WO2007082635A1 - Rotor of a wind power plant comprising a rotor blade deformation measuring device - Google Patents

Rotor of a wind power plant comprising a rotor blade deformation measuring device Download PDF

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WO2007082635A1
WO2007082635A1 PCT/EP2006/070279 EP2006070279W WO2007082635A1 WO 2007082635 A1 WO2007082635 A1 WO 2007082635A1 EP 2006070279 W EP2006070279 W EP 2006070279W WO 2007082635 A1 WO2007082635 A1 WO 2007082635A1
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rotor
rotor blade
transmitting unit
radiation
deformation
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PCT/EP2006/070279
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German (de)
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Inventor
Thomas Bosselmann
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a rotor of a wind energy plant with a hub, rotor blades attached to the hub and a measuring device associated with at least one of the rotor blades.
  • the invention relates to a wind turbine with such a rotor.
  • the invention relates to a method for determining the Rotorblattei- genverformung the rotor. A corresponding rotor and a corresponding wind energy plant are disclosed in DE 102 19 664 A1.
  • Modern wind turbines consisting of a tower and a tower rotatably mounted on the tower with a rotor. Such wind turbines nowadays have rotor diameters of up to 130 m. High efficiency, minimal acoustic emission, low material consumption and a long service life are the criteria for the design and optimization of such rotors.
  • the number of rotor blades is insignificant for the energy efficiency of a wind turbine. The fewer blades are used, the higher the speed of the system, in order to use the same area in the same time.
  • the rotor blades are usually designed as a spar connection without active surface, since the ratio between benefits (with respect to the lever arm and the flow surface) and design effort is significantly less favorable ⁇ .
  • Modern rotor blades are usually made of glass fiber or carbon fiber reinforced plastic (GFK or CFK).
  • a device is given ⁇ , with the deflection of a rotor blade can be detected by electrical means. It is thereby used ⁇ that a deflection of the rotor blade is always connected to an extension of the support structure and at least one within the rotor blade in a suitable manner relocated e- lectric conductor also undergoes an extension, which leads to a change in the electrical resistance of the conductor. Since this resistance change proportional to ckung Stre ⁇ of the conductor is, it thus also extends proportional to the deflection of the rotor blade. With the measurement of the conductor resistance so the rotor blade can be monitored.
  • the object of the invention is, as an alternative to the prior art, to specify a rotor, a wind power plant and a method which make it possible to determine the deflection of the rotor blade in a simple and cost-effective manner.
  • a rotor according to the features of independent claim 1 is given.
  • rotor is a rotor of a wind turbine comprising a hub mounted on the hub and rotor blades at least one of the rotor blades ⁇ associated measuring device.
  • the rotor is characterized in that the measuring device comprises the following parts, namely a) a transmitting unit, by means of which radiation in the longitudinal ⁇ direction of the at least one rotor blade can be emitted b) at least one at or at least one rotor blade attached, of the Transmitting unit spaced reflecting means, and c) a receiving unit, wherein d) the radiation from the transmitting unit a
  • Beam path following provided by the at least one reflection medium to the receiver unit can be reflected, e) the beam path is changed at a deformation of the rotor blade) f by means of the receiving unit, the change of the Strah ⁇ lengangs detected and a measurement value is derived therefrom, and g) an evaluation device which contains means for determining the deformation of the rotor blade from the measured value.
  • the at least one reflecting means is leaf mounted on or in the rotor ⁇ and the optical path largely determined by the at least one reflecting means and is influenced SENS ⁇ Lich, drifts at a position change of at least one reflecting means relative to the transmitting and / or receiving unit, as in a deformation of the Rotor blade occurs, the beam path.
  • the detection drift by means of the receiving unit can be concluded on easy to reali ⁇ sierendem ways to the bending of the rotor blade itself and also on the extent of deformation.
  • the life ⁇ is permanently significantly lengthened the source.
  • optical radiation can be emitted by means of the transmitting unit.
  • a particularly simple adjustment of the beam path is possible.
  • the transmitting unit comprises means for generating coherent radiation, in particular at least one laser.
  • the ge of, in particular a laser ⁇ delivered radiation intensity can of the radiation, the largest possible distances between the transmitting and / or receiving unit and the at least one reflecting means reliably overcome without intensity losses in the receiving unit.
  • the transmitting unit comprises at least one light-emitting diode, in particular laser diodes.
  • Light-emitting diodes are easy to install, low-maintenance and usually energy-saving. They are easily obtainable and also hereby tüns ⁇ tig.
  • the at least one reflection means may comprise a triple prism.
  • the requirements for beam path alignment are borrowed the triple prism and the prism angle itself cu ⁇ rig.
  • the angle of incidence of the radiation is in the aperture angle of the prism, this is reflected back in parallel.
  • the transmitting unit and the receiving unit can be as compact as possible side by side, in particular in a common housing, designed.
  • the receiving unit comprises at least one line scan camera.
  • the drift of the beam ⁇ walking can be particularly simple and inexpensive track along a line.
  • the Empfangsein ⁇ standardized comprises a two-dimensional detector array.
  • the orientation of the detector matrix does not have to be adapted to a deformation direction, as for example in the case of a line scan camera. Deformations with different deformation directions can be detected without adaptation of the two-dimensional detector matrix.
  • the transmitter unit and / or the Emp ⁇ capturing unit in particular may / may be located in the hub. This facilitates above all the accessibility for a maintenance.
  • the energy ⁇ supply can be done for example via slip ring contacts from the gondola area.
  • the evaluation unit can be arranged in the rotatable hub in order to keep the signal paths between the transmitting unit and / or the receiving unit as short as possible.
  • the at least one rotor blade has an outer wall and the reflecting means is arranged inside the rotor blade on the outer wall. It is also advantageous if the at least one rotor blade has a central web for mechanical stabilization of the rotor blade and the reflecting means is arranged on the central web within the rotor blade. Since the measuring arrangement is thus internally Ren the rotor blade is protected, it is protected against external weather conditions. Dust or condensation can for example be blown away with a compressed air hose, which is led to just before the reflection means.
  • a method for the determination of the Rotorblatteigenverformung of the rotor is specified.
  • the deformation of the rotor blade in a vertical position of the rotor blade, wherein the longitudinal axis of the rotor blade is aligned substantially parallel to the direction of gravitational acceleration with the deformation of the rotor blade in a horizontal position of the rotor blade, wherein the longitudinal axis of the rotor blade in wesent ⁇ union is aligned perpendicular to the direction of gravitational acceleration compared.
  • FIG. 2 shows in side view a part of the rotor of the Windener ⁇ giestrom with the measuring device in load-free state of the associated rotor blade
  • Figure 3 shows the part of the rotor of Figure 2 in the loaded state
  • Figure 4 shows the part of the rotor of Figure 2 in extremely loaded
  • FIG. 1 shows a wind turbine 10 is illustrated schematically with a rotor OF INVENTION ⁇ to the invention.
  • the wind energy plant 10 has a tower 11 and a gondola 12 rotatably mounted on the tower 11.
  • the axis of rotation of the nacelle 12 generally coincides with the longitudinal axis of the tower 11.
  • On the nacelle 12, a rotatably mounted rotor 13 is connected via a substantially horizontally disposed rotor shaft 33 to the nacelle 12.
  • the rotational energy of the rotor 13 is thereby forwarded via the rotor shaft 33 to a generator within the gondola 12 for generating energy.
  • a transmission between the rotor 13 and the generator is disposed to the rotational speed of Ro ⁇ tors to be able to adapt to an optimum operating generator.
  • the rotor 13 itself has a hub 31 and two or more rotor blades 32 fastened to the hub 31 and a measuring device assigned to one of the two rotor blades 32.
  • Schematically indicated within the hub 31 are a transmitting unit 41 for emitting radiation in the longitudinal direction of the rotor blade 32, a receiving unit 42 for detecting radiation and an evaluation device 40, which determines the deformation state of the rotor blade 32 from the measured values generated by the receiving unit 42.
  • a reflecting means is interpreted schematically Toggle arranged on the rotor blade outer wall 32A 44 which deflects the herkom from the transmitting unit 41 to the receiving unit ⁇ Mende radiation 42nd
  • the Sendeein ⁇ standardized 41, receiving unit 42 and evaluation means 40 are supplied by a preferably disposed in the pod 12 pensionable medium 43 with power.
  • the power supply may preferably be effected via slip ring contacts (not Darge ⁇ asserted).
  • FIG. 1 to 4 are each a coordinate system 80 having an x-, y-, and z-axis for clarity zugeord ⁇ net.
  • the schematically illustrated in the figures rotor blade 32 with the associated measuring device, which the transmitting unit 41, the reflecting means 44 and the receiving unit 42 comprises, can be deformed in the rule in all directions.
  • the measuring device according to the invention is provided above all for deformations in the x and y directions. For the sake of simplicity, it is assumed in the illustrated embodiments of a deformation in particular by wind force in the x direction.
  • the rotor blade 32 is in a mechanical load-free state.
  • the transmitting unit 41 and the receiving unit 42 are arranged in the hub 31, for example, near the rotor blade root 32W of the rotor blade 32.
  • the transmitting unit 41 and the Emp ⁇ capturing unit 42 are accommodated in a common housing.
  • the transmitter unit 41 emits radiation, in particular in opti ⁇ rule spectral range, and preferably collimated in the direction of the reflection means 44.
  • the reflection means 44 is in this case on the outer wall 32A or, if present, disposed of the rotor blade 32 at the center web 32M.
  • the transmitting unit 41 gas lamp is a non-coherent radiation-emitting radiation source, such as a commercially available light emitting diode, a filament or a pressure ⁇ , it is advantageous for the emitted radiation with ⁇ means of appropriate optical components such as lenses, column, diaphragms, etc, to collimate.
  • a laser is used as the radiation source, which as a rule generates intense and coherent radiation as the means for generating coherent radiation, said optical components can essentially be dispensed with.
  • ⁇ for example, are compact diode laser particularly well suited ge ⁇ . It proves to be particularly energy-efficient to operate the radiation source, in particular the laser, in a pulsed manner.
  • the radiation emitted by the transmission unit 41 is emitted by the reflection means 44, in particular a triple prism Receiving unit 42 reflected.
  • the path of the radiation from the transmitting unit 41 via the reflecting means 44 for receiving ⁇ unit 42 defines the beam path S with the two sub-beams A and B.
  • the exit point AP of the partial beam A and the impact point BP of Operastrah ⁇ les B is schematically applied (see Figures 2 and 3).
  • the magnification I also shows that the receiving unit 42 has a Wegdimensiona ⁇ le detector matrix with the individual detector arrays 421, where a single detector is assigned to each particular.
  • These detector fields 421 are designed such that they can detect radiation independently of one another.
  • the impact point BP of the sub-beam B is shown in Figure 2 way of example in ⁇ at the left edge of the detector array 42nd
  • FIG 3 shows the inventive rotor blade 32 under mecha nical ⁇ load.
  • the reflection means 44 especially the triple prism, offset relative to the transmitting unit 41 and receiving unit 42 just ⁇ case in the x direction and twisted by a small angle.
  • the reflection means 44 taltet since the reflection means 44 taltet is always parallel to the herbone from the transmitting unit 41
  • Partial beam A reflected toward receiving unit 42 This always applies if the partial beam A strikes the latter in an angular range of the triple prism 44 determined by the aperture angle.
  • the displacement of the prism 44 in the x-direction of the impact point BP is "moved" of the sub-beam B on the saudimen ⁇ dimensional detector array of the receiving unit 42 from the left (see FIG. 2) to the right. In Figure 3, it is, for example ⁇ way at the right The edge of the detector matrix 42 is drawn in.
  • a line scan camera instead of a two-dimensional detector matrix 42, to use a line scan camera that is more favorable in comparison.
  • the measured values generated by the receiving unit 42 are transmitted to the evaluation device 40 for evaluation.
  • the evaluation device 40 which includes means for determining the relative change in position, for example, from the relative change in position of the impact point BP, which is at the same time hen as a change of the beam path S to verste ⁇ , is not a measured value for the relative position change be ⁇ .
  • this measured value is compared by means for determining the deformation with previously recorded calibration values in tabular form and from this the deformation or the extent of deformation of the rotor blade 32 is determined.
  • the evaluation device 40 is connected before ⁇ preferably integrated via an electric line with the Empfangsein- 42nd However, it is also conceivable to transmit the detector measured values wirelessly to the evaluation device 40 by radio. The determined by the evaluation unit 40 set values can be further transferred to a waiting who is monitored bes ⁇ at which the wind turbine 10 during operated.
  • Figure 4 shows the rotor blade 32 according to the invention under extre ⁇ mer mechanical stress with critical deflection, in which a rotor blade breakage or even touching the mast 11 by the extremely bent rotor blade 32 may occur.
  • the partial beam A emanating from the transmitting unit 41 strikes the outer wall 32A of the rotor blade 32 (see FIG.
  • the reflection means 44 can also be arranged in such a way that the reflected partial beam B is "shaded" by the outer wall 32A or the optionally existing central web 32M. becomes.
  • the sub-beam A consequently does not reach the appropriately-positioned reflection means 44 in both cases, so that the receiving unit 42 does not receive any radiation.
  • the evaluation device 40 can transmit a corresponding critical deformation value to the control room or a control unit so that an appropriate protective measure, such as, for example, the shutdown of the wind turbine 10, can be initiated.
  • the reflection means 44 can be, for example, a light-diffusing foil or plastic reflector, as used on reflective safety vests or also on street signs. If the partial beam A encounters such a scattering reflection means 44, the receiving unit 42 can detect at least part of the scattered radiation and transmit a corresponding measured value to the evaluation device 40. If the scattered radiation remains due to a critical deformation of the rotor blade 32, no radiation is detected by the receiving unit 42. This can be assigned by the evaluation unit 40 a critical strain value then can be introduced so that an appropriate protection measure ⁇ acquisition.

Abstract

The invention relates to a wind power plant comprising a hub (31), whereon rotor blades (32) are secured, and a measuring device which is associated with at least one of the rotor blades (32). Said measuring device comprises a transmitting unit (41) which can transmit radiation in the longitudinal direction of the at least one rotor blade, at least one reflection agent (44) which is arranged at a distance from the transmitting unit (41) and which is secured to or in the at least one rotor blade (32), and a capturing unit (42). The radiation exiting from the transmitting unit (41) of a radiation path can be reflected from at least one reflecting agent (44) to the capturing unit (42). The radiation path is modified when the rotor blade is deformed. As a result, the modification of the radiation path (S) can be detected by means of the capturing unit (42) and a measuring value can be derived therefrom. The invention also relates to an evaluation device which contains means for determining the deformation of the rotor blade (32) from the measuring value.

Description

Beschreibungdescription
ROTOR EINER WINDENERGIEAMLAGE MIT EINER ROTORBLATTVERFORMUNGSMESSEINRICHTUNGROTOR OF A WIND POWER PLANT WITH A ROTOR BLADE DEFORMATION MEASURING DEVICE
Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotor einer Windenergieanlage mit einer Nabe, an der Nabe befestigten Rotorblättern und einer mindestens einem der Rotorblätter zugeordneten Messeinrichtung. Zudem bezieht sich die Erfindung auf eine Windenergieanlage mit einem solchen Rotor. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Rotorblattei- genverformung des Rotors. Ein entsprechender Rotor und eine entsprechende Windenergieanlage gehen aus der DE 102 19 664 Al hervor.The invention relates to a rotor of a wind energy plant with a hub, rotor blades attached to the hub and a measuring device associated with at least one of the rotor blades. In addition, the invention relates to a wind turbine with such a rotor. Furthermore, the invention relates to a method for determining the Rotorblattei- genverformung the rotor. A corresponding rotor and a corresponding wind energy plant are disclosed in DE 102 19 664 A1.
Moderne Windenergieanlagen bestehend aus einem Turm und einer auf dem Turm drehbar gelagerten Gondel mit einem Rotor. Solche Windkraftanlagen haben heutzutage Rotordurchmesser von bis zu 130 m. Ein hoher Wirkungsgrad, eine minimale Schall¬ emission, ein geringer Materialeinsatz und eine hohe Lebens- dauer sind die Kriterien für die Konzipierung und Optimierung von solchen Rotoren. Die Anzahl der Rotorblätter ist für den energetischen Wirkungsgrad einer Windkraftanlage unbedeutend. Je weniger Blätter eingesetzt werden, desto höher ist die Drehzahl der Anlage, um in gleicher Zeit die gleiche Fläche nutzen zu können. Zur Rotorachse hin sind die Rotorblätter meist als Holmverbindung ohne aktive Fläche konstruiert, da das Verhältnis zwischen Nutzen (in Bezug auf den Hebelarm und die Strömungsfläche) und Konstruktionsaufwand deutlich un¬ günstiger wird. Moderne Rotorblatter werden in der Regel aus glasfaser- oder kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (GFK bzw. CFK) gefertigt.Modern wind turbines consisting of a tower and a tower rotatably mounted on the tower with a rotor. Such wind turbines nowadays have rotor diameters of up to 130 m. High efficiency, minimal acoustic emission, low material consumption and a long service life are the criteria for the design and optimization of such rotors. The number of rotor blades is insignificant for the energy efficiency of a wind turbine. The fewer blades are used, the higher the speed of the system, in order to use the same area in the same time. Towards the rotor axis, the rotor blades are usually designed as a spar connection without active surface, since the ratio between benefits (with respect to the lever arm and the flow surface) and design effort is significantly less favorable ¬ . Modern rotor blades are usually made of glass fiber or carbon fiber reinforced plastic (GFK or CFK).
Bei zu hohen Windgeschwindigkeiten kann die maximal zulässige Auslenkung der Rotorblätter überstiegen werden, was zu einer Schädigung oder gar zu einem Bruch führen kann. Im Extremfall stößt ein übermäßig ausgelenktes Rotorblatt gegen den Turm der Windkraftanlage mit teilweise dramatischen Konsequenzen. Hierbei kann nicht nur die Windenergieanlage, sondern auch Anlagen und Einrichtungen im Umfeld zerstört werden.If the wind speeds are too high, the maximum permissible deflection of the rotor blades can be exceeded, which can lead to damage or even breakage. In extreme cases, an excessively deflected rotor blade encounters the tower of the wind turbine with sometimes dramatic consequences. This not only destroys the wind turbine, but also plants and facilities in the environment.
Während Komponenten innerhalb der Gondel vergleichsweise ein- fach zu überwachen sind, gestaltet sich das Überwachen der Rotorblätter relativ problematisch. Entsprechende Sensoren müssen an schwierig zu erreichenden Stellen innerhalb der Blattkonstruktion installiert und mittels einer Drehkupplung oder per Funk ausgelesen werden.While components within the nacelle are comparatively easy to monitor, the monitoring of the rotor blades is relatively problematic. Corresponding sensors must be installed at hard-to-reach locations within the blade structure and read out by means of a rotary joint or by radio.
In der Offenlegungsschrift DE 102 19 664 Al ist eine Anord¬ nung zur Messung der Durchbiegung eines Rotorblatts auf optischem Wege mittels faseroptischer Dehnungssensoren, insbesondere Faser-Bragg-Gitter-Sensoren, angegeben. Dabei wird ein Netzwerk von Sensorfasern in die Tragstruktur des Rotorblatts eingebettet und aus den lokalen Dehnungen auf die gesamte Dehnungsverteilung und damit auf die Durchbiegung des Rotorblatts geschlossen.In the published patent application DE 102 19 664 Al a Anord ¬ tion for measuring the deflection of a rotor blade by optical means by means of fiber optic strain sensors, in particular fiber Bragg grating sensors specified. A network of sensor fibers is embedded in the supporting structure of the rotor blade and closed from the local strains on the entire strain distribution and thus on the deflection of the rotor blade.
In der Patenschrift DE 102 59 680 B4 ist eine Vorrichtung an¬ gegeben, mit der die Durchbiegung eines Rotorblattes auf e- lektrischem Wege erfasst werden kann. Es wird dabei ausge¬ nutzt, dass eine Durchbiegung des Rotorblatts stets mit einer Streckung der Tragstruktur verbunden ist und mindestens ein innerhalb des Rotorblattes in geeigneter Weise verlegter e- lektrischer Leiter ebenfalls eine Streckung erfährt, die zu einer Änderung des elektrischen Widerstands des Leiters führt. Da diese Widerstandsänderung proportional zur Stre¬ ckung des Leiters ist, verläuft sie somit auch proportional zur Durchbiegung des Rotorblatts. Mit der Messung des Leiterwiderstandes kann also das Rotorblatt überwacht werden.In the patent DE 102 59 680 B4 a device is given ¬ , with the deflection of a rotor blade can be detected by electrical means. It is thereby used ¬ that a deflection of the rotor blade is always connected to an extension of the support structure and at least one within the rotor blade in a suitable manner relocated e- lectric conductor also undergoes an extension, which leads to a change in the electrical resistance of the conductor. Since this resistance change proportional to ckung Stre ¬ of the conductor is, it thus also extends proportional to the deflection of the rotor blade. With the measurement of the conductor resistance so the rotor blade can be monitored.
Aufgabe der Erfindung ist es, alternativ zum Stand der Technik einen Rotor, eine Windenergieanlage und ein Verfahren an- zugeben, welche die Bestimmung der Durchbiegung des Rotorblattes auf einfachem und kostengünstigem Wege ermöglichen. Zur Lösung der Aufgabe wird ein Rotor entsprechend den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 angegeben.The object of the invention is, as an alternative to the prior art, to specify a rotor, a wind power plant and a method which make it possible to determine the deflection of the rotor blade in a simple and cost-effective manner. To achieve the object, a rotor according to the features of independent claim 1 is given.
Bei dem erfindungsgemäßen Rotor handelt es sich um einen Ro- tor einer Windenergieanlage umfassend eine Nabe, an der Nabe befestigte Rotorblätter und eine mindestens einem der Rotor¬ blätter zugeordnete Messeinrichtung.In the inventive rotor is a rotor of a wind turbine comprising a hub mounted on the hub and rotor blades at least one of the rotor blades ¬ associated measuring device.
Der Rotor ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass die Messein- richtung folgende Teile aufweist, nämlich a) eine Sendeeinheit, mittels welcher Strahlung in Längs¬ richtung des mindestens einen Rotorblattes aussendbar ist, b) mindestens ein am oder im mindestens einen Rotorblatt befestigtes, von der Sendeeinheit beabstandetes Reflek- tionsmittel, und c) eine Empfangseinheit, wobei d) die Strahlung ausgehend von der Sendeeinheit einemThe rotor is characterized in that the measuring device comprises the following parts, namely a) a transmitting unit, by means of which radiation in the longitudinal ¬ direction of the at least one rotor blade can be emitted b) at least one at or at least one rotor blade attached, of the Transmitting unit spaced reflecting means, and c) a receiving unit, wherein d) the radiation from the transmitting unit a
Strahlengang folgend vom mindestens einen Reflektions- mittel zur Empfangseinheit reflektierbar ist, e) der Strahlengang bei einer Verformung des Rotorblattes verändert wird, f) mittels der Empfangseinheit die Veränderung des Strah¬ lengangs detektierbar und ein Messwert daraus ableitbar ist, und g) eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die Mittel zur Bestimmung der Verformung des Rotorblattes aus dem Messwert enthält .Beam path following provided by the at least one reflection medium to the receiver unit can be reflected, e) the beam path is changed at a deformation of the rotor blade) f by means of the receiving unit, the change of the Strah ¬ lengangs detected and a measurement value is derived therefrom, and g) an evaluation device which contains means for determining the deformation of the rotor blade from the measured value.
Indem das mindestens eine Reflektionsmittel am oder im Rotor¬ blatt befestigt wird und der Strahlengang maßgeblich durch das mindestens eine Reflektionsmittel bestimmt und empfind¬ lich beeinflusst wird, driftet bei einer Positionsänderung des mindestens einen Reflektionsmittels relativ zur Sende- und/oder Empfangseinheit, wie sie bei einer Verformung des Rotorblattes auftritt, der Strahlengang. Mit der Erfassung Drift mittels der Empfangseinheit kann auf einfach zu reali¬ sierendem Wege auf die Biegung des Rotorblattes selbst und auch auf das Ausmaß der Verformung geschlossen werden.By the at least one reflecting means is leaf mounted on or in the rotor ¬ and the optical path largely determined by the at least one reflecting means and is influenced SENS ¬ Lich, drifts at a position change of at least one reflecting means relative to the transmitting and / or receiving unit, as in a deformation of the Rotor blade occurs, the beam path. With the detection drift by means of the receiving unit can be concluded on easy to reali ¬ sierendem ways to the bending of the rotor blade itself and also on the extent of deformation.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Rotors gemäß der Erfindung ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.Advantageous embodiments of the rotor according to the invention will become apparent from the dependent claims of claim 1.
Günstig ist es insbesondere, wenn mittels der Sendeeinheit die Strahlung gepulst aussendbar ist. Somit wird die Lebens¬ dauer der Quelle bedeutend verlängert.It is favorable, in particular, if the radiation can be emitted pulsed by means of the transmitting unit. Thus, the life ¬ is permanently significantly lengthened the source.
Günstig ist weiter, wenn mittels der Sendeeinheit optische Strahlung aussendbar ist. Hierbei ist eine besonders einfache Justage des Strahlenganges möglich.It is also favorable if optical radiation can be emitted by means of the transmitting unit. Here, a particularly simple adjustment of the beam path is possible.
Es ist von Vorteil, wenn mittels der Sendeeinheit kollimierte Strahlung aussendbar ist. Dabei ist gewährleistet, dass genü¬ gend Strahlungsintensität für die Detektion vorhanden ist.It is advantageous if collimated radiation can be emitted by means of the transmitting unit. It should be ensured that genü ¬ quietly radiation intensity for detection is present.
Weiter ist von Vorteil, wenn die Sendeeinheit Mittel zum er¬ zeugen kohärenter Strahlung, insbesondere mindestens einen Laser, umfasst. Mittels der von insbesondere einem Laser ge¬ lieferten Strahlungsintensität, könne von der Strahlung die größten möglichen Abstände zwischen der Sende- und/oder der Empfangseinheit und dem mindestens einen Reflektionsmittel ohne Intensitätseinbußen an der Empfangseinheit zuverlässig überwunden werden.It is also advantageous if the transmitting unit comprises means for generating coherent radiation, in particular at least one laser. By means of the ge of, in particular a laser ¬ delivered radiation intensity can of the radiation, the largest possible distances between the transmitting and / or receiving unit and the at least one reflecting means reliably overcome without intensity losses in the receiving unit.
Vorteilhaft ist auch, wenn die Sendeeinheit mindestens eine Leuchtdiode, insbesondere Laserdioden, umfasst. Leuchtdioden sind leicht installierbar, wartungsarm und in der Regel energiesparend. Zudem sind sie leicht beziehbar und kostengüns¬ tig.It is also advantageous if the transmitting unit comprises at least one light-emitting diode, in particular laser diodes. Light-emitting diodes are easy to install, low-maintenance and usually energy-saving. They are easily obtainable and also kostengüns ¬ tig.
Insbesondere kann das mindestens eine Reflektionsmittel ein Tripelprisma aufweisen. Mit dem Einsatz eines Tripelprismas sind die Anforderungen an die Strahlengangausrichtung bezüg- lieh des Tripelprismas und an den Prismenwinkel selbst nied¬ rig. Solange der Einfallswinkel der Strahlung im Aperturwinkel des Prismas liegt, wird diese parallel zurückreflektiert. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn man die Abmessungen des Rotorblatts und den zur Verfügung stehenden Raum für die Montage berücksichtigt. Die Sendeeinheit und die Empfangseinheit können dabei möglichst kompakt nebeneinander, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse, ausgestaltet werden.In particular, the at least one reflection means may comprise a triple prism. With the use of a triple prism, the requirements for beam path alignment are borrowed the triple prism and the prism angle itself cu ¬ rig. As long as the angle of incidence of the radiation is in the aperture angle of the prism, this is reflected back in parallel. This is particularly advantageous if one takes into account the dimensions of the rotor blade and the available space for mounting. The transmitting unit and the receiving unit can be as compact as possible side by side, in particular in a common housing, designed.
Günstig ist auch, wenn die Empfangseinheit mindestens eine Zeilenkamera umfasst. Mittels einer Zeilenkamera lässt sich besonders einfach und kostengünstig die Drift des Strahlen¬ ganges entlang einer Linie verfolgen.It is also advantageous if the receiving unit comprises at least one line scan camera. By means of a line camera, the drift of the beam ¬ walking can be particularly simple and inexpensive track along a line.
Insbesondere ist es auch vorteilhaft, wenn die Empfangsein¬ heit eine zweidimensionale Detektormatrix umfasst. Hierbei muss die Ausrichtung der Detektormatrix nicht an eine Verformungsrichtung angepasst werden, wie beispielsweise bei einer Zeilenkamera. Es können Verformungen mit unterschiedlichen Verformungsrichtungen ohne Abpassung der zweidimensionalen Detektormatrix detektiert werden.In particular, it is also advantageous if the Empfangsein ¬ standardized comprises a two-dimensional detector array. In this case, the orientation of the detector matrix does not have to be adapted to a deformation direction, as for example in the case of a line scan camera. Deformations with different deformation directions can be detected without adaptation of the two-dimensional detector matrix.
Insbesondere können/kann die Sendeeinheit und/oder die Emp¬ fangseinheit in der Nabe angeordnet sein. Dies erleichtert vor allem die Erreichbarkeit für eine Wartung. Die Energie¬ versorgung kann dabei beispielsweise über Schleifringkontakte aus dem Bereich der Gondel erfolgen. Ebenfalls vorteilhaft kann die Auswerteeinheit in der drehbaren Nabe angeordnet sein, um die Signalwege zwischen der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit möglichst kurz zu halten.The transmitter unit and / or the Emp ¬ capturing unit in particular may / may be located in the hub. This facilitates above all the accessibility for a maintenance. The energy ¬ supply can be done for example via slip ring contacts from the gondola area. Likewise advantageously, the evaluation unit can be arranged in the rotatable hub in order to keep the signal paths between the transmitting unit and / or the receiving unit as short as possible.
Es ist vorteilhaft, wenn das mindestens eine Rotorblatt eine Außenwand aufweist und das Reflektionsmittel innerhalb des Rotorblattes an der Außenwand angeordnet ist. Es ist auch günstig, wenn das mindestens eine Rotorblatt einen Mittelsteg zur mechanischen Stabilisierung des Rotorblattes aufweist und das Reflektionsmittel innerhalb des Rotorblattes am Mittel¬ steg angeordnet ist. Da sich die Messanordnung damit im Inne- ren des Rotorblatts befindet, ist sie insgesamt vor äußeren Witterungseinflüssen geschützt. Staub oder Kondensbildung kann beispielsweise mit einem Druckluftschlauch, der bis kurz vor das Reflektionsmittel geführt wird, weggeblasen werden.It is advantageous if the at least one rotor blade has an outer wall and the reflecting means is arranged inside the rotor blade on the outer wall. It is also advantageous if the at least one rotor blade has a central web for mechanical stabilization of the rotor blade and the reflecting means is arranged on the central web within the rotor blade. Since the measuring arrangement is thus internally Ren the rotor blade is protected, it is protected against external weather conditions. Dust or condensation can for example be blown away with a compressed air hose, which is led to just before the reflection means.
Zur Lösung der Aufgabe wird zudem eine Windenergieanlage mit dem Rotor gemäß der Erfindung angegeben.To solve the problem, a wind turbine with the rotor according to the invention is also specified.
Zur weiteren Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Be- Stimmung der Rotorblatteigenverformung des Rotors angegeben. Dabei wird mittels der Auswerteeinrichtung die Verformung des Rotorblattes bei vertikaler Stellung des Rotorblattes, wobei die Längsachse des Rotorblattes im wesentlichen parallel zur Richtung der Schwerebeschleunigung ausgerichtet wird, mit der Verformung des Rotorblattes bei waagrechter Stellung des Rotorblattes, wobei die Längsachse des Rotorblattes im wesent¬ lichen senkrecht zur Richtung der Schwerebeschleunigung ausgerichtet wird, verglichen.To further achieve the object, a method for the determination of the Rotorblatteigenverformung of the rotor is specified. In this case, by means of the evaluation device, the deformation of the rotor blade in a vertical position of the rotor blade, wherein the longitudinal axis of the rotor blade is aligned substantially parallel to the direction of gravitational acceleration, with the deformation of the rotor blade in a horizontal position of the rotor blade, wherein the longitudinal axis of the rotor blade in wesent ¬ union is aligned perpendicular to the direction of gravitational acceleration compared.
Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbei¬ spiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert . Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, und gewisse Aspekte sind schemati¬ siert dargestellt. Im Einzelnen zeigen diePreferred, but in no way limiting Ausführungsbei ¬ games of the invention will now be described with reference to the drawings. For clarity, the drawing is not drawn to scale, and certain aspects are shown schemati ¬ Siert. In detail, the show
Figur 1 eine Windenergieanlage mit einer schematisch darge¬ stellten Messeinrichtung,1 shows a wind energy plant with a schematic Darge ¬ easily measuring device,
Figur 2 in Seitenansicht einen Teil des Rotors der Windener¬ gieanlage mit der Messeinrichtung in belastungsfreiem Zustand des zugeordneten Rotorblattes,2 shows in side view a part of the rotor of the Windener ¬ gieanlage with the measuring device in load-free state of the associated rotor blade,
Figur 3 den Teil des Rotors aus Figur 2 in belastetem Zustand, und Figur 4 den Teil des Rotors aus Figur 2 in extrem belastetem3 shows the part of the rotor of Figure 2 in the loaded state, and Figure 4 shows the part of the rotor of Figure 2 in extremely loaded
Zustand.Status.
Einander entsprechende Teile sind in den Figuren 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen. In Figur 1 ist eine Windenergieanlage 10 mit einem erfin¬ dungsgemäßen Rotor 13 schematisch dargestellt. Die Windenergieanlage 10 weist einen Turm 11 und eine auf dem Turm 11 drehbar gelagerte Gondel 12 auf. Die Drehachse der Gondel 12 fällt in der Regel mit der Längsachse des Turmes 11 zusammen. An der Gondel 12 ist ein drehbar gelagerter Rotor 13 über eine im Wesentlichen horizontal angeordnete Rotorwelle 33 mit der Gondel 12 verbunden. Die Rotationsenergie des Rotors 13 wird dabei über die Rotorwelle 33 an einen innerhalb der Gon- del 12 angeordneten Generator zur Energieerzeugung weitergeleitet. Vorzugsweise ist zwischen Rotor 13 und Generator ein Getriebe angeordnet, um die Umdrehungsgeschwindigkeit des Ro¬ tors 13 an einen optimalen Generatorbetrieb anpassen zu können. Der Übersicht halber sind das Getriebe und der Generator in Figur 1 nicht dargestellt. Der Rotor 13 selbst weist eine Nabe 31 und zwei oder mehr an der Nabe 31 befestigten Rotorblätter 32 und eine einem von beiden Rotorblättern 32 zugeordnete Messeinrichtung auf. Schematisch angedeutet sind innerhalb der Nabe 31 eine Sendeeinheit 41 zum Aussenden von Strahlung in Längsrichtung des Rotorblattes 32, eine Empfangseinheit 42 zum Detektieren von Strahlung und eine Auswerteeinrichtung 40, die aus den von der Empfangseinheit 42 erzeugten Messwerten den Verformungszustand des Rotorblattes 32 bestimmt. Innerhalb des Rotorblatts 32 ist schematisch an- gedeutet ein Reflektionsmittel 44 an der Rotorblattaußenwand 32A angeordnet, welches die von der Sendeeinheit 41 herkom¬ mende Strahlung zur Empfangseinheit 42 umlenkt. Die Sendeein¬ heit 41, Empfangseinheit 42 und Auswerteeinrichtung 40 werden von einem vorzugsweise in der Gondel 12 angeordneten Versor- gungsmittel 43 mit Energie versorgt. Da sich die Nabe 31 re¬ lativ zur Gondel 12 dreht, kann die Energieversorgung vorzugsweise über Schleifringkontakte erfolgen (nicht darge¬ stellt) .Corresponding parts are provided in Figures 1 to 4 with the same reference numerals. 1 shows a wind turbine 10 is illustrated schematically with a rotor OF INVENTION ¬ to the invention. 13 The wind energy plant 10 has a tower 11 and a gondola 12 rotatably mounted on the tower 11. The axis of rotation of the nacelle 12 generally coincides with the longitudinal axis of the tower 11. On the nacelle 12, a rotatably mounted rotor 13 is connected via a substantially horizontally disposed rotor shaft 33 to the nacelle 12. The rotational energy of the rotor 13 is thereby forwarded via the rotor shaft 33 to a generator within the gondola 12 for generating energy. Preferably, a transmission between the rotor 13 and the generator is disposed to the rotational speed of Ro ¬ tors to be able to adapt to an optimum operating generator. 13 For clarity, the transmission and the generator in Figure 1 are not shown. The rotor 13 itself has a hub 31 and two or more rotor blades 32 fastened to the hub 31 and a measuring device assigned to one of the two rotor blades 32. Schematically indicated within the hub 31 are a transmitting unit 41 for emitting radiation in the longitudinal direction of the rotor blade 32, a receiving unit 42 for detecting radiation and an evaluation device 40, which determines the deformation state of the rotor blade 32 from the measured values generated by the receiving unit 42. Within the rotor blade 32, a reflecting means is interpreted schematically Toggle arranged on the rotor blade outer wall 32A 44 which deflects the herkom from the transmitting unit 41 to the receiving unit ¬ Mende radiation 42nd The Sendeein ¬ standardized 41, receiving unit 42 and evaluation means 40 are supplied by a preferably disposed in the pod 12 pensionable medium 43 with power. As the hub 31 rotates re ¬ tively to the gondola 12, the power supply may preferably be effected via slip ring contacts (not Darge ¬ asserted).
In den Figuren 1 bis 4 ist jeweils ein Koordinatensystem 80 mit einer x-, y- und z-Achse zur besseren Übersicht zugeord¬ net. Das in den Figuren schematisch abgebildete Rotorblatt 32 mit der zugeordneten Messeinrichtung, welche die Sendeeinheit 41, das Reflektionsmittel 44 und die Empfangseinheit 42 um- fasst, kann in der Regel in alle Richtungen verformt werden. Die erfindungsgemäße Messeinrichtung ist vor allem für Verformungen in x- und y-Richtung vorgesehen. Der Einfachheit halber wird in den dargestellten Ausführungsbeispielen von einer Verformung insbesondere durch Windkrafteinwirkung in x- Richtung ausgegangen.In the figures 1 to 4 are each a coordinate system 80 having an x-, y-, and z-axis for clarity zugeord ¬ net. The schematically illustrated in the figures rotor blade 32 with the associated measuring device, which the transmitting unit 41, the reflecting means 44 and the receiving unit 42 comprises, can be deformed in the rule in all directions. The measuring device according to the invention is provided above all for deformations in the x and y directions. For the sake of simplicity, it is assumed in the illustrated embodiments of a deformation in particular by wind force in the x direction.
In Figur 2 ist in Seitenansicht ein Teil des erfindungsgemä- ßen Rotors 13 der Windenergieanlage 10 mit der Messeinrich¬ tung schematisch dargestellt. Das Rotorblatt 32 ist dabei in einem mechanisch belastungsfreien Zustand. In der Nabe 31, beispielsweise nahe der Rotorblattwurzel 32W des Rotorblattes 32, sind die Sendeeinheit 41 und die Empfangseinheit 42 ange- ordnet. Vorzugsweise sind die Sendeeinheit 41 und die Emp¬ fangseinheit 42 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Die Sendeeinheit 41 sendet Strahlung, insbesondere im opti¬ schen Spektralbereich, aus, und zwar vorzugsweise kollimiert in Richtung des Reflektionsmittels 44. Das Reflektionsmittel 44 ist hierbei an der Außenwand 32A oder, wenn vorhanden, am Mittelsteg 32M des Rotorblattes 32 angeordnet. Es sind aber auch andere geeignete Befestigungsorte im oder am Rotorblatt 32 denkbar. Umfasst die Sendeeinheit 41 eine inkohärente Strahlung abgebende Strahlungsquelle, wie beispielsweise eine handelsübliche Leuchtdiode, ein Glühfaden- oder eine Druck¬ gaslampe, ist es vorteilhaft, die abgegebene Strahlung mit¬ tels entsprechender optischer Bauelemente, wie Linsen, Spalte, Blenden u.s.w., zu kollimieren. Verwendet man als Strahlungsquelle jedoch insbesondere einen Laser, welcher als Mit- tel zur Erzeugung kohärenter Strahlung in der Regel eine intensive und kohärente Strahlung erzeugt, kann auf genannte optische Bauelemente im Wesentlichen verzichtet werden. Hier¬ zu sind beispielsweise kompakte Diodenlaser besonders gut ge¬ eignet. Als besonders energiesparend erweist sich, die Strah- lungsquelle, insbesondere den Laser, gepulst zu betreiben.2 shows in side view a part of the inventive SEN rotor 13 of the wind power installation 10 with the Messeinrich ¬ tung shown schematically. The rotor blade 32 is in a mechanical load-free state. In the hub 31, for example, near the rotor blade root 32W of the rotor blade 32, the transmitting unit 41 and the receiving unit 42 are arranged. Preferably, the transmitting unit 41 and the Emp ¬ capturing unit 42 are accommodated in a common housing. The transmitter unit 41 emits radiation, in particular in opti ¬ rule spectral range, and preferably collimated in the direction of the reflection means 44. The reflection means 44 is in this case on the outer wall 32A or, if present, disposed of the rotor blade 32 at the center web 32M. But there are also other suitable mounting locations in or on the rotor blade 32 conceivable. Includes the transmitting unit 41 gas lamp is a non-coherent radiation-emitting radiation source, such as a commercially available light emitting diode, a filament or a pressure ¬, it is advantageous for the emitted radiation with ¬ means of appropriate optical components such as lenses, column, diaphragms, etc, to collimate. If, however, a laser is used as the radiation source, which as a rule generates intense and coherent radiation as the means for generating coherent radiation, said optical components can essentially be dispensed with. Here ¬ for example, are compact diode laser particularly well suited ge ¬. It proves to be particularly energy-efficient to operate the radiation source, in particular the laser, in a pulsed manner.
Die von der Sendeeinheit 41 ausgesandte Strahlung wird vom Reflektionsmittel 44, insbesondere einem Tripelprisma, zur Empfangseinheit 42 reflektiert. Der Weg der Strahlung von der Sendeeinheit 41 über das Reflektionsmittel 44 zur Empfangs¬ einheit 42 definiert den Strahlengang S mit den beiden Teilstrahlen A und B. In den Figuren 2 bis 4 ist weiter darge- stellt jeweils eine Vergrößerung I der Sendeeinheit 41 und der Empfangseinheit 42 in einer Sicht von unten auf beide Einheiten 41, 42. Hierbei ist schematisch der Austrittspunkt AP des Teilstrahles A und der Auftreffpunkt BP des Teilstrah¬ les B aufgetragen (vgl. Figuren 2 und 3) . Die Vergrößerung I zeigt zudem, dass die Empfangseinheit 42 eine zweidimensiona¬ le Detektormatrix mit einzelnen Detektorfeldern 421, denen insbesondere jeweils ein einzelner Detektor zugewiesen ist, aufweist. Diese Detektorfelder 421 sind derart ausgestaltet, dass sie unabhängig voneinander Strahlung detektieren können. Der Auftreffpunkt BP des Teilstrahls B ist in Figur 2 bei¬ spielhaft am linken Rand der Detektormatrix 42.The radiation emitted by the transmission unit 41 is emitted by the reflection means 44, in particular a triple prism Receiving unit 42 reflected. The path of the radiation from the transmitting unit 41 via the reflecting means 44 for receiving ¬ unit 42 defines the beam path S with the two sub-beams A and B. In the figures 2 to 4 is further ones shown, provides respectively an increase I of the transmitter unit 41 and the receiving unit 42 in a view from below on both units 41, 42. Here, the exit point AP of the partial beam A and the impact point BP of Teilstrah ¬ les B is schematically applied (see Figures 2 and 3). The magnification I also shows that the receiving unit 42 has a zweidimensiona ¬ le detector matrix with the individual detector arrays 421, where a single detector is assigned to each particular. These detector fields 421 are designed such that they can detect radiation independently of one another. The impact point BP of the sub-beam B is shown in Figure 2 way of example in ¬ at the left edge of the detector array 42nd
Figur 3 zeigt das erfindungsgemäße Rotorblatt 32 unter mecha¬ nischer Belastung. Der Einfachheit halber wird lediglich von einer Windkraft in x-Richtung ausgegangen, welcher das Rotorblatt 32 ausgesetzt ist. Zur Illustration sind dem Wind zuge¬ ordnete Pfeile 7 in x-Richtung eingezeichnet. Das Rotorblatt 32 ist durch die Windkraft in x-Richtung verformt . Dadurch ist das Reflektionsmittel 44, insbesondere das Tripelprisma, relativ zur Sendeeinheit 41 und zur Empfangseinheit 42 eben¬ fall in x-Richtung versetzt und um einen geringen Winkel verdreht. Ist das Reflektionsmittel 44 als Tripelprisma ausges¬ taltet, wie es in den Figuren 1 bis 4 schematisch dargestellt ist, wird der Teilstrahl B trotz Verdrehung des Tripelprismas 44 stets parallel zum von der Sendeeinheit 41 herkommendenFigure 3 shows the inventive rotor blade 32 under mecha nical ¬ load. For the sake of simplicity, it is assumed only of a wind force in the x-direction to which the rotor blade 32 is exposed. To illustrate the wind sent ¬ ordered arrows 7 are shown in the x-direction. The rotor blade 32 is deformed by the wind force in the x direction. As a result, the reflection means 44, especially the triple prism, offset relative to the transmitting unit 41 and receiving unit 42 just ¬ case in the x direction and twisted by a small angle. Is the reflection means 44 taltet ausges as triple prism ¬, as shown schematically in Figures 1 to 4, the sub-beam B in spite of rotation of the triple prism 44 is always parallel to the herkommenden from the transmitting unit 41
Teilstrahl A in Richtung Empfangseinheit 42 reflektiert. Dies gilt immer dann, wenn der Teilstrahl A in einem vom Aperturwinkel bestimmten Winkelbereich des Tripelprismas 44 auf die¬ ses trifft. Durch den Versatz des Prismas 44 in x-Richtung ist der Auftreffpunkt BP des Teilstrahls B auf die zweidimen¬ sionale Detektormatrix der Empfangseinheit 42 von links (vgl. Figur 2) nach rechts „gerückt". In Figur 3 ist er beispiel¬ haft am rechten Rand der Detektormatrix 42 eingezeichnet. Im Fall einer eindimensionalen Bewegung des Auftreffpunktes BP bzw. des Tripelprismas 44 ist es auch denkbar, anstelle einer zweidimensionalen Detektormatrix 42 eine im Vergleich dazu günstigere Zeilenkamera einzusetzen.Partial beam A reflected toward receiving unit 42. This always applies if the partial beam A strikes the latter in an angular range of the triple prism 44 determined by the aperture angle. By the displacement of the prism 44 in the x-direction of the impact point BP is "moved" of the sub-beam B on the zweidimen ¬ dimensional detector array of the receiving unit 42 from the left (see FIG. 2) to the right. In Figure 3, it is, for example ¬ way at the right The edge of the detector matrix 42 is drawn in. In In the case of a one-dimensional movement of the impact point BP or of the triple prism 44, it is also conceivable, instead of a two-dimensional detector matrix 42, to use a line scan camera that is more favorable in comparison.
Die von der Empfangseinheit 42 erzeugten Messwerte werden zur Auswertung an die Auswerteeinrichtung 40 übermittelt. Mit der Auswerteeinrichtung 40, welche Mittel zur Bestimmung der relativen Positionsänderung enthält, wird beispielsweise aus der relativen Positionsänderung des Auftreffpunktes BP, die zugleich auch als Veränderung des Strahlenganges S zu verste¬ hen ist, ein Messwert für die relative Positionsänderung be¬ stimmt. Bei bekannter Position des Reflektionsmittels 44 längs des Rotorblattes 32 wird dieser Messwert mittels Mit- teln zur Bestimmung der Verformung mit zuvor aufgenommenen in Tabellenform vorliegenden Eichwerten verglichen und hieraus die Verformung bzw. das Ausmaß der Verformung des Rotorblattes 32 bestimmt. Die Auswerteeinrichtung 40 ist dabei vor¬ zugsweise über eine elektrische Leitung mit der Empfangsein- heit 42 verbunden. Es ist aber auch denkbar, die Detektormesswerte drahtlos per Funk an die Auswerteeinrichtung 40 zu übermitteln. Die von der Auswerteeinrichtung 40 bestimmten Verformungswerte können weiter an eine Warte übermittelt wer¬ den, mit welcher die Windenergieanlage 10 während des Betrie- bes überwacht wird.The measured values generated by the receiving unit 42 are transmitted to the evaluation device 40 for evaluation. With the evaluation device 40, which includes means for determining the relative change in position, for example, from the relative change in position of the impact point BP, which is at the same time hen as a change of the beam path S to verste ¬, is not a measured value for the relative position change be ¬. With a known position of the reflecting means 44 along the rotor blade 32, this measured value is compared by means for determining the deformation with previously recorded calibration values in tabular form and from this the deformation or the extent of deformation of the rotor blade 32 is determined. The evaluation device 40 is connected before ¬ preferably integrated via an electric line with the Empfangsein- 42nd However, it is also conceivable to transmit the detector measured values wirelessly to the evaluation device 40 by radio. The determined by the evaluation unit 40 set values can be further transferred to a waiting who is monitored bes ¬ at which the wind turbine 10 during operated.
Figur 4 zeigt das erfindungsgemäße Rotorblatt 32 unter extre¬ mer mechanischer Belastung mit kritischer Durchbiegung, bei welcher ein Rotorblattbruch oder auch ein Berühren des Mastes 11 durch das extrem durchgebogene Rotorblatt 32 auftreten kann. Der von der Sendeeinheit 41 ausgehende Teilstrahl A trifft dabei je nach Anordnung der Sendeeinheit 41 relativ zum Rotorblatt 32 und je nach Ausführung des Rotorblattes 32 die Außenwand 32A des Rotorblattes 32 (vgl. Figur 4) oder auch den gegebenenfalls vorhandenen Mittelsteg 32M. Das Re- flektionsmittel 44 kann aber auch derart angeordnet sein, dass der reflektierte Teilstrahl B von der Außenwand 32A oder dem gegebenenfalls vorhandenen Mittelsteg 32M „abgeschattet" wird. Der Teilstrahl A erreicht folglich in beiden Fällen das an geeigneter Stelle angebrachte Reflektionsmittel 44 nicht, sodass die Empfangseinheit 42 keine Strahlung empfängt. Somit kann von der Auswerteeinrichtung 40 ein entsprechender kriti- scher Verformungswert an die Warte oder eine Steuereinheit übermittelt werden, sodass eine angemessene Schutzmaßnahme, wie beispielsweise die Abschaltung der Windenergieanlage 10, eingeleitet werden kann.Figure 4 shows the rotor blade 32 according to the invention under extre ¬ mer mechanical stress with critical deflection, in which a rotor blade breakage or even touching the mast 11 by the extremely bent rotor blade 32 may occur. Depending on the arrangement of the transmitting unit 41 relative to the rotor blade 32 and depending on the design of the rotor blade 32, the partial beam A emanating from the transmitting unit 41 strikes the outer wall 32A of the rotor blade 32 (see FIG. However, the reflection means 44 can also be arranged in such a way that the reflected partial beam B is "shaded" by the outer wall 32A or the optionally existing central web 32M. becomes. The sub-beam A consequently does not reach the appropriately-positioned reflection means 44 in both cases, so that the receiving unit 42 does not receive any radiation. Thus, the evaluation device 40 can transmit a corresponding critical deformation value to the control room or a control unit so that an appropriate protective measure, such as, for example, the shutdown of the wind turbine 10, can be initiated.
Soll lediglich nur die kritische Verformung bestimmt werden, reicht es, wenn die Empfangseinheit 42, die in diesem Falle lediglich als insbesondere lichtempfindlicher Detektor ohne Ortsauflösung ausgeführt zu sein braucht, am Reflektionsmit¬ tel 44 reflektierte Strahlung nachweisen kann. Das Reflekti- onsmittel 44 kann hierbei beispielsweise ein lichtstreuender Folien- oder Kunststoffreflektor sein, wie er auf reflektierenden Sicherheitswesten oder auch auf Straßenschildern Verwendung findet. Trifft der Teilstrahl A ein solches streuendes Reflektionsmittel 44, kann die Empfangseinheit 42 zumin- dest einen Teil der gestreuten Strahlung detektieren und einen entsprechenden Messwert an die Auswerteeinrichtung 40 ü- bermitteln. Bleibt die Streustrahlung aufgrund einer kritischen Verformung des Rotorblattes 32 aus, wird von der Empfangseinheit 42 keine Strahlung detektiert. Dies kann dann von der Auswerteeinrichtung 40 einem kritischen Verformungswert zugeordnet werden, sodass eine entsprechende Schutzma߬ nahme eingeleitet werden kann. If only the critical strain is determined only, it is sufficient if the receiving unit 42, which needs to be executed in this case only as a particular light-sensitive detector without spatial resolution, can prove radiation 44 reflected on Reflektionsmit ¬ tel. The reflection means 44 can be, for example, a light-diffusing foil or plastic reflector, as used on reflective safety vests or also on street signs. If the partial beam A encounters such a scattering reflection means 44, the receiving unit 42 can detect at least part of the scattered radiation and transmit a corresponding measured value to the evaluation device 40. If the scattered radiation remains due to a critical deformation of the rotor blade 32, no radiation is detected by the receiving unit 42. This can be assigned by the evaluation unit 40 a critical strain value then can be introduced so that an appropriate protection measure ¬ acquisition.

Claims

Patentansprüche claims
1. Rotor einer Windenergieanlage (10) umfassend eine Nabe (31), an der Nabe (31) befestigte Rotorblätter (32) und eine mindestens einem der Rotorblätter (32) zugeordnete Messeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung folgende Teile aufweist, nämlich a) eine Sendeeinheit (41), mittels welcher Strahlung in Längsrichtung des mindestens einen Rotorblattes (32) aussendbar ist, b) mindestens ein am oder im mindestens einen RotorblattA rotor of a wind turbine (10) comprising a hub (31), to the hub (31) fixed rotor blades (32) and at least one of the rotor blades (32) associated measuring device, characterized in that the measuring device comprises the following parts, namely a ) a transmitting unit (41), by means of which radiation in the longitudinal direction of the at least one rotor blade (32) can be emitted, b) at least one on or in at least one rotor blade
(32) befestigtes, von der Sendeeinheit (41) beabstande- tes Reflektionsmittel (44), und c) eine Empfangseinheit (42), wobei d) die Strahlung ausgehend von der Sendeeinheit (41) einem Strahlengang (S) folgend vom mindestens einen Reflekti- onsmittel (44) zur Empfangseinheit (42) reflektierbar ist, e) der Strahlengang (S) bei einer Verformung des Rotorblattes (32) verändert wird, f) mittels der Empfangseinheit (42) die Veränderung des Strahlengangs (S) detektierbar und ein Messwert daraus ableitbar ist, und g) eine Auswerteeinrichtung (40) vorgesehen ist, die Mittel zur Bestimmung der Verformung des Rotorblattes (32) aus dem Messwert enthält.(32) fixed reflection means (44) spaced from the transmitting unit (41), and c) a receiving unit (42), wherein d) the radiation originating from the transmitting unit (41) follows a beam path (S) from the at least one reflection e) the beam path (S) is changed during a deformation of the rotor blade (32), f) the change of the beam path (S) is detectable by means of the receiving unit (42) and a measured value can be derived therefrom, and g) an evaluation device (40) is provided which contains means for determining the deformation of the rotor blade (32) from the measured value.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Sendeeinheit (41) die Strahlung gepulst aussendbar ist.2. Rotor according to claim 1, characterized in that by means of the transmitting unit (41) the radiation is pulsed emitted.
3. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Sendeeinheit (41) optische Strahlung aussendbar ist. 3. Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the transmitting unit (41) optical radiation can be emitted.
4. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Sendeeinheit (41) kollimierte Strahlung aussendbar ist.4. Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the transmitting unit (41) collimated radiation can be emitted.
5. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (41) Mittel zum erzeugen kohärenter Strahlung, insbesondere mindestens einen Laser, umfasst .5. Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitting unit (41) comprises means for generating coherent radiation, in particular at least one laser.
6. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (41) mindestens eine Leuchtdiode umfasst.6. Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitting unit (41) comprises at least one light emitting diode.
7. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reflektionsmittel (44) ein Tripelprisma aufweist.7. Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one reflection means (44) comprises a triple prism.
8. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Empfangseinheit (42) mindestens eine8. Rotor according to one of the preceding claims, character- ized in that the receiving unit (42) at least one
Zeilenkamera umfasst.Line scan camera includes.
9. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit (42) eine zweidimensionale Detektormatrix umfasst.9. Rotor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the receiving unit (42) comprises a two-dimensional detector matrix.
10. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (41) und/oder die Emp¬ fangseinheit (42) in der Nabe (31) angeordnet sind/ist.10. Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitting unit (41) and / or the Emp ¬ catching unit (42) in the hub (31) are arranged / is.
11. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Rotorblatt (32) eine Außenwand (32A) aufweist und das Reflektionsmittel (44) in¬ nerhalb des Rotorblattes (32) an der Außenwand (32A) angeord- net ist.11. Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one rotor blade (32) has an outer wall (32A) and the reflecting means (44) in ¬ nerhalb the rotor blade (32) on the outer wall (32A) is arranged net ,
12. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Rotorblatt (32) ei- nen Mittelsteg (32M) zur mechanischen Stabilisierung des Rotorblattes (32) aufweist und das Reflektionsmittel (44) in¬ nerhalb des Rotorblattes (32) am Mittelsteg (32M) angeordnet ist .12. Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one rotor blade (32) has a NEN middle web (32M) for mechanical stabilization of the rotor blade (32) and the reflecting means (44) in ¬ nerhalb the rotor blade (32) on the central web (32M) is arranged.
13. Windenergieanlage mit dem Rotor (13) nach einem der vor¬ hergehenden Ansprüche.13. Wind turbine with the rotor (13) according to one of claims ¬ forth before.
14. Verfahren zur Bestimmung der Rotorblatteigenverformung des Rotors (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem mittels der Auswerteeinrichtung (40) die Verformung des Rotorblattes (32) bei vertikaler Stellung des Rotorblat¬ tes (32), wobei die Längsachse des Rotorblattes (32) im we¬ sentlichen parallel zur Richtung der Schwerebeschleunigung ausgerichtet wird, mit der Verformung des Rotorblattes (32) bei waagrechter Stellung des Rotorblattes (32) , wobei die Längsachse des Rotorblattes (32) im wesentlichen senkrecht zur Richtung der Schwerebeschleunigung ausgerichtet wird, verglichen wird. 14. A method for determining the Rotorblatteigenverformung of the rotor (13) according to one of the preceding claims, wherein by means of the evaluation device (40) the deformation of the rotor blade (32) in the vertical position of the Rotorblat ¬ tes (32), wherein the longitudinal axis of the rotor blade ( 32) we ¬ sentlichen parallel to the direction of gravitational acceleration is oriented, as compared with the deformation of the rotor blade (32) in a horizontal position of the rotor blade (32), wherein the longitudinal axis of the rotor blade (32) is aligned substantially perpendicular to the direction of gravitational acceleration becomes.
PCT/EP2006/070279 2006-01-19 2006-12-29 Rotor of a wind power plant comprising a rotor blade deformation measuring device WO2007082635A1 (en)

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DE102006002708A DE102006002708B4 (en) 2006-01-19 2006-01-19 Rotor of a wind turbine
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