(57)【要約】  本発明は、ロータブレードのねじれがあるときに基準軸がねじれないように、ロータブレードが基準軸を中心に自由にねじれるように、ブレードの長手方向においてロータブレードに配置される基準軸と、基準軸を自由に支承するための基準軸用の少なくとも１つの支持体と、回転センサの領域において基準軸上に配置され基準軸を中心とするロータブレードのねじれを検出するとともに基準軸に対するロータブレードのねじれを表す回転角度または他の対応する変数を出力する少なくとも１つの回転センサと、を備えたロータブレードのねじれを決定するための測定システムに関する。さらに、本発明は、ロータブレードのねじれを決定する方法、対応するロータブレード、ロータブレード内の本発明に係る測定システムを配置する方法、本発明に係るロータブレードを持つ対応する風力発電設備、さらに、またはあるいは、本発明に係る測定システムに関する。【選択図】図２
2019522798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータブレードのねじれを決定する測定システム（１０）であって、
ブレードの長手方向においてロータブレードに配置される基準軸（１２）と、
前記ロータブレードのねじれがあるときに前記基準軸（１２）がねじれないように、前記ロータブレードが基準軸（１２）を中心に自由にねじれるように、前記ロータブレードにおいて前記基準軸（１２）を自由に支承するための前記基準軸（１２）用の少なくとも１つの支持体と、
前記基準軸（１２）に配置され、回転センサ（２０）の領域において前記基準軸（１２）を中心とするロータブレードのねじれを検出するとともに、前記基準軸（１２）に対する前記ロータブレードのねじれを表す回転角度または他の対応する変数を出力する少なくとも１つの回転センサと、
を備えた測定システム（１０）。
【請求項２】
前記基準軸（１２）は、中空シャフトとして形成される、
請求項１に記載の測定システム（１０）。
【請求項３】
前記ロータブレードのリーディングエッジウェブ（１３）に沿って前記基準軸（１２）を配置するために、支持手段（２２）が設けられている、
請求項１または２に記載の測定システム（１０）。
【請求項４】
ロータブレード先端の領域において回転自在に固定するように、前記基準軸（１２）の一端を固定するために、回転自在に固定されたシャフトシート（１８）が設けられている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の測定システム（１０）。
【請求項５】
前記基準軸（１２）は、非導電性である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の測定システム（１０）。
【請求項６】
前記基準軸（１２）は、繊維複合材料、特に、アラミド繊維または炭素繊維で補強された樹脂から製造される、
請求項１から５のいずれか１項に記載の測定システム（１０）。
【請求項７】
前記基準軸（１２）は、軸方向に変位可能に配置されている、
請求項１から６のいずれか１項に記載の測定システム（１０）。
【請求項８】
前記回転センサ（２０）は、前記基準軸上に固定されるために準備されるマーカエレメントと、前記ロータブレードの前記リーディングエッジウェブ、または前記ロータブレードの他の構造的エレメントに固定されるために準備されるピックアップと、を有し、前記ピックアップは、このようにしてこの位置で基準軸に対するロータブレードのねじれを検出するために、前記ピックアップに対する前記マーカエレメントのねじれを検出するために準備される、
請求項１から７のいずれか１項に記載の測定システム（１０）。
【請求項９】
前記基準軸（１２）に沿った多数の位置に、前記ロータブレードのねじれを検出するための多数の回転センサ（２０）が配置されている、
請求項１から８のいずれか１項に記載の測定システム（１０）。
【請求項１０】
前記基準軸（１２）は、前記ブレードの長手方向に沿って多数の前記回転センサ（２０）に支持されている、
請求項８または９に記載の測定システム（１０）。
【請求項１１】
前記支持手段は（２２）は、前記リーディングエッジウェブ（１３）に接着剤で取り付けられる、あるいは締め付けられるために準備されている、
請求項３から１０のいずれか１項に記載の測定システム（１０）。
【請求項１２】
少なくとも１つの前記回転センサ（２０）は、光学回転センサとして形成されている、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の測定システム（１０）。
【請求項１３】
前記基準軸（１２）は、多数のシャフトセグメントから構成される、
請求項１から１２のいずれか１項に記載の測定システム（１０）。
【請求項１４】
ブレードの長手方向においてロータブレードに配置された基準軸（１２）を中心とする前記ロータブレードのねじれが検出され、
前記ロータブレードのねじれがあるとき、前記基準軸（１２）がねじれないように、前記ロータブレードが前記基準軸を中心として自由にねじれることができるように、前記基準軸が前記ロータブレードに支持され、
回転センサ（２０）の領域において、前記基準軸（１２）を中心とする前記ロータブレードのねじれを検出するための前記基準軸（１２）に配置された少なくとも１つの回転センサ（２０）によってねじれが検出され、
前記回転センサによって、前記基準軸に対する前記ロータブレードのねじれを示す回転角度、または他の対応する変数が出力される、
ロータブレードのねじれ決定方法。
【請求項１５】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の測定システムが使用される、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ロータブレードの回転角度またはねじれは、前記ブレードの長手方向に分布した多数の位置において検出される、
請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ロータブレードの前記回転角度および／または前記ねじれは、経時的に連続して検出される、
請求項１４から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
風力発電設備のロータブレードであって、
ロータハブ上にロータブレードを固定するロータブレード根部と、
前記ロータブレード根部から離れて面する前記ロータブレードの側面に配置されたロータブレード先端と、
前記ブレードの長手方向において前記ロータブレードに配置された基準軸（１２）と、
前記ロータブレードのねじれがあるとき前記基準軸（１２）がねじれないように、前記ロータブレードが前記基準軸（１２）を中心として自由にねじれるように、前記ロータブレードに前記基準軸（１２）を自由に支承するための、前記基準軸用の少なくとも１つの支持体と、
前記回転センサ（２０）の領域において前記基準軸（１２）を中心とする前記ロータブレードのねじれを検出するために、前記基準軸に配置されており、前記基準軸（１２）に対する前記ロータブレードのねじれを表す回転角度または他の対応する変数を出力する、少なくとも１つの回転センサ（２０）と、
を備えたロータブレード。
【請求項１９】
前記ロータブレード先端の方向において前記ロータブレード根部から延びるリーディングエッジウェブ（１３）が設けられており、前記基準軸（１２）および前記回転センサの少なくとも一部が、前記リーディングエッジウェブ（１３）に配置されている、
請求項１８に記載のロータブレード。
【請求項２０】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の測定システム（１０）が使用され、前記基準軸（１２）、少なくとも１つの前記基準軸（１２）の前記支持体、および少なくとも１つの回転センサ（２０）が、この測定システムの要素である、
請求項１８または１９に記載のロータブレード。
【請求項２１】
前記ロータブレードは、前記基準軸（１２）を回転自在に固定するように支承するために、そのブレード先端に、シャフトシート（１８）を有している、
請求項２０に記載のロータブレード。
【請求項２２】
前記基準軸（１２）は、特に、リーディングエッジウェブ（１３）の内側輪郭内において、嵌合部品によって回転自在に堅固な方法で、前記ロータブレードの構造的エレメントに締め付けられている、
請求項２０または２１に記載のロータブレード。
【請求項２３】
前記ロータブレードは、そのブレード根部において、回転自在に固定されるように、前記基準軸（１２）を支承するためのシャフトシートを有している、
請求項２０に記載のロータブレード。
【請求項２４】
風力発電設備のロータブレードにおいて請求項１から１３のいずれか１項に記載の測定システム（１０）を搭載する方法であって、
前記基準軸（１２）のブレード先端部に、回転自在に堅固な方法で、嵌合部品を締め付けるステップと、
構造的エレメント、特に、リーディングエッジウェブ（１３）に沿って、前記嵌合部品を有する前記基準軸（１２）を、前方へ動かして、前記ロータブレードの前記ブレード先端の設置スペースへ押し込むステップと、
前記支持手段（２２）を前記基準軸（１２）へ押し付けて、前記支持手段（２２）を前記構造的エレメントまたは前記リーディングエッジウェブ（１３）に沿って固定するステップと、
前記ロータブレードにおける前記基準軸（１２）の領域において、少なくとも１つの前記回転センサ（２０）を配置するステップと、
を備えた方法。
【請求項２５】
いくつかの前記支持手段は、構造的エレメントまたはリーディングエッジウェブをしっかりと締め付けることによって、前記ブレード先端付近に人が到達できない領域において固定され、
他のいくつかの支持手段は、前記構造的エレメントまたは前記リーディングエッジウェブによって到達可能な領域に、接着剤で取り付けられる、
請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
ロータブレードのねじれを決定するために、前記ロータブレードに配置された測定システムの保守または修理の方法であって、
前記測定システムは、
ブレードの長手方向において前記ロータブレードに配置される基準軸（１２）と、
前記ロータブレードのねじれがあるときに前記基準軸（１２）がねじれないように、前記ロータブレードが基準軸（１２）を中心に自由にねじれるように、前記ロータブレードにおいて前記基準軸（１２）を自由に支承するための前記基準軸（１２）用の少なくとも１つの支持体と、
前記基準軸に配置され、回転センサ（２０）の領域において前記基準軸（１２）を中心とする前記ロータブレードのねじれを検出するとともに、前記基準軸（１２）に対する前記ロータブレードのねじれを表す回転角度または他の対応する変数を出力する少なくとも１つの回転センサと、
を備えており、
少なくとも１つの前記支持体から前記基準軸またはその一部を取り除くステップと、
この少なくとも１つの前記支持体および／または少なくとも１つの前記回転センサを取り出すステップと、
取り出された前記支持体または前記回転センサを検査するステップと、
前記支持体または前記回転センサ、または対応する交換部品を、再度取り付けるステップと、
取り外された前記前記基準軸またはその一部を再度、取り付けるステップと、
を備えた方法。
【請求項２７】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の測定システムが前記測定システムとして使用される、
請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
請求項１８から２３のいずれか１項に記載の少なくとも１つのロータブレードと、さらに、または選択的に、請求項１から１３のいずれか１項に記載の測定システム（１０）とを備えた、
風力発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータブレードのねじれを決定する測定システムおよび方法に関する。本発明はまた、対応するロータブレードおよび本発明に係る測定システムをロータブレード内へ配置する方法、加えて、風力発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電設備の動作中、ロータブレードは、略水平な回転軸を中心にして回転する。回転中にロータブレードに生じる空気力学的効果により、ロータブレードは、ねじれる、あるいはねじりを受ける可能性がある。この場合、例えば、ブレード先端の領域におけるプロファイルコードの向きは、ブレード根部の領域におけるプロファイルコードの向きに対してある角度をなしている。この角度は、ここではねじれ角度と呼ばれ、ロータブレードに沿ったプロファイルコードの位置に依存する。
【０００３】
ねじれ角度を決定するための少なくとも１つの公知の方法は、カメラシステムの使用に基づいている。このため、風力発電設備に向けられたカメラは、風力発電設備の前の領域に設置される。カメラは、例えば、ロータブレードに設けられたマーキングによって、ロータブレードの位置を検出し、これから、プロファイルコードの向きまたはロータブレードの変形を推測することができる。そして、ロータブレードのねじれ角度は、互いに対するプロファイルコードの向きから決定することができる。このシステムの不利な点は、ロータがカメラに対して特定の向きを有する時に特定されるように、制限された時間にしか使用することができないことである。さらに、このようなシステムはまた、大きな準備作業を必要とする、あるいは風力発電設備のオペレータは外部のサービスプロバイダに依存する。
【０００４】
ねじれ角度を決定するための他の公知の解決策は、ロータブレード内に光ファイバケーブルを設けることである。この場合、光ファイバケーブルは、ロータブレードの材料に接着剤で取り付けられている。ロータブレードの変形またはねじれ、および結果としてケーブルの変形またはねじれは、光ファイバケーブルを通って伝導される光の偏光の影響をもたらす。評価ユニットによって、ねじれ角度は、偏光から推定される。しかしながら、このようなシステムでは、ロータブレードの曲げ挙動に大きく依存し、その結果、ロータブレードの曲げとねじりが同時にあるときに誤ったねじれ角度が決定されることが分かった。さらに、ロータブレードに接着剤で取り付けられたケーブルは、ロータブレードの熱膨張によって影響を受ける。その結果、測定は、温度には依存せずに行われない。
【０００５】
本国際出願の優先権主張出願について、ドイツ特許商標庁は、以下の先行技術文献をサーチした：独国特許出願公開第１０ ２０１４ １１７ ９１４号明細書、米国特許出願公開第２０１３／００９３８７９号明細書。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０ ２０１４ １１７ ９１４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／００９３８７９号明細書
【発明の概要】
【０００７】
よって、本発明は、上述した問題の少なくとも１つに対処することを目的としている。特に、ねじれ角度を連続的に検出することができる解決策を提案することが意図され、そしてさらに、または代替的に、ロータブレードの起こり得る曲げとは無関係なねじれ角度を決定する解決策を提案することが意図される。少なくとも、以前のシステムに対する代替の解決策を提案することが意図される。
【０００８】
本発明によれば、ロータブレードのねじれを決定するための請求項１に係る測定システムが提案される。
このような測定システムは、ブレードの長手方向においてロータブレードに配置される基準軸と、基準軸に配置された少なくとも１つの回転センサと、を備えている。基準軸は、ロータブレードのねじれがあるときに基準軸自身がねじれないように、ロータブレードが基準軸を中心に自由にねじれるように支持されている。よって、回転中にロータブレードがねじれても、ねじれたロータブレードとねじれていない基準軸との間に角度差が生じる。基準軸に配置された回転センサは、回転センサの領域において、基準軸を中心とするロータブレードのねじれまたはゆがみを検出し、基準軸に関するロータブレードのねじれを表す回転角度、または他の対応する変数を出力する。
【０００９】
回転角度の代わりに、電圧または回転角度に比例する最大回転角度に正規化された値が、例えば、対応する変数として出力されてもよい。
よって、ロータブレードが剛性のある基準軸を中心にしてねじれる測定システムが提案される。基準軸と比較して、ロータブレードのねじれは、このようにして、回転センサが配置されたロータブレードのそれぞれの位置において定量的に検出される。
【００１０】
このような測定システムでは、回転センサが基準軸に対するロータブレードのねじれ角度が連続的に検出されるため、ねじれ角度は連続的に検出される。このような測定システムは、測定システムがロータブレードに一体化されているので、ロータと外部システムとの位置合わせとも無関係である。
【００１１】
測定システムの一実施形態は、基準軸が中空シャフトとして形成されることを提供する。中空シャフトは、軽量構造を可能とし、それにもかかわらず、大きな剛性、特に、大きなねじり剛性を有している。基準軸が中空シャフトとして形成されると、測定システムは、ロータブレードの重量をわずかに増加させるだけである。その結果、測定システムは、ロータブレードの特性にほとんど影響を及ぼすことはない。
【００１２】
測定システムの別の実施形態は、ロータブレードのリーディングエッジウェブに沿って基準軸を配置するために、支持手段を提供する。ロータブレードのリーディングエッジウェブは、ロータブレードのリーディングエッジの領域において、ロータブレードのほぼ全体の長さにわたって延伸する。リーディングエッジウェブは、ロータブレードがさらされる風荷重に耐えるために、ロータブレードの上側と下側との間のこの前方領域における接続を表し、ロータブレードを補強する。特に、ロータブレードは、リーディングエッジウェブをほぼ中心としてねじれる。その結果、ねじれ軸、いわゆるロータブレードがこれを中心にしてねじれる軸からの距離が、ここで最小となり、わずかな偏差しか生まない、あるいはわずかしか生じないため、リーディングエッジウェブは、ロータブレードのねじれ角度を決定するために非常によく適している。リーディングエッジウェブは、ロータブレードのほぼ全体にわたって延伸し、その結果、基準軸を受け止め、ブレード全体を介してそれを案内するために、非常によく適している。
【００１３】
測定システムの別の実施形態では、回転可能に固定されたシャフトシートは、ロータブレード根部の領域、またはロータブレード先端の領域において回転自在に固定されるように、基準軸の一端を固定するために設けられている。ロータブレード先端における基準軸の外端を回転自在に固定することで、ロータブレード先端の領域におけるねじれが、回転自在な剛性のある基準軸を介して、基準軸の内端へ伝達されるという効果をもたらす。この内端は、例えば、ロータブレード根部、あるいは、ロータブレード根部付近に配置されたリーディングエッジウェブの一端に配置される。この結果、ロータブレード先端のねじれは、基準軸の内端、いわゆる、例えば、ロータブレードハブの領域において、測定される。しかしながら、別の測定センサを提供し、それによって、ロータブレードのねじれ分布を検出することも考慮される。
【００１４】
例えば、基準軸が、ブレード先端の領域で回転自在に固定されたシャフトシートに押し込まれる、あるいは、ロータブレード先端に押し込まれた回転自在に固定されたシャフトシートと共に基準軸を回転させることで、測定システムの良好な設置性も提供される。内側から接近し難いブレード先端の問題は、少なくともこのようにして軽減される。その結果、アクセスが困難なロータブレード先端の領域において回転センサもまた、もはや必要ではない。
【００１５】
その結果、ロータブレード根部は、基準軸と検出されるねじれのための固定ポイントを形成する。ロータブレード自体は、ブレードがロータハブに固定されている場所であるため、ブレード根部からねじれる。その結果、ブレード根部を基準にして、ねじれが検出される。基準軸は、ブレード根部のねじれのない延長部を形成する。その結果、基準軸に対するねじれの検出は、ブレード根部に対するねじれの検出である。
【００１６】
しかしながら、基準軸は、その長さに沿って位置軸受けによって、実質的に緩やかに所定位置に保持され、位置軸受けによって横方向の力のみが伝達されるように支持されている。しかしながら、ねじり力は基準軸には導入されない。その結果、これらの位置軸受けでは、ロータブレードは基準軸の周りを自由にねじることができる。ロータブレード根部に対するロータブレード先端のねじれは、ブレード先端におけるねじれたロータブレードとねじれていない基準軸との間にねじれ角度を生じさせ、ブレード先端におけるねじれ角度を示す。
【００１７】
あるいは、基準軸は、ロータブレード根部の領域において回転自在に固定されるように、支持されていてもよい。その場合、ロータブレード先端のねじれは、それが基準軸に対してねじれるという効果をもたらす。しかしながら、ブレード先端のねじれを検出するためには、回転センサがアクセスし難いブレード先端の領域に配置されることも必要であろう。
【００１８】
具体的には、基準軸の一端または他端の位置において、後者は回転自在に固定されるようにロータブレードに接続されなくてはならない。これは、例えば、真ん中にあるかもしれない。その結果、測定システムは、異なる設置状況がある様々なタイプのロータブレードに使用される。
【００１９】
測定システムの発展は、基準軸が非導電性であることを提供する。これは特に、落雷保護を達成し、それは落雷が基準軸に当たることを防止し、または、落雷が基準軸に電流を誘導することを防止する。
【００２０】
一実施形態では、基準軸は、繊維複合材料から製造される。これには、アラミド繊維または炭素繊維で強化された樹脂が特に到底される。このような樹脂は、低い重量と同時に高い強度を有し、その結果、非常に軽量の基準軸を可能とする。さらに、このような樹脂は、正または負の熱膨張係数を全く、またはわずかしか持たず、そのため、基準軸は、非常に大きな温度範囲にわたってほとんど熱膨張を受けない。その結果、回転センサの測定は、温度に依存しない。その結果、機械的応力も特に回避される。
【００２１】
測定システムの別の構成では、基準軸が、軸方向において変位可能に支持されている。これは、既に上述した位置軸受けによって行われ得る。その結果、温度変化または他の理由によるロータブレードの膨張は、基準軸に影響を及ぼさない。このようなロータブレードの膨張は、ロータブレードの曲げによっても生じ得るが、ロータブレードと基準軸との間の相対的な軸方向の変位をもたらすだけである。
【００２２】
回転センサは、特に、基準軸に固定されたマーカエレメントと、それに沿ってロータブレードに固定されたピックアップとによって形成されていてもよい。このようなセンサの領域におけるロータブレードのねじれは、ピックアップに対するマーカエレメントのねじれにつながる。マーカエレメントは、トランスデューサとも呼ばれる。ピックアップは、この相対的なねじれを検出し、基準角度またはそれに対応する変数を決定して出力する。マーカエレメントは、例えば、バーコードを有する環状ディスクとして形成されてもよいし、または、単に、ねじれが検出されることを可能とする基準マーキングを有していてもよい。基準軸の特性および精度に対する要求に応じて、マーカエレメントはまた、もはや必要ではなくなり、ピックアップは、基準軸の相対運動を直接検出することができる。
【００２３】
このような回転センサを用いて、２つの部分の互いに対する位置、すなわち、ねじれ角度は、非常に正確に検出される。この場合、基準軸の純粋な曲げは、互いに対する２つの部分の回転角度位置に影響を及ぼさない。また、例えば、熱膨張によるねじれ軸に沿ったわずかな変位は、互いに対する２つの部分の回転角度位置に影響を及ぼさない。ロータブレードのねじれのみが、ロータブレードのねじれ角度を決定する２つの部分の互いに対するねじれを生じさせる。その結果、ねじれ角度の決定は、他の影響から独立している。
【００２４】
測定システムの別の実施形態では、ロータブレードのねじれを検出する多数の回転センサが、基準軸に沿った多数の位置に配置される。これにより、ロータの半径に沿った多数の位置において、ねじれ角度を決定することができる。基準軸に沿った多数の回転センサは、他の領域以上にねじれているロータブレードの領域を検出することを可能にする。ロータブレードの剛性が低いため、例えば、ブレード先端では、より大きなねじれが生じるかもしれない。このようにして、ロータブレードの個々の領域の過負荷も検出される。
【００２５】
測定システムの別の実施形態は、ロータブレードが基準軸を中心に回転することができるように、基準軸が、ブレードの長手方向に沿って多数の回転センサに支持されていることを特徴とする。よって、回転センサは、同時に、ロータブレードの長手方向に沿って基準軸のための支持体を形成する。これは、マーカエレメントとピックアップを有する回転センサに特に関係し、基準軸は、回転センサのピックアップに支持されている。その結果、追加の軸受け、よって追加の重量および／または追加のコストが回避される。しかしながら、回転センサは、同時に、基準軸を中心とするロータブレードの自由な回転を可能にすることも意図している。測定システムの別の構成では、支持手段は、リーディングエッジウェブに対して、接着剤で取り付け、あるいは締め付けられている。接着剤での取り付けのために、各指示手段は、特に、接着剤が提供される、あるいは接着剤が提供され得るフラットな接着面を有していてもよい。その結果、シンプルで丈夫な固定が可能となる。支持手段の締め付けは、特に、測定システムの取り付けのためにアクセスできない、あるいはアクセスし難いロータブレードの領域において想定される。このために、例えば、支持手段は、ウェブに押し込まれ、それらが押し付けられるリーディングエッジウェブの形状に適合される。そして、補助手段によって、支持手段は、アクセス不能な領域に運ばれて、意図された位置に固定される。このようにして、既に使用されているロータブレードに測定システムを後付けすることが可能である。リーディングエッジウェブ上に基準軸を配置するための支持手段は、ロータブレードにおけるアクセス可能な位置に、接着剤で取り付けられる。測定システムのさらなる有利な構成は、少なくとも１つの回転センサが、光学回転センサとして形成されることを想定している。特に、ピックアップによるマーカエレメントの光走査が提案される。さらに、回転センサは、排他的に光学的に動作し、検出されたねじれ角度の値あるいは位置も、光学的に、特に、光導波路を介して、ブレード根部またはロータハブへ配置されてもよい評価ユニットへ伝達される。このような光学回転センサの使用により、落雷からの保護またはそれに対する耐性を同様に達成することができる。
【００２６】
測定システムの別の構成は、基準軸が、多数のシャフトセグメントによって形成されていることを特徴としている。このような構成は、シャフトを多数の個々の部品で設置場所に運搬して敷地内の意図する長さまで組み立てることを可能とするため、６０ｍを超える長さを有することもある非常に長いロータブレードに、測定システムを設置、または後付けするためには、非常に有利である。シャフトセグメントは、例えば、互いに挿入されるために、互いに適合された端部を有していてもよい。この場合、適合された端部は、それらが互いに挿入された時に回転剛性の差込接合部が製造されるように形成される。
【００２７】
さらに、本発明は、ロータブレードのねじれを決定するための方法を提案する。それは、ブレードの長手方向においてロータブレードに配置された基準軸を中心とするロータブレードのねじれが検出されるように動作し、ロータブレードのねじれがあるとき、基準軸がねじれないように、ロータブレードが基準軸を中心として自由にねじれることができるように、基準軸がロータブレードに支持され、回転センサの領域において基準軸を中心とするロータブレードのねじれを検出するための基準軸に配置された少なくとも１つの回転センサによってねじれが検出され、基準軸に対するロータブレードのねじれを示す回転角度、または他の対応する変数が、回転センサによって出力される。
【００２８】
特に好ましくは、この方法は、上述した実施形態に係る測定システムを使用する。さらに、あるいは選択的に、この方法は、測定システムの実施形態の少なくとも１つに関連して、上述したように動作する。
【００２９】
好ましくは、回転角度またはロータブレードのねじれは、ブレードの長手方向において分散された多数の位置において検出される。その結果、ねじれ角度は、ロータブレードの多数の位置において決定され、これは、ロータブレードの異なる領域におけるねじれ挙動に関する情報を得るために使用される。
【００３０】
方法の別の実施形態は、ロータブレードの回転角度および／またはねじれが経時的に連続して検出される。例えば、このために、回転センサのデータが記録され、特に、さらにプロセスコンピュータによって処理される。その結果、ねじれ角度も同様に経時的に連続して決定され、風力発電設備の運転制御を制御するために使用される。このようにして検出されたロータブレードの回転角度またはねじれは、さらなる処理のために風力発電設備の制御システムに供給される。
【００３１】
さらに、本発明は、風力発電設備のロータブレードを提案する。ロータブレードは、ロータハブ上にロータブレードを固定するロータブレード根部と、ロータブレード根部から離れて面するロータブレードの側面に配置されたロータブレード先端と、ブレードの長手方向においてロータブレードに配置された基準軸と、ロータブレードのねじれがあるとき基準軸がねじれないように、ロータブレードが基準軸を中心として自由にねじれるように、ロータブレードに基準軸を自由に支承するための基準軸用の少なくとも１つの支持体と、回転センサの領域において基準軸を中心とするロータブレードのねじれを検出するために、基準軸に配置されており、基準軸に対するロータブレードのねじれを表す回転角度または他の対応する変数を出力する、少なくとも１つの回転センサと、を備えている。
【００３２】
このようなロータブレードは、特に、上述したように、少なくとも１つの実施形態に係る測定システムを備えている。これは、特に、すでに上述したように、ロータブレードのねじれが簡単に検出されることを可能とする。
【００３３】
このようなロータブレードは、ロータブレードのねじれ角度の正確な決定を可能にする。これは、風力発電設備の出力および運転状態について結論が引き出されることを可能とする。特に、ロータブレードの構造設計の空気力学的な推定およびシミュレーションは、特に、動作負荷、出力または発生した騒音に対するねじれ角度の影響に関して検証することができる。
【００３４】
好ましくは、ロータブレード先端の方向においてロータブレード根部から延びる少なくとも１つのリーディングエッジウェブが設けられており、基準軸および回転センサの少なくとも一部が、リーディングエッジウェブに配置されている。その結果、リーディングエッジウェブがほぼブレード根部からブレード先端にかけて延伸し、結果として、ロータブレードにおいて測定システムを固定または支持するための良好な可能性を提供するため、測定システムは、ロータブレードにおいて簡単に形成される。別の実施形態によれば、基準軸の支持は、２つのウェブの間、特に、リーディングエッジウェブを含まない２つのウェブの間において行われ、これらのウェブのうちの１つの上において行われることが提案される。この結果、測定システムは、ロータブレードの金型半分がまだ開いている時に、ロータブレードの製造中にロータブレードに搭載されてもよい。これは、ブレード先端側の端部における基準軸の支持をより簡単にすることも可能とする。
【００３５】
ロータブレードの一実施形態は、基準軸を回転自在に固定して支承するために、ロータブレードが、そのブレード先端にシャフトシートを有することを提供する。このようなロータブレードのシャフトシートは、基準軸をロータブレードに回転自在に固定して固定するための追加の手段を必要としないという利点を有する。基準軸に対するロータブレードの回転角度が検出されるべきであるため、基準軸に対して回転自在に固定された支持体が必要とされる。
【００３６】
ロータブレードの別の実施形態は、基準軸が、嵌合部品によって回転自在に堅固に締め付けられるように、ロータブレードの構造的要素、特に、リーディングエッジウェブの内側輪郭内に締め付けられることを特徴とする。その結果、アクセスし難いロータブレード先端であっても、回転自在に堅固な固定が達成される。
【００３７】
リーディングエッジウェブは、このために特に適している。このようなリーディングエッジウェブは、互いに対向して配置されており中間ウェブ部によって接続される、上部フランジおよび下部フランジを有している。これにより、中間ウェブ部と２つのフランジとに加えて、嵌合部品が締め付けられる領域が提供される。この場合、特にフランジ間にアンダーカット領域が得られる場合、特に、２つのフランジが正確に平面平行に走っていない結果として特に特定される良好で耐久性のある固定がある。このようにして、支持手段は、リーディングエッジウェブに固定されてもよい。支持手段を用いることで、それらが基準軸とともにあまり重くなる必要がないことに特に留意すべきである。
【００３８】
特に、ロータシャフトの接近不可能な領域では、支持手段は容易に意図された位置に押し込まれ、そこで締め付けられるため、支持手段、その結果として、基準軸を、リーディングエッジウェブまたはロータブレードの他の構造部分に配置するために、追加の手段は必要とされない。
【００３９】
ロータブレードの好ましい別の実施形態は、ロータブレードがそのブレード根部に、基準軸を回転自在に固定して支承するためのシャフトシートを有することを特徴とする。基準軸は、特に、しっかりと回転的に固定された方法でブレード根部内に支持されることができ、そのような支持体もまた非常によく検査される。この実施形態の場合、基準軸は静止したままであり、ロータブレードは基準軸を中心にねじれる。その結果、ブレード先端に固定する場合とは異なり、ロータブレードにねじれが生じたときに、基準軸が自身の軸を中心にして回転されることはない。
【００４０】
本発明に係るロータブレードを有する風力発電設備も提案される。
最終的に、本発明は、風力発電設備のロータブレードに、実施形態または上述された構造の１つに係る測定システムを搭載するための方法も提案する。
【００４１】
その方法は、基準軸のブレード先端部に回転自在に堅固な方法で嵌合部品を締め付けるステップと、構造的エレメント、特に、リーディングエッジウェブに沿って嵌合部品を有する基準軸を前方へ動かしてロータブレードのブレード先端の設置スペースへ押し込むステップと、支持手段を基準軸へ押し付けて支持手段を構造的エレメントまたはリーディングエッジウェブに沿って固定するステップと、ロータブレードにおける基準軸の領域において少なくとも１つの回転センサを配置するステップと、を備えている。ここでは、回転自在で堅固な基準軸の特別な性質は、特に、この基準軸が、人の手が届かないロータブレードの領域から人の手が届かないブレード先端付近の空間へ押し込まれ、結果として、アクセス困難であるという点で、装着に使用される。同時に、ロータブレードの既存の構造は、固定のためにそこで使用される。
【００４２】
好ましくは、いくつかの支持手段は、構造要素またはリーディングエッジウェブをしっかりと締め付けることにより、ブレード先端付近の人の手が届かない領域において固定され、他のいくつかの支持手段は、構造要素またはリーディングエッジウェブ上における人の手が届く領域に接着剤で取り付けられる。また、この方法では、ロータブレードの現在の状況が使用される。特に、人の手が届かない領域では、リーディングエッジウェブは、ブレード先端に向かって先細りになってしばしばアンダーカットされる領域を有し、それはそれらがそこに固定されるような方法で何らかの支持手段を押し込むために使用される。このために必要な全てのことは、それぞれの支持手段を、支持手段が固定されるべき領域の既知のサイズおよび形状に適合させることである。リーディングエッジウェブもさらに大きく人の手が届く領域では、固定は接着剤の取り付けによって行うことができる。そこには、接着剤の取り付けを適切に行うために十分なスペースもある。
【００４３】
この方法はまた、既存の風力発電設備に、本発明に係る測定システムを後付けすることを可能にする。さらに、このような測定システムは、結果として、修理後に修理または再装着されることもできる。
【００４４】
本発明に係る方法は、また、ロータブレードのねじれを決定するためにロータブレードに配置された測定システムを保守または修理するための方法であって、測定システムは、
ブレードの長手方向においてロータブレードに配置される基準軸（１２）と、
ロータブレードのねじれがあるときに基準軸（１２）がねじれないように、ロータブレードが基準軸（１２）を中心に自由にねじれるように、ロータブレードにおいて基準軸（１２）を自由に支承するための基準軸（１２）用の少なくとも１つの支持体と、
基準軸に配置され、回転センサ（２０）の領域において基準軸（１２）を中心とするロータブレードのねじれを検出するとともに、基準軸（１２）に対するロータブレードのねじれを表す回転角度または他の対応する変数を出力する少なくとも１つの回転センサと、
を備えており、
少なくとも１つの支持体から基準軸またはその一部を取り除くステップと、
この少なくとも１つの支持体および／または少なくとも１つの回転センサを取り出すステップと、
取り出された支持体または回転センサを検査するステップと、
支持体または回転センサ、または対応する交換部品を、再度取り付けるステップと、
取り外された基準軸またはその一部を再度、取り付けるステップと、
を備えている。
【００４５】
これにより、測定システムの保守または修理を簡単な方法で実行することができる。連続したステップを実行することにより、エレメントが個々に取り外されて検査され、必要に応じて、修理または交換される。
【００４６】
本発明は、添付図面を参照して実施形態に基づいて、以下の実施例によって説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】風力発電設備を模式的に示す斜視図。
【図２】本発明に係る測定システムの一実施形態の概略図。
【図３】一例として、支持手段を示す概略図。
【図４】ロータブレード内に配置された支持手段の概略図。
【図５】リーディングエッジウェブの斜視図。
【図６】図５のリーディングエッジウェブの拡大詳細図。
【図７】ベアリング手段の別の実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１は、タワー１０２、ナセル１０４を有する本発明に係る風力発電設備１００を示す。本発明に係る３つのロータブレード１０８を有するロータ１０６とスピナ１１０とは、ナセル１０４に設けられている。ロータ１０６は、運転時に、風によって回転運動するように設定され、それにより、ナセル１０４内の発電機を駆動する。回転中、ロータブレード１０８は、ねじれることがある。ロータブレード１０８のねじれを検出して決定するために、測定システムがロータブレード１０８に取り付けられる。
【００４９】
図２では、測定システム１０の構成が概略的に示されている。測定システム１０は、基準軸１２を備えている。基準軸１２は、リーディングエッジウェブ１３上のロータブレード内に配置されている。基準軸１２は、好ましくは、中空シャフトとして形成されており、それにより、低重量が、同時に基準軸の大きな剛性とともに達成される。基準軸１２は、約２５ｍｍの外径および約２１ｍｍの内径を有している。
【００５０】
より良い概観のために、ロータブレードの３つの概略断面部１４，１５，１６のみが示されており、断面部１４は、ロータブレード根部の領域における断面部を概略的に示しており、断面部１５は、ロータブレード中間部の領域における断面部を概略的に示しており、断面部１６は、ロータブレード先端部の領域における断面部を概略的に示している。全体的なより良い明確さのために、特に、ブレード先端付近におけるそのような輪郭を示すことが意図される断面部１６が拡大して示されている。また、断面部１４，１５，１６にそれぞれ点線で示されているのは、断面部１５および断面部１４に対する断面部１６のねじれを示すための輪郭コードである。断面部１５はまた、断面部１４に対してねじられている。その結果、ロータブレードは、ねじられている。
【００５１】
一端では、基準軸１２が、回転自在に固定される方法で、シャフトシート１８に固定されている。シャフトシート１８は、その長手方向の軸を中心とする基準軸１２の回転運動を防止する。示されている例示的な実施形態では、基準軸１２は、回転自在に固定される方法で、ロータブレード根部の領域に固定されている。基準軸１２に沿って、リーディングエッジウェブ１３において基準軸１２を固定する別の軸受けが設けられている。別の軸受けは、基準軸１２を案内するが、回転自在に堅固に固定する方法でそれを固定しない支持手段２２（図３参照）によって形成されている。その結果、ロータブレードのねじれがある時に、基準軸１２がねじれることなく、ロータブレードが基準軸１２を中心としてねじれることができる。
【００５２】
基準軸１２に沿って、多数の回転センサ２０が配置されている。回転センサ２０は、単に、概略的に示されている。回転センサ２０は、基準軸１２上のマーカエレメントおよびリーディングエッジ１３上のピックアップを用いて固定することができる。
【００５３】
図２はまた、断面部１４，１５，１６が異なる程度でねじられていることを示している。基準軸１２に沿って配置された多数の回転センサ２０を用いて、結果として、異なる大きさのねじれ角度を持つロータブレードの領域も決定される。
【００５４】
図３は、支持手段２２の概略図を示している。このような支持手段２２は、リーディングエッジウェブ１３またはロータブレードのいくつかの他の構造的要素において、基準軸１２を配置し、案内し、支承することに使用される。支持手段２２は、ほぼ管として形成されている。好ましい支持手段２２の内径２４は、約３０ｍｍであって、結果として、好ましい基準軸１２の外径よりも約５ｍｍ大きい。この結果、基準軸１２を中心とするロータブレードの自由な回転は、ほとんど摩擦なしで可能となる。好ましい支持手段２２の外径２６は、約３５ｍｍである。好ましい支持手段２２の長さは、約２５０ｍｍである。
【００５５】
図４は、リーディングエッジ１３上に配置された支持手段２２を示している。リーディングエッジ１３は、上部フランジ３０および下部フランジ３２を有している。支持手段２２は、リーディングエッジウェブ１３上に基準軸１２を配置するために、上部フランジ３０と下部フランジ３２との間に固定されている。基準軸１２の大きな曲げ撓みを防止するために、基準軸１２を支承するために、リーディングエッジウェブ１３に沿って約２０００〜約２５００ｍｍの間隔で支持手段２２が設けられている。
【００５６】
図５は、ブレード根部領域５１からブレード先端領域５２までの斜視図におけるリーディングエッジウェブ１３を示している。上部フランジ３０と下部フランジ３２とは、特に、ブレード先端領域５２に向かって飲み形成されている。
【００５７】
図６は、リーディングエッジウェブ１３のブレード先端領域５２の図５からの拡大図を示している。そこでは、嵌合部品６０が上部フランジ３０と下部フランジ３２との間に固定されており、回転自在に堅固に固定されるように、基準軸１２を受けている。この点で、これは図２と比較して異なる実施形態を示している。よって、嵌合部品６０は、基準軸１２のシャフトシートを形成する。嵌合部品６０は、その構造において、図４の支持手段２２と非常に類似しており、基準軸１２は、嵌合部品６０を貫通せず、回転自在に堅固な方法で受けられている。
【００５８】
図７は、支持手段２２の別の実施形態を示している。この場合、基準軸１２には、中空シャフトとして形成された基準軸１２の引っ張り力および剪断力を吸収することができるクランプ部７０が追加的に配置されている。クランプ部７０は、基準軸１２が滑り落ちることを防止するためのものである。クランプ部は、可能な限り、クランプ部７０と支持体との接触が回避されるように、設置されるべきである。実際に接触が起こり、摩擦をできるだけ少なくするためには、この方法で基準軸のねじれを回避するために、クランプ部７０と支持手段２２との間にボールベアリング支持部を設けることが提案される。
【００５９】
それ以外の場合には、簡素化のために、類似しているが必ずしも同一ではない要素に対して示されている実施形態に対して同じ参照符号が使用されることがある。
測定システム１０を装着するために、基準軸１２は、ブレード先端の方向においてリーディングエッジウェブ１３上に押し付けられる。このため、基準軸１２は、好ましくは、それぞれが次々に互いに接続される多数のセグメントによって形成されている。ブレード先端の領域に配置された基準軸１２の端部では、嵌合部品６０が固定的に取り付けられている。締結要素２２は、それが上部フランジ３０と下部フランジ３２との間に締め付けられるまで、リーディングエッジウェブに沿って押し込まれる。よって、締結要素２２は、連動し摩擦係合するようにリーディングエッジウェブ１３に固定されている。よって、この実施形態の場合には、基準軸１２は、回転自在に堅固な方法でブレード先端の領域に装着される。
【００６０】
あるいは、しかしながら、ブレード根部における基準軸１２用の回転自在に固定された支持体を用いて、嵌合部品６０は、ブレード先端において基準軸１２を最終的に支持するだけであるが、基準シャフトの相対回転を可能にする。この場合、嵌合部品６０は、ロータブレードのねじれが生じたとき、嵌合部品６０が基準軸１２を中心に回転するように形成されている。
【００６１】
基準軸１２が取り付けられると、基準軸１２を支持するための別の支持手段２２が次々に押し込まれ、補助管を用いて所定の設定点の位置にもたらされ、定位置にしっかりと押し込まれる。支持手段２２は、アクセスできないロータブレードの領域に固定される。アクセス可能な領域では、支持手段２２は、接着剤で取り付けられる。基準軸１２の最後のセグメントには、基準軸１２の引っ張り力およびせん断力を吸収する図７に示す支持手段２２が設けられていてもよいし、接着剤で取り付けられていてもよい。
【００６２】
上述した位置では、対応する回転センサ２０がそれぞれ設けられている。回転自在に固定された基準軸１２用の支持体の反対の端部にのみ、回転センサ２０が設けられていれば充分である。
【００６３】
リーディングエッジウェブ１３の一端における基準軸１２の固定された拘束は、風力発電設備の運転中にロータブレードの半径に沿って得られるねじれ角度がリーディングエッジウェブに沿って回転センサ２０に直接、伝達されるという効果をもたらす。このような測定システムは、回転センサ２０によって排他的にねじれが検出されるため、ロータブレードのねじれおよび曲げの同時発生には影響されにくい。支持手段２２は、基準軸を固定的に固定しないため、測定システムは、ロータブレードと基準軸１２との熱膨張が異なる影響も受けにくい。システムはロータブレードに恒久的に一体化されているので、ねじれ角度は、風力発電設備の運転中の任意の時点で決定される。その結果、設備の動作状態を監視することができ、その後、ロータブレードおよび／または風力発電設備を設計するために使用されたシミュレーションモデルをチェックし、それによって改善される。その結果、ねじれ角度は、風力発電設備の運転制御を制御するために使用することができる。
【００６４】
ねじれ角度の知識から、本発明に係る一実施形態に従って提案される風力発電設備の動作状態が導き出されることも有利である。さらに、ねじれ角度を用いて、風力発電設備の制御が、運転負荷に関して最適化される。ねじれ角度はまた、風力発電設備によって供給される出力およびロータブレードによって放出される騒音のための基準としても役立つ。
【図１】
2019522798.tif 000003
【図２】
2019522798.tif 000004
【図３】
2019522798.tif 000005
【図４】
2019522798.tif 000006
【図５】
2019522798.tif 000007
【図６】
2019522798.tif 000008
【図７】
2019522798.tif 000009
【国際調査報告】
2019522798.tif 000010
2019522798.tif 000011
2019522798.tif 000012
2019522798.tif 000013
2019522798.tif 000014
2019522798.tif 000015