[发明专利]用于确定风能源设备的转子叶片的机械损坏的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定风能源设备的转子叶片的机械损坏的方法、用于执行该方法的计算单元以及相应设置的监控装置。

背景技术

风能源设备（WEA）的尽可能无中断的运行是其经济性的重要前提条件。特别是由于传动线路或者尤其转子叶片上的损坏引起的偶然的运行中断产生了显著的维修成本并且经常引起安全事故。

为了避免这种缺点，在WEA中经常设置所谓的状态定位的维护，其例如根据转子叶片的基于震动的状态监控（Condition Monitoring，CM）在相应的状态监控装置或者说系统（Condition Monitoring Systems，CMS）中实现。通过这种措施例如可以提前识别转子叶片中确定的损坏。CMS经常被布置用于远程诊断，其中在认证诊断中心中通常通过专门受过训练的人员对状态信息进行分析。

通过使用CMS可以提前识别故障，避免了偶然的停机状态并且降低了用于备用件储存、维修以及生产损失的成本。总之由此提高了可使用性以及生产稳定性。

由DE 100 65 314 B4和WO 2006/012827 A1公开了用于监控转子叶片的状态的方法和装置，其中借助于一个或多个布置在转子叶片上的运动传感器来测量固体声，在分析单元中借助于合适的方法从相应的信号中求得频谱，该频谱与相应于保存在分析单元中确定的损坏状态以及特殊状态的参考频谱进行比较并且从中查明转子叶片的状态。由此应该能提前识别并且评估转子叶片的可能形成的局部内外损坏以及造成损坏的特殊状态、例如例外的负载状态，从而能够优选自动地影响到设备的运行。WO 2007/131489公开了关于时间来分析相应的传感器信号并且将损坏事故划分至损坏类别。

然而所述方法被证明不足矣特别是用于提前识别雷击损坏。因此，存在对于更可靠地预测和/或识别相应损坏的需求。

发明内容

在该背景下，本发明提出一种具有独立权利要求的特征的、用于确定风能源设备的转子叶片的机械损坏的方法，用于实施该方法的计算单元以及相应的监控装置。优选的设计方案是从属权利要求以及下面的说明的主题。

本发明基于以下令人吃惊的认识：对从转子叶片传感器的传感器信号中产生的转子叶片谱、也就是频谱的分析在预先确定的频率范围内（例如100或200Hz以上）允许提前诊断转子叶片中开始的损坏。这种诊断不能借助于对转子叶片传感器的常规分析来实现。这尤其涉及影响转子叶片的结构的机械损坏，例如裂纹或雷击损坏，其中通常制成薄板的或者粘贴的转子叶片的部件受到损坏和/或部分地脱落。这种损坏引起明显高频率的振动、然而该振动有利地没有以单个频率的形式检测，而是尤其在确定的频率范围内以平均的信号能量的形式具有诊断值。

换句话说，这种损坏、尤其雷击损坏在100Hz或150Hz以上、尤其在200Hz以上、例如在100到500Hz或150到500Hz或1000Hz范围内的转子叶片谱中示出了与不损坏的转子叶片的谱的差别。优选涉及下面的低频率范围、例如从约20Hz到约5kHz中的频率。

由此可以提前识别出确定的损坏、尤其结构损坏，因此能够提前并且尤其可计划地消除损坏。这对相应风能源设备的操作者来说能实现显著的成本节省并且提高了其设备安全性以及可使用性。这种更早并且更可靠的损坏检测能实现关于首先较小的开始的损坏的走向的断言以及由此关于维护的紧迫性的断言。

本发明提出，为转子叶片、优选为每个转子叶片确定并且在时间上分析在确定的频率范围内、例如前面说明的从150到500Hz的频率范围内的信号能量值。从时间曲线中可以推断出损坏。例如可以为了进行分析而求得用于各个转子叶片相互间的差或者与参考值的差。因此，提供了各个转子叶片的比较观察，因为由此可以推断出同时作用到整个转子叶片上的因素，例如由传动系影响和/或风诱发的频率引起的高频重叠。

在确定的观察时间上断断续续地或者（近似）连续地实现按本发明的观察。对信号能量值的分析可以在相应的时间段上实现，其中特别是确定的时间段可以被积分、求平均或者以滑动平均值的形式给出。

优选地，尤其通过积分关于频率的信号强度，信号能量本身被确定作为在确定的频率范围内的信号能量值。进一步优选地，可以形成在信号能量与关于多个或所有转子叶片的信号能量平均值或者参考值之间的差作为信号能量值。各个转子叶片谱的信号能量相对于所有三个叶片的共同的平均值或者参考值的差的图示提前在时间趋势曲线中说明了损坏情况。