CN109312719B - 用于监测转轮叶片调整装置的方法 - Google Patents

Abstract

用于监测风力发电设备上的转轮叶片调整装置的方法，其中，可转动安装的转轮叶片的调整通过齿形带传动装置进行，其中，带有承力结构帘线的齿形带部分环绕地至少啮合入与驱动马达连接且带有互补的齿的驱动轮中并且在该转轮叶片的根部以形状配合和/或摩擦配合的方式与该转轮叶片连接以传输调整所需的转矩，其中，通过传感器或检查装置和/或摄像装置或记录装置所确定的数据、尤其是在转轮叶片调整装置中代表调整该转轮叶片的齿形带的工作状态或物理形状状态的测量数据借助控制装置和无线电传输装置被通报至远离风力发电设备的监测中心并在那里被分析。

Description

用于监测转轮叶片调整装置的方法

技术领域

本发明涉及用于监测在风力发电设备上的转轮叶片调整装置的方法，其中，可转动安装的转轮叶片的调整通过齿形带传动装置进行，其中，带有承力结构帘线的齿形带部分环绕地至少啮合入与驱动马达相连且带有互补齿的驱动轮且在转轮叶片根部以形状配合和/或摩擦配合的方式连接至后者以传递调整所需转矩。本发明也涉及尤其适用于执行该方法的装置。

背景技术

当风力发电设备或发电机能在其名义功率范围内工作时，于是由风力发电设备产生电能是极其有效的。在不同的风速情况下，当转轮转速尽管存在风力强度波动还保持几乎稳定时，于是这是高效的且对于整个设备是保护材料的。因此，准确功率控制对于发电机均匀一致运行极其重要。目前，功耗控制全都通过转轮叶片旋转完成。转轮叶片通过叶片调整驱动装置即所谓的转轮叶片调整装置被置入相对于风迎流的不同位置中。

当风力弱时，转轮叶片比如被如此调整，即转轮叶片型材以大的迎角即几乎以整个宽度迎向气流。当风力增强时，迎角于是被逐渐减小，直到叶片在狂风情况下平行于风流取向，且转轮在极端情况下停止而不再转动。因此转轮叶片调整装置是现代风电设备的最重要的控制系统中的一个。所述调整装置的控制也被称为“俯仰控制”。对于这样的调整装置，存在不同的电气和液压系统，即带有齿轮传动装置/传动装置的机电调整装置、带有通常用于每个单独转轮叶片的缸的液压调整装置，就像在本发明所涉及的转轮叶片调整装置中借助齿形带传动装置。

依据这些单独系统，叶片调整装置可以绕其垂直于转动轴线的转轮纵轴线转动高达180°。

在此，如今还占主要地位的正齿轮解决方案需要相对高的维修成本，因为尤其须获得润滑膜，即必须定期补充油脂。

借助齿形带传动装置的转轮叶片调整装置避免所述缺点。在这样的调整装置中，齿形带啮合移动经过与驱动马达相连且一般安装在马达轴上的驱动轮和进一步经过安装于转轮叶片根部的齿圈。通过经齿形带作用于齿圈周面的径向力，于是可以通过任意方式使转轮叶片无级旋转。

但由此在所有的转轮叶片调整装置中出现以下缺点，维修工作成本极高，因为总要有工人攀爬风力发电设备并高空开展作业。此外，维修导致不希望的运行中断。另外，因为这样的调整装置状态是未知的，故通常定期等待推测而不是根据转轮叶片调整装置的实际状态。

在通过齿形带传动装置的转轮叶片调整装置中，例如皮带磨损是未知的且必须通过定期检查由安装工人鉴定。所需齿形带更换的预测只能很有限地实现，因为由风带来的不同的总负荷也产生不同程度磨损。在特殊事件如狂风后，通常甚至也无法及时检查是否有损。另外，风力发电设备的技术安装工人一般不是齿形带的专家。

在设备控制和设备监测范围内，当时采用了远程故障诊断系统，其中，该风力发电设备被连接至远程故障诊断网，其将所有的值和运行状态和或许干扰传输给中心。所述中心于是协调所有的维修工作。在此进行风力发电设备的许多机械和电气/电子部件的监测，以发现变化并能通过及时的措施预防损伤事件。不利的是，转轮叶片调整装置状态监测、尤其是利用齿形带传动装置的转轮叶片调整装置的监测迄今并不属于此行列。

发明内容

即，针对本发明存在以下任务，提供用于从齿形带传动装置至风力发电设备上的转轮叶片调整装置的监测的方法和装置，其在远程故障诊断范围内能被结合到风力发电设备的监测中。

该任务通过独立权利要求的特征完成。其它有利的设计方案在从属权利要求中被公开。也公开了如下的装置，其尤其适用于执行本发明的方法。

在本发明的方法中，通过传感器或检查装置和/或摄像装置或记录装置确定的或获得的数据且尤其是在转轮叶片调整装置中代表调整转轮叶片的齿形带的工作状态或物理形状状态的测量数据借助无线电传输装置被通报至远离风力发电设备的监测中心并在那里进行分析。

这样的在转轮叶片调整装置中代表调整转轮叶片的齿形带的工作状态或物理形状状态的测量数据容许评估调整装置的状态，而安装工人不必攀爬风力发电设备。例如覆有织物的皮带的织物状态表征工作状态，其可以通过影像监测来检查。如果人们在这样的监测中发现受损织物、开裂丝线或织物裂纹，则需要维修意义上的干预。齿形带的物理形状状态也可以通过照相机被监测，照相机对准皮带上的某些部位并且在那里例如可以揭示可推断出材料疲劳的断裂或裂纹。即，在远离风力发电设备的监测中心由在那里工作的安装人员或由监测人员评估测量数据使得判断是否在设备本身中需要维修的负担减轻。由此可以避免设备的停机时间和对塔或吊舱的不必要的目视检查。

有利地，该齿形带此时部分环绕地啮合入带有互补的外齿且安置在转轮叶片根部的齿圈中以便调整该转轮叶片。由此得到很可靠且无间隙的调整所需转矩的传递。

一个有利改进方案在于，设有属于齿形带传动装置或转轮叶片调整/调整装置的控制单元，借此启动并控制测量数据的产生、记录和请求以及传输至监测中心。由此，可以进行编程的检查程序且周期性进行常规检查。

另一个有利的设计方案在于，通过磁检装置来检查承力结构帘线是否有表明帘线断裂的磁场变化和/或利用照相机检查齿形带齿的齿根底面是否开裂或损伤。这在任何情况下是两种可用以确定损伤的极具说服力的检查，所述损伤可能直接严重影响到调整。

另一个有利的设计方案在于，设有配属于皮带传动装置的转角传感器，转角传感器的信号在控制单元中被用于位置准确地分派所述数据或测量数据。尤其是，与在此控制单元依据监测中心的信号或定期间隔地如此控制齿形带传动装置以使可转动安装的转轮叶片的所有转动位置走过且调整转轮叶片的齿形带的对应测量数据被确定和存储(试运行)的另一个有利的方法设计方案一起，人们做到了该控制装置如此使拍照录像与传感器或检查装置的测量协调，即，可以实现不同的测量数据清楚地对应于一个皮带位置。当例如在此出现齿根或织物损伤的部位附近或相同部位上表明开始的帘线断裂时，建议马上维修或更换皮带。如果不应基于实际叶片位置在预定时间内自动得到用于检测整个皮带的对应关系，则控制单元根据风况启动试运行，此时叶片调整装置连续经过其整个角度范围和进而所有皮带位置以便检查。

一种尤其适合执行本发明方法的装置如此设计，即在齿形带传动装置内，部分环绕啮合入所述驱动轮和齿圈中的齿形带环绕或具有至少一个设计成反向轮的转向轮，其中，该齿形带传动装置配属有以下装置：

·用于监测位于齿形带内的承力结构帘线的无损检查装置；

·在齿形带装置贴靠反向轮的区域内对准其异型侧的且带有相应的照明机构的照相机；

·用于处理所述用于无损检查的装置的信号(检查信号)和照相机信号的控制单元；

·与该控制单元通讯的且用于传输检查信号和照相机信号至接收装置的无线电装置；

其中，该接收装置具有用于存储检查信号和照相机信号以及用于其进一步处理以用于齿形带的探伤/故障诊断的计算机装置。因此，故障诊断数据例如可以直接被传输给皮带生产商的数据库/服务器并在那里由专家进行分析。风力发电设备运营者于是获得包含维修建议在内的合格的故障诊断结果。用于与服务器双向数据交换的连接于是被相应加密。为此也可以交换敏感数据、尤其是风力发电设备标记、螺旋桨叶片标记和齿形带的或皮带中钢帘线的无损检查的测量结果以及照相机单元的影像流数据。接着，控制单元协调测量数据请求、测量数据产生及其传输至皮带生产商的服务器。控制单元如此协调拍照摄像与其它检查，从而可以实现该测量数据配属于皮带位置。

此时尤其有利的是，照相机或照相机系统在反向轮处看向反弯的齿形带。因此，可以通过此时齿撑张开的齿形带反弯来很清楚地识别齿根底面和织物的损伤。该照相机系统还具备一个或多个LED辐照器以获得所观察区域的良好照明。

本发明装置的另一个有利设计方案就此而言在于，在齿形带传动装置内，设有带有可磁化的承力结构帘线的齿形带并且该无损检查装置设计成磁检装置，最好是如下的磁检装置，在此在运行中利用永磁体磁化该承力结构帘线，并且借助多个磁场传感器(传感器阵列)来检查由此出现的磁场的构成。通过皮带内的可磁化钢帘线，这是一种非常可靠的帘线断裂识别方法，其可以很容易地集成在转轮叶片调整装置的皮带传动装置中，因为这些单独构件具有相对较小的尺寸。

另一个有利设计方案在于，无损检查装置在齿形带传动装置内安置在自由回行段上。在此，该测量结果受其它装置的干扰不大。因此，在磁检中例如确保承力结构帘线的磁场没有受到其它的金属转向轮的影响且导致误测。

另一个有利设计方案在于，无线电装置和接收装置通过移动无线电网和/或互联网双向交换数据。在此，可以通过简单方式利用现有的基础设施用于远程监测/远程故障诊断。

附图说明

应结合实施例来详细说明本发明，其中：

图1原理性地示出风力发电设备连同可调整的转轮，

图2作为原理草图示出根据本发明的用于执行监测风力发电设备的转轮叶片调整装置的方法的装置。

具体实施方式

图1原理性地示出了风力发电设备1，其具有固定在塔2上的发电机壳体3。风力发电设备具有包括叶片4、5、6的三叶片转轮，它们安装在轮毂7内且其相对于迎面而来的风13的定位全都是可调整的，即设计成可绕其纵轴8转动，因此具备有转轮叶片调整功能。

图2作为原理草图在叶片纵轴8方向上看地示出了风力发电设备的转轮叶片调整装置。可转动安装的转轮叶片的调整通过齿形带传动装置进行，其中带有可磁化的承力结构帘线的齿形带9一方面啮合入驱动轮10中，另一方面啮合入设置在转轮叶片根部上的带有外齿11的齿圈12中。

驱动轮10被在此为详细示出的驱动马达驱动。驱动轮和齿圈具有与齿形带互补的齿并且齿形带缠绕驱动轮和齿圈的各自外周面的一部分。

齿形带9也以其背面环绕设计成反向轮的转向轮14，转向轮同时用作张紧轮。因此，齿形带9、驱动轮10、转向轮14和齿圈12形成齿形带传动装置，借此辅助使齿圈转动且进而绕其纵轴8转动/调整该转轮叶片。

在齿形带传动装置所需的结构空间内设有无损检查装置即磁检装置15，其中，在工作运行中用永磁体来磁化承力结构帘线并借助多个磁场传感器即所谓的传感器阵列来检查由此出现的磁场的构成。磁检装置15在齿形带传动装置内安置在齿形带的自由回行段上，在此是在齿圈12和驱动轮10之间的自由回行段中。

这种本身已知的磁检尤其适用于位于齿形带内的可磁化的承力结构帘线的检查和监测，因为整个磁检装置需要较小的结构空间且产生极其清晰的信号。即，在一些帘线已断裂时，本身在帘线周围呈线状形成的磁场已经变形成围绕断端的鼓凸形状，因此可容易被确定。

在齿形带以其背面贴靠反向轮的区域中，设置有对准其异型侧的且带有相应的照明机构的照相机16，从而照相机看向反弯的齿形带。因为在此区域内的齿形带齿撑张开，故很清楚地识别齿根底面和织物的损伤。

也设有用于处理来自磁检装置的信号和照相机信号的控制单元17以及与控制单元17通讯的且用于传输检查信号和照相机信号至接收装置的无线电装置18，接收装置位于远离风力发电设备的且在此未详细示出的监测中心里。

附图标记说明

(说明书的一部分)

1 风力发电设备

2 塔

3 发电机壳体

4 可调整的转轮叶片

5 可调整的转轮叶片

6 可调整的转轮叶片

7 轮毂

8 转轮叶片纵轴

9 齿形带

10 驱动轮

11 外齿

12 齿圈

13 风，风向

14 反向轮/转向轮

15 磁检装置

16 照相机

17 控制单元

18 无线电装置

Claims (10)

1.一种用于监测在风力发电设备(1)上的转轮叶片调整装置的方法，其中，可转动安装的转轮叶片的调整通过齿形带传动装置进行，其中，带有承力结构帘线的齿形带(9)部分环绕地至少啮合至与驱动马达连接且带有互补的齿的驱动轮(10)，并且在该转轮叶片的根部以形状配合和/或摩擦配合的方式与该转轮叶片连接以便传输调整所需的转矩，其特征是，通过传感器或检查装置和/或摄像装置或记录装置所确定的数据是借助控制装置和无线电传输装置通报至远离风力发电设备的监测中心并在那里被分析，设有属于齿形带传动装置或转轮叶片调整装置的控制单元(17)，借此启动并控制测量数据的产生、记录和请求以及传输至监测中心，设有配属于皮带传动装置的转角传感器，其信号在该控制单元(17)中被用于位置准确地分派所述数据或测量数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过传感器或检查装置和/或摄像装置或记录装置所确定的数据是在转轮叶片调整装置中代表调整该转轮叶片的齿形带(9)的工作状态或物理形状状态的测量数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该齿形带(9)部分环绕地啮合至具有互补的外齿的、且安置在转轮叶片的根部上的齿圈(12)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过磁检装置(15)来检查该承力结构帘线是否有表示帘线破裂的磁场变化，和/或利用照相机(16)来检查齿形带齿的齿根底面是否有开裂或损伤。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该控制单元(17)依据该监测中心的信号或定期间隔地如下控制该齿形带传动装置：走过可转动安装的转轮叶片的所有转动位置，并且调整该转轮叶片的齿形带的对应的测量数据被确定和存储。

6.一种用于执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法的装置，其中，在该齿形带传动装置中，部分环绕啮合至所述驱动轮(10)和齿圈(12)的齿形带(9)环绕至少一个设计成反向轮的转向轮(14)，其特征是，该齿形带传动装置配属有以下装置：

a)无损检查装置，用于监测位于齿形带内的承力结构帘线，

b)照相机(16)，其在齿形带(9)贴靠反向轮的区域内对准其异型侧且带有相应的照明机构，

c)控制单元(17)，其用于处理所述无损检查装置的信号和照相机信号，

d)无线电装置(18)，其与该控制单元(17)通讯，用于传输检查信号和照相机信号至接收装置，

其中，该接收装置具有计算机装置，用于存储检查信号和照相机信号以及用于其进一步处理以用于齿形带的探伤/故障诊断。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在该齿形带传动装置中设有带有可磁化的承力结构帘线的齿形带(9)，并且该无损检查装置设计成磁检装置。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述磁检装置在运行中利用永磁体来磁化该承力结构帘线并且借助多个磁场传感器来检查由此出现的磁场的构成。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述无损检查装置在该齿形带传动装置内安置在自由回行段上。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，该无线电装置和接收装置通过移动无线电网和/或互联网双向交换数据。

Images