14 verändern kann, und/oder es kann ein Winkel 20 berücksichtigt werden, um welchen die Messachse 4 gegenüber der Rotationsachse 2 geneigt ist.In a
In einem Verfahrensschritt 27 wird dann ein Indikator für das sich ausbildende Eis ermittelt. Dies kann auf Grundlage eines Änderungssignals der ermittelten Erstreckung E oder auf Grundlage eines Betrags der ermittelten Erstreckung E erfolgen.In a
Auf Grundlage des Indikators wird dann in einem Verfahrensschritt 28 eine Maßnahme eingeleitet. Dies kann beispielsweise dann erfolgen, wenn der Indikator einen Schwellwert überschreitet, sich eine starke Änderung des Indikators ergibt oder eine anderweitige Veränderung des Indikators Handlungsbedarf indiziert. Für die in dem Verfahrensschritt 28 eingeleitete Maßnahme gibt es im Rahmen der Erfindung vielfältige Möglichkeiten. So kann dem Betreiber oder Piloten über die Aktivierung einer Warneinrichtung zur Kenntnis gebracht werden, dass sich Eis an dem Rotorblatt 1 ausgebildet hat. Möglich ist, dass eine Veränderung der Betriebsbedingungen in Abhängigkeit des Indikators erfolgt. So kann beispielsweise eine Veränderung der Drehzahl des Rotorblatts, eine Veränderung des Anstellwinkels u. ä. erfolgen. Ebenfalls möglich ist, dass eine Schutzeinrichtung aktiviert wird und insbesondere eine Heizeinrichtung des Rotorblatts aktiviert wird, um das sich abgelagerte Eis zumindest teilweise zu beseitigen. Möglich ist auch, dass dem Betreiber ein Signal zur Deaktivierung der Rotorblatteinrichtung, zum Landen des Hubschraubers oder zum Fliegen in ein anderes Gebiet mit höheren Temperaturen gegeben wird. Kann beispielsweise einem Piloten eines Hubschraubers der Vereisungszustand zur Kenntnis gebracht werden, kann der Pilot einen sicherheitskritischen Zustand des Hubschraubers früher vermeiden als wenn der Pilot ohne das erfindungsgemäße Verfahren die Vereisung des Rotorblatts erst mit einer starken Leistungsdegradation des Hubschraubers bemerken würde. Andererseits kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens vermieden werden, dass eine Schutzeinrichtung oder die Ergreifung anderer Maßnahmen nur dann erfolgt, wenn dies wirklich erforderlich ist. So kann beispielsweise der Betrieb einer Heizeinrichtung vermieden werden, wenn sich noch kein Eis an dem Rotorblatt abgelagert hat. Der übermäßige Betrieb der Heizeinrichtung könnte eine Restreichweite für den Hubschrauber verringern und verschlechtert die Energieeffizienz. Für den Fall, dass das erfindungsgemäße Verfahren Einsatz findet für eine Windenergieanlage, muss bis zu dem Erkennen des Eises an dem Rotorblatt nicht abgewartet werden, bis hier eine so große Unwucht oder Verstimmung der Eigenkreisfrequenz erfolgt, bis diese von einem entsprechenden Messsystem gemäß dem Stand der Technik erkannt werden kann und/oder bis sich Eis in einer Menge an dem Rotorblatt gebildet hat, die bei einem Herabfallen oder Wegschleudern Gefahren für Personen und Sachen mit sich bringt.A measure is then initiated in a
Handelt es sich bei dem Rotorblatt 1 um ein solches mit gedrehtem Profil, wird die Breite B bzw. der Abstand 12 entsprechend der Profilsehne des Profils ermittelt.If the
Mittels eines geeigneten Aufbaus können Abtastraten, Empfängerströme und Lichtempfindlichkeiten so angepasst werden, dass das Nutzsignal von Störsignalen getrennt wird und die Drehzahl des Rotorblatts 1 und die Schichtdicke des ausgebildeten Eises im Bereich der Vorderkante 10 und im Bereich der Hinterkante 11 bestimmt werden kann.By means of a suitable structure, sampling rates, receiver currents and light sensitivities can be adjusted in such a way that the useful signal is separated from interference signals and the speed of the
Für den Fachmann wird ersichtlich sein, dass eine entsprechende Anpassung des Verfahrens, insbesondere mit der Ermittlung der Drehzahl, erfolgen muss, wenn über den Umfang mehrere Rotorblätter verteilt sind.It will be clear to a person skilled in the art that the method must be adapted accordingly, in particular with the determination of the rotational speed, if a plurality of rotor blades are distributed over the circumference.
Des Weiteren sind für den Fachmann für den Fall, dass die Erfindung Einsatz findet für eine Windenergieanlage, über den Umfang des Mastes 23 mehrere Lichtsender 5 und Lichtempfänger 6 verteilt anzuordnen, damit eine Erfassung der Ausbildung des Eises auch dann erfolgen kann, wenn eine Veränderung der Ausrichtung der Rotationsachse 2 des Rotorblatts 1 je nach Windrichtung erfolgt. Auch in diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn ein Lichtsender 5 oder ein Lichtempfänger 6 an einem Stator oder einer Aufbaute für die drehbare Lagerung des Rotorblatts 1 gehalten ist, da dieser dann automatisch mit der Veränderung der Ausrichtung der Rotationsachse 2 mitverschwenkt wird.Furthermore, for the person skilled in the art, if the invention is used for a wind turbine, several
Die Wellenlänge des Lichts, insbesondere eines Laserstrahls, wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass diese vom Eis gestreut oder absorbiert wird, während Wassertropfen im Bereich der Messachse 4 oder Wasser auf dem Rotorblatt 1 keinen nennenswerten Einfluss auf das empfangene Lichtsignal haben.The wavelength of the light, in particular of a laser beam, is preferably selected in such a way that it is scattered or absorbed by the ice, while water droplets in the area of the measuring
Vorzugsweise erfolgt eine Ermittlung der Erstreckung des Eises mit einer Messunsicherheit von ±0,1 mm.The extent of the ice is preferably determined with a measurement uncertainty of ±0.1 mm.
Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Eiserkennungssystems können Piloten unter Umständen auch bei Kenntnis von leichten und kurzzeitigen Vereisungsbedingungen auch ohne ein Eisschutzsystem fliegen, um beispielsweise Krankentransporte zu übernehmen, Verletzte zu bergen oder als Polizeihubschrauber eine Suchmission durchzuführen. Da unter diesen Vereisungsbedingungen die Eiswachstumsgeschwindigkeit vergleichsweise langsam ausfällt, bleibt bei Einsetzen des Eiswachstums an den Rotorblättern, welches erfindungsgemäß erkannt werden kann, ausreichend Zeit, die Vereisungsbedingungen zu verlassen. Hinzu kommt, dass die Wetterdaten nicht so detailliert vorliegen, als dass lokal und zeitlich Vereisungsbedingungen exakt vorhergesagt werden können. Aus Sicherheitsgründen bleibt ein vor Vereisungsbedingungen ungeschütztes Luftfahrzeug gemäß dem Stand der Technik in der Regel am Boden.When using the ice detection system according to the invention, pilots may be able to fly without an ice protection system even if they are aware of light and short-term icing conditions, for example in order to transport ambulances, rescue the injured or carry out a search mission as a police helicopter. Since the rate of ice growth is comparatively slow under these icing conditions, when ice starts to grow on the rotor blades, which can be detected according to the invention, there is sufficient time to leave the icing conditions. In addition, the weather data is not available in such detail that local and temporal icing conditions can be accurately predicted. For safety reasons, according to the state of the art, an aircraft unprotected against icing conditions usually remains on the ground.
Ist ein Eisschutzsystem, insbesondere eine Heizeinrichtung des Rotorblatts 1, vorhanden, kann das Eisschutzsystem automatisiert in Abhängigkeit des erfindungsgemäß ermittelten Indikators eingeschaltet werden. Die Fehlerquelle Mensch wird damit umgangen. Der Pilot kann dann über die Eiserkennung und die Aktivierung des Eisschutzsystems in Kenntnis gesetzt werden. Der Pilot kann unter Umständen durch eine Eingabe die Aktivierung des Eisschutzsystems abändern oder deaktivieren, da er eine höhere Priorität in der Hierarchie als das Luftfahrzeug besitzt und so bei einer Fehlfunktion des Eiserkennungs- oder Eisschutzsystems eingreifen kann. Abstürze wegen eines fehlenden Bewusstseins über einen Vereisungszustand des Rotorblatts treten für die erfindungsgemäße Ausgestaltung nicht mehr auf.If an ice protection system, in particular a heating device of the
Die Aktivierung des Eisschutzsystems erfordert einen Energieeinsatz, welcher bei den derzeit eingesetzten Eisschutzsystemen zu einem erhöhten Treibstoffverbrauch oder einer verringerten Leistung führt. Auch eine automatisierte Abschaltung des Eisschutzsystems ist bei dem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.The activation of the ice protection system requires energy input, which leads to increased fuel consumption or reduced performance in the ice protection systems currently in use. An automated shutdown of the ice protection system is also possible when using the method according to the invention.
Die hier beschriebenen Vorteile gelten auch entsprechend für eine Anwendung von Propellern an Lufttaxis.The advantages described here also apply accordingly to the use of propellers on air taxis.
Im Fall einer Windenergieanlage erfolgt erfindungsgemäß die Erkennung der Ausbildung des Eises. Auch hier wird eine automatische, sofortige Aktivierung eines Eisschutzsystems ermöglicht. Hierdurch wird eine Verringerung der Effizienz der Windenergieanlage durch die Ablagerung von Eis vermieden und die Windenergieanlage kann weiterhin den höchstmöglichen Ertrag generieren. Da die Windenergieanlagen an vielen Standorten bei Ausbildung von Eis zur Vermeidung eines Abwurfes des Eises abgeschaltet werden müssen, generieren diese während des eisbedingten Stillstands keinen Ertrag. Es ist dann eine Sichtkontrolle erforderlich, welche Personal vor Ort durchführen muss. Das Personal muss dann die Anlage betrachten und deren Eisfreiheit bestätigen, womit dann die Windenergieanlage anlaufen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise bei einem langsamen Drehen der Rotorblätter mit einer Drehzahl, bei der kein Eisabwurf in kritische Flächen möglich ist, die Überprüfung durchführen, ob sich Eis (in einem zu großen Ausmaß) an den Rotorblättern abgelagert hat und ggf. den automatischen Wiederanlauf ermöglichen. Eine Vorortbegehung ist damit nicht erforderlich. Es kann auch ein schnellstmögliches, automatisch erkanntes Wiederanfahren der Windenergieanlage erfolgen. Im Gegensatz zu einem sogenannten Kennlinienverfahren kann das System auch bei kleinen Windgeschwindigkeiten zuverlässig die Ausbildung von Eis erkennen. Möglich ist auch, dass das erfindungsgemäße Verfahren Einsatz findet, wenn die Rotorblätter nicht von dem Wind durch den Laserstrahl bewegt werden, wobei dann eine motorische Verdrehung der Rotorblätter erfolgen kann. Im Gegensatz zu auf der Gondel der Windenergieanlage montierten Detektoren entfallen Fehlalarme auf Grundlage von Vereisungsmeldungen.In the case of a wind turbine, the formation of ice is detected according to the invention. Here, too, an automatic, immediate activation of an ice protection system is made possible. As a result, a reduction in the efficiency of the wind energy plant due to the accumulation of ice is avoided and the wind energy plant can continue to generate the highest possible yield. Since the wind turbines at many locations have to be switched off when ice forms to prevent the ice from being shed, they do not generate any income during the ice-related downtime. A visual inspection is then required, which personnel must carry out on site. The staff then has to look at the system and confirm that it is free of ice, with which the wind turbine can then start up. The method according to the invention can, for example, when the rotor blades rotate slowly at a speed at which ice cannot be shed into critical areas, check whether ice has built up (too large an extent) on the rotor blades and, if necessary, carry out an automatic restart enable. An on-site inspection is therefore not necessary. The wind energy installation can also be started up again as quickly as possible and automatically recognized. In contrast to a so-called characteristic curve method, the system can reliably detect the formation of ice even at low wind speeds. It is also possible that the method according to the invention is used when the rotor blades are not moved by the wind through the laser beam, in which case the rotor blades can then be twisted by motor. In contrast to detectors mounted on the nacelle of the wind turbine, there are no false alarms based on icing reports.
Gebläse in der Gebäudelüftung und Turbinen im Kraftwerksbereich können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hinsichtlich einer etwaigen Vereisung überprüft werden. Auch hier kann zum Schutz der Anlage eine Enteisung eingeschaltet werden oder die Anlage gestoppt werden.Fans in building ventilation and turbines in the power plant area can be checked for possible icing using the method according to the invention. Here too, to protect the system, de-icing can be switched on or the system can be stopped.
Möglich ist, dass der Lichtempfänger 6 in einem zylindrischen Gehäuse angeordnet ist, um den Eintritt von Umgebungslicht abzuschirmen. Des Weiteren möglich ist, dass das entsandte Licht eine Trägerfrequenz enthalten kann, um einen Schutz gegenüber Störungen bereitzustellen.It is possible for the
Möglich ist aber auch, dass zyklisch für die Überwachung, ob sich an dem Rotorblatt 1 der Windenergieanlage Eis ausgebildet hat, eine Verdrehung der Rotationsachse 2 in Richtung einer vorbestimmten Messachse erfolgt, in welcher dann die Lichtempfänger 6 zu der Messachse 4 des Lichtsenders 5 ausgerichtet sind. Vorzugsweise erfolgt dann die Messung für eine kleine Drehzahl des Rotorblatts 1. Ergibt die Messung, dass sich kein Eis oder Eis in einem akzeptablen Umfang an dem Rotorblatt 1 abgelagert hat, kann dann eine Rückstellung der Rotationsachse 2 in Richtung der Anströmung erfolgen.However, it is also possible for the
Die Photodiode 30 erzeugt einen Photostrom. Mittels des Spannungsmesser 34 wird über den Widerstand 32 eine Spannung gemessen, die dem Photostrom der Photodiode 30 proportional ist, womit die messtechnische Erfassung vereinfacht ist.The photodiode 30 generates a photocurrent. Using the
Die Nutzung der Photodiode 30 erfolgt nicht lediglich im Leerlaufbetrieb, so dass die Spannung nicht direkt an der Photodiode 30 gemessen wird. Grund hierfür ist, dass im Allgemeinen die Messgeräte einen hohen Eingangswiderstand aufweisen, so dass die von der Photodiode 30 generierte Ladung zu langsam über das Messgerät abfließt. Eine Unterbrechung der Lichtschrankeneinrichtung 7 könnte bei direkter Messung der Spannung über der Photodiode 30 bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten des Rotorblatts 1 nicht detektiert werden, da dann u. U. die Ladung nicht schnell genug abfließen kann. Stattdessen fließt für den Schaltkreis 29 der Strom aus der Photodiode 30 über einen in Reihe geschalteten (vorzugsweise Ohmschen) Widerstand 32. Der Widerstand des Widerstands 32 kann dabei so klein gewählt werden, dass die Ladung schnell genug abfließt und das Durchschreiten des Rotorblatts 1 durch die Lichtschrankeneinrichtung 7 erfasst werden kann. Allerdings sollte der Widerstand des Widerstands 32 nicht so klein gewählt werden, dass der Spannungsabfall an dem Widerstand 32 so gering ist, dass die zu messende Spannung nicht mehr ausreichend von dem Messrauschen unterschieden werden kann.The photodiode 30 is not only used in no-load operation, so that the voltage is not measured directly at the photodiode 30 . The reason for this is that the measuring devices generally have a high input resistance, so that the charge generated by the photodiode 30 flows away too slowly via the measuring device. An interruption of the
Möglich ist, dass zu diesem Zweck die Photodiode 30 mit einer Sperrspannung beaufschlagt wird, womit die Kapazität der Photodiode 30 gesenkt wird und die Abfallzeit des Signals weiter verringert wird. Diese Betriebsform der Photodiode 30 wird auch als „photoresistiver Betrieb“ bezeichnet. Findet für eine Option wie dargestellt auch die Kapazität 33 Einsatz, kann mittels der Kapazität eine Filterung von in den Leitungen induzierten Störspannungen erfolgen.It is possible for this purpose to apply a blocking voltage to the photodiode 30, which reduces the capacitance of the photodiode 30 and further reduces the fall time of the signal. This form of operation of the photodiode 30 is also referred to as “photoresistive operation”. If the
Für eine Ausgestaltung der Erfindung sendet der Lichtsender 5, insbesondere der Laser, das Licht entgegen der Bewegungsrichtung des Hubschraubers 15 oder in Strömungsrichtung bei Bewegung des Hubschraubers 15, was vorzugsweise für die Hauptbewegungsrichtung in Richtung der Längsachse des Hubschraubers 15 gilt. Ausreichend ist auch, wenn zumindest eine Komponente der Richtung der Aussendung des Lichts entgegen der Bewegungsrichtung oder in Strömungsrichtung orientiert ist. Für derartige Anordnung des Lichtsenders 5 relativ zu dem Lichtempfänger 6, derartige Orientierung der Messachse 4 und derartige Senderichtung des Lichts kann gewährleistet werden, dass die Austrittsöffnung oder Austrittsoptik des Lichtsenders 5 nicht (so schnell) vereist. Eine Vereisung des Lichtsenders 5 wäre nachteilig, da dann das Licht durch das Eis mit dem Austritt aus dem Lichtsender 5 gestreut würde und nicht mehr in hinreichender Intensität entlang der Messachse 4 zu dem Lichtempfänger 6 gelangen würde. Hingegen kann der Lichtempfänger 6 (insbesondere die Photodiode 30) auch im vereisten Zustand noch arbeiten und als Detektor genutzt werden, da weiterhin ein ausreichend großer Anteil des Laserlichts zu dem Lichtempfänger 6 gelangt.For one embodiment of the invention, the
Durchaus möglich ist aber, dass der Lichtsender 5 und/oder der Lichtempfänger 6 durch zusätzliche Maßnahmen gegen eine Vereisung geschützt sind.However, it is entirely possible for the
Grundsätzlich kann als Lichtsender 5 ein Punktlaser eingesetzt werden, wobei dann der Lichtempfänger 6 ein Messsignal ermittelt und auf der Messachse 4 angeordnet ist. Ebenfalls möglich ist, dass ein Linienlaser eingesetzt wird, dessen Licht dann auf mehrere in einer Reihe entsprechend der Linie des Linienlasers angeordnete Lichtempfänger 6, insbesondere Photodioden, treffen kann. Hierdurch kann eine Erhöhung der Messgenauigkeit und/oder eine Erfassung des Eises an mehreren Stellen und/oder eine Eisschichtdickenmessung ermöglicht werden.In principle, a point laser can be used as the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Rotorblattrotor blade
- 22
- Rotationsachseaxis of rotation
- 33
- Umfangsgeschwindigkeitperipheral speed
- 44
- Messachsemeasuring axis
- 55
- Lichtsenderlight transmitter
- 66
- Lichtempfängerlight receiver
- 77
- Lichtschrankeneinrichtunglight barrier device
- 88th
- Messabschnittmeasurement section
- 99
- Radiusradius
- 1010
- Vorderkanteleading edge
- 1111
- Hinterkantetrailing edge
- 1212
- Abstanddistance
- 1313
- Eisice cream
- 1414
- Rotorblatteinrichtungrotor blade setup
- 1515
- Hubschrauberhelicopter
- 1616
- Grundkörperbody
- 1717
- Heckrotortail rotor
- 1818
- Statorstator
- 1919
- Rotationsebeneplane of rotation
- 2020
- Winkelangle
- 2121
- Windenergieanlagewind turbine
- 2222
- Mastmast
- 2323
- Mastmast
- 2424
- Verfahrensschrittprocess step
- 2525
- Verfahrensschrittprocess step
- 2626
- Verfahrensschrittprocess step
- 2727
- Verfahrensschrittprocess step
- 2828
- Verfahrensschrittprocess step
- 2929
- Schaltkreiscircuit
- 3030
- Photodiodephotodiode
- 3131
- Spannungsquellevoltage source
- 3232
- Widerstandresistance
- 3333
- Kapazitätcapacity
- 3434
- Spannungsmessertension meter
Claims (21)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021102659.8A DE102021102659B3 (en) | 2021-02-04 | 2021-02-04 | Method for detecting the formation of ice on a rotating rotor blade and rotor blade device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021102659.8A DE102021102659B3 (en) | 2021-02-04 | 2021-02-04 | Method for detecting the formation of ice on a rotating rotor blade and rotor blade device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021102659B3 true DE102021102659B3 (en) | 2022-02-17 |
Family
ID=80000984
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102021102659.8A Active DE102021102659B3 (en) | 2021-02-04 | 2021-02-04 | Method for detecting the formation of ice on a rotating rotor blade and rotor blade device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102021102659B3 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013149811A1 (en) | 2012-04-03 | 2013-10-10 | Windvector Ab | Method and device for detecting accumulation of ice and/or snow on a blade of a wind turbine |
EP2984339B1 (en) | 2013-04-11 | 2017-06-28 | General Electric Company | System and method for detecting ice on a wind turbine rotor blade |
EP2549454B1 (en) | 2011-07-22 | 2019-03-27 | General Electric Company | System and method for detecting ice on a wind turbine rotor blade |
EP3203066B1 (en) | 2016-02-02 | 2019-09-11 | General Electric Company | System and method for de-icing a wind turbine rotor blade |
US10429511B2 (en) | 2017-05-04 | 2019-10-01 | The Boeing Company | Light detection and ranging (LIDAR) ice detection system |
EP3397861B1 (en) | 2015-12-29 | 2019-11-13 | FOS4X GmbH | Method for predicting the accumulation of ice on a rotor blade of a wind turbine and the use thereof |
DE102018116941A1 (en) | 2018-07-12 | 2020-01-16 | fos4X GmbH | Device and method for recognizing the accumulation or the type of ice on a rotor blade of a rotor of a wind turbine |
-
2021
- 2021-02-04 DE DE102021102659.8A patent/DE102021102659B3/en active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2549454B1 (en) | 2011-07-22 | 2019-03-27 | General Electric Company | System and method for detecting ice on a wind turbine rotor blade |
WO2013149811A1 (en) | 2012-04-03 | 2013-10-10 | Windvector Ab | Method and device for detecting accumulation of ice and/or snow on a blade of a wind turbine |
EP2984339B1 (en) | 2013-04-11 | 2017-06-28 | General Electric Company | System and method for detecting ice on a wind turbine rotor blade |
EP3397861B1 (en) | 2015-12-29 | 2019-11-13 | FOS4X GmbH | Method for predicting the accumulation of ice on a rotor blade of a wind turbine and the use thereof |
EP3203066B1 (en) | 2016-02-02 | 2019-09-11 | General Electric Company | System and method for de-icing a wind turbine rotor blade |
US10429511B2 (en) | 2017-05-04 | 2019-10-01 | The Boeing Company | Light detection and ranging (LIDAR) ice detection system |
DE102018116941A1 (en) | 2018-07-12 | 2020-01-16 | fos4X GmbH | Device and method for recognizing the accumulation or the type of ice on a rotor blade of a rotor of a wind turbine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2615302B1 (en) | Method for operating a wind energy assembly, for which the risk of icing is determined on the basis of meteorological data and wind energy assembly for implementing the method | |
DE102007059502B3 (en) | Method for testing a rotor blade of a wind turbine and testing device | |
DE69823381T2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR PREVENTING IRRITATION | |
EP2615301B1 (en) | Method for operating a wind energy assembly, for which the risk of icing is determined on the basis of meteorological data and wind energy assembly for implementing the method | |
WO2007009759A1 (en) | Method and lidar system for measuring air turbulences on board aircraft and for airports and wind farms | |
EP3555466B1 (en) | Device and method for recognising the attachment of ice to a structure of a construction | |
DE102007004027A1 (en) | Wind energy plant, has detection mechanism designed such that signal is produced during intrusion of flying object, where mechanism has detector with transmitter and/or receiver arranged in rotor head, and spinner concealed adjacent to hub | |
WO2009127362A1 (en) | Monitoring method and apparatus for flight corridors or parts of flight corridors of airports | |
DE102011016868B4 (en) | Measuring device for measuring deformations of elastically deformable objects | |
DE102017125457A1 (en) | Yield forecasting process for wind farms under icing conditions | |
DE1623652A1 (en) | Device for monitoring the rotational path of a body rotating about an axis | |
DE102017106851A1 (en) | Radar system with clearing device | |
DE102013223568A1 (en) | Method and arrangement for ice detection in a wind turbine | |
EP2511522A1 (en) | Blade angle control for a rotor blade of a wind turbine | |
EP3938651B1 (en) | Method for detecting the accretion of ice on a wind turbine | |
EP2343453B1 (en) | Method for operating a wind turbine | |
DE10231299B4 (en) | Collision warning system for wind turbines | |
DE69714065T2 (en) | SYSTEM FOR MEASURING WINTER Rains | |
DE102021102659B3 (en) | Method for detecting the formation of ice on a rotating rotor blade and rotor blade device | |
DE102012003513B3 (en) | Method for checking the structural condition of wind turbines | |
DE102008013392B4 (en) | Method for detecting the tracking of the rotor blades of a wind turbine | |
DE60002717T2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR MEASURING ICE FORMATION | |
EP1496251A1 (en) | Wind turbine blade de-icing device and a wind turbine comprising said device | |
AT512155B1 (en) | Device for detecting an ice covering on the rotor blades of a wind turbine | |
EP2719624B1 (en) | Method for operating a wind turbine and wind turbine for implementing the method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |