[发明专利]用于测量风能设备的中空部件从基准位置偏移的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量风能设备的基本上纵向延伸的中空部件偏离基准位置的方法以及系统。

根据本发明的中空部件是风能设备的这样的部件，即其内部中空且同时基本上纵向延伸。这种中空部件尤其为转子叶片和塔柱或塔柱部段，只要后者如目前普遍地那样设计为中空的。然而，机器间(吊舱)以及布置在吊舱中的支承件也可以是根据本发明的中空部件。而且可以利用根据本发明的方法测量中空部件的偏移。

背景技术

风能设备的绝大多数转子叶片由纤维增强的合成材料制成。由纤维增强的合成材料制成的结构部件形成的结构的特点在于在叶片体的各个区域中纤维的不同的排列和对齐(调整)。而且不同的纤维，如玻璃纤维和碳纤维可以彼此结合，既可形成实心层压件又可形成夹层式层压件。因此，风能设备的转子叶片具有复杂且不对称的结构。

转动件的任务是把运动的气团的动能转化为有用的转矩。这点应该在20年的风能设备的典型地设计时间段内，也就是说，例如不涉及塔柱，可靠地实现。

在运行中，叶片结构既有自重又通过风而被动态地加载，外壳受到天气影响且层压件(叠层)会吸收潮气。

通常这样设计转子叶片，即在20年的设计时间段内可以可靠地忍受所有运行负荷还有强风暴的最大负荷。在叶片的设计中，通过安全系数来应对层压件由于持续的负荷而老化的情况以及所有与时间相关的材料特性的情况。也就是说，通常这样规定转子叶片的尺寸，即其在20年后仍应该可以忍受所有负荷。

对转子叶片的疲劳强度以及其在最大负荷时的坚固度产生影响的，一方面是实际的运行负载(斜向入流、沿边振动、流分离效应等等)，另一方面还有制造时的边界条件以及外部作用如在雷击时造成的损坏。

转子叶片由于运行而产生的材料特性的逐渐退化是转子叶片的真正磨损。众所周知，对纤维增强的合成材料来说，通过刚性损失和强度损失可以看出材料特性的退化。在实验室试验中，试样已证明了这些材料特性的负面变化。同样众所周知，刚性的改变伴随着固有频率的改变和弯曲特性的改变。然而利用目前的知识水平，还不能清楚地掌握，由借助于简单的试验体-均匀的纤维结构中单一方向的纤维对齐-进行的实验室试验得到的知识到底有多少可以转用于复杂的结构，例如风能设备的转子叶片。

在到目前为止的关于风能设备的运行的经验中，其中例如也发生了不希望的叶片和塔柱之间的碰撞，表明了借助于转动件的受控的运行可以显著提高稳定性并提前发现错误。在运行中转动件与塔柱的碰撞导致显著的损坏直至整个设备完全损坏。

DE10 2006 002 709用于转子叶片由于风压力而产生的弯曲度的测量技术方面监控的问题(沿基本上垂直于转动件平面的方向的偏移)。在此，在转子叶片中一方面接近，另一方面沿叶片尖方向选定基准点，这些基准点通过机械的缆索系统彼此连接。对基于风压力的转子叶片的偏移来说，缆索出现纵向变化，由计算单元通过该纵向变化算出实际的偏移。因此例如在强风时，或在老化造成材料疲劳时，应该预防转子叶片的过大程度偏移，最坏的情况即转子叶片与塔柱相撞。

一方面，在该文献中所述的系统安装到转子叶片中花费巨大，尤其难以加装。另一方面，在对转子叶片的偏移的监控中始终局限在基本上垂直于转子叶片平面的方向上。利用该系统不能维持转子叶片在转子叶片平面内的由于其自重在竖直偏离的位置上的其它偏移。然而，这样的偏移同样对老化效应和可能的材料退化产生很大的说明。最后，由于机械装置本身在尺寸中的被动性，在该文献中公开的机械系统通常不能以足够的精度确定和测得例如振动效应以及类似物。

DE 10 2006 002 708A1中公开了另一种用于确定风能设备的转子叶片的偏移的方法。其中激光器的光束被引导至反射棱镜上。由该棱镜反射回的光束被探测器接收，该探测器分析反射光束的入射位置。转子叶片的偏移导致棱镜位置的移动。这又造成反射光束在探测器上的入射点的变化，该探测器测量该位置变化并提供给用于处理的计算单元。尽管该装置的加装比DE 10 2006 002 709A1中描述的系统简单，然而为此需要昂贵且灵敏的部件。在符合光学品质制成的作为反射体的棱镜旁边，除了激光发射器还要设置根据水平扫描相机或类似物的方式获取光束的测量位置的探测器。购置这种探测器花费昂贵。此外，必须为该探测器配备能源供应和数据导线。此外，该探测器相对容易发生故障且因此是可能的故障源。