DE202007008066U1

DE202007008066U1 - Vorrichtung zur Ausrichtung eines winkelverstellbaren Rotorblattes einer Windenergieanlage sowie Windenergieanlage

Info

Publication number: DE202007008066U1
Application number: DE202007008066U
Authority: DE
Original assignee: Repower Systems SE
Current assignee: Senvion GmbH
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2017-06-09
Also published as: DE112008002176A5; WO2008148370A2; WO2008148370A3

Abstract

Vorrichtung zur Vermessung des Einstellwinkels (α) eines einen Innenraum (9) aufweisenden Rotorblattes (10), welches im Bereich einer Rotorblattwurzel (11) winkelverstellbar an einer Rotornabe (30) einer Windenergieanlage (1) anordenbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens zwei Referenzpunkte (50, 50') aufweist, die im Innenraum (9) des Rotorblattes (10) in vorbestimmter Lage zum Rotorblatt (10) anordenbar sind, wobei die Vorrichtung eine Messeinrichtung (40, 40') beinhaltet, mit der die Lage der Referenzpunkte (50, 50') relativ zu einem Bezugssystem (25) vermessbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausrichtung eines winkelverstellbaren Rotorblattes einer Windenergieanlage, sowie eine Windenergieanlage.
Zur Erzielung eines optimalen Energieertrages bei Windenergieanlagen ist es von größter Wichtigkeit, dass sämtliche Rotorblätter mit identischen und vorbestimmten Einstellwinkeln betrieben werden. Üblicherweise verfügen die Rotorblätter hierzu über Referenzmarkierungen, welche mit Markierungen auf der zentralen Rotornabe abgeglichen werden.
In der Praxis hat sich nun gezeigt, dass fehlerhafte Referenzmarkierungen zu Rotorunwuchten oder reduziertem Energieertrag führen, sodass die Rotorblätter neu eingemessen werden müssen. Hierbei ist mindestens eine Genauigkeit von 0,3° erforderlich, wünschenswert ist allerdings eine Genauigkeit besser als 0,1°.
Ein übliches Verfahren hierzu sieht vor, dass eine Profilschablone von außen über das Rotorblatt geschoben wird, welche dann mittels optischer Verfahren in Bezug zu einer Referenzebene, z. B. die Rotorebene oder die Rotorachsebene eingemessen wird.
Bei der heutigen Größe von Windenergieanlagen mit Rotordurchmessern weit über 100 m ist die Anbringung derartiger Schablonen in über 50 m Höhe über dem Boden eine zeit- u. kostenintensive Maßnahme.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung, die eine erhebliche Vereinfachung des Verfahrens zur Einmessung eines Rotorblattwinkels an einer montierten Windenergieanlage ermöglicht sowie einer Windkraftanlage zur Nutzung der Vorrichtung. Weiterhin soll ein Verfahren zur einfachen Einmessung eines Rotorblattwinkels einer Windenergieanlage bereitgestellt werden.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Vermessung des Einstellwinkels eines einen Innenraum aufweisenden Rotorblattes, welches im Bereich einer Rotorblattwurzel winkelverstellbar an einer Rotornabe einer Windenergieanlage anordenbar ist, wobei die Vorrichtung erfindungsgemäß mindestens zwei Referenzpunkte aufweist, die im Innenraum des Rotorblattes in vorbestimmter Lage zum Rotorblatt anordenbar sind, wobei die Vorrichtung eine Messeinrichtung beinhaltet, mit der die Lage der Referenzpunkte relativ zu einem Bezugssystem vermessen wird. Durch die Anordnung der Referenzpunkte im Innenraum des Rotorblattes wird auf verblüffend einfache Weise eine sichere, genaue, weitgehend wetterunabhängige und zeitsparende Möglichkeit zur Vermessung der Rotorblatteinstellwinkel geschaffen. Insbesondere für Offshore-Windenergieanlagen ist durch die Erfindung eine einfache Vermessung des Einstellwinkels eines Rotorblattes möglich.
Bevorzugt beinhalten die mindestens zwei Referenzpunkte eine Referenzachse oder eine Referenzfläche oder eine Referenzebene. Als Referenzachse ist insbesondere die Blattwinkelverstellachse besonders geeignet. Durch mindestens drei Referenzpunkte kann bevorzugt eine Referenzebene definiert werden. Referenzflächen, z. B. die gekrümmte Innenkontur eines Rotorblattes, werden bevorzugt durch eine Vielzahl von Referenzpunkten definiert.
Bevorzugt werden die Referenzpunkte mehr als 30%, bevorzugt mehr als 50% der Rotorblattlänge, insbesondere etwa 70% von der Rotorblattwurzel entfernt angeordnet. Hierdurch wird eine weitere Verbesserung der Messgenauigkeit erzielt, da nicht ausgeschlossen werden kann, dass ein Rotorblatt über die Länge gegenüber den Entwurfsvorgaben etwas verdreht ist, für den Energieertrag aber vor allem die genaue Ausrichtung des äußeren Bereichs des Rotorblattes von größter Wichtigkeit ist.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird mittels der Messeinrichtung die Lage der Referenzpunkte relativ zu einem Erdschwerefeld, Erdmagnetfeld oder einem globalen oder astronomischen Bezugssystem vermessen. Bevorzugt beinhaltet die Messeinrichtung hierzu einen Neigungssensor, ein elektronisches Navigationssystem oder einen Magnet- oder Kreiselkompass. Bei dieser Ausführungsform ist von besonderem Vorteil, dass die Messeinrichtung besonders kompakt ausgeführt werden kann, da das Bezugssystem direkt im Rotorblatt verfügbar ist und mittels industriell gefertigter Messaufnehmer einfach und kostengünstig bereitgestellt werden kann.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass mittels der Messeinrichtung die Lage der Referenzpunkte zu einem windenergieanlagenfesten, insbesondere rotornabenfesten Bezugssystem vermessen wird. Dies erfolgt vorteilhaft mittels einer Messeinrichtung, welche eine optische Peilvorrichtung oder einen Laser beinhaltet.
Der besondere Vorteil der Referenzierung zu einem außerhalb des Rotorblatts liegenden, windenergieanlagenfesten Bezugspunkt besteht in der einfachen Möglichkeit, den Blatteinstellwinkel absolut in Bezug auf z. B. die Rotorachsrichtung oder die Rotorebene erfassen zu können.
Insbesondere für die letztgenannte Ausführungsform ist es von besonderem Vorteil, wenn die Referenzpunkte dauerhaft mit dem Rotorblatt verbunden sind. Insbesondere solange sich das Rotorblatt noch am Boden befindet, können die Referenzpunkte mit sehr hoher Genauigkeit in Bezug auf das Rotorblatt definiert werden. Hierdurch entsteht auch eine große Zeitersparnis bei der Vermessung des Einstellwinkels.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Messeinrichtung für den Messvorgang lösbar an der Windenergieanlage anordenbar ist.
Somit wird es ermöglicht, dass die relativ teure Messeinrichtung nur als Werkzeug an der Windenergieanlage genutzt wird und nach dem Messvorgang anderweitig Verwendung findet. Bevorzugt eignet sich eine formschlüssige Verbindung, um eine schnelle und passgenaue Positionierung der Messeinrichtung zu ermöglichen.
Hierzu sieht eine bevorzugte Ausführungsform vor, dass die Messeinrichtung eine Schablone aufweist, die an eine Kontur des Innenraums angepasst ist, da auf diese Weise eine schnelle und genaue Positionierung der Messeinrichtung ermöglicht wird.
Bevorzugt sind die Messeinrichtung und die Schablone miteinander verbunden. Somit ist es möglich, eine sehr kompakte und handliche Vorrichtung zu schaffen, mit denen das Wartungspersonal auch in den beengten räumlichen Verhältnissen des Rotorblattes gut hantieren kann.
Entsprechend wird die Aufgabe durch eine Windenergieanlage mit einem winkelverstellbar an einer Rotornabe angeordneten Rotorblatt gelöst, dessen Einstellwinkel mittels einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche vermessen und/oder korrigiert wurde.
Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Vermessung des Einstellwinkels eines einen Innenraum aufweisenden Rotorblattes, welches im Bereich einer Rotorblattwurzel winkelverstellbar an einer Rotornabe einer Windenergieanlage anordenbar ist, mit den folgenden Schritten:

– Bestimmung von mindestens zwei Referenzpunkten im Innenraum des Rotorblattes
– Bestimmung eines Blattwinkel-Istwertes durch Bestimmung der Lage der Referenzpunkte zu einem Bezugssystem
– Vergleich des Blattwinkel-Istwertes mit einem Blattwinkel-Sollwert.

Bevorzugt werden hierbei die Referenzpunkte mehr als 30%, bevorzugt mehr als 50%, insbesondere etwa 70% der Rotorblattlänge von der Rotorblattwurzel entfernt angeordnet.
Die Bestimmung der Lage der Referenzpunkte erfolgt in einer vorteilhaften Ausführungsform bevorzugt relativ zu einem Erdschwerefeld, Erdmagnetfeld oder einem globalen, sattelitengestützten oder astronomischen Bezugssystem.
Vorteilhaft wird das Rotorblatt vor der Vermessung in vorgebbarer Weise ausgerichtet. Eine Ausrichtung des Rotorblattes ermöglicht hierbei eine Bestimmung eines absoluten Blatteinstellwinkels bezogen auf ein windenergieanlagenfestes Bezugssystem. Die Ausrichtung kann bevorzugt eine horizontale oder vertikale Ausrichtung der Blattverstellachse sein, alternativ oder zusätzlich kann auch die Rotorwellenachsrichtung in vorbestimmter Weise, z. B. in eine vorgegebene Himmelsrichtung, ausgerichtet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Lage der Referenzpunkte zu einem windenergieanlagenfesten, insbesondere rotornabenfesten Bezugssystem.
Ein besonders bevorzugtes erfindungsgemäßes Verfahren zur Vermessung des Einstellwinkels eines einen Innenraum aufweisenden Rotorblattes, welches im Bereich einer Rotorblattwurzel winkelverstellbar an einer Rotornabe einer Windenergieanlage anordenbar ist, erfolgt in den folgenden Schritten:

– Ausrichtung des Rotorblattes in einer vorgebbaren Position
– Bestimmung von mindestens zwei Referenzpunkten im Innenraum des Rotorblattes durch Ausrichtung einer mit einer Schablone verbundenen Messeinrichtung
– Bestimmung eines Blattwinkel-Istwertes durch Referenzierung der Position der Messeinrichtung in einem globalen Bezugssystem, insbesondere im Erdschwerefeld oder Erdmagnetfeld
– Vergleich des Blattwinkel-Istwertes mit einem Blattwinkel-Sollwert Dieses Verfahren ist in der Praxis besonders schnell und einfach und weitgehend unabhängig von den Umgebungsbedingungen durchführbar, da außer der sehr kompakt und handlich gestaltbaren Messeinrichtung, die für das jeweilige Rotorblatt geeignet ist, keine weiteren besonderen Hilfsmittel benötigt werden.

Ein alternatives, bevorzugtes Verfahren zur Vermessung des Einstellwinkels eines einen Innenraum aufweisenden Rotorblattes, welches im Bereich einer Rotorblattwurzel winkelverstellbar an einer Rotornabe einer Windenergieanlage anordenbar ist, erfolgt in den folgenden Schritten:

– Bestimmung von mindestens zwei Referenzpunkten im Innenraum des Rotorblattes
– Bestimmung eines Blattwinkel-Istwertes durch Referenzierung der Referenzpunkte mit einem rotornabenfesten Bezugssystem mittels optischer Peilung oder Laserpeilung
– Vergleich des Blattwinkel-Istwertes mit einem Blattwinkel-Sollwert

Dieses Verfahren erfordert neben den Referenzpunkten im Innenraum des Rotorblattes ein zusätzliches rotornabenfestes Bezugssystem, bietet dafür aber den Vorteil der einfachen und genauen Bestimmbarkeit eines absoluten Einstellwinkels des Rotorblatts relativ zur Rotornabe. Insbesondere bei dem letztgenannten Verfahren ist es von Vorteil, wenn die Bestimmung der Referenzpunkte vor der Erstmontage des Rotorblatts, insbesondere während der Herstellung des Rotorblatts, erfolgt.
Bei allen vorgenannten Verfahren wird bevorzugt der Einstellwinkel des Rotorblattes korrigiert, wenn der Vergleich des Blattwinkel-Istwertes mit dem Blattwinkel-Sollwert eine Abweichung ergibt, die oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt. Somit ist es möglich, die Windenergieanlage mit der optimalen Einstellung zu betreiben, wodurch der Energieertrag, die Laufruhe und die Lebensdauer maximiert werden und die Anlagenbelastung minimiert wird.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedanken anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird.
Es zeigen:
1 eine Übersicht einer Windenergieanlage
2 eine perspektivische Darstellung eines Rotorblattes mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
3 einen Schnitt durch ein Rotorblatt mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente bzw. Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung abgesehen wird.
1 zeigt eine Windenergieanlage (1) mit einem Turm (3), einem auf dem Turm um eine vertikale Windnachführachse drehbar gelagertem Maschinenhaus 5, einem um eine im wesentlichen horizontalen Rotorachse 6 drehbar gelagerten Rotor (4) mit einer Rotornabe 30, an welcher drei Rotorblätter (10) angeordnet sind. Die Rotorblätter sind um eine Blattverstellachse (13), welche in 1 exemplarisch für ein Rotorblatt (10) eingezeichnet ist und im wesentlichen mit der Blattlängsachse zusammenfällt, winkelverstellbar an der Rotornabe (30) angeordnet.
2 zeigt das einen Innenraum (9) aufweisende Rotorblatt (10), welches im Bereich einer Blattwurzel (11) an einer nur als Ausschnitt dargestellten Rotornabe (30) an einem Rotornabenflansch (31) um eine Blattverstellachse (13) winkelverstellbar angeordnet ist. Die Winkelverstellung kann hierbei, wie bei Stall-Anlagen üblich, nur in einem sehr kleinen Bereich, z. B. durch (nicht dargestellte) Langlöcher im Rotornabenflansch (31) möglich sein, oder über ein (nicht dargestelltes) Blattverstelllager, sodass im Prinzip beliebige Einstellwinkel möglich sind.
Das Rotorblatt weist eine Blattspitze (12), eine Blattnase (14), eine Blatthinterkante (15) sowie Stege (16) auf, die im wesentlichen parallel zur Blattlängsachse verlaufen. Blattverstellachse (13) und Längsachse des Rotorblattes können identisch sein, müssen es jedoch nicht.
Von der Rotorblattwurzel beabstandet ist ein Profilschnitt (20) des Rotorblattes (10) eingezeichnet, der wiederum die Stege (16) aufweist. In dem Profilschnitt (20) ist der Saugseitengurt (17) und der Druckseitengurt (18) sowie die Saugseitenkontur (21) und die Druckseitenkontur (22) zu erkennen.
Die Profilsehne (24) des Profilschnitts (20) schneidet ein von der Rotornabe (30) herübergelotetes Bezugssystem (25) unter dem Blatteinstellwinkel (α). Das Bezugssystem (25) ist in 2 willkürlich als Horizontale in der dargestellten Blattposition festgelegt worden, ebenso kann auch die Neigung der Rotorachse (6) oder eine Rotorebene als Bezugssystem (25) definiert werden. Im dargestellten Profilschnitt (20) sind im Bereich der Innenseite der Druckseitenkontur (22) zwei Referenzpunkte (50, 50') angeordnet.
Die Referenzpunkte (50, 50') können im Fall eines von innen begehbaren Rotorblattes durch Wartungspersonal zur Durchführung einer Messung eingebracht werden. Hierzu ist es beispielsweise möglich, mittels eines Messmittels (z. B. ein einfaches Maßband oder ein Laser- oder Ultraschallentfernungsmesser) den Profilschnitt (20) durch Messung des Abstandes zur Blattwurzel (11) zu bestimmen.
Die Festlegung der Referenzpunkte (50, 50') kann dann beispielsweise mittels einer an die Innenkontur (21, 22) des jeweiligen Rotorblatttyps speziell angepassten Schablone erfolgen, die also in einem vorbestimmten Abstand zur Blattwurzel (11) angelegt wird. Die Referenzpunkte (50, 50') können dabei an beliebigen, vorbestimmten Punkten im Profilschnitt (20) angeordnet sein. Zur Erhöhung der Genauigkeit ist es von besonderem Vorteil, wenn zumindest ein Referenzpunkt einen möglichst großen Abstand zur Blattverstellachse (13) aufweist.
Eine bevorzugte, weil sehr einfache Möglichkeit zur Bestimmung der Referenzpunkte (50, 50') besteht in der Festlegung der halben Steghöhe des Profilschnitts als Referenzpunkt, weil diese Position mit einem einfachen Maßband ohne Schablone sehr genau eingemessen werden kann. Sinnvoll ist dies aber nur, wenn in der Fertigung des Rotorblattes gewährleistet ist, dass der oder die Stege (16) ohne nennenswerte Winkeltoleranz in die Blattkontur eingebracht werden. Besteht die Gefahr, das die Stege (16) im Profilschnitt verdreht angeordnet sein könnten, ist die Referenzierung auf die Stegmittelpunkte natürlich wenig aussagekräftig.
Auch kann die Position der Referenzpunkte (50, 50') im Rotorblatt bereits vordefiniert sein, z. B. formschlüssig durch Anschläge, (Pass-) Schrauben oder Passstifte, an die eine Schablone oder eine optische oder reflektierende Markierung angelegt oder befestigt wird.
Die Referenzpunkte (50, 50') befinden sich bevorzugt mehr als 30% der Blattlänge, d. h. 30% der Länge von der Blattwurzel (11) bis zur Blattspitze (12) entfernt von der Blattwurzel, besonders bevorzugt mehr als 50% von der Blattwurzel (11) entfernt. Im Idealfall befinden sich die Referenzpunkte etwa 70% der Blattlänge von der Blattwurzel entfernt, weil in diesem Bereich der Einfluss der Einstellwinkel (α) auf den Energieertrag am größten ist.
Alternativ ist vorgesehen, dass die Referenzpunkte (50, 50') bereits bei der Herstellung des Rotorblattes eingebracht werden. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn der Innenraum (9) des Rotorblattes nur schlecht begehbar ist oder wenn die Referenzpunkte (50, 50') so weit außen angebracht werden sollen, dass sie für Personal nur schwer erreichbar sind. Besonders vorteilhaft können die Referenzpunkte (50, 50') vor der Verklebung der beiden Blatthälften, z. B. mittels einer hochgenauen Schablone oder durch Einmessung mittels eines Laserverfahrens im Blatt befestigt werden. Als Markierung eignen sich insbesondere reflektierende Farben, Reflektoren (Katzenaugen), oder auch kleine Spiegel, die in definierter Position angeordnet werden.
Im Bereich der Blattwurzel (11) zeigt die 2 eine zweiteilige Messeinrichtung (40, 40'), welche an einer rotornabenfesten Halterung (35) in vorbestimmter Weise angeordnet ist. Die Messeinrichtung (40, 40') weist eine optische Peilvorrichtung auf, mittels derer die Lage der Referenzpunkte (50, 50') eingemessen werden kann. Dies ist durch die gestrichelten Linien zwischen Messeinrichtung (40, 40') und Referenzpunkt (50, 50') angedeutet. Die Messeinrichtung (40, 40') ist mit hoher Genauigkeit auf der ebenfalls mit hoher Genauigkeit an der Nabe (30) befestigten Halterung (35) angeordnet, bevorzugt mit einer schnell lösbaren Verbindung. Die Verbindung kann bevorzugt auch formschlüssig ausgeführt sein, z. B. durch Anschläge, (Pass-)Schrauben oder Passstifte, um eine schnelle und zuverlässige, aber trotzdem sehr präzise Montage zu ermöglichen. Somit kann die empfindliche und teure Messeinrichtung (40, 40') nur für den Messvorgang in der Rotornabe befestigt werden. Bevorzugt ist die Messeinrichtung (40, 40') so angeordnet, z. B. koaxial mit der Rotorachse (6), dass alle drei Rotorblatter (10) vermessen werden können ohne die Messeinrichtung (40, 40') zu verschieben.
Durch Referenzierung der Lage der Referenzpunkte (50, 50') zu dem windenergieanlagenfesten Bezugssystem, hier die Messeinrichtung (40, 40'), ist es nun möglich, den Einstellwinkel des Rotorblattes zu bestimmen. Windenergieanlagenfestes Bezugssystem bedeutet hierbei, dass auch das Bezugssystem mindestens zwei Bezugsreferenzpunkte auf einem Bauteil der Windkraftanlage außerhalb des winkelverstellbaren Rotorblattes beinhaltet.
Sollte im Bereich zwischen dem Profilschnitt (20) und der Rotornabe (30) eine Rotorblattabdeckung vorgesehen sein, wie dies bei vielen Rotorblättern üblich ist, so ist diese Abdeckung zu entfernen, um eine Peilung zu ermöglichen. Alternativ kann durch ein Mannloch oder durch ein mit entfernbarem Deckel versehenes Peilloch gepeilt werden, oder die Abdeckung wird, bevorzugt bereichsweise, durchsichtig, z. B. in Plexiglas ausgeführt.
In der in der 2 gezeigten, bevorzugten Anordnung der Vorrichtung sind die Referenzpunkte (50, 50') und die Messeinrichtung (40, 40') räumlich voneinander getrennt. Dies ermöglicht eine einfach Montage der Messeinrichtung (40, 40'), ohne dass Personal in den Innenraum (9) der Rotorblattes (10) klettern muss.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Blattverstellachse als Bezug genutzt. In diesem Fall muss nur noch ein zusätzlicher Referenzpunkt (50, 50') im Profilschnitt (20) und ein rotornabenfester Bezugsreferenzpunkt bestimmt werden, um die Messung des Einstellwinkels (α) zu ermöglichen.
Je mehr Referenzpunkte (50, 50') im Innenraum (9) eines Rotorblattes (10) genutzt werden, desto größer ist in der Regel die erreichbare Messgenauigkeit. So kann beispielsweise nie ausgeschlossen werden, dass es durch Fertigungsungenauigkeiten zu einer Veränderung der Innenkontur (21, 22) in einem bestimmten Profilschnitt (20) gekommen ist, und somit in diesem Schnitt die Lage eines oder mehrerer Referenzpunkte (50, 50') ungenau ist. Abhilfe schafft z. B. die Definition von mehreren Profilschnitten (20) und mehrfaches Vermessen des Einstellwinkels (α), wobei das Messergebnis dann beispielsweise zum endgültigen Messwert gemittelt werden.
Die Messeinrichtung (40, 40') kann in verschiedenen, im Stand der Technik an sich bekannten Arten ausgeführt sein, zum Beispiel als Peilvorrichtung, z. B. nach Art der bei der Geländevermessung üblichen Theodoliten oder als Lasergerät mit einem sichtbaren „Zielstrahl". Ebenso kann sie auch als Sende- u. Empfangseinheit ausgeführt sein, d. h. dass ein ausgesendeter Lichtstrahl von dem Referenzpunkt (50, 50') reflektiert wird und von der Messeinrichtung (40, 40') wieder empfangen wird, wobei durch die Lage des eingehenden Lichtstrahls die genaue Position des Referenzpunktes (50, 50') bestimmt wird.
Bevorzugt ist das Rotorblatt im Bereich des Profilschnittes (20) von innen begehbar. In diesem Fall bietet es sich an, eine Ausführungsform der Erfindung zu nutzen, wie sie in 3 dargestellt ist.
3 zeigt eine Vergrößerung eines Profilschnittes (20). Abweichend zu 2 ist hier das Rotorblatt nur mit einem Steg (16) ausgeführt. Der Profilschnitt (20) kann beispielsweise eine Bauhöhe, d. h. eine Höhe des Stegs von etwa 60–100 cm aufweisen, so dass Personal noch ohne größere Schwierigkeiten in den zu vermessenden Rotorblattabschnitt kriechen kann.
In dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Messeinrichtung (40) direkt auf einer Schablone (60) befestigt. Die Schablone weist drei Referenzpunkte (50, 50') auf, von denen sich einer auf dem Steg (16) und zwei auf der Druckseitenkontur (22) befinden. An diesen Referenzpunkten befindet sich die Schablone (60) in punktförmiger Anlage mit dem Rotorblatt. Die Referenzpunkte (50, 50') wurden so gewählt, dass sie außerhalb von Bereichen liegen, bei denen mit erhöhten Fertigungstoleranzen zu rechnen ist, z. B. außerhalb des Übergangs des Druckseitengurts (18) in die Blattschale und außerhalb des Verklebebereichs des Stegs (16) mit den Gurten (17, 18).
Die Schablone (60) kann auch vorteilhaft mit einer linienförmigen oder flächigen statt einer punktförmigen Anlage ausgeführt werden, wobei die Anlagefläche eben, z. B. der Steg (16) oder gekrümmt, z. B. die Saugseitenkontur (21) ausgebildet sein kann. In diesen Ausführungsformen wird dann eine Vielzahl von Referenzpunkten (50, 50') genutzt. Die Entscheidung für die eine oder andere Art der Bestimmung der Referenzpunkte (50, 50') hat unter anderem unter der Berücksichtigung der Bauausführung des jeweiligen Rotorblatttyps, der verwendeten Messeinrichtung (40), der Zugänglichkeit des Innenraums (9) und der gewünschten Genauigkeit des Messverfahrens zu erfolgen.
Insbesondere ist hierbei zu berücksichtigen, auf welche Weise mit möglichst geringem Aufwand eine möglichst genaue Korrelation der im Blattinnenraum (9) angeordneten Referenzpunkte (50, 50') mit der Außenkontur gewährleistet wird, weil letztendlich die Außenkontur die aerodynamisch relevante Fläche des Rotorblattes (10) ist.
Weiterhin weist die Schablone einen Haltegriff (62) auf, um vom Wartungspersonal bequem positioniert werden zu können. Gegebenenfalls ist es vorteilhaft, zumindest die Messeinrichtung (40) mit einer Beleuchtungseinrichtung oder zumindest einer Leuchtanzeige auszustatten, da es im Innenraum (9) des Rotorblattes (10) dunkel ist.
Die Messeinrichtung (40) kann zum Beispiel in Form eines einfachen Neigungsmessers (elektronisch oder als Wasserwaage mit hochgenauer Winkelskala) ausgeführt sein. Wird nun vor der Durchführung der Einstellwinkelmessung die Blattverstellachse (13) durch Drehung des Rotors (4) um die Rotorachse (6) so positioniert, dass sie genau horizontal liegt, kann mit dem Neigungsmesser ein Blatteinstellwinkel (α) bestimmt werden.
Es handelt sich hierbei, je nach Ausführung der Messeinrichtung (40), z. B. um den Einstellwinkel (α) relativ zur Horizontalen oder, wie in 3 dargestellt, relativ zur Vertikalen. Eine absolute Bestimmung des Blatteinstellwinkels (α) erfordert eine Referenzierung, z. B. zur Rotorachse. Da die Neigung der Rotorachse in der Regel sehr genau bekannt ist, kann eine absolute Bestimmung des Einstellwinkels in einem windenergieanlagenfesten Bezugssystem auf rechnerischem Wege erfolgen.
Alternativ kann natürlich auch die Neigung der Rotornabe (30) oder der Rotorachse (6) gemessen werden, bevorzugt wird hierzu derselbe Neigungsmesser genutzt, indem die Schablone (60) z. B. so ausgeführt ist, dass sie auch an Referenzpunkte in der Rotornabe (30), z. B. auf die Halterung (35) (s. 2) angelegt werden kann. In diesem Fall ergibt sich der absolute Einstellwinkel als Differenzwinkel aus den beiden Messungen an Rotorblatt (10) und Nabe (30).
Wird alternativ die Messeinrichtung (40) als Richtungssensor, z. B. als Kompass oder mittels Sattelitennavigation (GPS) ausgeführt und vor der Durchführung der Einstellwinkelmessung die Blattverstellachse (13) durch Drehung des Rotors um die Rotorachse (6) so positioniert, dass sie genau vertikal liegt, kann mit dem Richtungssensor ebenfalls ein Blatteinstellwinkel (α) bestimmt werden.
Eine absolute Bestimmung des Blatteinstellwinkels (α) erfordert in diesem Fall außerdem die Berücksichtigung der Ausrichtung der Rotorachse (6) bezogen auf die Himmelsrichtung. Wird beispielsweise durch Drehung des Maschinenhauses (5) auf dem Turm (3) die Rotorachse (6) genau nach Norden ausgerichtet, so kann der Blatteinstellwinkel (α) relativ zur Rotorachsrichtung direkt aus der Abweichung der Anzeige der Messvorrichtung (40) zur Nordrichtung abgelesen werden.
Wird die Vermessung des Blatteinstellwinkels (α) bei starkem Wind durchgeführt, können windinduzierte Schwingungen des Blattes zu Messungenauigkeiten führen. Dieses kann vorteilhaft durch Drehung des Maschinenhauses so, dass das Rotorblatt (10) auf der windabgewandten Seite des Turms (3) liegt, vermieden werden. Außerdem werden bevorzugt mehrere Messungen nacheinander durchgeführt und die Ergebnisse gemittelt.
Die Bestimmung des Blatteinstellwinkels (α), also des Blattwinkelistwertes, muss nicht absolut erfolgen, sondern kann bevorzugt auch relativ erfolgen, d. h. dass die Blattwinkel der einzelnen Rotorblätter zueinander abgeglichen werden. Hierzu muss beispielsweise bei den beiden zuvor geschilderten Verfahren nur der Rotor um exakt 120° weitergedreht werden, was in der Regel einfach möglich ist, da viele Windenergieanlagen eine Rotorarretiermöglichkeit in genau horizontaler oder genau vertikaler Stellung eines jeden Rotorblattes (10) bieten und die Rotorarretierung ohnehin eingelegt werden muss, bevor Wartungspersonal die Rotornabe (30) betreten darf.
Vorteilig ist die Zeitersparnis, da die direkte Anzeige der Messeinrichtung (40) genutzt werden kann und z. B. bei einer Vermessung über die Himmelsrichtung auf eine Vermessung der Ausrichtung der Rotorachse (6) verzichtet werden kann.
Weiterhin muss auch die Bestimmung des Blatteinstellwinkels (α) nicht exakt erfolgen. Sobald erkennbar ist, dass der Winkel zu groß oder zu klein ist, kann er unmittelbar korrigiert werden, ohne dass ein genauer Blattwinkelistwert bestimmt wird.
Beispielsweise kann bei dem Verfahren mit einer Vorrichtung gemäß 2 der Blatteinstellwinkel (α) solange justiert werden, bis ein von dem Messgerät (40) ausgesendete Laserstrahl genau auf einen Referenzpunkt (50, 50') trifft.
Ebenso ist eine Umkehrung der Anordnung vorteilhaft denkbar: ein auf einer Schablone (60) gemäß 3 angeordnete Peilvorrichtung, z. B. ein Laser, sendet einen Lichtstrahl in Richtung Blattwurzel (11) und wird dort in Übereinstimmung mit einer Referenzmarkierung gebracht, oder der aktuelle Blatteinstellwinkel (α) wird an einer nabenfesten Winkelskala abgelesen.
Weiterhin ist in einer vorteilhaften Ausführung vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Berechnungseinheit aufweist, welche beispielsweise in der Messeinrichtung (40, 40') integriert sein kann. Werden der Berechnungseinheit die geeigneten Informationen über die Windenergieanlage zugeführt, kann somit direkt der absolute Blatteinstellwinkel (α) berechnet und angezeigt werden, auch wenn die Berechnungseinheit nur einen relativen Blattwinkel erfasst. Durch eine derartige Berechnungseinheit können Berechnungsfehler durch das Wartungspersonal zuverlässig ausgeschaltet werden. Häufig werden Blatteinstellwinkel (α) im Bereich von –3° bis +3° bestimmt. Gerade in diesem Messbereich kommt es sehr schnell zu Vorzeichenfehlern, die zu einer erheblichen Verschlechterung des Betriebsverhaltens der Windenergieanlage führen würden und unbedingt zu vermeiden sind.
Ebenso ist es in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, die Schablone (60) mit einer Kombination von Sensoren zu versehen, beispielsweise mit einem Neigungsmesser und einem Richtungsmesser. Somit wird es möglich, auf eine Ausrichtung der Blattverstellachse (13) zu verzichten und den absoluten Blatteinstellwinkel (α) durch an sich im Stand der Technik bekannte Berechnungsverfahren in der Berechnungseinheit zu bestimmen.
Weiterhin kann auch vorteilhaft ein Abstandsmesser auf der Schablone (60) oder in der Rotornabe (30) vorgesehen sein, der automatisch den Abstand der Referenzpunkte (50, 50') von der Blattwurzel (11) bestimmt. Somit entfällt das in den engen räumlichen Verhältnissen eines Rotorblattes (10) umständliche Ausmessen des Abstandes mittels Maßband. Sind in der Berechnungseinheit die dreidimensionalen Daten der Innenkontur (21, 22) des Rotorblattes (10) gespeichert, kann die Berechnungseinheit auch aus beliebigen Referenzpunkten (50, 50') den Blattwinkel (α) ermitteln, wobei die Ergebnisse bevorzugt wiederum aus einer Vielzahl von Messungen gemittelt werden können.
Somit wird es auch möglich, bei Rotorblättern (10), die in gewissen Bereichen von der vorgegebenen Profilkontur abweichen, eine relativ genaue Bestimmung des Einstellwinkels (α) vorzunehmen.
Zu diesem Zweck kann die Schablone (60) beispielsweise mit einem hochgenauen sattelitengestützten Navigationssystem und einem Beschleunigungssensor ausgestattet sein. Somit ist es möglich, die genaue Position und die Neigung des Sensors zu bestimmen.
Derartige Systeme sind zum Beispiel für Astronomen bereits kommerziell erhältlich. Gleicht sich ein solches System mit den z. B. drahtlos übertragenen Daten eines ebensolchen, rotornabenfest montierten Bezugssystems ab, kann die Berechnungseinheit unter Ausnutzung der gespeicherten Geometriedaten der Windenergieanlage daraus direkt den absoluten Blatteinstellwinkel (α) bestimmen.

1: Windenergieanlage
3: Turm
4: Rotor
5: Maschinenhaus
6: Rotorachse
9: Blattinnenraum
10: Rotorblatt
11: Blattwurzel
12: Blattspitze
13: Blattverstellachse
14: Blattnase
15: Blatthinterkante
16: Stege
17: Saugseitengurt
18: Druckseitengurt
20: Profilschnitt
21: Saugseitenkontur
22: Druckseitenkontur
24: Profilsehne
25: Bezugssystem
30: Rotornabe
31: Rotornabenflansch
35: nabenfeste Halterung
40, 40': Messeinrichtung
50, 50': Referenzpunkte
60: Schablone
62: Haltegriff
α: Blatteinstellwinkel

Claims

Vorrichtung zur Vermessung des Einstellwinkels (α) eines einen Innenraum (9) aufweisenden Rotorblattes (10), welches im Bereich einer Rotorblattwurzel (11) winkelverstellbar an einer Rotornabe (30) einer Windenergieanlage (1) anordenbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens zwei Referenzpunkte (50, 50') aufweist, die im Innenraum (9) des Rotorblattes (10) in vorbestimmter Lage zum Rotorblatt (10) anordenbar sind, wobei die Vorrichtung eine Messeinrichtung (40, 40') beinhaltet, mit der die Lage der Referenzpunkte (50, 50') relativ zu einem Bezugssystem (25) vermessbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Referenzpunkte (50, 50') eine Referenzachse oder eine Referenzfläche oder eine Referenzebene beinhalten.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzpunkte (50, 50') mehr als 30%, bevorzugt mehr als 50% der Rotorblattlänge von der Rotorblattwurzel (11) entfernt anordenbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Messeinrichtung (40, 40') die Lage der Referenzpunkte (50, 50') relativ zu einem Erdschwerefeld, Erdmagnetfeld oder einem globalen oder astronomischen Bezugssystem (25) vermessbar ist.
Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (40, 40') einen Neigungssensor, ein elektronisches Navigationssystem oder einen Magnet- oder Kreiselkompass beinhaltet.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Messeinrichtung (40, 40') die Lage der Referenzpunkte (50, 50') zu einem windenergieanlagenfesten, insbesondere rotornabenfesten Bezugssystem (25) vermessbar ist.
Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (40, 40') eine optische Peilvorrichtung oder einen Laser beinhaltet.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzpunkte (50, 50') dauerhaft mit dem Rotorblatt (10) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (40, 40') für den Messvorgang lösbar an der Windenergieanlage (1) anordenbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (40, 40') eine Schablone (60) aufweist, die an eine Kontur (21, 22) des Innenraums (9) angepasst ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (40, 40') und die Schablone (60) miteinander verbunden sind.
Windenergieanlage mit einem winkelverstellbar an einer Rotornabe (30) angeordneten Rotorblatt (10), dessen Einstellwinkel (α) mittels einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche vermessen und oder korrigiert wurde.