ES2945632A1 - MONITORING SYSTEM FOR WIND TURBINES OF WIND FARMS IN OPERATION AND PROCEDURE FOR SUCH SYSTEM (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
SISTEMA DE AUSCULTACIÓN DE AEROGENERADORES DE PARQUES EOLICOS EN MONITORING SYSTEM FOR WIND TURBINES IN WIND FARMS IN
OPERACIÓN Y PROCEDIMIENTO PARA DICHO SISTEMAOPERATION AND PROCEDURE FOR SUCH SYSTEM
Objeto de la Invenciónobject of the invention
La presente invención se refiere a un sistema de auscultación de aerogeneradores de parques eólicos en operación, y a un procedimiento específico para dicho sistema, utilizable para la inspección en funcionamiento de estos aparatos.The present invention refers to an auscultation system for wind farm wind turbines in operation, and a specific procedure for said system, usable for the inspection in operation of these devices.
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
La inspección de aerogeneradores es necesaria debido a la agresiva exposición de los mismos a los agentes atmosféricos (tener en cuenta, no solo los posibles efectos de descomposición química por la acción de la humedad o de la radiación UV, sino también que la velocidad de la punta de la pala en rotación, para una pala de 40m, es aproximadamente 300km/h, lo que le genera una gran abrasión con el roce con el viento y partículas contenidas en el mismo), así como las deformaciones en la geometría en cada una de las palas y la descompensación en éstas, deformaciones por la caída de nieve o hielo sobre las palas, y su comportamiento en operación, y a la gran incidencia en el sistema eléctrico de la parada o avería de los aerogeneradores.The inspection of wind turbines is necessary due to their aggressive exposure to atmospheric agents (take into account not only the possible effects of chemical decomposition due to the action of humidity or UV radiation, but also that the speed of the rotating blade tip, for a 40m blade, is approximately 300km/h, which generates great abrasion due to friction with the wind and particles contained in it), as well as deformations in the geometry of each one. of the blades and the imbalance in them, deformations due to the fall of snow or ice on the blades, and their behavior in operation, and the great incidence in the electrical system of the stoppage or breakdown of the wind turbines.
En la actualidad dichas inspecciones se realizan en todos los casos con el generador parado, ya sea mediante drones o robots, lo que supone un primer inconveniente que no es baladí, ya que no solo representa un coste la inspección en sí, sino que la parada origina una pérdida de aporte de generación de energía eléctrica a la red, que ocasiona problemas técnicos y económicos. En ambos casos también (uso de drones/robots) se requiere tener las palas en posiciones concretas, y se requiere de la intervención de técnicos especializados. Incuso en la inspección mediante robots se requiere rotar el ángulo de ataque de las palas, lo cual también requiere de la intervención de personal especializado. Currently, these inspections are carried out in all cases with the generator stopped, either by drones or robots, which is a first inconvenience that is not trivial, since not only does the inspection itself represent a cost, but also the stoppage it causes a loss of contribution of electricity generation to the network, which causes technical and economic problems. Also in both cases (use of drones/robots) it is required to have the blades in specific positions, and the intervention of specialized technicians is required. Even in the inspection by robots, it is necessary to rotate the angle of attack of the blades, which also requires the intervention of specialized personnel.
Además de estos inconvenientes, estos medios de inspección no permiten obtener geometrías (ni estáticas ni dinámicas) de los elementos clave del aerogenerador, ni son capaces de detectar grietas solo visibles en operación al estar el generador detenido. Por si esto no fuera poco, igualmente se requieren tiempos elevados de inspección, y la labor de inspección está limitada por la velocidad del viento (en parques eólicos) en el caso de drones.In addition to these drawbacks, these inspection means do not make it possible to obtain geometries (neither static nor dynamic) of the key elements of the wind turbine, nor are they capable of detecting cracks that are only visible in operation when the generator is stopped. As if this were not enough, long inspection times are also required, and the inspection work is limited by the wind speed (in wind farms) in the case of drones.
Estos inconvenientes se solucionan con la utilización del sistema y procedimiento de la invención.These drawbacks are solved with the use of the system and procedure of the invention.
Descripción de la invenciónDescription of the invention
El sistema de auscultación de aerogeneradores de parques eólicos en operación de la invención permite la auscultación individual de los aerogeneradores del parque, en funcionamiento, y comprende, al menos un dispositivo de medición que comprende, en su realización más simple: The auscultation system for wind farm wind turbines in operation of the invention allows individual auscultation of the wind turbines in the park, in operation, and comprises at least one measurement device that comprises, in its simplest embodiment :
-un primer soporte, donde se encuentra montada una cámara de visión computacional (esto es, asociada a un procesador de posiciones) de escena de conjunto (esto es, que abarca a todo el aerogenerador a auscultar),- a first support, where a computational vision camera is mounted (that is, associated with a position processor) of the whole scene (that is, it covers the entire wind turbine to be monitored),
-un procesador de posiciones del aerogenerador, conectado a la cámara de visión computacional, y que comprende un módulo de identificación de los elementos móviles del aerogenerador y un módulo de cálculo del movimiento de dichos elementos móviles, para modelizar el lugar geométrico general aparente del aerogenerador (que es el que se ve desde el punto de vista del dispositivo, y que es aproximadamente elíptico) y predecir el lugar geométrico particular aparente (el que se ve desde el punto de vista del dispositivo) que genera el movimiento de zonas a inspeccionar seleccionadas del aerogenerador,- a wind turbine position processor, connected to the computer vision camera, and comprising a module for identifying the mobile elements of the wind turbine and a module for calculating the movement of said mobile elements, to model the apparent general locus of the wind turbine (which is the one seen from the point of view of the device, and which is approximately elliptical) and predict the particular apparent locus (the one seen from the point of view of the device) that generates the movement of selected areas to be inspected of the wind turbine,
-una cámara de inspección, seguidora del movimiento de las zonas a inspeccionar del aerogenerador, para tomar imágenes en movimiento y realizar la inspección a través del examen de dichas imágenes,-an inspection camera, following the movement of the areas to be inspected of the wind turbine, to take moving images and carry out the inspection through the examination of said images,
-un gimbal que comprende:-a gimbal comprising:
-una estructura rotatoria, seguidora de la posición angular de la zona a inspeccionar a lo largo de su lugar geométrico particular aparente, y que comprende un primer eje de giro orientable hacia el centro dicho lugar geométrico particular aparente y un primer motor de accionamiento (unidireccional al igual que el giro de las palas, aunque puede ser bidireccional), y - A rotating structure, following the angular position of the area to be inspected along its apparent particular geometric locus, and comprising a first axis of rotation orientable towards the center of said apparent particular geometric locus and a first drive motor (unidirectional like the rotation of the blades, although it can be bidirectional), and
-una estructura de compensación radial, que comprende un segundo eje perpendicular o angular respecto al primer eje de giro, y que se encuentra montada en la estructura rotatoria, y que además está provista de medios de montaje de la cámara de inspección y de un segundo motor de accionamiento, para compensar las variaciones en dirección radial del lugar geométrico particular aparente de la zona a inspeccionar a lo largo de su desarrollo angular,- A radial compensation structure, which includes a second perpendicular or angular axis with respect to the first axis of rotation, and which is mounted on the rotating structure, and which is also provided with mounting means for the inspection camera and a second drive motor, to compensate for variations in the radial direction of the apparent particular locus of the area to be inspected along its angular development,
-donde el primer motor y el segundo motor se encuentran gobernados por una electrónica de control asociada al procesador de posiciones, y-where the first motor and the second motor are governed by control electronics associated with the position processor, and
-donde la cámara de inspección comprende un objetivo o teleobjetivo con enfoque y zoom motorizados, y controlados por el sistema de visión computacional.-where the inspection camera comprises an objective or telephoto lens with motorized focus and zoom, and controlled by the computer vision system.
El procedimiento de la invención, por su parte, comprende las siguientes etapas:The process of the invention, for its part, comprises the following stages:
-apuntar al aerogenerador a revisar con, al menos, una cámara de visión computacional asociada a un procesador de posiciones,-point at the wind turbine to be checked with at least one computer vision camera associated with a position processor,
-identificar los elementos móviles del aerogenerador (tres zonas radiales en movimiento, coincidentes con las palas, una zona central, coincidente con el buje, por ejemplo), por comparación con un modelo almacenado en memoria, por medio de un módulo de identificación de los elementos móviles del aerogenerador implementado en el procesador de posiciones,-identify the mobile elements of the wind turbine (three radial zones in movement, coinciding with the blades, a central zone, coinciding with the hub, for example), by comparison with a model stored in memory, by means of an identification module of the mobile elements of the wind turbine implemented in the position processor,
-determinar el lugar geométrico general aparente de movimiento del generador (que será más o menos elíptico, en función de los ángulos horizontal y vertical que forme el eje visual de la cámara de visión computacional con la superficie de giro del aerogenerador) por seguimiento del movimiento de los elementos móviles identificados, por medio de un módulo de cálculo implementado en el procesador de posiciones,-determine the apparent general locus of movement of the generator (which will be more or less elliptical, depending on the horizontal and vertical angles formed by the visual axis of the computer vision camera with the turning surface of the wind turbine) by tracking the movement of the mobile elements identified, by means of a calculation module implemented in the position processor,
-determinar la velocidad de giro del aerogenerador por relación del cambio de posición de los elementos móviles identificados con la velocidad de obturación o registro de imágenes consecutivas de la cámara de visión computacional, por medio del módulo de cálculo, -calcular el lugar geométrico particular aparente que genera el movimiento de una zona a inspeccionar concreta, seleccionada (por un operador, o en un proyecto previo a la captura), o aleatoriamente, o secuencialmente zonas de inspección consecutivas que abarquen todo el aerogenerador),-determine the speed of rotation of the wind turbine by relation of the change of position of the mobile elements identified with the shutter speed or registration of consecutive images of the computer vision camera, by means of the calculation module, -calculate the apparent particular locus that generates the movement of a specific zone to be inspected, selected (by an operator, or in a project prior to capture), or randomly, or sequentially, consecutive inspection zones that cover the entire wind turbine),
-calcular las posiciones que ocupará la zona a inspeccionar a lo largo de su lugar geométrico particular aparente, en el tiempo de retardo del disparo o registro de una cámara de inspección respecto de la posición registrada en el momento de orden de disparo, por medio del módulo de cálculo,-calculate the positions that the area to be inspected will occupy along its apparent particular locus, in the delay time of the shot or recording of an inspection camera with respect to the position recorded at the time of the shot order, by means of the module calculation,
-controlar, en función de las determinaciones del procesador de posiciones, y para el tiempo de retardo calculado en la etapa anterior, el giro unidireccional (su velocidad, que será variable a lo largo de todo su recorrido) de una estructura rotatoria seguidora de la posición angular de la zona a inspeccionar, alrededor de un primer eje de giro dirigido hacia el centro del lugar geométrico particular aparente definido por el movimiento de la zona a inspeccionar, para que se sincronice (el movimiento de la estructura rotatoria) con el movimiento angular de la zona a inspeccionar a lo largo de su lugar geométrico particular aparente teniendo en cuenta el retardo; y controlar la apertura variable -a lo largo de cada giro de la estructura rotatoria- de una estructura de compensación radial montada en dicha estructura rotatoria, alrededor de un segundo eje perpendicular o angular respecto al primer eje de giro, y en cuya estructura de compensación radial se encuentra montada la cámara de inspección, para compensar radialmente las diferencias de posición entre el lugar geométrico particular aparente pseudoelíptico definido por el movimiento de la zona a inspeccionar si no se encuentra alineado el eje del generador con el primer eje de giro de la estructura rotatoria seguidora, igualmente en el tiempo de retardo predefinido, y-control, based on the determinations of the position processor, and for the delay time calculated in the previous stage, the unidirectional rotation (its speed, which will be variable throughout its entire travel) of a rotating structure that follows the angular position of the area to be inspected, around a first axis of rotation directed towards the center of the apparent particular locus defined by the movement of the area to be inspected, so that it is synchronized (the movement of the rotating structure) with the angular movement of the area to be inspected along its particular apparent locus taking into account the delay; and control the variable opening -throughout each turn of the rotary structure- of a radial compensation structure mounted on said rotary structure, around a second perpendicular or angular axis with respect to the first axis of rotation, and in which compensation structure The inspection camera is mounted radially, to radially compensate for the differences in position between the apparent pseudo-elliptical locus defined by the movement of the area to be inspected if the axis of the generator is not aligned with the first axis of rotation of the structure. rotary follower, also in the predefined delay time, and
-registrar las imágenes tomadas por la cámara de inspección (y por otras posibles cámaras adicionales),-record the images taken by the inspection camera (and by other possible additional cameras),
Estas etapas pueden llevarse en este orden o cambiando su orden, siempre que consigan el mismo objetivo, sin desvirtuar la invención.These stages can be carried out in this order or changing their order, as long as they achieve the same objective, without distorting the invention.
De este modo lo que se consigue es que la cámara de inspección esté apuntando en todo momento a la zona de inspección con una anticipación equivalente al retardo de disparo o registro de la cámara de inspección, por lo que se estará registrando/visualizando -en frames continuos equivalentes a la velocidad de disparo/registro de la cámara de inspección- el elemento de inspección en funcionamiento, a lo largo de todo el lugar geométrico aparente que describe, lo que permite realizar las inspecciones de los aerogeneradores en funcionamiento, y lo que no solo no altera el aporte energético a la red, sino que también permite detectar patologías imposibles de ver en las inspecciones a generador parado, ya que consigue captar cualquier parte de los elementos móviles del generador (caras anterior y posterior, y bordes de ataque y de salida de cada pala) a una velocidad que no ocupa más de un frame (una captura a la velocidad de obturación de la cámara) de la cámara de inspección, y eligiendo una resolución de la cámara adecuada a la distancia, el análisis de las imágenes permite apreciar en operación -con resolución milimétrica- o centométrica, función si las capturas son para geometría o defectologia de las palas, deterioros que son imposibles de detectar con los medios actuales. Dado que la cámara de inspección tiene un objetivo o teleobjetivo con enfoque y zoom motorizados, y controlados por el sistema de visión computacional, el enfoque y el zoom trabajaran coordinadamente con el movimiento de la cámara de inspección y el movimiento de la zona de inspección para tener un encuadre de tamaño similar y enfocado, en cada frame.In this way, what is achieved is that the inspection camera is pointing at the inspection area at all times with an anticipation equivalent to the shooting delay or recording of the inspection camera, so it will be recording/displaying -in frames equivalent to the shooting speed/record of the inspection camera - the inspection element in operation, throughout the entire apparent locus that it describes, which allows inspections of the wind turbines in operation, and what is not Not only does it not alter the energy contribution to the network, but it also allows detecting pathologies that are impossible to see in stopped generator inspections, since it manages to capture any part of the mobile elements of the generator (front and rear faces, and leading and trailing edges). output of each blade) at a speed that does not occupy more than one frame (one capture at the shutter speed of the camera) of the inspection camera, and choosing a resolution of the camera appropriate to the distance, the analysis of the images allows to appreciate in operation -with millimeter- or centometric resolution, depending on whether the captures are for geometry or defects of the blades, deteriorations that are impossible to detect with current means. Since the inspection camera has a lens or telephoto lens with motorized focus and zoom, and controlled by the computer vision system, the focus and zoom will work in coordination with the movement of the inspection camera and the movement of the inspection area to have a frame of similar size and in focus, in each frame.
Aunque los dispositivos de inspección vienen calibrados de fábrica, es conveniente, tras su montaje en el emplazamiento desde donde van a realizar la inspección, comprobar la integridad de dicha calibración, ya que puede verse afectada por el transporte o montaje. Una calibración efectiva es necesaria ya que como el dispositivo lleva varias cámaras o sensores que funcionan coordinadas (la de visión computacional y la de inspección, al menos, pudiendo llevar cámaras adicionales) tienen todas ellas que apuntar a un mismo punto o foco que, en función de la resolución de dichas cámaras y de la distancia, den como resultado una misma escena, o una escena tan similar que se pueda homologar o hacer coincidir mediante correcciones por software, por ello esta etapa de comprobación de la calibración es muy conveniente realizarla con cada dispositivo en cada montaje, para realizar mediciones en un campo de aerogeneradores.Although the inspection devices are calibrated at the factory, it is advisable, after assembly at the location from where the inspection is to be carried out, to check the integrity of said calibration, since it may be affected by transport or assembly. An effective calibration is necessary since, as the device has several cameras or sensors that work in coordination (the one for computer vision and the one for inspection, at least, being able to carry additional cameras) they all have to point to the same point or focus that, in depending on the resolution of these cameras and the distance, result in the same scene, or a scene so similar that it can be approved or matched by means of software corrections, for this reason this stage of calibration verification is very convenient to carry out with each device in each assembly, to perform measurements in a field of wind turbines.
Para que se capte mejor la importancia de la invención, indicar que sin la intervención del dispositivo propuesto en la invención, para seguimiento de una zona de inspección extrema en una pala, como su velocidad en la punta -para una pala de 40m- o longitudes mayores es aproximadamente 300km/h (velocidades óptimas y máximas, actuales, sin suponer que puedan ser mucho mayores en el estudio de los aerogeneradores), para conseguir la imagen con calidad milimétrica sería necesario, sin los elementos propuestos en la invención, realizar la instantánea en 1/80.000 de segundo de frame. A esta velocidad de obturación los sensores no pueden registrar suficiente información sin arrastre del pixel, y la imagen sería completamente negra.In order to better understand the importance of the invention, indicate that without the intervention of the device proposed in the invention, for monitoring an extreme inspection zone on a blade, such as its tip speed -for a 40m blade- or lengths higher is approximately 300km/h (optimum and maximum speeds, current, without assuming that they can be much higher in the study of wind turbines), to obtain the image with millimeter quality it would be necessary, without the elements proposed in the invention, to take the snapshot in 1/80,000 of a second of a frame. At this shutter speed the sensors cannot record enough information without pixel drag, and the image would be completely black.
Además, se consiguen las siguientes ventajas:In addition, the following advantages are achieved:
-No existe el peligro para la operación, de la proximidad a la máquina realizándose la operación a distancias muy superiores a las zonas de peligro.-There is no danger for the operation, from the proximity to the machine, carrying out the operation at distances much greater than the danger zones.
-No interfiere en la producción de los aerogeneradores.-Does not interfere with the production of wind turbines.
-No se requiere detener el aerogenerador. -It is not required to stop the wind turbine.
-No es necesario ubicar las palas en posiciones y orientaciones predeterminadas. -Especialmente útil en parques offshore.-It is not necessary to locate the blades in predetermined positions and orientations. -Especially useful in offshore parks.
-No requiere de interacción con personal del parque.-Does not require interaction with park staff.
-No interfiere en las actividades de la plantilla del parque.-Does not interfere with the activities of the park staff.
-Posibilita inspecciones fuera de horario del parque.-Enables inspections outside park hours.
-Permite analizar patologías solo visibles en operación.-Allows to analyze pathologies only visible in operation.
-Permite analizar la geometría de las palas en carga en todo su recorrido.-Allows to analyze the geometry of the blades under load throughout their travel.
-Permite detectar grietas en zonas de esfuerzo en flexión.-Allows the detection of cracks in areas of bending stress.
-Permite obtener un modelo 3D de la pala.-Allows to obtain a 3D model of the blade.
-Y, por supuesto, también puede trabajar en estático.-And, of course, you can also work statically.
Para mejor la comprensión de la invención, aclarar que el lugar geométrico general de todo el conjunto aspas-buje del generador, sería aproximadamente circular (más bien sería casi un paraboloide, ya que las aspas se deforman, más en los extremos y menos en el centro), y el lugar geométrico particular de la zona a inspeccionar tendría forma de corona circular paraboloide, si el punto de vista de la cámara se alinease con el eje de giro de las aspas. Como esto casi nunca va a ser posible, lo que ve el dispositivo son estos lugares geométricos en perspectiva, esto es los lugares geométricos aparentes, elípticos o cuasielípticos. Además, como también va a cambiar la posición del conjunto, por variación de la dirección azimutal del viento, por las deformaciones instantáneas del soporte (el poste de decenas de metros de altura) del aerogenerador, será muy conveniente, según la invención, realizar el procedimiento de la invención con varios dispositivos de los propuestos en la invención, desde puntos de vista diferentes, con disparos simultáneos con decalajes de captura entre los distintos sensores mejor que un milisegundo, para tener un análisis estereoscópico a la hora de tomar las decisiones del procesador de posiciones.For a better understanding of the invention, clarify that the general locus of the entire blade-hub set of the generator would be approximately circular (rather it would be almost a paraboloid, since the blades are deformed, more at the ends and less at the bottom). center), and the particular locus of the area to be inspected would have the shape of a paraboloid circular crown, if the point of view of the camera were aligned with the axis of rotation of the blades. Since this is almost never going to be possible, what the device sees are these loci in perspective, that is, the apparent, elliptical, or quasi-elliptical loci. In addition, since the position of the assembly will also change, due to a variation in the azimuthal direction of the wind, due to the instantaneous deformations of the support (the post tens of meters high) of the wind turbine, it will be very convenient, according to the invention, to carry out the method of the invention with various devices of those proposed in the invention, from different points of view, with simultaneous shots with capture offsets between the different sensors of better than one millisecond, in order to have a stereoscopic analysis when making processor decisions of positions.
Breve Descripción de los DibujosBrief Description of the Drawings
Figura 1.- Muestra una figura conceptual del sistema de la invención operando con dos dispositivos de los descritos en la invención.Figure 1.- Shows a conceptual figure of the system of the invention operating with two devices of those described in the invention.
Figura 2.- Muestra un detalle de la variación de la posición de una zona de inspección en el retardo que se produce entre la orden de disparo o registro de la cámara de inspección y la toma efectiva de la imagen. Figure 2.- Shows a detail of the variation of the position of an inspection area in the delay that occurs between the order to shoot or register the inspection camera and the effective capture of the image.
Figura 3a.- Muestra una vista lateral de un aerogenerador parado.Figure 3a.- Shows a side view of a stationary wind turbine.
Figura 3b.- Muestra una vista similar a la de la fig. 3a, donde se aprecia la deformación de las palas por el empuje del aire, y cómo el lugar geométrico del giro de las palas es parabolóidico.Figure 3b.- Shows a view similar to that of fig. 3a, where the deformation of the blades due to the thrust of the air can be seen, and how the locus of rotation of the blades is paraboloid.
Figura 4.- Muestra esquemáticamente la diferencia del lugar geométrico ideal, que se vería desde el dispositivo si el eje del aerogenerador estuviese coaxial con el primer eje de giro de la estructura rotatoriaFigure 4.- Schematically shows the difference in the ideal locus, which would be seen from the device if the axis of the wind turbine were coaxial with the first axis of rotation of the rotating structure
Figura 5.- Muestra una vista de detalle del gimbal del dispositivo, según la invenciónFigure 5.- Shows a detailed view of the gimbal of the device, according to the invention
Descripción de la Forma de Realización PreferidaDescription of the Preferred Embodiment
El sistema de auscultación de aerogeneradores (2) de parques eólicos en operación de la invención comprende, al menos un dispositivo (1) de medición que comprende: The auscultation system for wind turbines (2) of wind farms in operation of the invention comprises at least one measurement device (1) comprising :
-un primer soporte (3) donde se encuentra montada una cámara de visión computacional (4) de escena de conjunto (escena que abarca a todo el aerogenerador),-A first support (3) where a computer vision camera (4) of the overall scene (scene that covers the entire wind turbine) is mounted,
-un procesador de posiciones (5) del aerogenerador (2), conectado a la cámara de visión computacional (4), y que comprende un módulo de identificación (50) de los elementos móviles (20, 21) del aerogenerador (2) y un módulo de cálculo (51) del movimiento de los elementos móviles (20, 21), para modelizar el lugar geométrico general aparente (23) del aerogenerador (2) y predecir el lugar geométrico particular aparente (24) que genera el movimiento de zonas a inspeccionar (25) seleccionadas del aerogenerador (2),- a position processor (5) of the wind turbine (2), connected to the computer vision camera (4), and comprising an identification module (50) of the mobile elements (20, 21) of the wind turbine (2) and a module (51) for calculating the movement of the mobile elements (20, 21), to model the apparent general locus (23) of the wind turbine (2) and predict the apparent particular locus (24) that generates the movement of zones to inspect (25) selected from the wind turbine (2),
-una cámara de inspección (7), seguidora del movimiento de las zonas a inspeccionar (25) del aerogenerador, para tomar imágenes en movimiento y realizar la inspección a través del examen de dichas imágenes,- An inspection camera (7), following the movement of the areas to be inspected (25) of the wind turbine, to take moving images and carry out the inspection by examining said images,
-un gimbal (6) que comprende:-a gimbal (6) comprising:
-una estructura rotatoria (60), seguidora de la posición angular de la zona a inspeccionar (25) a lo largo de su lugar geométrico particular aparente (24), y que comprende un primer eje de giro (61) orientable hacia el centro dicho lugar geométrico particular aparente (24) y un primer motor (62) de accionamiento (unidireccional al igual que el giro de las palas), y - A rotating structure (60), following the angular position of the area to be inspected (25) along its apparent particular locus (24), and comprising a first axis of rotation (61) orientable towards said center. apparent particular locus (24) and a first drive motor (62) (unidirectional like the rotation of the blades), and
-una estructura de compensación radial (64), que comprende un segundo eje (65) perpendicular o angular respecto al primer eje de giro (61), y que se encuentra montada en la estructura rotatoria (60), y que además está provista de medios de montaje de la cámara de inspección (7) y de un segundo motor (66) de accionamiento, para compensar las variaciones en dirección radial (67) del lugar geométrico particular aparente (24) de la zona a inspeccionar (25) a lo largo de su desarrollo angular, que será elíptico en lugar de en forma de corona circular, que sería la forma de este lugar geométrico particular aparente si el primer eje de giro (61) fuese coaxial con el eje de ciro de las palas del aerogenerador, como se ve en la fig. 4,- A radial compensation structure (64), which comprises a second axis (65) perpendicular or angular with respect to the first axis of rotation (61), and which is mounted on the rotating structure (60), and which is also provided with mounting means for the inspection camera (7) and a second drive motor (66), to compensate for the variations in the radial direction (67) of the particular apparent locus (24) of the area to be inspected (25) along along its angular development, which will be elliptical instead of circular, which would be the shape of this apparent particular locus if the first axis of rotation (61) were coaxial with the axis of rotation of the wind turbine blades, as seen in fig. 4,
-donde el primer motor (62) y el segundo motor (66) se encuentran gobernados por una electrónica de control asociada al procesador de posiciones (5), y- where the first motor (62) and the second motor (66) are governed by control electronics associated with the position processor (5), and
-donde la cámara de inspección (7) comprende un objetivo o teleobjetivo (70) con enfoque y zoom motorizados, y controlados por el sistema de visión computacional.- where the inspection camera (7) comprises an objective or telephoto lens (70) with motorized focus and zoom, and controlled by the computer vision system.
Preferentemente, la estructura rotatoria (60) comprende un primario (60a) anular fijo en el que se encuentra montado el primer motor (62), y un secundario (60b) anular provisto de un engranaje (60c) accionado por el primer motor (62), ya que de esta forma el primario y el secundario pueden mecanizarse en un casquillo de rodamiento comercial, lo que además permite velocidades de giro variables y mínimos desgastes. Además, se puede aprovechar el primario (60a) de la estructura rotatoria (60) como primer soporte (3) ahorrando piezas, como se ve en la fig. 5.Preferably, the rotating structure (60) comprises a fixed annular primary (60a) on which the first motor (62) is mounted, and an annular secondary (60b) provided with a gear (60c) driven by the first motor (62). ), since in this way the primary and secondary can be machined in a commercial bearing bushing, which also allows variable turning speeds and minimal wear. In addition, the primary (60a) of the rotary structure (60) can be used as the first support (3) saving parts, as seen in fig. 5.
Por su parte, la estructura de compensación radial (64) comprende idealmente un compás de ramas (64a, 64b) articuladas en el segundo eje (65) (que es perpendicular al primer eje), con una primera rama (64a) que se encuentra montada en el secundario (60b) de la estructura rotatoria (60), y una segunda rama (64b) donde se encuentra montada la cámara de inspección (7); y donde el segundo motor (66) se encuentra fijado a una de las ramas y una cremallera (66a) curva fijada a la otra rama, siendo una configuración simple, y dado que el movimiento de compensación radial es lento en comparación con el movimiento de giro, con esta configuración simple es suficiente, y es fácilmente ajustable. En este caso, en la segunda rama (64b) del compás se dispondrá idealmente una abrazadera (64c) para fijación del objetivo de la cámara de inspección (7).For its part, the radial compensation structure (64) ideally comprises a compass of branches (64a, 64b) articulated in the second axis (65) (which is perpendicular to the first axis), with a first branch (64a) that is mounted on the secondary (60b) of the rotating structure (60), and a second branch (64b) where the inspection camera (7) is mounted; and where the second motor (66) is fixed to one of the branches and a curved rack (66a) fixed to the other branch, being a simple configuration, and since the radial compensation movement is slow compared to the movement of swivel, this simple setup is enough, and it is easily adjustable. In this case, in the second branch (64b) of the compass, a clamp (64c) will ideally be arranged to fix the objective of the inspection camera (7).
Se prefiere que el módulo de cálculo (51) del movimiento de las palas comprenda un filtro de Kalman, ya que es recursivo y altamente fiable.It is preferred that the calculation module (51) of the movement of the blades comprise a filter of Kalman, since it is recursive and highly reliable.
Por su parte, se prefiere que la cámara de visión computacional (4) comprenda una cámara RGB de resolución 4K, o mejor Global Shutter® (cámaras donde la totalidad de los píxeles de la misma están capturando luz al mismo tiempo), ya que es suficiente para hacer la identificación con el filtro de Kalman, para las velocidades de funcionamiento.For its part, it is preferred that the computer vision camera (4) comprises a 4K resolution RGB camera, or better Global Shutter® (cameras where all its pixels are capturing light at the same time), since it is enough to make the identification with the Kalman filter, for the operating speeds.
Además, puede disponerse una o más cámaras adicionales (8) de inspección, montada en el primer soporte (3) para realizar diversos análisis. Tanto la cámara de inspección (7) como las cámaras adicionales pueden ser por ejemplo una o más de las siguientes:In addition, one or more additional inspection cameras (8) can be arranged, mounted on the first support (3) to perform various analyses. Both the inspection camera (7) and the additional cameras can be, for example, one or more of the following:
-una cámara RGB,-an RGB camera,
-una cámara térmica,-a thermal camera,
-una cámara multiespectral.-a multispectral camera.
-una cámara de telemetría laser (con su correspondiente emisor), esto es, un LIDAR.-A laser telemetry camera (with its corresponding emitter), that is, a LIDAR.
-un puntero laser (puede ser reticular -que traza un haz de puntos reticular- o fijo).-a laser pointer (it can be reticular -which traces a reticular beam of points- or fixed).
Adicionalmente, la estructura rotatoria (60) puede estar montada en un zócalo (9) con uno o dos ejes perpendiculares, que pueden comprender un tercer eje (90) vertical de guiñada (YAW) y un cuarto eje (91) horizontal de cabeceo (pitch). Esto permite orientar el dispositivo (1) hacia el aerogenerador (2) automáticamente, conocidas las coordenadas y elevación del mismo y la posición y cota del dispositivo (1). Para ello, se prefiere también la disposición de un GPS (10) con su correspondiente antena, asociado a un tercer motor (90a) y a un cuarto motor (91a) de accionamiento del zócalo (9) alrededor del tercer eje (90) y del cuarto eje (91). Igualmente, el tercer motor y el cuarto motor pueden ser accionados manualmente.Additionally, the rotary structure (60) can be mounted on a socket (9) with one or two perpendicular axes, which can comprise a third vertical yaw (YAW) axis (90) and a fourth horizontal pitch axis (91) ( pitch). This makes it possible to orient the device (1) towards the wind turbine (2) automatically, knowing its coordinates and elevation and the position and height of the device (1). For this, the provision of a GPS (10) with its corresponding antenna, associated with a third motor (90a) and a fourth motor (91a) for driving the base (9) around the third axis (90) and the fourth axis (91). Likewise, the third motor and the fourth motor can be manually actuated.
A la hora de realizar las mediciones, se prefiere trabajar con, al menos, dos dispositivos (1) ubicados en diferentes posiciones, como se ve en la fig. 1, y coordinados para determinar los lugares geométricos (23, 24) con precisión estereoscópica (lo que implica que los procesadores de posiciones están conectados y trabajan coordinados), ya que de este modo se identifican mejor los lugares geométricos (23, 24), que como se ha dicho, no son planos y además se mueven por las deformaciones del soporte del aerogenerador, y donde solo una de las cámaras de visión computacional (maestra) controlaría y coordinaría las misiones y todos los sistemas instalados en todos los dispositivos. When making the measurements, it is preferred to work with at least two devices (1) located in different positions, as seen in fig. 1, and coordinated to determine the loci (23, 24) with stereoscopic precision (which implies that the position processors are connected and work in coordination), since in this way the loci are better identified (23, 24), which, as has been said, are not flat and also move due to the deformations of the wind turbine support, and where only one of the computer vision cameras (master) would control and coordinate the missions and all the systems installed in all the devices.
El procedimiento de auscultación de aerogeneradores (2) de parques eólicos en operación de la invención comprende las siguientes etapas:The auscultation procedure for wind turbines (2) of wind farms in operation of the invention comprises the following stages:
-apuntar al aerogenerador (2) a revisar con, al menos, una cámara de visión computacional (4) asociada a un procesador de posiciones (5),-target the wind turbine (2) to be checked with at least one computer vision camera (4) associated with a position processor (5),
-identificar, en las imágenes tomadas, los elementos móviles (20, 21) del aerogenerador (2) (tres zonas radiales en movimiento a 120 grados, coincidentes con las palas (20) y una zona central, coincidente con el buje (21), del que tenemos las coordenadas) por comparación con el modelo almacenado en memoria (que comprende la longitud de las palas, el ángulo entre las mismas y el movimiento simultaneo de las mismas), por medio de un módulo de identificación (50) de los elementos móviles (20, 21) del aerogenerador (2) implementado en el procesador de posiciones (5),-identify, in the images taken, the mobile elements (20, 21) of the wind turbine (2) (three radial zones in movement at 120 degrees, coinciding with the blades (20) and a central zone, coinciding with the hub (21) , of which we have the coordinates) by comparison with the model stored in memory (which includes the length of the blades, the angle between them and their simultaneous movement), by means of an identification module (50) of the mobile elements (20, 21) of the wind turbine (2) implemented in the position processor (5),
-determinar el lugar geométrico general aparente (23) de movimiento del generador (2) (un círculo o una elipse, parabólicos como se ve en figura 3b), en función del ángulo que forme la cámara de visión computacional con la superficie de giro del aerogenerador) por seguimiento del movimiento de los elementos móviles (20, 21) identificados, por medio de un módulo de cálculo (51) implementado en el procesador de posiciones (5),-determining the apparent general locus (23) of movement of the generator (2) (a circle or an ellipse, parabolic as seen in figure 3b), depending on the angle formed by the computer vision camera with the rotation surface of the wind turbine) by monitoring the movement of the mobile elements (20, 21) identified, by means of a calculation module (51) implemented in the position processor (5),
-determinar la velocidad de giro del aerogenerador (2) por relación del cambio de posición de los elementos móviles (20, 21) identificados con la velocidad de registro de imágenes consecutivas de la cámara de visión computacional (4), por medio del módulo de cálculo (51), -calcular el lugar geométrico particular aparente (24) que genera el movimiento de una zona a inspeccionar (25) concreta, seleccionada (por un operador, o aleatoriamente, o secuencialmente zonas de inspección consecutivas que abarquen todo el aerogenerador), -calcular las posiciones que ocupará la zona a inspeccionar (25) a lo largo de su lugar geométrico particular aparente (24), en el tiempo de retardo del disparo o registro de una cámara de inspección (7) respecto de la posición registrada en el momento de orden de disparo (como se ve en la fig. 2), por medio del módulo de cálculo (51),-determining the speed of rotation of the wind turbine (2) by relation of the change of position of the mobile elements (20, 21) identified with the speed of registration of consecutive images of the computer vision camera (4), by means of the module of calculation (51), - calculating the apparent particular locus (24) that generates the movement of a specific zone to be inspected (25), selected (by an operator, or randomly, or sequentially, consecutive inspection zones that cover the entire wind turbine). , -calculate the positions that the area to be inspected (25) will occupy along its apparent particular locus (24), in the delay time of the shot or recording of an inspection camera (7) with respect to the position registered in the firing order moment (as seen in fig. 2), by means of the calculation module (51),
-controlar, en función de las determinaciones del procesador de posiciones, y para el tiempo de retardo calculado en la etapa anterior, el giro unidireccional de una estructura rotatoria (60) seguidora de la posición angular de la zona a inspeccionar (25), alrededor de un primer eje de giro (61) dirigido hacia el centro del lugar geométrico particular aparente (24) definido por el movimiento de la zona a inspeccionar (25), para que se sincronice con el movimiento angular de la zona a inspeccionar (25) a lo largo de su lugar geométrico particular aparente (24) en el tiempo de retardo predefinido; y controlar la apertura variable, a lo largo de cada giro de la estructura rotatoria (60), de una estructura de compensación radial (64) montada en la estructura rotatoria (60), alrededor de un segundo eje (65) perpendicular o angular respecto al primer eje de giro (61), y en la que se encuentra montada la cámara de inspección (7), para compensar variaciones en dirección radial (67) entre el lugar geométrico particular aparente (24) pseudoelíptico definido por el movimiento de la zona a inspeccionar (25) si no se encuentra alineado el eje del generador (2) con el primer eje de giro (61) de la estructura rotatoria (60), igualmente en el tiempo de retardo predefinido, y-controlling, based on the determinations of the position processor, and for the delay time calculated in the previous stage, the unidirectional rotation of a rotating structure (60) following the angular position of the area to be inspected (25), around of a first axis of rotation (61) directed towards the center of the apparent particular locus (24) defined by the movement of the area to be inspected (25), so that it is synchronized with the angular movement of the area to be inspected (25). along its apparent particular locus (24) at the predefined delay time; and control the variable opening, along each rotation of the rotary structure (60), of a radial compensation structure (64) mounted on the rotating structure (60), around a second axis (65) perpendicular or angular with respect to the first axis of rotation (61), and in which the inspection camera (7) is mounted, to compensate for variations in the radial direction (67 ) between the particular apparent pseudo-elliptical locus (24) defined by the movement of the area to be inspected (25) if the axis of the generator (2) is not aligned with the first axis of rotation (61) of the rotating structure (60 ), also at the predefined delay time, and
-registrar las imágenes tomadas por la cámara de inspección (7) y otras posibles cámaras adicionales.-recording the images taken by the inspection camera (7) and other possible additional cameras.
Es muy conveniente que, previamente a la etapa de apuntar al aerogenerador (2) a revisar con la cámara de visión computacional (4), se realice una etapa de comprobación de la calibración entre la cámara de visión computacional (4) y la cámara de inspección (7) (y en su caso con otras cámaras adicionales). Esta comprobación de la calibración entre la cámara de visión computacional (4) y la cámara de inspección (7) se realiza preferentemente mediante las siguientes subetapas:It is very convenient that, prior to the stage of pointing at the wind turbine (2) to be checked with the computer vision camera (4), a calibration verification stage is carried out between the computer vision camera (4) and the inspection (7) (and if necessary with other additional cameras). This verification of the calibration between the computer vision camera (4) and the inspection camera (7) is preferably carried out through the following sub-steps:
-el giro de la cámara de inspección (7) a través del giro de la estructura rotatoria (60) en diversos ángulos (p ej 90, 180, 270 y 360 grados),- the rotation of the inspection camera (7) through the rotation of the rotating structure (60) at various angles (eg 90, 180, 270 and 360 degrees),
-tomando un único objeto de referencia (por ejemplo, el aerogenerador más lejano), la medición de la desviación en cada uno de estos ángulos de la escena tomada por la cámara de inspección (7) respecto de la escena tomada por la cámara de visión computacional (4), y -introducir la desviación medida en el módulo de cálculo (51) como parámetro de corrección, esto es, si detecta que la desviación en el objeto en las dos escenas es por ejemplo de 5 cm, el módulo de cálculo realizará las correcciones para que la toma de imágenes de la cámara de inspección al trabajar desplace o compense esos 5 centímetros de diferencia-taking a single reference object (for example, the furthest wind turbine), measuring the deviation at each of these angles of the scene taken by the inspection camera (7) with respect to the scene taken by the vision camera computational (4), and -introduce the deviation measured in the calculation module (51) as a correction parameter, that is, if it detects that the deviation in the object in the two scenes is, for example, 5 cm, the calculation module It will make the corrections so that the inspection camera takes images when working, displacing or compensating for those 5 centimeters of difference.
Preferentemente, el cálculo de las posiciones que ocuparán los elementos móviles (20, 21) en el tiempo de retardo del disparo o registro de la cámara de inspección (7) se realiza mediante un filtro de Kalman.Preferably, the calculation of the positions that the mobile elements (20, 21) will occupy in the delay time of the shot or recording of the inspection camera (7) is carried out by means of a Kalman filter.
Además, muy preferentemente, se prefiere realizar las etapas del procedimiento desde, al menos, dos puntos diferentes mediante, al menos, dos dispositivos (1) coordinados para efectuar una inspección estereoscópica, como se ve en la figura 1, donde solo una de las cámaras de visión computacional controla y coordina las misiones y todos los sistemas instalados en todos los dispositivos, y donde el disparo de los diferentes dispositivos (1) se encuentra sincronizado mediante el cálculo previo del retardo entre las diferentes cámaras de inspección (7), la compensación de dicho retardo en cada cámara de inspección (7) para el disparo simultáneo a la orden de disparo sincronizada, y la sincronización de la orden de disparo con respecto a un reloj basado en señal satelital (GPS).In addition, very preferably, it is preferred to carry out the steps of the procedure from at least two different points by means of at least two coordinated devices (1) to carry out a stereoscopic inspection, as seen in figure 1, where only one of the computer vision cameras control and coordinate the missions and all the systems installed in all the devices, and where the firing of the different devices (1) is is synchronized by means of the previous calculation of the delay between the different inspection cameras (7), the compensation of said delay in each inspection camera (7) for the simultaneous trip to the synchronized trip order, and the synchronization of the trip order with respect to a clock based on satellite signal (GPS).
Dado que la electrónica de las diferentes cámaras de inspección se ve afectada por la temperatura ambiente, se prefiere la disposición, según la invención, de unos sensores de temperatura, no representados, en las diferentes cámaras de inspección (7), asociados a los disparadores de las mismas para corregir el cambio de velocidad de disparo/registro con las variaciones de temperatura.Since the electronics of the different inspection chambers are affected by the ambient temperature, the arrangement, according to the invention, of temperature sensors, not represented, in the different inspection chambers (7), associated with the triggers, is preferred. of them to correct for the change in firing speed/registration with temperature variations.
No obstante lo anterior, y puesto que la descripción realizada corresponde únicamente a un ejemplo de realización preferida de la invención, se comprenderá que dentro de su esencialidad podrán introducirse múltiples variaciones de detalle, asimismo protegidas, que podrán afectar a la forma, el tamaño o los materiales de fabricación del conjunto o de sus partes, sin que ello suponga alteración alguna de la invención en su conjunto, delimitada únicamente por las reivindicaciones que se proporcionan en lo que sigue. Notwithstanding the foregoing, and since the description made corresponds only to a preferred embodiment of the invention, it will be understood that within its essentiality, multiple variations of detail may be introduced, likewise protected, which may affect the shape, size or the manufacturing materials of the assembly or its parts, without implying any alteration of the invention as a whole, delimited only by the claims that are provided in what follows.
Claims (20)
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| ES202230005A ES2945632B2 (en) | 2022-01-04 | 2022-01-04 | WIND FARMS AUSCULTATION SYSTEM IN OPERATION AND PROCEDURE FOR SUCH SYSTEM |
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| ES202230005A ES2945632B2 (en) | 2022-01-04 | 2022-01-04 | WIND FARMS AUSCULTATION SYSTEM IN OPERATION AND PROCEDURE FOR SUCH SYSTEM |
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Citations (4)
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2022
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| Publication number | Publication date |
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| ES2945632B2 (en) | 2024-01-04 |
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