[发明专利]测量风力发电机力矩的装置、风力发电机运行方法及风力发电机

说明书

本发明涉及用于测量风力发电机力矩的装置，包括支撑螺栓(30)，其固定连接或可固定连接至风力发电机的安置在塔上的方位角可调的机舱的机座(20)，风力发电机的传动装置的转矩支柱(10)通过至少一个弹性体(16)支承或可支承在支撑螺栓(30)上，还涉及风力发电机运行方法和相应的风力发电机。根据本发明，支撑螺栓(30)配设有一个或多个传感器(46‑49；66)，其设计和布置用于探测支撑螺栓(30)的应变和/或剪切，设有信号处理和/或分析单元(54)，其连接至传感器且设计成在风力发电机运行中从传感器(46‑49；66)的测量信号中确定作用于转矩支柱(10)的俯仰力矩和/或横滚力矩。

本发明涉及用于测量风力发电机力矩的装置，包括支撑螺栓，该支撑螺栓与风力发电机的安置在塔上的方位角可调的机舱的机座固定连接或可固定连接，其中风力发电机的传动装置的转矩支柱通过至少一个弹性体可支承在或支承在该支撑螺栓上，以及涉及风力发电机和风力发电机运行方法。

本发明涉及风力发电机力矩测量领域，特别是测量扭矩、俯仰力矩和偏航力矩(或横滚力矩)。它们经常出现在风力发电机运行中且尤其在塔上的叶片穿过的装载条件下。因为现代的转子叶片通常就其刚性而言是针对在塔上的叶片穿过的装载条件来设定尺寸的，故在风力发电机中的力矩测量暂且广为流传。所述力矩测量也经常用作设备控制装置的输入，如此外用于负载降低、用于识别水平和竖直的剪切或支持方位角控制。

迄今此外知道了通过叶片根中的材料应变的力的测量。这种测量造成高的成本。此外，玻璃纤维加强的塑料的性能是复杂的，因此在叶片根处的应变片的测量结果的分析并非是微不足道的。

也知道了借助应变片的在慢轴上的应变。当测量慢轴上的应变时，应变片的应用是复杂的，因此安装要求被提高。

替代方法也包含至慢轴毂套接头的距离的测量以及在传动转矩支柱上的弹性体运动的测量。在毂套接头处的距离测量因为轴向松动和其它影响是关键的，而在传动转矩支柱上的测量弹性体运动时出现如下问题，即它们具有复杂的传递功能并使弹性体性能偏散并且具有高的温度相关性。

与此相比，本发明基于如下目的，可以低成本且可靠地完成在风力发电机之处或之中的力矩测量。

该目的通过一种用于测量风力发电机力矩的装置实现，其包括支撑螺栓，该支撑螺栓与风力发电机的安置在塔上的方位角可调的机舱的机座相连接或者可与之连接，其中风力发电机的传动装置的转矩支柱支承在或可支承在该支撑螺栓上，其改进在于，该支撑螺栓配设有一个或多个传感器，该传感器被设计和布置成检测支撑螺栓的应变和/或剪切，其中设有信号处理和/或分析单元，该信号处理和/或分析单元与这个或这些传感器相连且设计成在风力发电机运行中从传感器的测量信号中自支撑螺栓的弯曲和/或剪切确定作用于转矩支柱的俯仰力矩和/或横滚力矩。

本发明基于如下基本构想，测量在传动装置的转矩支柱的一个或两个支撑螺栓内的力，确切说是以测量支撑螺栓的弯曲和/或剪切的形式。该支撑螺栓也被称为销或传动销。该销或支撑螺栓的弯曲和剪切的测量优选在微米范围内进行。工业上适用的力传感器或弯曲测量传感器是可供使用的。

在本专利申请的范围内，力矩测量包含下述力的测量，该力由作为系统对作用于风力发电机的风场的反应而出现的力矩引起。力矩和力被间接测量，大多通过风力发电机构件的由弯曲或剪切造成的应变，弯曲或剪切本身由基本归结于风力发电机力矩的力造成。力矩包括俯仰力矩、横滚力矩和转矩。转矩是能量利用的基础，俯仰力矩和横滚力矩是不可避免的干扰影响。

该转矩支柱的这个支撑螺栓或这些支撑螺栓的弯曲和/或剪切测量融合了许多优点。一方面，支撑螺栓是实心金属件，其通常至少在局部呈圆柱形或在其他方面常规设计，因此有众所周知的传递功能。这意味着，各自支撑螺栓的弯曲和/或剪切是就数值和方向而言对施加至支撑螺栓的当前力的直接反应。因此，推断出施加力并不复杂。钢制支撑螺栓也提供其弯曲和/或剪切或其测量的高再现精度和可忽略的低的温度相关性。