專利名稱：用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于監(jiān)控至少一個風(fēng)力渦輪機的方法、用于監(jiān)控至少一個風(fēng)力渦輪機的裝置以及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對于經(jīng)濟地運行例如風(fēng)場的風(fēng)力渦輪機而言，能夠在盡可能早的時間點確定風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)動葉片的損壞和破裂是重要的。只有通過及時識別損壞才能夠維持較低的維修費用以及避免間接損失。一種確定轉(zhuǎn)動葉片中的損壞和破裂的可能性在于，通過現(xiàn)場的經(jīng)常的、肉眼檢查來監(jiān)控轉(zhuǎn)動葉片的狀態(tài)。然而，該些肉眼檢查是昂貴的并且基于這個原因是并不期望的。因為損壞的或者破裂的轉(zhuǎn)動葉片在運行狀態(tài)下引起轉(zhuǎn)動葉片中的振動，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)可知，以該振動能夠自動檢查轉(zhuǎn)動葉片的狀態(tài)。該類方法必須能夠區(qū)別源于葉片損壞的振動和源于變速器噪聲、漿距噪聲 (Pitch-Gerauschen )和風(fēng)力渦輪機中其他噪聲發(fā)射的振動。為了完成該任務(wù)，在現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法中經(jīng)常使用復(fù)雜的算法。DE 100 65 31 4B4描述了一種用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)動葉片的狀態(tài)的方法。在此，測量值首先被轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過頻譜分析，并且接著與大容量數(shù)據(jù)存儲器的頻譜庫進行比較。當待監(jiān)控的轉(zhuǎn)動葉片的頻譜符合該頻譜庫的表征損壞的轉(zhuǎn)動葉片的頻譜樣本時， 輸出損壞信號。同樣地，US 2010/0021297 Al描述了一種用于檢測轉(zhuǎn)動葉片中的損傷的方法，其中在此，將轉(zhuǎn)動葉片的測量值與同一風(fēng)力渦輪機的另一轉(zhuǎn)動葉片進行比較，以能夠借助于測量值的差來識別轉(zhuǎn)動葉片的損傷。因為現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法包括昂貴的計算操作，所以為了執(zhí)行該些方法，經(jīng)常需要昂貴的、易受故障影響的計算機。此外，常常需要一個比較數(shù)據(jù)的庫，以便能夠執(zhí)行現(xiàn)有技術(shù)中的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種用于檢測轉(zhuǎn)動葉片損傷的方法，其能夠在簡單的、價廉的和不易受故障影響的硬件裝置中實現(xiàn)。此外，任務(wù)在于提供用于檢測轉(zhuǎn)動葉片損傷的
另一方法。能夠通過具有根據(jù)本專利申請的權(quán)利要求1所述的方法步驟的方法和通過根據(jù)權(quán)利要求12和14所述的用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機的裝置和系統(tǒng)來解決所述任務(wù)。在此，依據(jù)本發(fā)明地，所述用于檢測轉(zhuǎn)動葉片損傷的方法包括分析步驟，其僅在時域中被執(zhí)行。為了能夠輸出關(guān)于轉(zhuǎn)動葉片的狀態(tài)，首先借助于至少一個加速度傳感器，以優(yōu)選的至少5kHz，特別優(yōu)選的IOkHz的采樣頻率來測量至少一個轉(zhuǎn)動葉片的振動，并且將其作為測量值傳送至分析單元。隨后在分析單元中，首先獲取事件時間間隔，在該些事件時間間隔中測量值的幅度一直高于預(yù)先確定的閾值。計數(shù)該些事件時間間隔。在后續(xù)的下一步驟中，在至少一個預(yù)先確定的分析時間間隔中，將該些事件時間間隔的數(shù)量與事件時間間隔的數(shù)量的至少一個閾值進行比較。如果所計數(shù)的事件時間間隔的數(shù)量高于該分析時間間隔的閾值，則輸出關(guān)于所分析的轉(zhuǎn)動葉片的故障信息。優(yōu)選地，在獲取事件時間間隔之前，將測量值引入通過低通濾波器，以便將后續(xù)的事件時間間隔的獲取僅應(yīng)用在低頻測量值分量。特別優(yōu)選地，為此使用400Hz的濾波器，特別地優(yōu)選180Hz的濾波器。根據(jù)本發(fā)明的一個實施形式，用于獲取事件時間間隔的閾值在1. 2m/s2與1. 6m/s2 之間，并且優(yōu)選地1. 4m/s2。根據(jù)本發(fā)明的另一實施形式，用于獲取事件時間間隔的閾值不是固定的閾值，而是動態(tài)閾值。如果使用動態(tài)閾值，該閾值是優(yōu)選為10秒的先前時間段的分析時間間隔的所平均的振動測量值的5倍值，并且優(yōu)選地是優(yōu)選為10秒的先前時間段的所平均的振動測量值的10倍值，或是先前分析時間間隔的所平均化的振動測量值的10倍值。根據(jù)另一實施形式，動態(tài)閾值相應(yīng)于優(yōu)選為10秒的先前時間段的或先前分析時間間隔的所平均化的振動測量值的多倍值，其中預(yù)先確定的因子在5與10之間。優(yōu)選地，分析時間間隔在3與7之間，特別優(yōu)選地在4分鐘與6分鐘之間。根據(jù)另一實施形式，如此地選擇用于所計數(shù)的事件時間間隔的數(shù)量的閾值，即其位于分析時間間隔中的風(fēng)力渦輪機的旋轉(zhuǎn)的值的0. 3倍和0. 5倍之間，并且優(yōu)選地相應(yīng)于分析時間間隔中的風(fēng)力渦輪機的旋轉(zhuǎn)的值的0. 4倍。如果風(fēng)力渦輪機的旋轉(zhuǎn)速度為每分鐘5轉(zhuǎn)(U/min)，分析時間間隔相應(yīng)于例如5分鐘，則用于所計數(shù)的事件時間間隔的數(shù)量的閾值相應(yīng)于例如10。相應(yīng)地，如果在風(fēng)力渦輪機的旋轉(zhuǎn)速度為5轉(zhuǎn)/分鐘的情況下，在5分鐘的分析時間間隔內(nèi)計數(shù)出多于10個的事件時間間隔，則輸出故障信息。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，僅當在分析時間間隔中所計數(shù)的事件時間間隔的數(shù)量不僅高于所述閾值，并且同時低于第二上閾值時，輸出故障信息。如此地優(yōu)選地選擇關(guān)于所計數(shù)的事件時間間隔的數(shù)量的上閾值，即其相應(yīng)于在分析時間間隔中的風(fēng)力渦輪機的旋轉(zhuǎn)的值的2. 5倍與3. 5倍之間，并且優(yōu)選地相應(yīng)于值的3倍。當風(fēng)力渦輪機的旋轉(zhuǎn)速度為5轉(zhuǎn)/分鐘時，如果分析時間間隔相應(yīng)于例如5分鐘， 則優(yōu)選地關(guān)于所計數(shù)的事件時間間隔的數(shù)量的閾值相應(yīng)于75。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，關(guān)于在分析時間間隔中所計數(shù)的事件時間間隔的數(shù)量的一個或多個閾值不是固定值，而是動態(tài)值，其根據(jù)在分析時間間隔中所測量的數(shù)量與旋轉(zhuǎn)匹配。根據(jù)本發(fā)明的另一設(shè)計方案，獲取在在分析時間間隔中所獲取的事件時間間隔之間的時間距離，并且進行另一分析，如果兩個相繼的事件時間間隔小于在分析時間間隔中相繼的事件時間間隔的平均時間距離，并且兩個相繼的事件時間間隔的時間距離與相繼的事件時間間隔的平均時間距離的差的值大于預(yù)先給出的閾值，則不計數(shù)該些事件時間間隔或計數(shù)器將關(guān)于在分析時間間隔中的事件時間間隔的數(shù)量的閾值向上適應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的另一實施變形，獲取事件時間間隔的持續(xù)時間，并且將其與關(guān)于事
5件時間間隔的持續(xù)時間的預(yù)先給出的閾值進行比較。如果所獲取的事件時間間隔的持續(xù)時間低于該閾值，則不計數(shù)該事件時間間隔。優(yōu)選地，該閾值在0. 1與0. 3秒之間。意想不到的是，由轉(zhuǎn)動葉片損傷引起的振動特別頻繁地出現(xiàn)在轉(zhuǎn)動葉片剛好經(jīng)過 12點鐘位置時。相應(yīng)地，優(yōu)選地僅計數(shù)在轉(zhuǎn)動葉片的位置在12:00點位置與6:00點位置之間期間獲取的事件時間間隔。在該情況下，必須當然減少在關(guān)于分析時間間隔中所獲取的事件時間間隔的數(shù)量的閾值，因為由轉(zhuǎn)動葉片的損傷引起的振動-如果統(tǒng)計學(xué)上不那么頻繁-還會在6:00點位置與12:00點位置之間的轉(zhuǎn)動葉片的位置中出現(xiàn)。已經(jīng)示出，在轉(zhuǎn)動一周期間獲取的由損傷的轉(zhuǎn)動葉片引起的振動的平均數(shù)量一方面取決于風(fēng)速，另一方面取決于風(fēng)力渦輪機的運行狀態(tài)-“空轉(zhuǎn)模式”-或“發(fā)電模式”。原因在于，通過風(fēng)力渦輪機的負載并且尤其通過風(fēng)力裝置中的轉(zhuǎn)動葉片的后仰，轉(zhuǎn)動葉片中的破損會部分地閉合，并且不能夠獲取表征的振動。相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的另一設(shè)計方案的、用于檢測轉(zhuǎn)動葉片損傷的方法包括方法步驟，其引起轉(zhuǎn)動葉片需待檢查的風(fēng)力渦輪機在分析時間間隔內(nèi)在分析模式或測試模式下運行。在此，在分析時間間隔開始之前，將旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置為預(yù)先給定的分析旋轉(zhuǎn)速度，預(yù)先給定的分析旋轉(zhuǎn)速度優(yōu)選地在4至6轉(zhuǎn)/分鐘之間，并且特別優(yōu)選為5轉(zhuǎn)/分鐘。旋轉(zhuǎn)速度的很小的變動范圍對于測試模式而言是可靠的。為了避免由漿距驅(qū)動引起的可能的干擾噪聲，在分析時間間隔期間關(guān)閉漿距自動控制裝置或?qū)⒆畲鬂{距速度限制在優(yōu)選地低于 3度/秒的最小值。如果不能夠維持所期望的分析模式，則用于檢測轉(zhuǎn)動葉片損傷的方法包括用于中斷或終止分析的步驟和用于在較晚的、適合的時間點繼續(xù)方法的步驟。例如如果所測量的風(fēng)速過高或過低，則不能夠維持該分析模式。如果因為風(fēng)速過高而不能夠執(zhí)行分析模式，則優(yōu)選地在超過預(yù)先給定的可靠的延遲時間之后關(guān)閉風(fēng)力渦輪機。優(yōu)選地，一旦具有優(yōu)選地低于18米/秒的可靠的風(fēng)速時，則在較晚的時間點初始化測試。根據(jù)另一設(shè)計方案，該方法包括啟動功能，其使得不是連續(xù)地實施該方法的單獨的步驟，而是優(yōu)選地每隔1或2天實施該方法的步驟，即，分析模式也是每隔1或2天啟動一次。根據(jù)另一設(shè)計方案，在存在故障信號時關(guān)閉渦輪機，并且將該故障信號傳送至外部的遠程維修地點，在該地點，通過輸出單元輸出故障信息和/或測量值。優(yōu)選地，在第一次關(guān)閉之后，再次運行風(fēng)力渦輪機；在存在故障信號時重新關(guān)閉風(fēng)力渦輪機并且不再次自動運行。 優(yōu)選地，該故障信號被重新傳輸?shù)竭h程維修地點。尤其當放棄用于在分析時間間隔中引入和保持的分析模式的的方式步驟時，設(shè)置下述步驟是有益的，因此根據(jù)本發(fā)明的另一實施例在時域中執(zhí)行的方法步驟之前，并列或之后，設(shè)置這樣的方法步驟，即在頻域中、在頻率時間域中或在概率范圍中執(zhí)行方法步驟。根據(jù)本發(fā)明的另一設(shè)計方案，設(shè)置一個或多個后續(xù)的分析步驟。優(yōu)選地，在事件時間間隔中計算測量值的曲線的尖峰值并且將其與預(yù)先確定的用于尖峰值得閾值進行比較。在此，優(yōu)選地，測量值不是經(jīng)過濾的測量值，而是未過濾的測量值。
優(yōu)選地，當事件時間間隔的尖峰值-高斯正態(tài)分布的尖峰值為3-大于在10與25 之間的預(yù)先確定的值時，不計數(shù)事件時間間隔。根據(jù)另一實施例，為在事件時間間隔開始之后的0. 3秒與0. 6秒之間的時間間距，優(yōu)選地0. 3秒與0. 5秒之間的時間間距計算尖峰值， 而不取決于事件時間間隔的實際大小。根據(jù)另一實施形式，不僅僅確定總的事件時間間隔的尖峰值或在0. 3與0. 6秒之間的時間間距的尖峰值，還確定事件時間間隔的預(yù)先給出的時間段的尖峰值，其中優(yōu)選地將事件時間間隔分成相同大小的段，或分成在0. 03與0. 07秒之間，優(yōu)選地為0. 05秒的段。 優(yōu)選地，當一個或多個該段的尖峰值高于4與10之間的閾值時，則不計數(shù)事件時間間隔。已經(jīng)示出，事件時間間隔的單個段的尖峰值與總的事件時間間隔的尖峰值的比例或事件時間間隔的多個段的平均尖峰值與總的事件時間間隔的尖峰值的比例在轉(zhuǎn)動葉片損傷的情況下具有表征的量。相應(yīng)地，根據(jù)一設(shè)計方案，當事件時間間隔的一個或多個段的尖峰值與總的事件時間間隔的尖峰值的比例或事件時間間隔的多個段的平均尖峰值與總的時間間隔或長的時間間隔的尖峰值的比例高于2. 5與3. 5之間的閾值時，不計數(shù)事件時間間隔。因為該尖峰值分析步驟實現(xiàn)了用于檢測轉(zhuǎn)動葉片損傷的有效方法，而無需時域中的分析步驟，所以該步驟也說明了無需時域中的分析步驟的、獨立的發(fā)明構(gòu)思。根據(jù)另一設(shè)計方案，頻率同步方法設(shè)置在時域中執(zhí)行的方法步驟之前。對于該方法，首先測量值被引入通過低通濾波器并且同時通過優(yōu)選地為400Hz的高通濾波器。如果對于低頻測量值分量獲取了事件時間間隔，則將檢查，在同一時間是否還能夠確定對于高頻的測量值分量的預(yù)先給出的閾值。因為已經(jīng)示出，損傷的轉(zhuǎn)動葉片在低頻的頻域中具有特別嚴重的偏差，所以當同時對于高頻測量值分量，超出所給出的優(yōu)選為在1. 4與3m/s2之間的閾值時，這是由損傷的轉(zhuǎn)動葉片引起的振動，并且相應(yīng)地不將相應(yīng)的事件時間間隔計數(shù)在內(nèi)或計數(shù)器將用于事件時間間隔的數(shù)量的閾值向上調(diào)整。根據(jù)一個變形，用于高頻的測量值分量的閾值是動態(tài)的，其中優(yōu)選地，該閾值高于用于低頻測量值分量的閾值，即在高頻測量值分量情況下選擇高于低頻測量值分量情況下的因子，以該因子，基于先前時間段的平均測量值來計算動態(tài)閾值。頻率平均值和頻率的均方根值(RMS)被表明是另一表征的量。在此，借助于FFT 方法(快速傅立葉變換)針對事件時域或針對在事件時間間隔的開始之后的優(yōu)選為0. 5秒的時間間距，采用所有測量值分量，而并非僅僅是經(jīng)過濾的測量值分量計算頻率平均值。對于RMS分析，將在事件時間間隔的開始之后的0. 5秒的事件時間間隔或時間間距優(yōu)選地劃分為至少三個相等大小的段，并且優(yōu)選地為每個段計算所有測量值分量的RMS 值。如果按時間順序的段中不是每個都具有相比先前段較小的RMS值，則這不是由葉片損傷引起的振動，因此不計數(shù)該事件時間間隔或計數(shù)器將用于事件時間間隔的數(shù)量的閾值向上調(diào)整。根據(jù)另一實施形式，將分量同步(Komponenten Synchronizitat)方法設(shè)置在時
域中執(zhí)行的方法步驟之前。對于該方法，將利用以下事實，在風(fēng)力渦輪機的多個轉(zhuǎn)動葉片中同時出現(xiàn)轉(zhuǎn)動葉片損傷是非常不可能的。隨后，相應(yīng)地，如果同時在至少兩個轉(zhuǎn)動葉片中檢測到事件時間間隔，則不將事件時間間隔計數(shù)在內(nèi)或計數(shù)器將用于事件時間間隔的數(shù)量的閾值向上調(diào)整。根據(jù)另一設(shè)計方案，當確定分析單元的損壞時，隨后也輸出故障信號。優(yōu)選地由此確定該損壞，即在分析時間間隔中所計數(shù)的事件時間間隔的數(shù)量為零，或低于預(yù)先給出的閾值。本發(fā)明的另一方面描述了用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)動葉片損傷的裝置，其至少具有加速度傳感器和評估單元，其中評估單元被構(gòu)造為，用于首先獲取事件時間間隔，在該事件時間間隔中，測量值的幅度一直超過預(yù)先確定的閾值，并且優(yōu)選地評估單元還被構(gòu)造為， 用于計數(shù)事件時間間隔，并且隨后當在分析時間間隔中該事件時間間隔的數(shù)量高于關(guān)于事件時間間隔的數(shù)量的下閾值，并且低于關(guān)于事件時間間隔的數(shù)量的上閾值時，輸出關(guān)于所分析的轉(zhuǎn)動葉片的故障信息。本發(fā)明的另一方面描述了用于監(jiān)控轉(zhuǎn)動葉片損傷的系統(tǒng)，其至少具有上述的裝置、傳輸單元、控制單元、計算單元、中央數(shù)據(jù)獲取裝置、以及中央數(shù)據(jù)輸出裝置。在此，優(yōu)選地，傳輸單元被實施為滑環(huán)(Gleitring)或WLAN網(wǎng)橋，并且被構(gòu)造為， 用于將信號和/或測量值轉(zhuǎn)發(fā)至控制單元和/或計算單元和/或中央數(shù)據(jù)獲取裝置和/或中央數(shù)據(jù)輸出裝置。依據(jù)本發(fā)明，除了滑環(huán)或WLAN網(wǎng)橋還能夠?qū)achmarm快速總線和/ 或其他數(shù)據(jù)導(dǎo)線用作傳輸單元。在此，控制單元被構(gòu)造為，用于控制風(fēng)力渦輪機。與分析單元不同，計算單元被構(gòu)造為，用于除了在時域中執(zhí)行分析步驟之外，還執(zhí)行頻域分析步驟和/或頻率時間域分析步驟和/或概率范圍分析步驟。中央數(shù)據(jù)獲取裝置被構(gòu)造為，用于存儲測量值，并且優(yōu)選地存儲故障信息。中央數(shù)據(jù)輸出裝置被構(gòu)造為，用于中央地輸出關(guān)于多個風(fēng)力渦輪機的故障信息。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)輸出裝置附加地具有數(shù)據(jù)輸入接口或與該數(shù)據(jù)輸入接口相連接。優(yōu)選地通過該數(shù)據(jù)輸入接口， 能夠直接或間接地訪問計算單元的參數(shù)，并且將其匹配至將來的方法。在運行中，優(yōu)選地，由評估單元初始化風(fēng)力渦輪機的測試模式，并且在預(yù)先給出的分析時間間隔內(nèi)，借助于至少一個，優(yōu)選地多個加速度傳感器來測量各個轉(zhuǎn)動葉片的振動。 隨后，在測量值優(yōu)選地首先通過180Hz的低通濾波器濾波之后，評估單元獲取事件時間間隔，在該些事件時間間隔中，測量值一直高于優(yōu)選為1.4m/s2的預(yù)先給出的閾值。如果獲取事件時間間隔，則分析單元將位于事件時間間隔內(nèi)的測量值，在此優(yōu)選地不是將經(jīng)過濾的值，而是將總的頻譜轉(zhuǎn)發(fā)到計算單元。在計算單元中，隨后優(yōu)選地至少執(zhí)行上述尖峰值分析、上述借助于FFT方法的平均頻率的分析和上述RMS分析。僅計數(shù)滿足該些分析的那些事件時間間隔。最后，將檢查，所計數(shù)的事件時間間隔是否在上述關(guān)于事件時間間隔在分析時間間隔中的數(shù)量的閾值之間。如果是，則輸出故障信息。


下面將參考附圖根據(jù)說明書來描述本發(fā)明的詳情。附圖中圖1示出具有時域分析的依據(jù)本發(fā)明的方法的第一實施例的流程圖，圖2示出具有在時域分析之前的概率和頻率分析的、依據(jù)本發(fā)明的方法的第二實施例的流程圖，圖3示出具有用于風(fēng)力渦輪機的分析模式的依據(jù)本發(fā)明的方法的第三實施例的流程圖，圖4示出用于將根據(jù)圖1的方法實現(xiàn)在用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機的裝置和系統(tǒng)中的原理圖，圖5示出用于將根據(jù)圖1和/或圖2的方法實現(xiàn)在用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機的裝置和系統(tǒng)中的原理圖，圖6示出用于將根據(jù)圖1和/或圖2的方法實現(xiàn)在用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機的裝置和擴展系統(tǒng)中的原理圖。
具體實施例方式在圖1中，描述了用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機3的依據(jù)本發(fā)明的方法的必要的步驟。為了能夠檢查風(fēng)力渦輪機3的每個單一的轉(zhuǎn)動葉片的可能的轉(zhuǎn)動葉片損傷，風(fēng)力渦輪機3裝配了至少一個加速度傳感器10，其以至少IOkHz的采樣頻率測量各個轉(zhuǎn)動葉片的振動。接著，測量結(jié)果被引入通過180Hz的低通濾波器。獲取在其中測量值一直超過1. 4m/s2的時間間隔作為事件時間間隔。在5分鐘的分析時間間隔內(nèi)，計數(shù)事件時間間隔。如果在分析時間間隔中的事件時間間隔的數(shù)量相應(yīng)于10與75之間的值，則輸出故障信號。圖2示出依據(jù)本發(fā)明的方法的擴展的實施例，其除了時域中的分析步驟之外包括在概率范圍和頻率時間域中的其他分析步驟。如在圖1中所示出的方法，首先通過多個加速度傳感器或通過一個加速度傳感器測量轉(zhuǎn)動葉片的振動。與圖1中所述的方法相反，測量值現(xiàn)在被引入通過400Hz的低通濾波器。相應(yīng)地，在該實施例中，相對于圖1的方法變形， 較少地過濾測量值。接著，獲取在其中振動高于1. 4m/s2的時間間隔，作為事件時間間隔。通過尖峰值分析，由高斯正態(tài)分布確定事件時間間隔中的測量值的偏差。僅當所獲得的尖峰值具有小于25的值時，計數(shù)所獲取的事件時間間隔。同時，為每個事件時間間隔的3個相同大小的段構(gòu)建關(guān)于頻率的均方根值(RMS)， 并且檢查所獲得的第二或第三段的值是否下降低于時間上較早的段的值。僅當?shù)陀跁r間上較早的段的值時，計數(shù)相應(yīng)的事件時間間隔。接著，借助于FFT方法來計算事件時間間隔中的平均頻率，并且檢查，所獲得的值是否低于預(yù)先給出的閾值。僅當?shù)陀陬A(yù)先給出的閾值時，計數(shù)事件時間間隔。接著，執(zhí)行頻率同步的分析。為此，除了低通濾波器之外，測量值首先還需要被引入通過高通濾波器，因為在頻率同步時，要檢查，在獲取事件時間間隔的時間點上是否還存在關(guān)于高頻測量值分量的值為3m/s2的閾值。如果存在該閾值，則認為該振動不是轉(zhuǎn)動葉片損傷引起的。因此，不計數(shù)該類事件時間間隔。接著，執(zhí)行分量同步的分析。如果隨著在一個轉(zhuǎn)動葉片上獲取事件時間間隔的同時還會在另一轉(zhuǎn)動葉片上獲取事件時間間隔，則認為，這也不是由損傷的轉(zhuǎn)動葉片引起的振動。相應(yīng)地，不計數(shù)這種事件時間間隔。在5分鐘的分析時間間隔內(nèi)計數(shù)所有其他獲取的事件時間間隔。如果在分析時間間隔中所獲得的事件時間間隔的數(shù)量位于10與75之間， 則輸出故障信號。圖3示出了本方法的另一變形，其相比圖1或2中所示出的變形還額外具有用于初始化分析模式和在分析時間間隔中用于維持分析模式的步驟。在該變形中首先檢驗，多久前進行了上次用于檢查風(fēng)力渦輪機上的葉片損傷的測試。如果上次測試在多于兩天之前，并且當10分鐘的平均風(fēng)速在18m/s與3. 5m/s之間，則初始化該分析模式。這意味著，將風(fēng)力渦輪機設(shè)置為5轉(zhuǎn)/分鐘的旋轉(zhuǎn)速度，并且將漿距速度保持在低于3度/秒。在分析模式中，風(fēng)力渦輪機不產(chǎn)生電流。如果由于天氣條件漿距速度必需高于3度/秒，則中斷該測試并且在較晚的時間點繼續(xù)該測試。如果能夠在分析時間間隔期間維持該分析模式， 則根據(jù)圖1或圖2執(zhí)行該分析，并且當所計數(shù)的事件時間間隔的數(shù)量在10與75之間時，輸出故障信息。如果發(fā)生該情況，則首先關(guān)閉風(fēng)力渦輪機，隨后通過自動重啟來再次運行風(fēng)力渦輪機，并且一直運行，直至輸出新的故障信息。接著，如果風(fēng)力渦輪機第二次關(guān)閉，則它將不會通過自動重啟來再次運行。圖4示出了將根據(jù)圖1的方法實現(xiàn)在用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機3的裝置1和系統(tǒng)2中。 在此，裝置1對于每個轉(zhuǎn)動葉片包括傳感器10和分析單元12。用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機3的系統(tǒng)2包括裝置1、滑環(huán)14、用于控制風(fēng)力渦輪機3的控制單元16以及中央數(shù)據(jù)輸出裝置 4。一旦分析單元12識別出上次測試在多于兩天之前，則其通過構(gòu)建用于數(shù)據(jù)和信號傳輸?shù)幕h(huán)14將信號發(fā)送至控制單元16，緊接著初始化用于相應(yīng)的風(fēng)力渦輪機3的分析模式， 并且維持分析時間間隔的持續(xù)時間。在分析時間間隔期間，傳感器10測量各個轉(zhuǎn)動葉片的振動，并且將測量值傳送給分析單元12。接著在分析單元12中，根據(jù)圖1實施分析方法。如果輸出故障信號，則分析單元12通過滑環(huán)14將關(guān)閉信號發(fā)送至控制單元16，接著風(fēng)力渦輪機將迅速關(guān)閉或在較短的時間之后關(guān)閉。同時，將故障信號優(yōu)選地和由傳感器10測量的測量值轉(zhuǎn)發(fā)給中央數(shù)據(jù)輸出裝置 4。通過數(shù)據(jù)輸出裝置4，將警告負責(zé)監(jiān)控風(fēng)力渦輪機的技術(shù)人員，并且技術(shù)人員能夠優(yōu)選地監(jiān)控當前的振動，并且特別優(yōu)選地借助于反饋信號來避免關(guān)閉風(fēng)力渦輪機3。當風(fēng)力渦輪機 3由于故障而關(guān)閉時，分析單元12通過滑環(huán)14將自動重啟信號發(fā)送給控制單元16，以便重新啟動風(fēng)力渦輪機3。當故障再次出現(xiàn)并被獲取時，風(fēng)力渦輪機3再次關(guān)閉，并且隨后必須手動地再次啟動。不會發(fā)生自動重啟。圖5示出用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機3的依據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)2的另一實施形式。與根據(jù)圖4的實施形式相反，由分析單元12輸出的信號和轉(zhuǎn)發(fā)的測量值不通過滑環(huán)14，而是通過 WLAN網(wǎng)橋15被轉(zhuǎn)發(fā)至控制單元16和計算單元17。因為計算單元17比分析單元12具有較高的計算性能，所以能夠在計算單元17中借助于根據(jù)圖2的擴展的分析步驟來分析通過分析單元12和WLAN網(wǎng)橋15轉(zhuǎn)發(fā)的測量值。在該情況中，基于用于關(guān)閉風(fēng)力渦輪機3的信號，控制單元16僅響應(yīng)于由計算單元17輸出的信號，因為這些信號基于測量數(shù)據(jù)的較精確的分析。此外，用于初始化和維持分析模式的信號和所有其他的信號，除了故障信號和關(guān)閉信號之外，均來自分析單元12。此外，分析單元獲取事件時間間隔，并且僅轉(zhuǎn)發(fā)在事件時間間隔內(nèi)測量的各測量值，在此不僅僅是經(jīng)過濾的測量值，而是總的頻譜。隨后對于這些事件時間間隔，在計算單元中檢查，是否存在示出所獲取的事件時間間隔不是由轉(zhuǎn)動葉片損傷引起的標準。如果發(fā)生該情況，則不計數(shù)該事件時間段。在所有的分析方法結(jié)束之后，將所計數(shù)的事件時間間隔的數(shù)量與閾值10和75比較-如果在這5分鐘的分析時間段中旋轉(zhuǎn)速度為5轉(zhuǎn)/分鐘-并且當所計數(shù)的事件時間間隔在這些值之間，則輸出故障信號。如果計算單元17也輸出故障信號，則關(guān)閉風(fēng)力發(fā)電裝置3。同時，將故障信號和測量值轉(zhuǎn)發(fā)至中央數(shù)據(jù)獲取裝置5，并且將存儲故障信號和測量值在那。圖6示出用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機3的依據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)2的另一實施形式。與根據(jù)圖5的實施形式相反，在該實施形式中，通過與數(shù)據(jù)輸出裝置4連接的數(shù)據(jù)輸入接口 18，既能夠要求來自計算單元17和/或數(shù)據(jù)獲取裝置5的當前的測量值，又能夠要求來自計算單元17和/或數(shù)據(jù)獲取裝置5的較早的測量值，并且隨后借助于數(shù)據(jù)輸出裝置4來輸出該些測量值。通過數(shù)據(jù)輸入接口 18，使得直接或間接地訪問計算單元17的參數(shù)成為了可能，并且使得其與將來的測試相匹配成為了可能。在所述實施例中所公開的特征組合并不對本發(fā)明起限制作用，并且不同的實施例的特征能夠相互組合。附圖標記列表1用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機的裝置
2用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機的系統(tǒng)
3一個或多個風(fēng)力渦輪機
4輸出單元
5數(shù)據(jù)獲取單元
10一個或多個傳感器
12分析單元
14滑環(huán)
15局域網(wǎng)網(wǎng)橋
16控制單元
17計算單元
18數(shù)據(jù)輸入接口
1權(quán)利要求
1.用于確定風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)動葉片損傷的方法，至少包括以下時域分析步驟-借助于加速度傳感器來測量轉(zhuǎn)動葉片的振動，-獲取事件時間間隔，在所述事件時間間隔中，測量值的幅度一直超過閾值，-在至少預(yù)先確定的分析時間間隔中獲取所述事件時間間隔的數(shù)量，-當所述所獲得的事件時間間隔的數(shù)量高于關(guān)于預(yù)先確定的分析時間間隔的預(yù)先確定的閾值時，發(fā)送故障信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，僅當所述所獲得的事件時間間隔的數(shù)量還低于關(guān)于預(yù)先確定的分析時間間隔的預(yù)先確定的上閾值時，發(fā)送故障信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述分析時間間隔期間在測試模式下運行所述風(fēng)力渦輪機，在所述測試模式中，所述風(fēng)力渦輪機處于空轉(zhuǎn)模式，并且在所述測試模式中，旋轉(zhuǎn)速度保持在正常運行情況下不可維持的變動范圍中，并且漿距速度保持在低于正常運行情況下不可維持的最大值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，僅將低于400Hz的振動、優(yōu)選地低于 180Hz的振動用于獲取所述事件時間間隔。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，用于獲取所述事件時間間隔的所述閾值在1. 2m/s2與1. 6m/s2之間、優(yōu)選地在1. 3m/s2與1. 5m/s2之間的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，用于獲取所述事件時間間隔的所述閾值是動態(tài)閾值，其相應(yīng)于先前的、預(yù)先確定的時間間隔的平均的振動測量值的5 至15倍的值。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，當事件時間間隔的時間長度低于預(yù)先給出的閾值時，不計數(shù)該事件時間間隔。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在時域分析步驟之前、并列或之后，設(shè)置頻域分析步驟和/或頻率時間域分析步驟和/或概率范圍分析步驟。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，當所述測量值的曲線的尖峰值高于預(yù)先確定的閾值時，不將事件時間間隔計數(shù)在內(nèi)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，當事件時間間隔的多個相繼的時間段的RMS值并非一直以時間順序下降時，不計數(shù)事件時間間隔。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，當同時在所述風(fēng)力渦輪機的第二轉(zhuǎn)動葉片處獲取事件時間間隔時，不將事件時間間隔計數(shù)在內(nèi)。
12.用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機(3)的轉(zhuǎn)動葉片損傷的裝置(1)，具有至少一個加速度傳感器 (10)和分析單元(12)，其中，所述分析單元(1 被構(gòu)造為執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機(3)的轉(zhuǎn)動葉片損傷的裝置(1)，其特征在于，所述分析單元(12)被構(gòu)造，用于實施用于初始化測試模式的例程，并且將相應(yīng)的信號輸出至所述風(fēng)力渦輪機(3)的控制單元(16)。
14.用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機(3)的轉(zhuǎn)動葉片損傷的系統(tǒng)O)，具有至少一個根據(jù)權(quán)利要求 12所述的裝置(1)、傳輸單元(14，15)、用于控制風(fēng)力渦輪機(3)的控制單元(16)、構(gòu)造為用于實施根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法的計算單元(17)、構(gòu)造為用于存儲測量值和故障信息的中央數(shù)據(jù)獲取裝置(5)以及中央數(shù)據(jù)輸出裝置G)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機(3)的轉(zhuǎn)動葉片損傷的系統(tǒng)O)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)輸出單元(4)與數(shù)據(jù)輸入接口(18)連接，通過所述數(shù)據(jù)輸出接口(18)， 使得直接或間接訪問所述計數(shù)單元(17)的參數(shù)成為了可能，并且使得其與將來的方法相匹配成為了可能。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于監(jiān)控至少一個風(fēng)力渦輪機的方法、用于監(jiān)控至少一個風(fēng)力渦輪機的裝置以及系統(tǒng)。本發(fā)明的目的在于，提供用于檢測轉(zhuǎn)動葉片損傷的方法，能夠以簡單的、價廉的和不易受故障影響的硬件裝置來實現(xiàn)所述方法。此外，任務(wù)在于提供用于檢測轉(zhuǎn)動葉片損傷的另一方法。能夠通過具有根據(jù)本發(fā)明申請的權(quán)利要求1所述的方法步驟的方法和通過根據(jù)權(quán)利要求12和14所述的用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機的裝置和系統(tǒng)來解決所述任務(wù)。在此，依據(jù)本發(fā)明地，所述用于檢測轉(zhuǎn)動葉片損傷的方法包括分析步驟，其僅在時域中被執(zhí)行。
文檔編號F03D9/00GK102341597SQ201080010421
公開日2012年2月1日 申請日期2010年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月2日
發(fā)明者J·溫克爾曼, M·胡恩 申請人:蘇司蘭能源有限公司