WO2008148370A2 - Verfahren und vorrichtung zur ausrichtung eines winkelverstellbaren rotorblattes einer windenergieanlage sowie windenergieanlage - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ausrichtung eines winkelverstellbaren rotorblattes einer windenergieanlage sowie windenergieanlage Download PDF

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WO2008148370A2
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rotor
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Jens Altemark
Marc Petsche
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Repower Systems Ag
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • 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
    • F03D15/00—Transmission of mechanical power
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • 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 method and a device for aligning an angle-adjustable rotor blade of a wind energy plant, as well as a wind energy plant.
  • a common method for this purpose is that a profile template is pushed from the outside over the rotor blade, which then by means of optical methods with respect to a reference plane, e.g. the rotor plane or the rotor axis plane is measured.
  • a reference plane e.g. the rotor plane or the rotor axis plane
  • the object of the present invention is to provide a device which considerably simplifies the method for measuring a rotor blade angle on a mounted wind turbine allows and a wind turbine to use the device. Furthermore, a method for easy measurement of a rotor blade angle of a wind turbine to be provided.
  • the object is achieved by a device for measuring the setting angle of an interior rotor blade which can be arranged in the region of a rotor blade angle adjustable at a rotor hub of a wind turbine, wherein the device according to the invention has at least two reference points in the interior of the rotor blade in a predetermined position to the rotor blade can be arranged, wherein the device includes a measuring device with which the position of the reference points is measured relative to a reference system.
  • the arrangement of the reference points in the interior of the rotor blade provides a safe, accurate, largely weather-independent and time-saving possibility for measuring the rotor blade pitch in a surprisingly simple manner.
  • a simple measurement of the pitch of a rotor blade is possible by the invention.
  • the at least two reference points preferably include a reference axis or a reference surface or a reference plane.
  • a reference axis in particular the Blattwinkelverstellachse is particularly suitable.
  • at least three reference points can preferably be defined a reference plane.
  • Reference surfaces e.g. the curved inner contour of a rotor blade, are preferably defined by a plurality of reference points.
  • the reference points are preferably arranged more than 30%, preferably more than 50% of the rotor blade length, in particular approximately 70%, away from the rotor blade root.
  • the position of the reference points relative to an earth gravity field, geomagnetic field or a global or astronomical reference system is measured by means of the measuring device.
  • the measuring device preferably includes a tilt sensor, an electronic navigation system or a magnetic or gyro compass.
  • the measuring device can be made particularly compact, since the Reference system is available directly in the rotor blade and can be easily and inexpensively provided by means of industrially manufactured sensor.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that by means of the measuring device, the position of the reference points to a wind turbine fixed, in particular rotor hub fixed reference system is measured. This is advantageously done by means of a measuring device, which includes an optical direction finder or a laser.
  • the particular advantage of referencing a wind turbine fixed reference point outside the rotor blade is the simple possibility of adjusting the blade pitch absolutely in relation to e.g. to be able to detect the rotor axis direction or the rotor plane.
  • the reference points are permanently connected to the rotor blade.
  • the reference points can be defined with very high accuracy with respect to the rotor blade. This also saves a great deal of time when measuring the setting angle.
  • a further advantageous embodiment provides that the measuring device for the measurement process can be arranged detachably on the wind turbine.
  • the relatively expensive measuring device is used only as a tool on the wind turbine and is used elsewhere after the measurement process.
  • a positive connection is suitable to allow a quick and accurate positioning of the measuring device.
  • a preferred embodiment provides that the measuring device has a template which is adapted to a contour of the interior, since in this way a quick and accurate positioning of the measuring device is made possible.
  • the measuring device and the template are connected to each other.
  • the object is achieved by a wind energy plant with a rotor blade arranged in an angle-adjustable manner on a rotor hub, the setting angle of which has been measured and / or corrected by means of a device according to one of the preceding claims.
  • the invention further relates to a method for measuring the setting angle of a rotor blade having an interior, which can be arranged in an angle-adjustable fashion in the region of a rotor blade root on a rotor hub of a wind turbine, with the following steps:
  • Determination of at least two reference points in the interior of the rotor blade Determination of a blade angle actual value by determining the position of the reference points to a reference system - Comparison of the actual blade angle value with a blade angle target value.
  • the reference points are preferably arranged more than 30%, preferably more than 50%, in particular approximately 70% of the rotor blade length away from the rotor blade root.
  • the determination of the position of the reference points takes place in an advantageous embodiment, preferably relative to an earth gravity field, geomagnetic field or a global, satellite-based or astronomical reference system.
  • the rotor blade is aligned in a predeterminable manner before the measurement.
  • An orientation of the rotor blade in this case allows a determination of an absolute blade pitch with respect to a wind turbine fixed reference system.
  • the orientation may preferably be a horizontal or vertical orientation of the blade pitch axis, alternatively or additionally, the rotor shaft axis direction may also be determined in a predetermined manner, e.g. be aligned in a predetermined compass direction.
  • the determination of the position of the reference points to a wind turbine fixed, in particular rotor hub fixed reference system.
  • a particularly preferred method for measuring the setting angle of a rotor blade having an interior space which can be arranged in an angle-adjustable manner in the region of a rotor blade root on a rotor hub of a wind turbine, takes place in the following steps: - Alignment of the rotor blade in a predetermined position
  • This method is particularly fast and easy in practice and largely independent of the ambient conditions feasible, since in addition to the very compact and handy designable measuring device that is suitable for the respective rotor blade, no further special aids are needed.
  • An alternative, preferred method for measuring the setting angle of a rotor blade having an interior, which can be arranged in an angle-adjustable fashion in the region of a rotor blade root on a rotor hub of a wind turbine, is carried out in the following steps:
  • This method requires in addition to the reference points in the interior of the rotor blade an additional rotomabenfestes reference system, but offers the advantage of easy and accurate determinability of an absolute angle of the rotor blade relative to the rotor hub.
  • it is advantageous if the determination of the reference points before the initial assembly of the rotor blade, in particular during the manufacture of the rotor blade takes place.
  • the setting angle of the rotor blade is preferably corrected if the comparison of the actual blade angle value with the blade angle target value results in a deviation which is above a predetermined limit value.
  • Fig. 1 is an overview of a wind turbine
  • Fig. 2 is a perspective view of a rotor blade with a device according to the invention
  • Fig. 3 is a section through a rotor blade with a further embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 1 shows a wind energy plant (1) with a tower (3), a nacelle 5 rotatably mounted on the tower about a vertical wind trailing axis, a rotor (4) rotatably mounted about a substantially horizontal rotor axis 6 with a rotor hub 30 on which three rotor blades (10) are arranged.
  • the rotor blades are arranged on the rotor hub (30) so as to be adjustable in angle about a pitch axis (13), which is shown in FIG. 1 by way of example for a rotor blade (10) and essentially coincides with the blade longitudinal axis.
  • FIG. 2 shows the rotor blade (10) having an interior space (9) which is arranged in the region of a blade root (11) on a rotor hub (30) which is only cut-out on a rotor hub flange (31) about a pitch axis (13).
  • the angle adjustment can hereby, as usual in stable facilities, only in a very small area, e.g. by slots (not shown) in the rotor hub flange (31) may be possible, or via a (not shown) Blattverstelllager, so that in principle arbitrary setting angles are possible.
  • the rotor blade has a blade tip (12), a blade nose (14), a blade trailing edge (15) and webs (16), which extend substantially parallel to the blade longitudinal axis.
  • Blade pitch axis (13) and the longitudinal axis of the rotor blade may be identical, but need not.
  • Spaced apart from the rotor blade root is a profile section (20) of the rotor blade (10), which in turn has the webs (16).
  • the suction side belt (17) and the pressure side belt (18) as well as the suction side contour (21) and the pressure side contour (22) can be seen in the profile section (20).
  • the chord (24) of the profile section (20) intersects a reference system (25) soldered over from the rotor hub (30) below the blade pitch angle ( ⁇ ).
  • the reference system (25) has been arbitrarily set in Fig. 2 as horizontal in the illustrated blade position, as well as the inclination of the rotor axis (6) or a rotor plane can be defined as a reference system (25).
  • two reference points (50, 50 ') are arranged in the region of the inside of the printed page contour (22).
  • the reference points (50, 50 ') can be introduced in the case of an internally accessible rotor blade by maintenance personnel to carry out a measurement.
  • a measuring device for example a simple measuring tape or a laser or ultrasonic distance meter.
  • the definition of the reference points (50, 50 ') can then take place, for example, by means of a template specially adapted to the inner contour (21, 22) of the respective rotor blade type, which is thus applied at a predetermined distance from the blade root (11).
  • the reference points (50, 50 ') can be arranged at arbitrary, predetermined points in the profile section (20). To increase the accuracy, it is particularly advantageous if at least one reference point has the greatest possible distance to the blade adjustment axis (13).
  • the reference points (50, 50 ') are preferably more than 30% of the sheet length, i. 30% of the length from the blade root (11) to the blade tip (12) away from the blade root, more preferably more than 50% away from the blade root (11). Ideally, the reference points are about 70% of the blade length away from the blade root, because in this area the influence of the pitch angles ( ⁇ ) on the energy yield is greatest.
  • the reference points (50, 50 ') are already introduced during the production of the rotor blade. This is of particular advantage if the interior space (9) of the rotor blade is difficult to walk on or if the reference points (50, 50 ') are to be mounted so far outside that they are difficult to reach for personnel.
  • the reference points (50, 50 ') can be prior to the bonding of the two halves of the sheet, e.g. be attached by means of a high-precision template or by measurement by means of a laser process in the sheet. Reflecting colors, reflectors (cat's eyes) or even small mirrors that are arranged in a defined position are particularly suitable as a marking.
  • FIG. 2 shows a two-part measuring device (40, 40 ') which is arranged in a predetermined manner on a holder (35) fixed to the rotor hub.
  • the measuring device (40, 40 ') has an optical direction finding device, by means of which the position of the reference points (50, 50') can be measured. This is indicated by the dashed lines between measuring device (40, 40 ') and reference point (50, 50').
  • the measuring device (40, 40 ') is arranged with high accuracy on the likewise with high accuracy on the hub (30) mounted bracket (35), preferably with a quick release connection.
  • the connection can preferably also be designed in a form-fitting manner, e.g.
  • the sensitive and expensive measuring device (40, 40 ') can be mounted only in the rotor hub for the measuring process.
  • the measuring device (40, 40 ') is arranged, e.g. coaxial with the rotor axis (6), that all three rotor blades (10) can be measured without the measuring device (40, 40 ') to move.
  • Wind energy plant fixed reference system here means that the reference system includes at least two reference reference points on a component of the wind turbine outside the angle-adjustable rotor blade.
  • a rotor blade cover is provided in the area between the profile section (20) and the rotor hub (30), as is customary in many rotor blades, this cover should be removed in order to enable bearing. Alternatively, it may be sighted through a manhole or through a removable hole provided with a removable cover, or the cover is, preferably in regions, transparent, e.g. executed in Plexiglas.
  • the reference points (50, 50 ') and the measuring device (40, 40') are spatially separated from one another. This allows easy mounting of the measuring device (40, 40 '), without personnel in the interior (9) of the rotor blade (10) must climb.
  • the Blattverstellachse is used as a reference.
  • only one additional reference point (50, 50 ') in the profile section (20) and a rotor-hub-fixed reference reference point have to be determined in order to enable the measurement of the setting angle ( ⁇ ).
  • the measuring device (40, 40 ') can be embodied in various types known per se in the prior art, for example as a direction finder, for example in the manner of the theodolites customary in terrain surveying or as a laser device with a visible "aiming beam" be executed as a transmitting and receiving unit, ie that a transmitted light beam from the reference point (50, 50 ") is reflected and by the measuring device (40, 40 ') is received again, wherein the position of the incoming light beam, the exact position of the reference point (50, 50 ') is determined.
  • the rotor blade in the region of the profile section (20) from the inside accessible.
  • Fig. 3 is shown.
  • Fig. 3 shows an enlargement of a profile section (20). Notwithstanding FIG. 2, here the rotor blade is designed only with a web (16).
  • the profile section (20) may, for example, a height, i. have a height of the web of about 60-100 cm, so that staff can crawl without much difficulty in the rotor blade section to be measured.
  • the measuring device (40) is mounted directly on a template (60).
  • the template has three reference points (50, 50 '), one of which is on the web (16) and two on the print page contour (22). At these reference points, the template (60) is in punctiform contact with the rotor blade.
  • the reference points (50, 50 ') have been chosen to be outside of areas where increased manufacturing tolerances are expected, e.g. outside the transition of the Druckendgurts (18) in the leaf cup and outside of the gluing region of the web (16) with the straps (17, 18).
  • the template (60) can also be advantageously carried out with a linear or flat instead of a point-like contact, wherein the contact surface flat, e.g. the ridge (16) or curved, e.g. the suction side contour (21) may be formed.
  • a plurality of reference points (50, 50 ') is then used. The decision for one or the other way of determining the reference points (50, 50 ') has inter alia taking into account the construction of the respective rotor blade type, the measuring device used (40), the accessibility of the interior (9) and the desired accuracy of the measuring method to be done.
  • the template has a handle (62) to be easily positioned by maintenance personnel can.
  • the measuring device (40) can be designed, for example, in the form of a simple inclinometer (electronic or as a spirit level with a high-precision angle scale). If, before the adjustment angle measurement is carried out, the blade adjustment axis (13) is positioned around the rotor axis (6) by rotation of the rotor (4) in such a way that it lies exactly horizontally, a blade adjustment angle ( ⁇ ) can be determined with the inclinometer.
  • the inclination of the rotor hub (30) or the rotor axis (6) can be measured, preferably for this purpose the same inclinometer is used by the template (60), for. is designed so that it also at reference points in the rotor hub (30), e.g. on the holder (35) (see Fig. 2) can be applied.
  • the absolute setting angle results as the difference angle from the two measurements on the rotor blade (10) and hub (30).
  • the measuring device (40) is used as a directional sensor, e.g. executed as a compass or satellite navigation (GPS) and before performing the Einstellwinkel horr the Blattverstellachse (13) by rotation of the rotor about the rotor axis (6) positioned so that it is exactly vertical, can also be determined with the direction sensor a blade pitch ( ⁇ ) become.
  • GPS satellite navigation
  • An absolute determination of the blade pitch ( ⁇ ) in this case also requires consideration of the orientation of the rotor axis (6) with respect to the direction of the compass. If, for example, the rotor axis (6) is aligned exactly to the north by rotation of the machine house (5) on the tower (3), the blade pitch angle ( ⁇ ) relative to the rotor axis direction can be read directly from the deviation of the display of the measuring device (40) to the north direction ,
  • blade pitch ( ⁇ ) is measured in strong wind, wind induced blade vibrations can lead to inaccurate measurements. This can advantageously by rotation of the machine house so that the rotor blade (10) on the leeward side of the tower (3) is to be avoided. In addition, it is preferable to make several measurements in succession and to average the results.
  • the determination of the blade pitch angle ( ⁇ ), ie the blade angle actual value, does not necessarily have to be absolute, but may preferably also be relative, ie. that the blade angles of the individual rotor blades are matched to one another.
  • ⁇ the blade pitch angle
  • the time savings since the direct display of the measuring device (40) can be used and, for. can be dispensed with a survey on the direction of the compass on a measurement of the orientation of the rotor axis (6).
  • the determination of the blade pitch angle ( ⁇ ) does not have to be exact. As soon as it can be seen that the angle is too large or too small, it can be corrected immediately, without a precise Blattwinkelistwert is determined.
  • the blade adjustment angle ( ⁇ ) can be adjusted until a laser beam emitted by the measuring device (40) exactly hits a reference point (50, 50 ').
  • a sighting device arranged on a template (60) according to FIG. 3, e.g. a laser sends a beam of light toward the blade root (11) where it is brought into alignment with a reference mark, or the current blade pitch angle ( ⁇ ) is read at a hub-fixed angle scale.
  • the device has a calculation unit which can be integrated, for example, in the measuring device (40, 40 '). If the calculation unit receives the appropriate information about the wind turbine, the absolute blade pitch angle ( ⁇ ) can thus be calculated and displayed directly, even if the calculation unit detects only a relative blade angle. By such a calculation unit calculation errors can be reliably turned off by the maintenance personnel. Become frequent Blade adjustment angle ( ⁇ ) in the range of -3 ° to + 3 ° determined. Precisely in this measuring range sign errors occur very quickly, which would lead to a considerable deterioration of the operating behavior of the wind energy plant and must be avoided at all costs.
  • the template (60) with a combination of sensors, for example with an inclinometer and a directional meter.
  • a combination of sensors for example with an inclinometer and a directional meter.
  • a distance meter can also advantageously be provided on the template (60) or in the rotor hub (30), which automatically determines the distance of the reference points (50, 50 ') from the blade root (11).
  • a distance meter can also advantageously be provided on the template (60) or in the rotor hub (30), which automatically determines the distance of the reference points (50, 50 ') from the blade root (11).
  • the calculation unit can also determine the blade angle ( ⁇ ) from arbitrary reference points (50, 50 '), the results preferably again being selected from a multiplicity of Measurements can be averaged.
  • the template (60) may, for example, be equipped with a high-precision satellite-supported navigation system and an acceleration sensor. Thus, it is possible to determine the exact position and inclination of the sensor.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausrichtung eines winkelverstellbaren Rotorblattes einer Windenergieanlage, sowie eine Windenergieanlage. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung, die eine erhebliche Vereinfachung des Verfahrens zur Einmessung eines Rotorblattwinkels an einer montierten Windenergieanlage ermöglicht sowie einer Windkraftanlage zur Nutzung der Vorrichtung. Weiterhin soll ein Verfahren zur einfachen Einmessung eines Rotorblattwinkels einer Windenergieanlage bereitgestellt werden. Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Vermessung des Einstellwinkels eines einen Innenraum aufweisenden Rotorblattes, welches im Bereich einer Rotorblattwurzel winkelverstellbar an einer Rotornabe einer Windenergieanlage anordenbar ist, wobei die Vorrichtung erfindungsgemäß mindestens zwei Referenzpunkte aufweist, die im Innenraum des Rotorblattes in vorbestimmter Lage zum Rotorblatt anordenbar sind, wobei die Vorrichtung eine Messeinrichtung beinhaltet, mit der die Lage der Referenzpunkte relativ zu einem Bezugssystem vermessen wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Ausrichtung eines winkelverstellbaren Rotorblattes einer Windenergieanlage sowie Windenergieanlage
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausrichtung eines winkelverstellbaren Rotorblattes einer Windenergieanlage, sowie eine Windenergieanlage.
Zur Erzielung eines optimalen Energieertrages bei Windenergieanlagen ist es von größter Wichtigkeit, dass sämtliche Rotorblätter mit identischen und vorbestimmten Einstellwinkeln betrieben werden. Üblicherweise verfügen die Rotorblätter hierzu über Referenzmarkierungen, welche mit Markierungen auf der zentralen Rotornabe abgeglichen werden.
In der Praxis hat sich nun gezeigt, dass fehlerhafte Referenzmarkierungen zu Rotorunwuchten oder reduziertem Energieertrag führen, sodass die Rotorblätter neu eingemessen werden müssen. Hierbei ist mindestens eine Genauigkeit von 0,3° erforderlich, wünschenswert ist allerdings eine Genauigkeit besser als 0,1°.
Ein übliches Verfahren hierzu sieht vor, dass eine Profilschablone von außen über das Rotorblatt geschoben wird, welche dann mittels optischer Verfahren in Bezug zu einer Referenzebene, z.B. die Rotorebene oder die Rotorachsebene eingemessen wird.
Bei der heutigen Größe von Windenergieanlagen mit Rotordurchmessern weit über 100m ist die Anbringung derartiger Schablonen in über 50m Höhe über dem Boden eine zeit- u. kostenintensive Maßnahme.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung, die eine erhebliche Vereinfachung des Verfahrens zur Einmessung eines Rotorblattwinkels an einer montierten Windenergieanlage ermöglicht sowie einer Windkraftanlage zur Nutzung der Vorrichtung. Weiterhin soll ein Verfahren zur einfachen Einmessung eines Rotorblattwinkels einer Windenergieanlage bereitgestellt werden.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Vermessung des Einstellwinkels eines einen Innenraum aufweisenden Rotorblattes, welches im Bereich einer Rotorblattwurzel winkelverstellbar an einer Rotornabe einer Windenergieanlage anordenbar ist, wobei die Vorrichtung erfindungsgemäß mindestens zwei Referenzpunkte aufweist, die im Innenraum des Rotorblattes in vorbestimmter Lage zum Rotorblatt anordenbar sind, wobei die Vorrichtung eine Messeinrichtung beinhaltet, mit der die Lage der Referenzpunkte relativ zu einem Bezugssystem vermessen wird. Durch die Anordnung der Referenzpunkte im Innenraum des Rotorblattes wird auf verblüffend einfache Weise eine sichere, genaue, weitgehend wetterunabhängige und zeitsparende Möglichkeit zur Vermessung der Rotorblatteinstellwinkel geschaffen. Insbesondere für Offshore-Windenergieanlagen ist durch die Erfindung eine einfache Vermessung des Einstellwinkels eines Rotorblattes möglich.
Bevorzugt beinhalten die mindestens zwei Referenzpunkte eine Referenzachse oder eine Referenzfläche oder eine Referenzebene. Als Referenzachse ist insbesondere die Blattwinkelverstellachse besonders geeignet. Durch mindestens drei Referenzpunkte kann bevorzugt eine Referenzebene definiert werden. Referenzflächen, z.B. die gekrümmte Innenkontur eines Rotorblattes, werden bevorzugt durch eine Vielzahl von Referenzpunkten definiert.
Bevorzugt werden die Referenzpunkte mehr als 30%, bevorzugt mehr als 50% der Rotorblattlänge, insbesondere etwa 70% von der Rotorblattwurzel entfernt angeordnet. Hierdurch wird eine weitere Verbesserung der Messgenauigkeit erzielt, da nicht ausgeschlossen werden kann, dass ein Rotorblatt über die Länge gegenüber den Entwurfsvorgaben etwas verdreht ist, für den Energieertrag aber vor allem die genaue Ausrichtung des äußeren Bereichs des Rotorblattes von größter Wichtigkeit ist.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird mittels der Messeinrichtung die Lage der Referenzpunkte relativ zu einem Erdschwerefeld, Erdmagnetfeld oder einem globalen oder astronomischen Bezugssystem vermessen. Bevorzugt beinhaltet die Messeinrichtung hierzu einen Neigungssensor, ein elektronisches Navigationssystem oder einen Magnet- oder Kreiselkompass. Bei dieser Ausführungsform ist von besonderem Vorteil, dass die Messeinrichtung besonders kompakt ausgeführt werden kann, da das Bezugssystem direkt im Rotorblatt verfügbar ist und mittels industriell gefertigter Messaufnehmer einfach und kostengünstig bereitgestellt werden kann.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass mittels der Messeinrichtung die Lage der Referenzpunkte zu einem windenergieanlagenfesten, insbesondere rotornabenfesten Bezugssystem vermessen wird. Dies erfolgt vorteilhaft mittels einer Messeinrichtung, welche eine optische Peilvorrichtung oder einen Laser beinhaltet.
Der besondere Vorteil der Referenzierung zu einem außerhalb des Rotorblatts liegenden, windenergieanlagenfesten Bezugspunkt besteht in der einfachen Möglichkeit, den Blatteinstellwinkel absolut in Bezug auf z.B. die Rotorachsrichtung oder die Rotorebene erfassen zu können.
Insbesondere für die letztgenannte Ausführungsform ist es von besonderem Vorteil, wenn die Referenzpunkte dauerhaft mit dem Rotorblatt verbunden sind. Insbesondere solange sich das Rotorblatt noch am Boden befindet, können die Referenzpunkte mit sehr hoher Genauigkeit in Bezug auf das Rotorblatt definiert werden. Hierdurch entsteht auch eine große Zeitersparnis bei der Vermessung des Einstellwinkels.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Messeinrichtung für den Messvorgang lösbar an der Windenergieanlage anordenbar ist.
Somit wird es ermöglicht, dass die relativ teure Messeinrichtung nur als Werkzeug an der Windenergieanlage genutzt wird und nach dem Messvorgang anderweitig Verwendung findet. Bevorzugt eignet sich eine formschlüssige Verbindung, um eine schnelle und passgenaue Positionierung der Messeinrichtung zu ermöglichen.
Hierzu sieht eine bevorzugte Ausführungsform vor, dass die Messeinrichtung eine Schablone aufweist, die an eine Kontur des Innenraums angepasst ist, da auf diese Weise eine schnelle und genaue Positionierung der Messeinrichtung ermöglicht wird.
Bevorzugt sind die Messeinrichtung und die Schablone miteinander verbunden. Somit ist es möglich, eine sehr kompakte und handliche Vorrichtung zu schaffen, mit denen das Wartungspersonal auch in den beengten räumlichen Verhältnissen des Rotorblattes gut hantieren kann. Entsprechend wird die Aufgabe durch eine Windenergieanlage mit einem winkelverstellbar an einer Rotornabe angeordneten Rotorblatt gelöst, dessen Einstellwinkel mittels einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche vermessen und / oder korrigiert wurde.
Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Vermessung des Einstellwinkels eines einen Innenraum aufweisenden Rotorblattes, welches im Bereich einer Rotorblattwurzel winkelverstellbar an einer Rotornabe einer Windenergieanlage anordenbar ist, mit den folgenden Schritten:
Bestimmung von mindestens zwei Referenzpunkten im Innenraum des Rotorblattes Bestimmung eines Blattwinkel-Istwertes durch Bestimmung der Lage der Referenzpunkte zu einem Bezugssystem - Vergleich des Blattwinkel-Istwertes mit einem Blattwinkel-Sollwert.
Bevorzugt werden hierbei die Referenzpunkte mehr als 30%, bevorzugt mehr als 50%, insbesondere etwa 70% der Rotorblattlänge von der Rotorblattwurzel entfernt angeordnet.
Die Bestimmung der Lage der Referenzpunkte erfolgt in einer vorteilhaften Ausführungsform bevorzugt relativ zu einem Erdschwerefeld, Erdmagnetfeld oder einem globalen, sattelitengestützten oder astronomischen Bezugssystem.
Vorteilhaft wird das Rotorblatt vor der Vermessung in vorgebbarer Weise ausgerichtet. Eine Ausrichtung des Rotorblattes ermöglicht hierbei eine Bestimmung eines absoluten Blatteinstellwinkels bezogen auf ein windenergieanlagenfestes Bezugssystem. Die Ausrichtung kann bevorzugt eine horizontale oder vertikale Ausrichtung der Blattverstellachse sein, alternativ oder zusätzlich kann auch die Rotorwellenachsrichtung in vorbestimmter Weise, z.B. in eine vorgegebene Himmelsrichtung, ausgerichtet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Lage der Referenzpunkte zu einem windenergieanlagenfesten, insbesondere rotornabenfesten Bezugssystem.
Ein besonders bevorzugtes erfindungsgemäßes Verfahren zur Vermessung des Einstellwinkels eines einen Innenraum aufweisenden Rotorblattes, welches im Bereich einer Rotorblattwurzel winkelverstellbar an einer Rotornabe einer Windenergieanlage anordenbar ist, erfolgt in den folgenden Schritten: - Ausrichtung des Rotorblattes in einer vorgebbaren Position
Bestimmung von mindestens zwei Referenzpunkten im Innenraum des Rotorblattes durch Ausrichtung einer mit einer Schablone verbundenen Messeinrichtung Bestimmung eines Blattwinkel-Istwertes durch Referenzierung der Position der Messeinrichtung in einem globalen Bezugssystem, insbesondere im Erdschwerefeld oder Erdmagnetfeld
- Vergleich des Blattwinkel-Istwertes mit einem Blattwinkel-Sollwert
Dieses Verfahren ist in der Praxis besonders schnell und einfach und weitgehend unabhängig von den Umgebungsbedingungen durchführbar, da außer der sehr kompakt und handlich gestaltbaren Messeinrichtung, die für das jeweilige Rotorblatt geeignet ist, keine weiteren besonderen Hilfsmittel benötigt werden.
Ein alternatives, bevorzugtes Verfahren zur Vermessung des Einstellwinkels eines einen Innenraum aufweisenden Rotorblattes, welches im Bereich einer Rotorblattwurzel winkelverstellbar an einer Rotornabe einer Windenergieanlage anordenbar ist, erfolgt in den folgenden Schritten:
Bestimmung von mindestens zwei Referenzpunkten im Innenraum des Rotorblattes Bestimmung eines Blattwinkel-Istwertes durch Referenzierung der Referenzpunkte mit einem rotornabenfesten Bezugssystem mittels optischer Peilung oder Laserpeilung
- Vergleich des Blattwinkel-Istwertes mit einem Blattwinkel-Sollwert
Dieses Verfahren erfordert neben den Referenzpunkten im Innenraum des Rotorblattes ein zusätzliches rotomabenfestes Bezugssystem, bietet dafür aber den Vorteil der einfachen und genauen Bestimmbarkeit eines absoluten Einstellwinkels des Rotorblatts relativ zur Rotornabe. Insbesondere bei dem letztgenannten Verfahren ist es von Vorteil, wenn die Bestimmung der Referenzpunkte vor der Erstmontage des Rotorblatts, insbesondere während der Herstellung des Rotorblatts, erfolgt.
Bei allen vorgenannten Verfahren wird bevorzugt der Einstellwinkel des Rotorblattes korrigiert, wenn der Vergleich des Blattwinkel-Istwertes mit dem Blattwinkel-Sollwert eine Abweichung ergibt, die oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt. Somit ist es möglich, die Windenergieanlage mit der optimalen Einstellung zu betreiben, wodurch der Energieertrag, die Laufruhe und die Lebensdauer maximiert werden und die Anlagenbelastung minimiert wird. Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedanken anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
Fig. 1 eine Übersicht einer Windenergieanlage
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Rotorblattes mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung Fig. 3 einen Schnitt durch ein Rotorblatt mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente bzw. Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung abgesehen wird.
Fig. 1 zeigt eine Windenergieanlage (1) mit einem Turm (3), einem auf dem Turm um eine vertikale Windnachführachse drehbar gelagertem Maschinenhaus 5, einem um eine im wesentlichen horizontalen Rotorachse 6 drehbar gelagerten Rotor (4) mit einer Rotornabe 30, an welcher drei Rotorblätter (10) angeordnet sind. Die Rotorblätter sind um eine Blattverstellachse (13), welche in Fig. 1 exemplarisch für ein Rotorblatt (10) eingezeichnet ist und im wesentlichen mit der Blattlängsachse zusammenfällt, winkelverstellbar an der Rotornabe (30) angeordnet.
Fig. 2 zeigt das einen Innenraum (9) aufweisende Rotorblatt (10), welches im Bereich einer Blattwurzel (11) an einer nur als Ausschnitt dargestellten Rotornabe (30) an einem Rotornabenflansch (31) um eine Blattverstellachse (13) winkelverstellbar angeordnet ist. Die Winkelverstellung kann hierbei, wie bei Stall-Anlagen üblich, nur in einem sehr kleinen Bereich , z.B. durch (nicht dargestellte) Langlöcher im Rotornabenflansch (31) möglich sein, oder über ein (nicht dargestelltes) Blattverstelllager, sodass im Prinzip beliebige Einstellwinkel möglich sind.
Das Rotorblatt weist eine Blattspitze (12), eine Blattnase (14), eine Blatthinterkante (15) sowie Stege (16) auf, die im wesentlichen parallel zur Blattlängsachse verlaufen. Blattverstellachse (13) und Längsachse des Rotorblattes können identisch sein, müssen es jedoch nicht. Von der Rotorblattwurzel beabstandet ist ein Profilschnitt (20) des Rotorblattes (10) eingezeichnet, der wiederum die Stege (16) aufweist. In dem Profilschnitt (20) ist der Saugseitengurt (17) und der Druckseitengurt (18) sowie die Saugseitenkontur (21) und die Druckseitenkontur (22) zu erkennen.
Die Profilsehne (24) des Profilschnitts (20) schneidet ein von der Rotornabe (30) herübergelotetes Bezugssystem (25) unter dem Blatteinstellwinkel (α). Das Bezugssystem (25) ist in Fig. 2 willkürlich als Horizontale in der dargestellten Blattposition festgelegt worden, ebenso kann auch die Neigung der Rotorachse (6) oder eine Rotorebene als Bezugssystem (25) definiert werden. Im dargestellten Profilschnitt (20) sind im Bereich der Innenseite der Druckseitenkontur (22) zwei Referenzpunkte (50, 50') angeordnet.
Die Referenzpunkte (50, 50') können im Fall eines von innen begehbaren Rotorblattes durch Wartungspersonal zur Durchführung einer Messung eingebracht werden. Hierzu ist es beispielsweise möglich, mittels eines Messmittels (z.B. ein einfaches Maßband oder ein Laser- oder Ultraschallentfernungsmesser) den Profilschnitt (20) durch Messung des Abstandes zur Blattwurzel (11) zu bestimmen.
Die Festlegung der Referenzpunkte (50, 50') kann dann beispielsweise mittels einer an die Innenkontur (21 , 22) des jeweiligen Rotorblatttyps speziell angepassten Schablone erfolgen, die also in einem vorbestimmten Abstand zur Blattwurzel (11) angelegt wird. Die Referenzpunkte (50, 50') können dabei an beliebigen, vorbestimmten Punkten im Profilschnitt (20) angeordnet sein. Zur Erhöhung der Genauigkeit ist es von besonderem Vorteil, wenn zumindest ein Referenzpunkt einen möglichst großen Abstand zur Blattverstellachse (13) aufweist.
Eine bevorzugte, weil sehr einfache Möglichkeit zur Bestimmung der Referenzpunkte (50, 50') besteht in der Festlegung der halben Steghöhe des Profilschnitts als Referenzpunkt, weil diese Position mit einem einfachen Maßband ohne Schablone sehr genau eingemessen werden kann. Sinnvoll ist dies aber nur, wenn in der Fertigung des Rotorblattes gewährleistet ist, dass der oder die Stege (16) ohne nennenswerte Winkeltoleranz in die Blattkontur eingebracht werden. Besteht die Gefahr, das die Stege (16) im Profilschnitt verdreht angeordnet sein könnten, ist die Referenzierung auf die Stegmittelpunkte natürlich wenig aussagekräftig. Auch kann die Position der Referenzpunkte (50, 50') im Rotorblatt bereits vordefiniert sein, z.B. formschlüssig durch Anschläge, (Pass-) Schrauben oder Passstifte, an die eine Schablone oder eine optische oder reflektierende Markierung angelegt oder befestigt wird.
Die Referenzpunkte (50, 50') befinden sich bevorzugt mehr als 30% der Blattlänge, d.h. 30% der Länge von der Blattwurzel (11) bis zur Blattspitze (12) entfernt von der Blattwurzel, besonders bevorzugt mehr als 50% von der Blattwurzel (11) entfernt. Im Idealfall befinden sich die Referenzpunkte etwa 70% der Blattlänge von der Blattwurzel entfernt, weil in diesem Bereich der Einfluss der Einstellwinkel (α) auf den Energieertrag am größten ist.
Alternativ ist vorgesehen, dass die Referenzpunkte (50, 50') bereits bei der Herstellung des Rotorblattes eingebracht werden. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn der Innenraum (9) des Rotorblattes nur schlecht begehbar ist oder wenn die Referenzpunkte (50, 50') so weit außen angebracht werden sollen, dass sie für Personal nur schwer erreichbar sind. Besonders vorteilhaft können die Referenzpunkte (50, 50') vor der Verklebung der beiden Blatthälften, z.B. mittels einer hochgenauen Schablone oder durch Einmessung mittels eines Laserverfahrens im Blatt befestigt werden. Als Markierung eignen sich insbesondere reflektierende Farben, Reflektoren (Katzenaugen), oder auch kleine Spiegel, die in definierter Position angeordnet werden.
Im Bereich der Blattwurzel (11) zeigt die Figur 2 eine zweiteilige Messeinrichtung (40, 40'), welche an einer rotornabenfesten Halterung (35) in vorbestimmter Weise angeordnet ist. Die Messeinrichtung (40, 40') weist eine optische Peilvorrichtung auf, mittels derer die Lage der Referenzpunkte (50, 50') eingemessen werden kann. Dies ist durch die gestrichelten Linien zwischen Messeinrichtung (40, 40') und Referenzpunkt (50, 50') angedeutet. Die Messeinrichtung (40, 40') ist mit hoher Genauigkeit auf der ebenfalls mit hoher Genauigkeit an der Nabe (30) befestigten Halterung (35) angeordnet, bevorzugt mit einer schnell lösbaren Verbindung. Die Verbindung kann bevorzugt auch formschlüssig ausgeführt sein, z.B. durch Anschläge, (Pass-) Schrauben oder Passstifte, um eine schnelle und zuverlässige, aber trotzdem sehr präzise Montage zu ermöglichen. Somit kann die empfindliche und teure Messeinrichtung (40, 40') nur für den Messvorgang in der Rotornabe befestigt werden. Bevorzugt ist die Messeinrichtung (40, 40') so angeordnet, z.B. koaxial mit der Rotorachse (6), dass alle drei Rotorblatter (10) vermessen werden können ohne die Messeinrichtung (40, 40') zu verschieben.
Durch Referenzierung der Lage der Referenzpunkte (50, 50') zu dem windenergieanlagenfesten Bezugssystem, hier die Messeinrichtung (40, 40'), ist es nun möglich, den Einstellwinkel des Rotorblattes zu bestimmen. Windenergieanlagenfestes Bezugssystem bedeutet hierbei, dass auch das Bezugssystem mindestens zwei Bezugsreferenzpunkte auf einem Bauteil der Windkraftanlage außerhalb des winkelverstellbaren Rotorblattes beinhaltet.
Sollte im Bereich zwischen dem Profilschnitt (20) und der Rotornabe (30) eine Rotorblattabdeckung vorgesehen sein, wie dies bei vielen Rotorblättern üblich ist, so ist diese Abdeckung zu entfernen, um eine Peilung zu ermöglichen. Alternativ kann durch ein Mannloch oder durch ein mit entfernbarem Deckel versehenes Peilloch gepeilt werden, oder die Abdeckung wird, bevorzugt bereichsweise, durchsichtig, z.B. in Plexiglas ausgeführt.
In der in der Fig. 2 gezeigten, bevorzugten Anordnung der Vorrichtung sind die Referenzpunkte (50, 50') und die Messeinrichtung (40, 40') räumlich voneinander getrennt. Dies ermöglicht eine einfach Montage der Messeinrichtung (40, 40'), ohne dass Personal in den Innenraum (9) der Rotorblattes (10) klettern muss.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Blattverstellachse als Bezug genutzt. In diesem Fall muss nur noch ein zusätzlicher Referenzpunkt (50, 50') im Profilschnitt (20) und ein rotornabenfester Bezugsreferenzpunkt bestimmt werden, um die Messung des Einstellwinkels (α) zu ermöglichen.
Je mehr Referenzpunkte (50, 50') im Innenraum (9) eines Rotorblattes (10) genutzt werden, desto größer ist in der Regel die erreichbare Messgenauigkeit. So kann beispielsweise nie ausgeschlossen werden, dass es durch Fertigungsungenauigkeiten zu einer Veränderung der Innenkontur (21, 22) in einem bestimmten Profilschnitt (20) gekommen ist, und somit in diesem Schnitt die Lage eines oder mehrerer Referenzpunkte (50, 50') ungenau ist. Abhilfe schafft z.B. die Definition von mehreren Profilschnitten (20) und mehrfaches Vermessen des Einstellwinkels (α), wobei das Messergebnis dann beispielsweise zum endgültigen Messwert gemittelt werden.
Die Messeinrichtung (40, 40') kann in verschiedenen, im Stand der Technik an sich bekannten Arten ausgeführt sein, zum Beispiel als Peilvorrichtung, z.B. nach Art der bei der Geländevermessung üblichen Theodoliten oder als Lasergerät mit einem sichtbaren „Zielstrahl". Ebenso kann sie auch als Sende- u. Empfangseinheit ausgeführt sein, d.h. dass ein ausgesendeter Lichtstrahl von dem Referenzpunkt (50, 50") reflektiert wird und von der Messeinrichtung (40, 40') wieder empfangen wird, wobei durch die Lage des eingehenden Lichtstrahls die genaue Position des Referenzpunktes (50, 50') bestimmt wird. Bevorzugt ist das Rotorblatt im Bereich des Profilschnittes (20) von innen begehbar.
In diesem Fall bietet es sich an, eine Ausführungsform der Erfindung zu nutzen, wie sie in
Fig. 3 dargestellt ist.
Fig. 3 zeigt eine Vergrößerung eines Profilschnittes (20). Abweichend zu Fig. 2 ist hier das Rotorblatt nur mit einem Steg (16) ausgeführt. Der Profilschnitt (20) kann beispielsweise eine Bauhöhe, d.h. eine Höhe des Stegs von etwa 60-100 cm aufweisen, so dass Personal noch ohne größere Schwierigkeiten in den zu vermessenden Rotorblattabschnitt kriechen kann.
In dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Messeinrichtung (40) direkt auf einer Schablone (60) befestigt. Die Schablone weist drei Referenzpunkte (50, 50') auf, von denen sich einer auf dem Steg (16) und zwei auf der Druckseitenkontur (22) befinden. An diesen Referenzpunkten befindet sich die Schablone (60) in punktförmiger Anlage mit dem Rotorblatt. Die Referenzpunkte (50, 50') wurden so gewählt, dass sie außerhalb von Bereichen liegen, bei denen mit erhöhten Fertigungstoleranzen zu rechnen ist, z.B. außerhalb des Übergangs des Druckseitengurts (18) in die Blattschale und außerhalb des Verklebebereichs des Stegs (16) mit den Gurten (17, 18).
Die Schablone (60) kann auch vorteilhaft mit einer linienförmigen oder flächigen statt einer punktförmigen Anlage ausgeführt werden, wobei die Anlagefläche eben, z.B. der Steg (16) oder gekrümmt, z.B. die Saugseitenkontur (21) ausgebildet sein kann. In diesen Ausführungsformen wird dann eine Vielzahl von Referenzpunkten (50, 50') genutzt. Die Entscheidung für die eine oder andere Art der Bestimmung der Referenzpunkte (50, 50') hat unter anderem unter der Berücksichtigung der Bauausführung des jeweiligen Rotorblatttyps, der verwendeten Messeinrichtung (40), der Zugänglichkeit des Innenraums (9) und der gewünschten Genauigkeit des Messverfahrens zu erfolgen.
Insbesondere ist hierbei zu berücksichtigen, auf welche Weise mit möglichst geringem Aufwand eine möglichst genaue Korrelation der im Blattinnenraum (9) angeordneten Referenzpunkte (50, 50') mit der Außenkontur gewährleistet wird, weil letztendlich die Außenkontur die aerodynamisch relevante Fläche des Rotorblattes (10) ist.
Weiterhin weist die Schablone einen Haltegriff (62) auf, um vom Wartungspersonal bequem positioniert werden zu können. Gegebenenfalls ist es vorteilhaft, zumindest die Messeinrichtung (40) mit einer Beleuchtungseinrichtung oder zumindest einer Leuchtanzeige auszustatten, da es im Innenraum (9) des Rotorblattes (10) dunkel ist. Die Messeinrichtung (40) kann zum Beispiel in Form eines einfachen Neigungsmessers (elektronisch oder als Wasserwaage mit hochgenauer Winkelskala) ausgeführt sein. Wird nun vor der Durchführung der Einstellwinkelmessung die Blattverstellachse (13) durch Drehung des Rotors (4) um die Rotorachse (6) so positioniert, dass sie genau horizontal liegt, kann mit dem Neigungsmesser ein Blatteinstellwinkel (α) bestimmt werden.
Es handelt sich hierbei, je nach Ausführung der Messeinrichtung (40), z.B. um den Einstellwinkel (α) relativ zur Horizontalen oder, wie in Fig. 3 dargestellt, relativ zur Vertikalen. Eine absolute Bestimmung des Blatteinstellwinkels (α) erfordert eine Referenzierung, z.B. zur Rotorachse. Da die Neigung der Rotorachse in der Regel sehr genau bekannt ist, kann eine absolute Bestimmung des Einstellwinkels in einem windenergieanlagenfesten Bezugssystem auf rechnerischem Wege erfolgen.
Alternativ kann natürlich auch die Neigung der Rotornabe (30) oder der Rotorachse (6) gemessen werden, bevorzugt wird hierzu derselbe Neigungsmesser genutzt, indem die Schablone (60) z.B. so ausgeführt ist, dass sie auch an Referenzpunkte in der Rotornabe (30), z.B. auf die Halterung (35) (s. Fig. 2) angelegt werden kann. In diesem Fall ergibt sich der absolute Einstellwinkel als Differenzwinkel aus den beiden Messungen an Rotorblatt (10) und Nabe (30).
Wird alternativ die Messeinrichtung (40) als Richtungssensor, z.B. als Kompass oder mittels Sattelitennavigation (GPS) ausgeführt und vor der Durchführung der Einstellwinkelmessung die Blattverstellachse (13) durch Drehung des Rotors um die Rotorachse (6) so positioniert, dass sie genau vertikal liegt, kann mit dem Richtungssensor ebenfalls ein Blatteinstellwinkel (α) bestimmt werden.
Eine absolute Bestimmung des Blatteinstellwinkels (α) erfordert in diesem Fall außerdem die Berücksichtigung der Ausrichtung der Rotorachse (6) bezogen auf die Himmelsrichtung. Wird beispielsweise durch Drehung des Maschinenhauses (5) auf dem Turm (3) die Rotorachse (6) genau nach Norden ausgerichtet, so kann der Blatteinstellwinkel (α) relativ zur Rotorachsrichtung direkt aus der Abweichung der Anzeige der Messvorrichtung (40) zur Nordrichtung abgelesen werden.
Wird die Vermessung des Blatteinstellwinkels (α) bei starkem Wind durchgeführt, können windinduzierte Schwingungen des Blattes zu Messungenauigkeiten führen. Dieses kann vorteilhaft durch Drehung des Maschinenhauses so, dass das Rotorblatt (10) auf der windabgewandten Seite des Turms (3) liegt, vermieden werden. Außerdem werden bevorzugt mehrere Messungen nacheinander durchgeführt und die Ergebnisse gemittelt.
Die Bestimmung des Blatteinstellwinkels (α), also des Blattwinkelistwertes, muss nicht absolut erfolgen, sondern kann bevorzugt auch relativ erfolgen, d.h. dass die Blattwinkel der einzelnen Rotorblätter zueinander abgeglichen werden. Hierzu muss beispielsweise bei den beiden zuvor geschilderten Verfahren nur der Rotor um exakt 120° weitergedreht werden, was in der Regel einfach möglich ist, da viele Windenergieanlagen eine Rotorarretiermöglichkeit in genau horizontaler oder genau vertikaler Stellung eines jeden Rotorblattes (10) bieten und die Rotorarretierung ohnehin eingelegt werden muss, bevor Wartungspersonal die Rotornabe (30) betreten darf.
Vorteilig ist die Zeitersparnis, da die direkte Anzeige der Messeinrichtung (40) genutzt werden kann und z.B. bei einer Vermessung über die Himmelsrichtung auf eine Vermessung der Ausrichtung der Rotorachse (6) verzichtet werden kann.
Weiterhin muss auch die Bestimmung des Blatteinstellwinkels (α) nicht exakt erfolgen. Sobald erkennbar ist, dass der Winkel zu groß oder zu klein ist, kann er unmittelbar korrigiert werden, ohne dass ein genauer Blattwinkelistwert bestimmt wird.
Beispielsweise kann bei dem Verfahren mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 2 der Blatteinstellwinkel (α) solange justiert werden, bis ein von dem Messgerät (40) ausgesendete Laserstrahl genau auf einen Referenzpunkt (50, 50') trifft.
Ebenso ist eine Umkehrung der Anordnung vorteilhaft denkbar: ein auf einer Schablone (60) gemäß Fig. 3 angeordnete Peilvorrichtung, z.B. ein Laser, sendet einen Lichtstrahl in Richtung Blattwurzel (11) und wird dort in Übereinstimmung mit einer Referenzmarkierung gebracht, oder der aktuelle Blatteinstellwinkel (α) wird an einer nabenfesten Winkelskala abgelesen.
Weiterhin ist in einer vorteilhaften Ausführung vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Berechnungseinheit aufweist, welche beispielsweise in der Messeinrichtung (40, 40') integriert sein kann. Werden der Berechnungseinheit die geeigneten Informationen über die Windenergieanlage zugeführt, kann somit direkt der absolute Blatteinstellwinkel (α) berechnet und angezeigt werden, auch wenn die Berechnungseinheit nur einen relativen Blattwinkel erfasst. Durch eine derartige Berechnungseinheit können Berechnungsfehler durch das Wartungspersonal zuverlässig ausgeschaltet werden. Häufig werden Blatteinstellwinkel (α) im Bereich von -3° bis + 3° bestimmt. Gerade in diesem Messbereich kommt es sehr schnell zu Vorzeichenfehlern, die zu einer erheblichen Verschlechterung des Betriebsverhaltens der Windenergieanlage führen würden und unbedingt zu vermeiden sind.
Ebenso ist es in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, die Schablone (60) mit einer Kombination von Sensoren zu versehen, beispielsweise mit einem Neigungsmesser und einem Richtungsmesser. Somit wird es möglich, auf eine Ausrichtung der Blattverstellachse (13) zu verzichten und den absoluten Blatteinstellwinkel (α) durch an sich im Stand der Technik bekannte Berechnungsverfahren in der Berechnungseinheit zu bestimmen.
Weiterhin kann auch vorteilhaft ein Abstandsmesser auf der Schablone (60) oder in der Rotornabe (30) vorgesehen sein, der automatisch den Abstand der Referenzpunkte (50, 50') von der Blattwurzel (11) bestimmt. Somit entfällt das in den engen räumlichen Verhältnissen eines Rotorblattes (10) umständliche Ausmessen des Abstandes mittels Maßband. Sind in der Berechnungseinheit die dreidimensionalen Daten der Innenkontur (21, 22) des Rotorblattes (10) gespeichert, kann die Berechnungseinheit auch aus beliebigen Referenzpunkten (50, 50') den Blattwinkel (α) ermitteln, wobei die Ergebnisse bevorzugt wiederum aus einer Vielzahl von Messungen gemittelt werden können.
Somit wird es auch möglich, bei Rotorblättern (10), die in gewissen Bereichen von der vorgegebenen Profilkontur abweichen, eine relativ genaue Bestimmung des Einstellwinkels (α) vorzunehmen.
Zu diesem Zweck kann die Schablone (60) beispielsweise mit einem hochgenauen sattelitengestützten Navigationssystem und einem Beschleunigungssensor ausgestattet sein. Somit ist es möglich, die genaue Position und die Neigung des Sensors zu bestimmen.
Derartige Systeme sind zum Beispiel für Astronomen bereits kommerziell erhältlich. Gleicht sich ein solches System mit den z.B. drahtlos übertragenen Daten eines ebensolchen, rotornabenfest montierten Bezugssystems ab, kann die Berechnungseinheit unter Ausnutzung der gespeicherten Geometriedaten der Windenergieanlage daraus direkt den absoluten Blatteinstellwinkel (α) bestimmen. Bezuαszeichenliste
1 Windenergieanlage
3 Turm
4 Rotor
5 Maschinenhaus
6 Rotorachse
9 Blattinnenraum
10 Rotorblatt
11 Blattwurzel
12 Blattspitze
13 Blattverstellachse
14 Blattnase
15 Blatthinterkante
16 Stege
17 Saugseitengurt
18 Druckseitengurt
20 Profilschnitt
21 Saugseitenkontur
22 Druckseitenkontur
24 Profilsehne
25 Bezugssystem
30 Rotornabe
31 Rotornabenflansch
35 nabenfeste Halterung
40, 40' Messeinrichtung
50, 50' Referenzpunkte
60 Schablone
62 Haltegriff α Blatteinstellwinkel

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Vermessung des Einstellwinkels (α) eines einen Innenraum (9) aufweisenden Rotorblattes (10), welches im Bereich einer Rotorblattwurzel (11) winkelverstellbar an einer Rotomabe (30) einer Windenergieanlage (1) anordenbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens zwei Referenzpunkte (50, 50') aufweist, die im Innenraum (9) des Rotorblattes (10) in vorbestimmter Lage zum Rotorblatt (10) anordenbar sind, wobei die Vorrichtung eine Messeinrichtung (40, 40') beinhaltet, mit der die Lage der Referenzpunkte (50, 50') relativ zu einem Bezugssystem (25) vermessbar ist.
2. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Referenzpunkte (50, 50') eine Referenzachse oder eine Referenzfläche oder eine Referenzebene beinhalten.
3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzpunkte (50, 50') mehr als 30%, bevorzugt mehr als 50% der Rotorblattlänge von der Rotorblattwurzel (11) entfernt anordenbar sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Messeinrichtung (40, 40') die Lage der Referenzpunkte (50, 50') relativ zu einem Erdschwerefeld, Erdmagnetfeld und / oder einem globalen und / oder astronomischen Bezugssystem (25) vermessbar ist.
5. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die
Messeinrichtung (40, 40') einen Neigungssensor, ein elektronisches Navigationssystem und / oder einen Magnet- oder Kreiselkompass beinhaltet.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Messeinrichtung (40, 40') die Lage der Referenzpunkte (50, 50') zu einem windenergieanlagenfesten, insbesondere rotornabenfesten Bezugssystem (25) vermessbar ist.
7. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (40, 40') eine optische Peilvorrichtung oder einen Laser beinhaltet.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzpunkte (50, 50') dauerhaft mit dem Rotorblatt (10) verbunden sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (40, 40') für den Messvorgang lösbar an der Windenergieanlage (1) anordenbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (40, 40') eine Schablone (60) aufweist, die an eine Kontur (21 , 22) des Innenraums (9) angepasst ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (40, 40') und die Schablone (60) miteinander verbunden sind.
12. Verfahren zur Vermessung des Einstellwinkels eines einen Innenraum aufweisenden Rotorblattes, welches im Bereich einer Rotorblattwurzel winkelverstellbar an einer Rotornabe einer Windenergieanlage anordenbar ist, gekennzeichnet durch eine Bestimmung von mindestens zwei Referenzpunkten im Innenraum des Rotorblattes, eine Bestimmung eines Blattwinkel-Istwertes durch Bestimmung der Lage der Referenzpunkte zu einem Bezugssystem und einen Vergleich des Blattwinkel-Istwertes mit einem Blattwinkel-Sollwert.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorblatt vor der Vermessung in vorgebbarer Weise ausgerichtet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Ausrichtung des Rotorblattes mit einer Bestimmung eines absoluten Blatteinstellwinkels bezogen auf ein windenergieanlagenfestes, insbesondere rotornabenfesten Bezugssystem.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung von mindestens zwei Referenzpunkten im Innenraum des Rotorblattes eine mit einer Schablone verbundene Messeinrichtung ausgerichtet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Blattwinkel-Istwertes durch Referenzierung der Referenzpunkte mittels optischer Peilung oder Laserpeilung erfolgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Lage der Referenzpunkte relativ zu einem Erdschwerefeld, Erdmagnetfeld und / oder einem globalen, sattelitengestützten und / oder astronomischen Bezugssystem erfolgt.
18. Windenergieanlage mit einem winkelverstellbar an einer Rotornabe (30) angeordneten Rotorblatt (10), dessen Einstellwinkel (α) mittels einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche vermessen und oder korrigiert wurde.
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