DK173029B1 - Fremgangsmåde og apparat til dæmpning af svingninger i rotorblade på vindmøller - Google Patents

Description

DK 173029 B1

FREMGANGSMÅDE OG APPARAT TIL DÆMPNING AF SVINGNINGER I ROTORBLADE PÅ VINDMØLLER

Denne opfindelse omhandler en fremgangsmåde og et apparat til overvågning af 5 vibrationsfænomener i en vindmølles vinger og til sikring imod skadelige følger heraf ved indgreb overfor fænomenet.

Det er efterhånden erkendt, at visse meget udbredte vingetyper under visse omstændigheder er tilbøjelige til under drift at udvise kantvise vibrationer med en 10 amplitude, som i løbet af nogen tid vil forårsage uoprettelige skader på vingerne, hvis fænomenet ikke bringes til ophør. Udover de betragtelige økonomiske følger heraf indebærer dette en risiko for havari samt tilbageholdelse eller endda inddragelse af en vindmølles typegodkendelse.

15 Eftersom fænomenet knapt forstås af vingefabrikanterne, må det forudses, at selv nyproducerede vinger også i umiddelbar fremtid vil kunne udvise denne opførsel.

Det er derfor af største betydning for vindmøllebranchen som helhed, at der kan anvises en pålidelig og driftssikker fremgangsmåde og et apparat til detektion af og 20 indgreb overfor fænomenet.

Fordi fænomenet udvises af forskellige vingetyper, og fordi disse anvendes af flere forskellige vindmøllefabrikanter, vil vibrationsfænomenet variere fra én maskintype til en anden, men kan dog i det store og hele forventes at være karakteristisk for hver 25 maskintype.

Det ifølge opfindelsen skitserede apparat er egnet til indbygning også i allerede opstillede vindmøller, og udviser en fleksibilitet med hensyn til måling og detektion, der muliggør dets anvendelse på alle kombinationer af maskin- og vingetyper.

30

Vindmøller er almindeligvis forsynet med en mekanisme til detektion af voldsomme vibrationer, for eksempel ved grov ubalance i rotoren, hvis denne helt eller delvist skulle tabe en vinge. Denne mekanisme kan ikke detektere kantvise svingninger i vingerne, førend de kantvise svingninger har beskadiget vingerne.

DK 173029 B1 2

Andre foranstaltninger beror på indbygning af vibrationssensorer i selve vingerne, men dette princip kan ikke anvendes i allerede opstillede vindmøller uden urealistisk høje omkostninger til ombygning.

5 Atter andre foranstaltninger beror på vindmøllestyringens begrænsning af vindmøllens drift under bestemte meteorologiske forhold; men denne fremgangsmåde har vist sig upålidelig, dels fordi fænomenet ikke udelukkende styres af meteorologiske forhold, og dels fordi fremgangsmåden på visse lokaliteter vil give anledning til urimelige produktionstab, hvor de kritiske meteorologiske forhold er fremherskende.

10

Det er derfor formålet med den foreliggende opfindelse at angive en fremgangsmåde til at detektere kantvise svingninger i en vindmølles vinger, så der i rette tid kan gribes ind for at begrænse nævnte svingninger, samt at angive et apparat til brug ved udøvelse af fremgangsmåden.

15

Dette formål opnås ved en fremgangsmåde til overvågning af vibrationsfænomener i en vindmølles vinger og til sikring imod skadelige følger heraf ved indgreb overfor fænomenet, hvilken fremgangsmåde omfatter: 20 - tilvejebringe en vibrationssensor, - orientere vibrationssensorens i det plan, som udviser størst følsomhed overfor vingernes kantvise vibrationer, 25 - måle et vibrationssignal, - sammenligne vibrationssignalet med en forud fastsat grænseværdi, og - påvirke omdrejningstallet for vindmøllens rotor ved overskridelse af 30 grænseværdien.

Fremgangsmåden er ifølge opfindelsen særegen ved, at vibrationssensoren er anbragt i vindmøllens maskinhus så fjernt fra vindmøllens rotor som muligt.

DK 173029 B1 3

Apparatet til brug ved udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1 omfatter ifølge opfindelsen - en primær målekæde omfattende en vibrationssensor hvis følsomhedsakse er 5 orienteret i et plan, som ved den givne kombination af maskin- og vingetype har størst følsomhed overfor vingernes kantvise vibrationer, - en indretning med et justerbart båndpasfilter og en komparator til at sammenligne vibrationssignalet med en forud fastsat grænseværdi koblet til 10 vibrationssensorens udgang, og - et udgangsrelæ indskudt til at påvirke rotorens omdrejningstal ved overskridelse af grænseværdien.

15 Apparatet er ifølge opfindelsen særegen ved, at vibrationssensoren er anbragt i vindmøllens maskinhus så fjernt fra rotoren som muligt.

De uselvstændige krav omhandler fordelagtige måder at gå frem på henholdsvis fordelagtige udførelsesformer for apparatet ifølge opfindelsen.

20

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende ved hjælp af den vedføjede tegning, der viser et lodret længdesnit gennem en vindmølle, som er udstyret med et apparat ifølge opfindelsen.

25 På tegningen er vist et lodret længdesnit gennem en vindmølle, der som helhed er angivet med henvisningstallet 1. Vindmøllen 1 har et rotomav 2 med vinger 3, der er anbragt på en langsomt gående aksel 4. Akslen 4 strækker sig ind i et gear 5, hvor rotorakslens 4 lave omdrejningstal sættes i vejret og via en hurtigtgående aksel 6 overføres til en generator 7. Akslen 4, gearet 5, akslen 6 og generatoren 7 er 30 omsluttet af et maskinhus 8, en såkaldt nacelleinddækning.

Der tilvejebringes en primær målekæde omfattende en vibrationssensor 9, der er anbragt i maskinhuset 8 så langt fra rotoren 2, 3 som muligt og med sensorens 9 følsomhedsakse orienteret i et plan, som ved den givne kombination af maskin- og 4 DK 173029 B1 vingetype har størst overførselsevne for den kantvise vibrationsfrekvens for vingerne 2.

Dette plan bestemmes enten ved vindmøllefabrikantens beregning eller empirisk for 5 hver kombination af maskin- og vingetype.

Signalet fra vibrationssensoren 9 overføres til en indretning 10, som har et båndpasfilter, der er justerbart. Båndpasfilteret justeres på en sådan måde, at indretningen 10 måler vibrationsniveauet i en omegn af den frekvens, der er ka-10 rakteristisk for vingernes 2 kantvise svingning i den aktuelle kombination af maskin-og vingetype.

Den i indretningen 10 registrerede amplitude af vibrationssignalet sammenholdes i en komparator med en for den givne kombination af maskin- og vingetype karakteristisk 15 grænseværdi. Hvis vibrationssignalet overskrider den forud fastsatte grænseværdi, er indretningen 10 indrettet til at påvirke et udgangsrelæ, hvis kontaktsæt på allerede opstillede vindmøller kan indskydes i vindmøllens nødstopkredsløb, hvorved vindmøllen bringes til standsning, subsidiært på nykonstruerede vindmøller kan give besked til vindmøllens styresystem om midlertidigt at reducere rotoromdrejningstallet, 20 indtil vibrationsfænomenet ophører.

Hvorvidt indretningen 10 på nykonstruerede vindmøller skal virke med sit udgangsrelæ i vindmøllens nødstopkredsløb vil være et anliggende for vindmøllefabrikanten og godkendende myndigheder.

25

Apparatet er indrettet, så det valgfrit kan konfigureres til enten automatisk at genindkoble udgangsrelæet en stilbar tid efter, at vibrationsniveauet er faldet og forblevet under grænseværdien, eller at lade udgangsrelæet være afbrudt, indtil der foreligger en manuelt indtastet kvittering for fejlmeldingen via en signalindgang.

30

Hvorvidt den ene eller den anden konfiguration skal anvendes vil være et anliggende for vindmøllefabrikanten og godkendende myndigheder.

DK 173029 B1 5

Fortrinsvis forsynes apparatet også med en sekundær målekæde i form af en omdrejningssensor 11 enten ved den hurtigtgående generatoraksel 6 eller en omdrejningssensor 12 ved den langsomtgående rotoraksel 4.

5 Den primære og den sekundære målekæde anvendes til gensidig integritetskontrol, så man kan fæste lid til et registreret fravær af kantvis vingevibration: a) Dersom omdrejningssensoren 11 eller 12 indikerer et omdrejningstal over en vis indstilbar værdi, skal indretningen 10 samtidig registrere relativ højfrekvent 10 vibration fra maskineriet - i modsat fald antages svigt af vibrationsmålekæden 9, 10, hvilket meldes på et statusrelæ.

b) Dersom vibrationsmålekæden 9, 10 detekterer højfrekvent vibration over et vist indstilbart niveau hidrørende fra maskineriet, skal apparatet samtidig modtage et 15 tilsvarende signal fra omdrejningssensoren 11 eller 12 - i modsat fald antages svigt af den sekundærs målekæde, hvilket meldes på et statusrelæ.

I allerede opstillede opstillede vindmøller kan såvel udgangsrelæ som statusrelæ indskydes i vindmøllens nødstopkredsløb, hvorved vindmøllen også kan bringes til 20 standsning ved sensorfejl.

I nykonstruerede vindmøller kan sensorfejl eventuelt meldes til vindmøllens styresystem, som vil kunne foretage en kontrolleret standsning eller nedbremsning af vindmøllen til et lavere omdrejningstal.

25

Hvorvidt et sensorfejlrelæ skal indskydes i vindmøllens nødstopkredsløb vil være et anliggende for vindmøllefabrikanten og godkendende myndigheder.

Med henvisningstallet 13 angives et hasngekabel til vindmøllens nødstopkredsløb.

30

Claims (8)

1. Fremgangsmåde til overvågning af vibrationsfænomener i en vindmølles (1) vinger (2) og til sikring imod skadelige følger heraf ved indgreb overfor fænomenet, hvilken 5 fremgangsmåde omfatter: tilvejebringe en vibrationssensor (9), orientere vibrationssensorens (9) i det plan, som udviser størst følsomhed overfor 10 vingernes (2) kantvise vibrationer, måle et vibrationssignal, sammenligne vibrationssignalet med en forud fastsat grænseværdi, og 15 påvirke omdrejningstallet for vindmøllens rotor (2) ved overskridelse af grænseværdien, kendetegnet ved, 20 at vibrationssensoren (9) er anbragt i vindmøllens (1) maskinhus (8) så fjernt fra vindmøllens rotor (2) som muligt.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at vibrationssignalets 25 overskridelse af grænseværdien overføres til et i vindmøllens (1) nødstopkredsløb indskudt udgangsrelæ, der indrettes til at påvirke nødstopkredsløbet til stop af vindmøllen (1).

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at udgangsrelæet først gen-30 indkobles efter manuel indtastning via en signalindgang.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at vibrationssignalets overskridelse af grænseværdien overføres til vindmøllens styresystem, der indrettes til midlertidigt at reducere omdrejningstallet for vindmøllens (1) rotor (2). DK 173029 B1

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at vindmøllens (1) rotor (2) indkobles påny, når vibrationssignalets amplitude er faldet og i et indstilbart tidsrum er forblevet under grænseværdien.

6. Apparat til brug ved udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1 til overvågning af vibrationsfænomener i en vindmølles (1) vinger (2) og til sikring imod skadelige følger heraf ved indgreb overfor fænomenet, hvilket apparat omfatter: en primær målekæde omfattende en vibrationssensor (9) hvis følsomhedsakse er 10 orienteret i et plan, som ved den givne kombination af maskin- og vingetype har størst følsomhed overfor vingernes (2) kantvise vibrationer, en indretning (10) med et justerbart båndpasfitter og en komparator til at sammenligne vibrationssignalet med en forud fastsat grænseværdi koblet til 15 vibrationssensorens (9) udgang, og et udgangsrelæ indskudt til at påvirke rotorens (2, 3) omdrejningstal ved overskridelse af grænseværdien, 20 kendetegnet ved, at vibrationssensoren (9) er anbragt i vindmøllens (1) maskinhus (8) så fjernt fra rotoren (2, 3) som muligt.

7. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at apparatet omfatter et udgangsrelæ, hvis kontaktsæt på allerede opstillede vindmøller er indskudt i vindmøllens nødstopkredsløb til at standse vindmøllen (1), eller på nykonstruerede vindmøller er indrettet til at indgribe i vindmøllens styresystem på en sådan måde, at rotoromdrejningstaliet reduceres, indtil vibrationsfænomenet er ophørt. 30

8. Apparat ifølge krav 6 eller 7, kendetegnet ved, at apparatet omfatter en signalindgang til manuel indtastning af et startsignal til ophævelse af en fejlmelding.