專利名稱：監(jiān)測風力發(fā)電設備的荷載的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電設備，這種風力發(fā)電設備具有一監(jiān)測裝置，該監(jiān)測裝置利用至少一個傳感器來監(jiān)測測量值，本發(fā)明還涉及一種對風力發(fā)電設備進行監(jiān)測的方法，在這種方法中，a)利用至少一個傳感器來監(jiān)測測量值，b)所述測量值被轉換成代表該測量值的信號，c)根據(jù)一預定的方法來存儲和/或處理所述信號。
背景技術：
這種裝置和方法在現(xiàn)有技術中是已知的。在2000年7月發(fā)表的期刊‘可再生能量’中的第38頁，在題為‘轉子擊打塔架(The rotor roughs up thepylon)’的文章中提到了利用加速度測量來監(jiān)測振動。
在所述期刊的第5/2000期中，在第37頁第2段中，描述了當今由若干個制造商所提供的一些振動監(jiān)測器，這些振動監(jiān)測器涉及到加速度采集器。此外，在其中還描述了一種方法，在這種方法中，利用一電子系統(tǒng)來對一些危險的頻率進行特意地、專門地放大。
現(xiàn)有技術可以在特定的頻率范圍內對塔架頂部的振動進行監(jiān)測。所述這些振動構成作用在塔架上的荷載的一部分。在這一方面，在塔架的使用壽命例如20年期間，針對預定的總的荷載來設計塔架。
每個荷載都是造成材料疲勞的因素。因此，很容易理解，在具有大量的高荷載的位置處的材料疲勞進展要比在那些具有少量的低荷載的位置處的材料疲勞進展更快。
因此，對于設計的使用時間相同的塔架來說，會具有不同的‘機械’壽命。在這個方面，當曾經受到較低荷載作用的塔架在達到塔架的服務年限20年時，在機械方面可能只達到經歷了15年后所經歷的荷載，這是相對于荷載的設計值而言的，從而，這種塔架仍然能繼續(xù)工作。應當知道，也可以理解在相反的情況中，塔架只使用了15年后，塔架卻已經達到了20年的機械年限。
采用已前的結構時，還不能對塔架的機械服務年限進行足夠的監(jiān)測，從而，最終只能得出作為風力發(fā)電設備中的最重要的部分之一的塔架的服務壽命的模糊估算值。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種設備和一種方法，這種方法可以對風力發(fā)電設備上的荷載進行可靠地監(jiān)測，并且可以對風力發(fā)電設備的重要部分進行可靠的估算。
本發(fā)明的目的是利用具有權利要求1中的特征的風力發(fā)電設備來實現(xiàn)的。在從屬的權利要求中描述了一些進一步改進的技術方案。
本發(fā)明基于這樣一種認識，即，在風力發(fā)電設備上產生的全部荷載作用于該風力發(fā)電設備的塔架上。如果塔架基部受到荷載總和的一半，那么，其它一些部件例如葉片、機器載運器、塔架頂部、塔架等所受到的荷載幾乎不會占荷載總和的很大一部分。
最終，塔架基部的荷載不能與涉及風速例如4米/秒的情況相符，而其它部件上的荷載則與例如8米/秒的風速相符。因此，通過對塔架上的荷載進行監(jiān)測，就可以得出風力發(fā)電設備在它所在位置總體上受到的荷載情況。
由于風力發(fā)電設備可以被簡化地看作是一端被固定住的一根桿，因此，就可以在塔架基部對作用在風力發(fā)電設備上的所有荷載的總和進行監(jiān)測。在塔架的基部設置至少一個傳感器，從而可以對風力發(fā)電設備上的荷載進行可靠的監(jiān)測。同時，可以無需幫助、也不會花很大成本、簡單地就可以接觸到所述傳感器。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，利用基于電阻應變儀(RSG)的傳感器來對荷載進行監(jiān)測。通過這種傳感器，利用已被考驗測試的技術，就能可靠地對荷載進行監(jiān)測，并且具有足夠的精度。
由電阻應變儀測得的測量值最好被轉換成代表這些測量值的模擬或數(shù)字信號。這些信號能被傳送并且能以一種簡單的方式被進一步處理。
所述這種進一步的處理可以是依次與極限值進行比較，以便能獲得荷載最大值，或者確定何時達到或超過可預定的荷載極限值。此外，測量值能被累積和存儲，以便用于后面的處理或估算。
應當知道，累積的結果還能依次與一可預定的極限值相比較。這樣，就可以考慮風力發(fā)電設備上的荷載與設計荷載之間的關系，從而對風力發(fā)電設備的機械服務年限進行估算。
此外，在本說明書的開頭部分中所提到的方法是以這樣一種方式來進行的，即，從來自傳感器的信號來確定出作用在風力發(fā)電設備上的瞬時荷載。由于在風力發(fā)電設備的原型上進行了廣泛的測試，也確定出了在風力發(fā)電設備的不同部件處的荷載的相互關系，因此，可以獲得一些數(shù)據(jù)，這樣就可以從塔架基部的荷載得出關于其它部件上的荷載的情況。通過累積全部的經確定的荷載，就可以確定出風力發(fā)電設備上的總荷載，從而也就可以確定出風力發(fā)電設備的機械服務年限。
根據(jù)瞬時荷載與瞬時風的相互關系，就可以檢查風力發(fā)電設備上的瞬時荷載是否與近似期望數(shù)量級相符合。根據(jù)本發(fā)明通過這種方式，就可以來監(jiān)測所述設備的工作滿意情況。
在風力發(fā)電設備的一控制裝置中還可以以這樣一種方式來對測得的荷載數(shù)據(jù)作進一步的處理，即，當發(fā)生過載時，所述控制裝置就采取一些措施來減小荷載。例如，通過調節(jié)轉子葉片(偏離風向)或通過減小風力發(fā)電設備的轉子的轉速來減小荷載。此外，還可以使風力發(fā)電設備的整個轉子轉動偏離一給定角度，從而來減小所述荷載。
根據(jù)本發(fā)明的方法，可以獲得到現(xiàn)在為止所述風力發(fā)電設備相對于設計荷載已經受的荷載總量的詳細情況。此外，在風力發(fā)電設備中，所述相互關系、單獨的測量值和/或累積荷載還能被存儲和/或處理。此外，這些數(shù)據(jù)還能被定期地傳送到遙遠的地方，例如傳送到遙控系統(tǒng)，或者被調用。


下面將通過例子并參照附圖來描述本發(fā)明。在附圖中圖1是風力發(fā)電設備的簡化的示意圖；圖2是表示出了一些傳感器的布局示意圖；圖3表示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1表示出了一風力發(fā)電設備的一塔架10，該塔架10與一地基12相連接。在塔架10的頂部安裝有一個短艙14，該短艙14具有一轉子，該轉子具有一些轉子葉片16。在這個圖中，箭頭表示風向。
為了產生電能，一方面，風使轉子轉動，從而使風力發(fā)電設備的機械連接的部件隨著轉動。另一方面，塔架10也同時受到風壓的作用，并且?guī)в修D子的短艙14也會沿風向發(fā)生傾斜。于是，在塔架10上產生彎曲力矩，該塔架在塔架長度的桿臂上在地基12處的一端固定。
作用在塔架上的作用力會在塔架的整個長度上產生一種作用力模式，從而，交替的荷載或振動會造成相應的材料疲勞效應。
圖2表示出了在塔架的基部區(qū)域中兩個傳感器20的布局情況。這兩個傳感器20能基于一些電阻應變儀(RSG)進行操作，并監(jiān)測塔架基部的應力。利用這個應力就可以精確地得出在風力發(fā)電設備上的總應力。在某些情況中有利的是，不是只布置兩個傳感器，而是圍繞塔架基部周邊依次布置多個傳感器，使得這些傳感器能監(jiān)測多個主要風向，并且所采用的布置方式使得這些傳感器能確定出作用在塔架基部的各個最大拉伸力/壓縮力荷載。
此外，由傳感器確定出的信號/數(shù)據(jù)在風力發(fā)電設備的一控制裝置(圖中未示出)中被以這樣一種方式進一步處理，即，當預定的最大值被超過一次、多次或以時間的方式(time-wise)被超過時，就利用一個程序來減小作用在風力發(fā)電設備上的總荷載，從而使得例如風力發(fā)電設備的轉子的轉速被一控制系統(tǒng)減小和/或使單獨的轉子葉片從風中轉動出一給定的角度，這樣就可減小因轉子或所作用的風力的影響而產生的荷載。
第二裝置40能監(jiān)測電信號并對這些電信號進行估算或處理。例如，測量值可與第一極限值進行比較，所述第一極限值表示一預定的荷載極限。如果測量值達到或超過所述第一極限值，那么，就可以產生一個信號，該信號能明確地顯示出這種情況。
如果這個極限值，在本實施例中也就是一荷載極限，以那樣的方式重復地被達到/超過，那么，就可以得出這樣的結論，即，與先前所作出的荷載假定值有系統(tǒng)偏差。于是，就可以限制導致這種系統(tǒng)偏差的原因，例如，風力發(fā)電設備的不正確控制或根據(jù)發(fā)電設備的地點的極端情況，從而就可以在相應的方面進行補救。
通過連續(xù)地累積記錄以及連續(xù)地與設計荷載進行對比，就能不斷地監(jiān)測塔架的機械老化情況。
存儲這些荷載數(shù)據(jù)還具有這樣的好處，即，在風力發(fā)電設備的塔架可能發(fā)生損壞的情況下，能更容易地獲得證據(jù)，以便證明是否發(fā)生了給定的過載階段以及是否發(fā)生了最大荷載。
最后，如果集中獲得風力發(fā)電設備的測得的荷載數(shù)據(jù)，以及如果測得的荷載數(shù)據(jù)頻繁地或不斷地超過一給定的最大值，那么，還具有這樣的好處，即，操作員能及時地執(zhí)行測量，以便防止塔架的過早地機械老化。例如，根據(jù)測量情況，可以對風力發(fā)電設備的某些元件包括例如塔架，進行加固。
如果不采用電阻應變儀來監(jiān)測荷載，那么也可以采用任何其它裝置來監(jiān)測荷載，利用這些裝置能監(jiān)測出風力發(fā)電設備的塔架中尤其是塔架頂部中的拉伸力和/或壓縮力和/或扭力和/或振動或其振動幅度。
圖3表示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。這個過程從步驟50開始，然后在步驟51中對測量值進行監(jiān)測。在步驟52中，把監(jiān)測到的測量值與第一極限值進行比較。如果測量值超過所述第一極限值，那么，在步驟53中準確地顯示出這種情況。如果測量值未超過所述第一極限值，那么，就跳過步驟53。
在步驟54中，測量值被累積，從而確定出風力發(fā)電設備迄今為止所受到的總荷載。在步驟55中，確定出總荷載與設計荷載之間的關系。從中就可以了解機械服務年限，也就是說，可以了解風力發(fā)電設備已經經受的荷載總和與設計荷載總和之間的關系。在步驟56中表示出這種關系，然后，在步驟57中來結束這個過程。
這種表示可以在數(shù)據(jù)傳送之后在中央遙測站或在風力發(fā)電設備的操作員處進行，這種表示也可以采用條形圖、圖形分析圖或其它任何適合的表示方式來實現(xiàn)。
權利要求
1.一種風力發(fā)電設備，具有用于監(jiān)測作用在風力發(fā)電設備的部件上或作用在整個風力發(fā)電設備上的荷載的監(jiān)測裝置，其特征在于該監(jiān)測裝置最好被設置在風力發(fā)電設備的塔架的基部區(qū)域，特別是，該監(jiān)測裝置具有測量裝置，所述測量裝置能在塔架的基部區(qū)域中測量塔架上的荷載。
2.根據(jù)權利要求1所述的風力發(fā)電設備，其特征在于用于在監(jiān)測塔架基部區(qū)域中監(jiān)測作用在塔架上的荷載的監(jiān)測裝置是基于電阻應變儀的傳感器。
3.根據(jù)前述權利要求之一所述的風力發(fā)電設備，其特征在于所述風力發(fā)電設備具有一控制裝置，該控制裝置對測得的數(shù)據(jù)進行處理，來監(jiān)測塔架上的荷載，并且以這樣的方式來控制所述風力發(fā)電設備，即，當測得的數(shù)據(jù)超過一給定的最大值一次、多次和/或超過一定的時間時，通過調節(jié)轉子葉片來減小風力發(fā)電設備的轉子的轉速和/或減小風力發(fā)電設備上的荷載。
4.一種監(jiān)測風力發(fā)電設備的方法，其中，通過測量值數(shù)據(jù)采集來監(jiān)測風力發(fā)電設備上的荷載數(shù)據(jù)，根據(jù)一預定的方法對所述測量值數(shù)據(jù)進行存儲和/或處理，從這些測量值數(shù)據(jù)確定出整個風力發(fā)電設備上的瞬時荷載。
5.根據(jù)前述權利要求之一所述的風力發(fā)電設備，其特征在于具有第一裝置(30)，該第一裝置用于把監(jiān)測到的測量值(由傳感器(20)監(jiān)測到的)轉換成模擬式或數(shù)字式的電信號，這些電信號可代表所述這些測量值。
6.根據(jù)權利要求5所述的設備，其特征在于具有第二裝置(40)，該第二裝置用于監(jiān)測所述電信號，把由該信號所代表的測量值與至少一個可預定的第一極限值進行比較，并且當所述極限值被達到或被超過時用于顯示這種情況；和/或存儲和/或累積由電信號所代表的測量值。
7.根據(jù)前述權利要求之一所述的設備，其特征在于具有一裝置，該裝置用于傳輸這樣一些信號，即，這些信號代表單獨的測量值和/或累積的測量值和/或累積的測量值與一可預定的第二極限值之間的關系。
8.一種監(jiān)測風力發(fā)電設備的方法，其中(a)利用至少一個傳感器(20)來監(jiān)測測量值；(b)將所述測量值轉換成代表該測量值的信號；(c)根據(jù)一預定的方法來存儲和/或處理所述信號；其特征在于從所述信號確定出風力發(fā)電設備的塔架基部的瞬時荷載。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于確定出的瞬時荷載被累積。
10.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于確定出的瞬時荷載與被瞬時測量的風相關。
11.根據(jù)權利要求8至10之一所述的方法，其特征在于把測量值與一可預定的第一極限值相比較，并且顯示出是達到所述極限值還是超過所述極限值。
12.根據(jù)權利要求9至11之一所述的方法，其特征在于所述累積的測量值與一可預定的第二極限值相關。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于表示出累積的測量值與第二極限值之間的相互關系。
全文摘要
一種利用至少一個傳感器來監(jiān)測風力發(fā)電設備的裝置，所述傳感器用于對測量值進行監(jiān)測，本發(fā)明還涉及一種對風力發(fā)電設備進行監(jiān)測的方法，在這種方法中a)利用至少一個傳感器來監(jiān)測測量值；b)所述測量值被轉換成代表該測量值的信號；c)根據(jù)預定的方法來存儲和/或處理所述信號。為了提供能對風力發(fā)電設備的塔架上的荷載進行可靠監(jiān)測的設備和方法，本發(fā)明提供了至少一個用于對塔架(10)上的荷載進行監(jiān)測的傳感器(20)，該傳感器(20)被設置在塔架的基部區(qū)域中。此外，從代表由傳感器確定的測量值的信號來確定出風力發(fā)電設備上的瞬時荷載。
文檔編號F03D7/04GK1505734SQ02809031
公開日2004年6月16日 申請日期2002年3月14日 優(yōu)先權日2001年3月17日
發(fā)明者阿洛伊斯·沃本, 阿洛伊斯 沃本 申請人:阿洛伊斯·沃本, 阿洛伊斯 沃本