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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Messen geometrischer
Parameter und Charakteristika eines Windturbinenblatts.
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HINTERGRUND
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Die
meisten Windturbinen sind mit einer Anzahl Blätter ausgestattet, die zumindest
theoretisch identisch sind. Dies ist wichtig, um sicherzustellen, dass
symmetrische Belastungen auf alle mechanischen Komponenten in dem
Maschinenhaus wie z. B. Welle, Nabe, Getriebe, Lager und dergleichen ausgeübt werden.
Ebenso müssen
im Fall von nach vorn gekrümmten
Blättern
alle Blätter
an derselben Turbine im gleichen Ausmaß vorgekrümmt werden. Dies ist wichtig,
weil sonst das Blatt, dass sich weiter nach oben in den Wind krümmt als
die anderen, dazu neigt, die anderen ein wenig abzubremsen, was
wiederum zu ungleichen Belastungen und einer nicht optimalen Leistungsgewinnung
für die
Windturbine führt.
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Obwohl
man während
der Herstellung und Handhabung der Blätter alle gebührende Sorgfalt walten
lässt und
obwohl die Blätter
unter Verwendung der gleichen Materialien und Werkzeuge etc. aus
den gleichen Formen hergestellt werden, sind jedoch gewisse Abweichungen
bei der genauen endgültigen
Geometrie von einem Blatt zum nächsten unvermeidbar.
Diese Produktabweichungen entstehen neben weiteren Faktoren aus Änderungen
der Temperatur und Feuchtigkeit während der Aushärtung eines
Blatts, Fließdehnung
und menschlichen Faktoren. Es ist daher wichtig, die endgültige Form und
Geometrie jedes Blatts zu messen und zu bestimmen, wie und um wie
viel es von der Blattkonstruktion abweicht. Dies geschieht sowohl
hinsichtlich der Verbesserung des Herstellprozesses, um eine perfektere Übereinstimmung
zwischen dem Blattmodell und dem endgültigen Blatt zu erreichen, und
um die Blätter
so zu gruppieren, dass die ähnlichsten
Blätter
an derselben Turbine verwendet werden oder dass die Unterschiede
zwischen den Blättern
bei der Montage der Blätter
kompensiert werden können.
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Die
sehr große
Struktur eines modernen Windturbinenblatts (60 m lang oder mehr)
stellt natürlich
bestimmte Probleme beim Messen der geometrischen Parameter dar.
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Herkömmlicherweise
wird die Vorkrümmung eines
Blatts gemessen, indem das Blatt in einer bestimmten Position auf
ebenem Boden angeordnet wird, ein Senklot an die Blattspitze gehalten
und vom Fuß gezielt
wird. Dies ist jedoch ein sehr ungenaues Verfahren, das höchst abhängig von
der Person, die die Messung durchführt, der Positionierung des Blatts
und der Art, wie es gestützt
wird, ist.
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Ein
weiterer wichtiger geometrischer Parameter eines Windturbinenblatts
ist das Ausmaß der Verdrehung,
d. h. der Unterschied im Anstellwinkel zwischen dem Blattfuß und der
Blattspitze und, vielleicht noch wichtiger, wie die Verdrehung für ein bestimmtes
Profil (der sogenannte Alphawinkel) für ein bestimmtes Blatt mit
den exakten Positionen der Fußbuchsen
in Beziehung steht. Der Alphawinkel wird dann verwendet, um jegliche
mögliche
Differenz in der Verdrehung relativ zu dem Blattmodell zu kompensieren,
indem der Anstellwinkel-Einstellmechanismus
entsprechend für
das individuelle Blatt voreingestellt wird. Die Verdrehung wird
herkömmlicherweise
durch die Verwendung einer Schablone für den bestimmten Blatttyp gemessen.
Die Schablone ist auf einer Seite mit einer Oberfläche versehen,
die dem Modellblattprofil an einer bestimmten Position entspricht.
Die Schablone wird dann dort, wo sie passt, an dem fertigen Blatt
an seiner bestimmten Position positioniert. Der Winkel der Schablone
wird dann aus der Ablesung eines Neigungsmessers gemessen, der auf
der Schablone angeordnet ist, wobei diese Messung dann auf den Fuß des Blatts übertragen
wird. Dieses Verfahren ist jedoch ungünstig, weil die Messung unvermeidbar
mit großen
Unsicherheiten verbunden ist, die hauptsächlich aus dem ungenauen Anordnen
und Halten der Schablone an dem Profil entstehen, und weil die Prozedur
manuell ist mit den Ursachen für
sich daraus ergebende Fehler.
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AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren zum
Messen geometrischer Parameter eines Windturbinenblatts vorzuschlagen,
die zumindest teilweise die oben umrissenen Probleme der hohen Genauigkeitsgrade überwinden.
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Gemäß einem
Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Messen
geometrischer Parameter eines Windturbinenblatts, wobei das Verfahren
das Anordnen eines Messinstruments mit Blick auf den Fuß des Blatts
und Messen des Blatts umfasst. Wie in der Einleitung auch erwähnt wurde, umfassen
geometrische Parameter eines Windturbinenblatts Merkmale, die die
Geometrie des Blatts betreffen, wie z. B. die Blattlänge und
-krümmung,
die genauen Positionen der Buchsen und die Verdrehung des Blatts.
Durch die Verwendung eines Messinstruments wie z. B. einer Totalstation
können
die relativ großen
Ungenauigkeiten (die zumindest teilweise aus den großen Abmessungen
eines Windturbinenblatts entstehen) und absolute Maße der Blattparameter
erhalten werden. Das vorgeschlagene Verfahren ist darin vorteilhaft,
dass es ein einfaches, preisgünstiges
und schnelles Verfahren zum Erhalten absoluter und/oder relativer
Maße eines
Blatts bereitstellt, das zu jeder geeigneten Zeit und an jedem geeigneten
Ort durchgeführt
werden kann, ohne dass besondere Vorbereitungen notwendig sind.
Die Messung kann zum Beispiel durchgeführt werden, während das
Blatt auf den Transport wartet oder sich auf Lager befindet, was
vorteilhaft ist, weil die Messung dann nicht notwendigerweise in
der Produktionshalle durchgeführt
werden muss, was sowohl Zeit als auch Raum beansprucht. Weiterhin
ist das Messverfahren kontaktlos, weshalb die Messung an sich dem
Blatt keine Kräfte
durch Geräte
oder Personal zufügt.
Das Verfahren ist auch darin vorteilhaft, dass es keine besondere
Halterung für
das Blatt oder das Messinstrument erfordert. Das Messverfahren gemäß dem Obigen
kann auch teilweise automatisiert durchgeführt werden, wodurch die menschlichen Fehlerquellen
verringert werden. Die Verwendung eines Messinstruments macht es
auch möglicht,
die Messungen mit sehr hohen Genauigkeiten durchzuführen, und
das Verfahren schlägt
hierdurch ein wirksames Mittel zur Steuerung der Herstellungspräzision vor,
um zu sehen, ob die endgültigen
Windturbinenblätter
die Vorgaben erfüllen.
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In
einer Ausführungsform
umfasst das Verfahren weiterhin das Anordnen des Messinstruments mit
Blick auf den Fuß und
auf die Spitze des Blatts, Messen der Position von mindestens zwei
Punkten auf der Fußebene
des Blatts und Bestimmen der Fußebene
des Blatts.
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In
einer Ausführungsform
umfasst das Verfahren weiterhin das Bestimmen der Mitte des Fußes durch
Messen von mindestens zwei Punkten auf dem Fuß des Blatts mit annähernd gleichem
Abstand von der Mitte des Fußes.
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In
einer Ausführungsform
umfasst das Verfahren weiterhin das Bestimmen der Mittellinie des Blatts
aus der Fußebene
und der Fußmitte.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst das Verfahren weiterhin das Messen der Position der Spitze
des Blatts und Bestimmen des Abstands von der Spitze des Blatts
zur Mittellinie des Blatts, wodurch die Krümmung des Blatts bestimmt wird.
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In
einer Ausführungsform
umfasst das Verfahren weiterhin das Messen der Position der Spitze des
Blatts und Bestimmen der Länge
des Blatts.
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In
einer Ausführungsform
umfasst das Verfahren weiterhin das Drehen des Blatts um etwa 90°, Wiederholen
der Messungen und erneutes Bestimmen der geometrischen Parameter,
wodurch die Schwerkraft kompensiert wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren
gemäß dem Obigen,
weiterhin umfassend das Anordnen des Messinstruments mit Blick auf
eine Anzahl von Referenzmarkierungen auf dem Blatt und Messen der
Anzahl der Referenzmarkierungen auf dem Blatt.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
umfasst das Verfahren das vertikale Anordnen des Blatts mit seinem
nachlaufenden Rand und Bestimmen des Winkels zwischen der Horizontalen
und einer Linie durch die Referenzmarkierungen, wodurch die Verdrehung
des Blatts bestimmt wird.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
umfasst das Verfahren das Messen einer Anzahl von Fußreferenzpunkten
auf dem Blatt und Bestimmen des Winkels zwischen einer Linie durch
die Referenzmarkierungen und einer Linie durch die Fußreferenzpunkte,
wodurch die Verdrehung des Blatts bestimmt wird.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung betrifft das Verfahren gemäß dem Obigen, weiterhin umfassend
das Vergleichen der Verdrehung des Blatts mit der Verdrehung des
Blatts, wie es konstruiert wurde, wodurch die Produktabweichung
des Blatts bestimmt wird. Hierdurch kann auch ein besseres Verständnis davon
erhalten werden, wie eine große
zusammengesetzte Struktur wie das Windturbinenblatt während des
Aushärtens
seine Form ändert.
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In
einer Ausführungsform
umfasst das Verfahren weiterhin das Markieren der Verdrehung auf dem
Fuß des
Blatts durch das Messinstrument. Indem man das Messinstrument dahin
zeigen lässt,
wo sich die Markierung für
die Verdrehung (die in einem besonderen Fall gleich dem Alphawinkel
ist) auf dem Blatt befinden sollte, wird eine bessere Genauigkeit der
Markierung erhalten.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren
gemäß dem Obigen,
weiterhin umfassend das Anordnen eines Messinstruments mit Blick
auf eine oder mehrere Markierungen auf dem Blatt wie z. B. Dränagelöcher, Blitzableiter,
Umleiterstreifen und Messen der Markierungen auf dem Blatt.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren
gemäß dem Obigen,
weiterhin umfassend, dass das Messinstrument mit Blick auf eine
oder mehrere Referenzmarkierungen auf dem Blatt platziert wird,
dass das Blatt Belastungen ausgesetzt wird und dass die Markierungen
auf dem Blatt gemessen werden, wodurch die Deformierung des Blatts
bestimmt wird. Hierdurch wird ein sehr einfaches, jedoch genaues
Verfahren zum Bestimmen der Deformationen des Blatts erhalten, wenn
es verschiedenen Belastungssituationen ausgesetzt ist.
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Die
oben erwähnten
Messverfahren sind darüber
hinaus darin vorteilhaft, dass die Messung des Blatts selbst unabhängig von
dem bestimmten Blatttyp ist, so das das gleiche Verfahren an allen Blättern durchgeführt werden
kann, wobei keine besondere Anpassung von einem Blatt zum nächsten erforderlich
ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung
eines Messinstruments zum Messen geometrischer Parameter eines Windturbinenblatts.
Die Vorteile hier sind wie vorstehend beschrieben.
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In
einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung
eines Messinstruments zum Markieren geometrischer Parameter auf einem
Windturbinenblatt.
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In
noch einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die
Verwendung eines Messinstruments zum Messen geometrischer Parameter einer
Form für
ein Windturbinenblatt.
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Hierdurch
werden Mittel zum Erlangen von Daten erhalten, die die Beziehungen
zwischen den Parametern des Windturbinenblatts wie konstruiert während der
Herstellung und dem endgültigen
gefertigten Blatt (die Produktabweichung) direkter ergeben. Dies
ist wichtig, um die Übereinstimmung
zwischen dem Blattmodell und dem endgültigen Blatt verbessern zu
können.
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Schließlich betrifft
die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Messinstruments zum
Messen von Deformierungen eines Windturbinenblatts. Die Vorteile
hier sind wie vorstehend beschrieben.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben, wobei
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1 das
Messverfahren zum Messen der Länge
und Krümmung
eines Windturbinenblatts darstellt, das in einer Perspektivansicht
gezeigt ist,
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2 die
Komponenten der Krümmung
der Blattspitze aus der Blattebene heraus („flapwise”) und in der Blattebene („edgewise”) zeigt,
in einer Ebene senkrecht zu der Mittellinie des Blatts gesehen,
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3 und 4 das
Messverfahren an einem Windturbinenblatt veranschaulichen, gesehen vom
Blattfuß aus
und mit dem nachlaufenden Rand nach oben bzw. zu einer Seite angeordnet,
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5 und 6 das
Messverfahren zum Messen der Verdrehung eines Windturbinenblatts veranschaulichen,
gesehen in einer Perspektivansicht bzw. in der Fußebene,
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7 eine
weitere Ausführungsform
des Messverfahrens zum Messen der Verdrehung eines Windturbinenblatts
veranschaulicht, und
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8 die
Verwendung eines Messinstruments zum Messen an einer Form für ein Windturbinenblatt
veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 veranschaulicht
ein Blatt 100 für
eine Windturbine in einer Perspektivansicht. In diesem Fall ist
das Blatt mit seinem nachlaufenden Rand nach oben angeordnet, aber
die im Folgenden beschriebene Messung könnte ebenso gut mit dem Blatt
in anderen Positionen angeordnet durchgeführt werden. Ein Messinstrument 101 ist
mit unbehinderter Sicht auf die Spitze des Blatts 102 und
auf den Blattfuß 103 angeordnet,
wie durch die Sichtlinien 104 dargestellt.
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Das
Messinstrument 101 kann zum Beispiel einfache herkömmliche
Werkzeuge zum Messen wie z. B. ein Bandmaß, eine Wasserwaage, ein Theodolitgerät auf einem
Dreifuß und/oder
eine Totalstation umfassen, wobei Letztere eine Kombination eines elektronischen
Theodolits (Tachymeter), einer elektronischen Abstandsmesseinrichtung
(EDM) und Software ist, die auf einem externen Computer läuft. Einige
Totalstationen erfordern nicht einmal mehr einen Reflektor oder
ein Prisma, um Abstandsmessungen zurückzusenden, sie sind vollständig robotisch und
können
mit Satelliten-Positionierungssystemen wie z. B. einem globalen
Positionierungssystem (GPS) verbunden sein. In einer Ausführungsform
der Erfindung wird eine servobetriebene Totalstation mit einem Laserpointer
verwendet. Mit einem servobetriebenen Messinstrument kann das Instrument
auch eingestellt werden, um für
die Markierung interessante Punkte automatisch aufzuzeigen etc.
Mit einer Totalstation werden die Winkel und Abstände von
dem Instrument zu den zu messenden Punkten bestimmt. Mit Hilfe von
Trigonometrie werden die Winkel und Abstände verwendet, um die Koordinaten
von tatsächlichen
Positionen (X, Y und Z oder Hochwert, Rechtswert und Höhe) der
gemessenen Punkte zu bestimmen. Wenn hier und im Folgenden beschrieben
ist, dass das Messinstrument einen Punkt misst, deckt dieser Ausdruck
daher auch den Fall ab, dass das Messinstrument tatsächliche
Abstände
und Winkel zu dem Punkt misst, aus denen die Position des Punktes
direkt abgeleitet werden kann.
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Genauigkeiten
eines Messinstrument von 5'' sowohl horizontal
als auch vertikal (was ± 2
mm auf 75 m ist) und ± (2
mm + 2 ppm) auf dem Abstandsmesser sind normal. Das Messinstrument
ist vorteilhafterweise direkt mit einem Computer zum Verarbeiten
der gemessenen Daten verbunden. Eine direkte Verbindung gibt dem
Benutzer die Gelegenheit, die vorgeschlagene Software direkt zu
starten und den notwendigen Bericht etc. nebenbei zu erzeugen.
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Nachdem
das Messinstrument 101 angeordnet worden ist, können die
Länge und
die Krümmung des
Blatts (in diesem Fall die Vorkrümmung,
die für manche
Blatttypen recht beträchtlich
sein kann) bestimmt werden. In einer Ausführungsform erfolgt dies, indem
die Spitze des Blatts 102 und eine Anzahl von Punkten auf
dem Fuß des
Blatts 103 gemessen werden, die zur Bestimmung der Fußebene 105 und der
Fußmitte 110 des
Blatts verwendet werden. Wenn das Blatt so angeordnet wird, dass
die Fußebene 105 vertikal
oder innerhalb einer akzeptablen Genauigkeit annähernd vertikal ist, werden
nur zwei Punkte 106, 107 auf dem Fuß benötigt, um
die Fußebene 105 zu
definieren. Ansonsten wird ein dritter Punk 108 (oder mehr)
benötigt.
Um die Fußmitte 110 zu
bestimmen, werden die beiden Punkte in dem Fuß so ausgewählt, dass sie sich in der Mitte
von zwei Fußbuchsen 109 befinden,
die mutmaßlich
im gleichen Abstand von der Fußmitte 110 entfernt
angeordnet sind. Wahlweise kann man zwei andere Punkte mit bekanntem
oder gleichem Abstand zur Fußmitte
verwenden, wie z. B. Punkte am äußeren oder
inneren Rand des Blattflansches 119 etc.
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Wenn
ein Messinstrument mit einem servobetriebenen Laserpointer eingesetzt
wird, kann eine Anordnung des Blatts mit einer mutmaßlichen
vertikalen Fußebene 105 kontrolliert
und verifiziert werden, indem man zuerst die beiden Punkte auf dem Blattfuß 106, 107 misst
und dann das Messinstrument auf einen dritten Punkt auf der vertikalen
Ebene zeigen lässt,
der sich im gleichen Abstand von der Fußmitte befindet. Hierdurch
kann die Annahme der vertikalen Anordnung verifiziert oder durch
visuelle Prüfung
korrigiert werden.
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Nachdem
die Fußmitte 110 und
die Fußebene 105 bestimmt
worden sind, wird die Mittellinie 111 des Blatts angeordnet
(senkrecht zur Fußebene
und durch die Fußmitte
verlaufend). Unter Verwendung des Blattspitzenpunkts 102,
können
dann die folgenden geometrischen Parameter des Blatts bestimmt werden,
indem einfache geometrische Beziehungen verwendet werden: der Abstand
von der Fußmitte 110 zur
Spitze des Flügels 102,
der Abstand von der Fußmitte 110 zur
Spitze des Flügels 102 entlang
der Mittellinie 111 des Blatts, was auch die Länge 112 des
Blatts ist, und der Versatz von der Mittellinie 111 zur
Spitze des Flügels 102,
was die absolute Krümmung
des Blatts 120 ausdrückt.
Die Krümmung 120 eines
Windturbinenblatts wird oft auch durch seine „flapwise” (aus der Blattebene heraus) 122 und „edgewise” 121 (in
der Blattebene) genannten Komponenten beschrieben. Wenn der nachlaufende Rand
vertikal angeordnet ist, wie in 1 gezeichnet,
ist die Komponente aus der Blattebene heraus („flapwise”) 122 auch der horizontale
Abstand von der Blattspitze 102 zur Mittellinie 111.
Dies ist zur Klarheit auch in 2 veranschaulicht,
wo die Position der Blattspitze 102 gezeichnet ist, wie
sie aus der Fußebene 105 direkt
nach innen gesehen wird.
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Diese
Messungen am Windturbinenblatt sind auch in 3 dargestellt,
wo das Windturbinenblatt aus Gründen
der Klarheit wie vom Fuß aus
gesehen und ein wenig darüber
gezeichnet ist.
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Um
die auf das Blatt einwirkende Schwerkraft und die Art, wie das Blatt
gestützt
sein kann, was zu ungenauen Bestimmungen der geometrischen Parameter
führt,
zu berücksichtigen,
werden die Messungen vorteilhafterweise mit dem Turbinenblatt in
einer neuen Position wiederholt. In einer Ausführungsform wird das Blatt etwa
90° um seine
Länge gedreht
und mit dem nachlaufenden Rand zu einer Seite angeordnet. Dies ist
in 4 dargestellt, wobei das Blatt vom Fuß aus gesehen
und ein wenig zu einer Seite gezeichnet ist. Die oben beschriebenen Messungen
werden dann wiederholt, wonach die geometrischen Parameter für die Windturbine
mit größerer Genauigkeit
bestimmt werden können,
wobei auch die Deformationen durch die Schwerkraft berücksichtigt
werden können.
Wenn das Messen mit dem nachlaufenden Rand vertikal positioniert
durchgeführt
wird, kann die Messung der Komponente 122 aus der Blattebene
heraus („flapwise”) der Blattkrümmung mit
hoher Genauigkeit als unabhängig
von der Schwerkraft betracht werden. Auf ähnliche Weise ist die Komponente 121 in
der Blattebene („edgewise”) der Blattkrümmung, die
mit dem nachlaufenden Rand horizontal angeordnet (wie in 4 dargestellt) bestimmt
wird, nur minimal, wenn überhaupt,
von der Schwerkraft beeinflusst.
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5 stellt
ein Verfahren gemäß der Erfindung
zum Messen der Verdrehung eines Windturbinenblatts 100 unter
Verwendung eines Messinstruments dar. Wie oben beschrieben, wird
ein Messinstrument 101 mit Blick auf den Fuß 103 des
Blatts und auf einige Referenzmarkierungen 401 angeordnet, die
an einigen vorab definierten Positionen am Blatt entlang angeordnet
sind.
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Solche
Referenzmarkierungen 401 können in einer Ausführungsform
kleine Vorkragungen oder Überstände umfassen,
die als Ergebnis von entsprechenden Überständen bzw. Vorkragungen erscheinen,
die in der Form für
das Windturbinenblatt gemacht sind und über den Formvorgang auf das
endgültige
Blatt übertragen
werden. Auf diese einfache und simple Art werden eine Anzahl von
Referenzpunkten oder Markierungen mit bekannten relativen Positionen
auf dem Blatt sichergestellt. Markierungen können auch durch Unterschiede
in den Reflektionseigenschaften, Material- oder Farbabweichungen
etc. auftreten. Diese Arten von Markierungen können auch von den entsprechenden
Positionen in der Form und auf das fertige Blatt übertragen
werden, z. B., indem die Form lokal geschliffen wird (was eine glänzende Stelle
auf dem Blatt hinterlässt)
oder indem an den gewünschten
Positionen ein Zeichen aus einem unterschiedlichen Material und/oder
einer anderen Farbe außen
in dem Blatt eingebettet wird.
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In
einer einfachen Ausführungsform
der Erfindung wird das Blatt 100 auf dem Boden oder in
seinen Trageinrichtungen mit dem nachlaufenden Rand vertikal positioniert
angeordnet, wie in 5 und 6 gezeichnet.
Die beiden Referenzmarkierungen 401 werden gemessen, und
der Winkel β der
Linie 407, die durch die Referenzpunkte 401 verläuft, relativ
zur Horizontalen 408 wird bestimmt. Die Größe dieses
tatsächlich
gemessenen Winkels β wird
mit der Größe des gleichen
Winkels gemäß dem Modell und
der Konstruktionsparameter des Blatts verglichen, wobei die Differenz
zwischen den beiden ein Maß dafür ist, um
wieviel die tatsächliche
endgültige Verdrehung
des gefertigten Blatts von der Verdrehung gemäß der Blattkonstruktion abweicht.
Diese Differenz wird dann üblicherweise
berücksichtigt,
indem einfach der Anstellwinkel-Einstellmechanismus für das individuelle
Blatt entsprechend voreingestellt wird. Um eine solche Voreinstellung
zu erleichtern, wird der sogenannte Alphawinkel α, der als Verdrehung in einem
bestimmten vorab definierten Profil definiert ist, direkt auf dem
Flansch 119 des Blatts markiert, entweder schriftlich und/oder
durch Markierung des Winkels α im
Verhältnis
zu einer bestimmten Buchse 501 (zum Beispiel die Buchse,
die dort angeordnet ist, wo der Anstellwinkel gemäß Blattkonstruktion
null beträgt,
oder, wie es oft üblich
ist, im Verhältnis
zur ersten Buchse links der Vertikalen) oder dergleichen. Wenn das
Messinstrument 101 einen Laserpointer umfasst, kann der
Alphawinkel α im
gleichen Arbeitsschritt wie die Messung der geometrischen Parameter
des Blatts direkt auf dem Fußflansch 119 des
Windturbinenblatts markiert 402 werden.
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In
einer Ausführungsform
werden die zwei Referenzmarkierungen 401 im selben Abschnitt
und Profil des Blatts so gesetzt, dass der Winkel β gleich der
Verdrehung des Blatts ist. In einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung werden die Referenzmarkierungen 401 weiterhin
in dem bestimmten Profil angeordnet, das für den Alphawinkel definiert
ist, so dass der gemessene Winkel β gleich dem Alphawinkel α ist. Außerdem kann
eine beabsichtigte Positionierung der Referenzmarkierungen in dem
gleichen Profil durch Messen gegen die Mittellinie 111 des Blatts
wie vorher bestimmt kontrolliert und verifiziert werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des Verfahrens ist die Messung unabhängig davon, wie das Blatt auf
dem Boden oder in seinen Trägern
positioniert ist (d. h. ob der nachlaufende Rand nach oben zeigt
etc.). Zusätzlich
zum Messen der Referenzmarkierungen 401 wie oben beschrieben
wird das Messinstrument 101 auch verwendet, um die Positionen
von einem oder mehreren Fußreferenzpunkten 601 am
Fuß des
Blatts zu messen, wobei diese Punkte direkt oder indirekt die Nulleinstellung
des Anstellwinkels des Blatts ergeben. Ein Satz Fußreferenzpunkte 601 können in
einer Ausführungsform
die Positionen von zwei Referenzbuchsen 602 umfassen, die
dort, wo der Anstellwinkel 90° beträgt, einander
gegenüber
an jeder Seite des Flansches 119 angeordnet sind, wie in 7 dargestellt.
Aus diesen Messungen wird der Winkel β der Linie 407 durch
die beiden Referenzmarkierungen 401 im Verhältnis zur Linie 603 durch
die beiden Fußreferenzpunkte 601 bestimmt.
Die Größe dieses
Winkels β gibt
dann wiederum an, um wie viel das Blatt tatsächlich verdreht ist, und durch
Vergleich mit den Konstruktionswerten auch, um wie viel die angenommene
Nulleinstellung des Anstellwinkels von der tatsächlichen Nulleinstellung des
Anstellwinkels des Blatts und dem Alphawinkel α abweicht. Wie oben beschrieben,
kann der Alphawinkel α dann,
wenn das Blatt an einem Maschinenhaus montiert wird, zur einfacheren
Voreinstellung des Blattanstellwinkels auch wahlweise auf dem Blattflansch 119 markiert
werden.
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Wie
oben beschrieben, können
die Messungen von sowohl der Blattlänge als auch der Vorkrümmung und
Verdrehung in einem Schritt ausgeführt werden, indem das Messinstrument
einfach wie beschrieben auf eine Art, die eine Sicht auf alle Punkte auf
dem Flügel
ermöglicht,
nahe dem Flansch des Flügels
angeordnet wird. Hier können
die Fußreferenzpunkte 601 auch
als Fußpunkt 106, 107 verwendet
werden, die beim Definieren der Fußebene verwendet werden. Die
notwendigen Punkte für
die gewünschten
geometrischen Parameter werden dann gemessen und die Daten auf einen
verbunden Computer heruntergeladen, der dann die Berechnungen von
Abmessungen und der Markierungsdaten des Alphawinkels durchführen und
einen Bericht erstellen kann. Das Messinstrument kann dann (wenn
es mit einem Laserpointer oder dergleichen ausgerüstet ist) eingestellt
werden, um automatisch auf den Punkt zum Markieren des Alphawinkels
(oder eines jeglichen anderen geometrischen Parameters) zu zeigen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird eine größere Anzahl
Referenzmarkierungen (zum Beispiel 10 oder sogar 100) an dem Blatt
entlang desselben Querschnitts des Blatts angeordnet oder markiert,
so dass sie ein Gesamtprofil des Blatts in einer bestimmten Position
markieren. Hierdurch kann dann das exakte Profil des endgültigen Blatts
an der gegebenen Position gemessen werden, indem das Messinstrument
auf ähnliche
Weise wie vorstehend beschrieben verwendet wird, wodurch eine genaue Messung
der Produktabweichungen von dem konstruierten zu dem endgültig hergestellten
Blatt durch einfache Mittel erhalten wird.
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Auf
im Wesentlichen ähnliche
Weise, wie das Messinstrument 101 verwendet werden kann, um
das Windturbinenblatt zu messen, kann das Instrument vorteilhafterweise
auch verwendet werden, um die geometrischen Parameter der recht
großen Formen 701,
die zur Herstellung der Blätter
verwendet werden, zu messen und zu prüfen. Dies ist in 8 dargestellt.
Hier wird ein Messinstrument 101 mit Sichtlinien 702 auf
eine Anzahl von Referenzpunkten 703 an verschiedenen Stellen
in der Form 701 angeordnet. Hierdurch können die tatsächlichen physikalischen
Abmessungen und geometrischen Parameter der Form gegenüber der
Konstruktion des zu fertigenden Blatttyps verifiziert und, falls
nötig, schließlich korrigiert
werden.
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Abgesehen
von der Krümmung,
der Länge und
Verdrehung des Blatts kann das Messinstrument auch verwendet werden,
um andere Markierungen und physikalische Parameter des Blatts wie
z. B. die genaue Position eines Dränagelochs, eines Umleiterstreifens,
von Blitzableitern oder zu bemalenden Bereichen etc. zu messen,
zu verifizieren, zu prüfen und/oder
zu markieren. Das Verfahren kann vorteilhafterweise auch verwendet
werden, um die Deformierungen des Blatts zu messen, wenn es unterschiedlichen
Testbelastungen ausgesetzt wird. Ein gemeinsames Merkmal des Obigen
ist, dass es ein großer
Vorteil ist, dass das Messinstrument leicht bewegt werden kann,
keine Befestigungen oder dergleichen erfordert, nicht viel Raum
einnimmt und leicht zu bedienen ist.
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Man
beachte weiterhin, dass die oben erwähnten Ausführungsformen die Erfindung
eher veranschaulichen anstatt beschränken, und dass Fachleute in
der Lage sein werden, viele alternative Ausführungsformen zu konstruieren,
ohne vom Umfang der beigefügten
Ansprüche
abzuweichen. In den Ansprüchen
sollen jegliche Bezugszahlen, die in Klammern angeordnet sind, nicht
als den Anspruch begrenzend aufgefasst werden. Das Wort „umfassend” schließt die Anwesenheit
anderer Elemente oder Schritte als die in einem Anspruch aufgeführten nicht aus.
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Zusammenfassung
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Diese
Erfindung betrifft Verfahren zum Messen geometrischer Parameter
eines Windturbinenblatts, wobei das Verfahren das Anordnen eines Messinstruments
mit Blick auf den Fuß des
Blatts und Messen des Blatts umfasst. Es werden Verfahren zum Messen
von Parametern wie z. B. Blattlänge,
Blattkrümmung,
Verdrehung und Alphawinkel des Blatts beschrieben. Dies wird durch
die Verwendung eines Messinstruments erreicht, mit dem eine Anzahl von
Punkten oder Markierungen an dem Fuß des Blatts, der Blattspitze
und/oder anderen Referenzmarkierungen auf dem Blatt gemessen werden.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines Messinstruments
zum Messen und/oder Markieren geometrischer Parameter auf einem
Windturbinenblatt und zum Messen von Deformierungen eines Windturbinenblatts.