具有测量装置的风力发电设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种风力发电设备，具有附带至少一个垂直于转动轴线(7)延伸的转子叶片(9、10、18)的转子(6)、相对于所述转子(6)固定安置的、支承在塔筒(3)上的机舱(4)，并且还具有至少一个用于测量所述风力发电设备(1)的一个或多个伸长的构件的变形的测量装置(28)，其中，所述测量装置(28)被安置在风力发电设备(1)的构件内部的至少一个空腔(24)内，所述测量装置是具有与其间隔安置的反射装置(25)的发射/接收装置的部件，所述测量装置支承在固持装置(35)内，该固持装置(35)固定在所述空腔(24)的对置面上，并且所述固持装置还具有用于相对该固持装置(35)对测量装置(28)的定向面(34)进行精确校准和定向的调节设备。本发明还涉及一种用于校正和定向风力发电设备的测量装置的方法。
【专利说明】具有测量装置的风力发电设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种风力发电设备，具有附带至少一个垂直于转动轴线延伸的转子叶 片的转子、相对于所述转子固定安置的、支承在塔筒上的机舱，并且还具有至少一个用于测 量所述风力发电设备的一个或多个伸长或细长的构件的变形的测量装置，其中，所述测量 装置被安置在风力发电设备的构件内部的至少一个空腔内，所述测量装置是具有与其间隔 安置的反射装置的发射/接收装置的部件，所述测量装置支承在固持装置内，该固持装置 固定在所述空腔的对置面上，并且所述固持装置还具有用于相对该固持装置对测量装置的 定向面进行精确校准和定向的调节设备。此外，本发明还涉及一种用于校正和定向根据上 面所述的风力发电设备的测量装置的方法。
【背景技术】
[0002] 对于运行时所产生的负荷和风力发电设备的构件的变形的测量主要通过测量装 置来进行，该测量装置是至少一个发射/接收装置和与之间隔安置的反射装置的部件。信 号被从发射装置向反射器发射，并且被反射器反射，并朝向同样与反射器间隔安置的接收 装置发射。在接收器内评估反射信号，并且必要时通过计算单元将反射信号转换为测量值。
[0003] 所述测量装置能够例如是所谓的以激光器、摄像机或类似装置形式的无接触的间 隔测量装置。所述信号能够是光学_、声纳_、激光-或电磁信号。所述发射器能够主要是 所谓的猫眼反射器，该猫眼反射器围绕在风力发电设备内的安装点上相应的轴线、例如关 于在转子叶片内的叶片轴线或者在塔筒内的塔筒轴线对称地安置。
[0004] 风力发电设备的构件能够是具有坚立的转子叶片的转子、与转子对置固定的机舱 (也被称为吊舱）或者设备的塔筒，在塔筒的上端部能转动地相对于塔筒支承吊舱。测量装 置能够伸入上述构件的空腔内而被安置。
[0005] 由于空气动力学荷载而在发射面上出现的标记的偏移由此能够被测量装置检测 至IJ，并且进行评价。
[0006] 为了精确地确定空气动力学荷载，在进行实际的测量之前需要将测量装置的定向 面在发射/接收单元和反射器之间进行精确地定向和校正，以便避免测量地点和测量区域 的影响。目的是，在测量装置内能使用的测量区域与在测量地点上的变形相适配。因此，测 量装置被安置在固持装置内，该固持装置被固定在空腔内对置的侧面上，并且具有用于相 对固持装置进行精确校准和定向所述定向面的调节设备。在装配期间为了平衡测量装置的 调节，需要固持装置的可调节性。在完成定向和校准后，测量装置固定地相对于发射器的定 向面而固持。因此，发射器所有后续的运动都是根据由于设备的构件受到空气动力学荷载 而发生的变形而动，这些运动应该被测量。
[0007] EP2453136A示出一种在风力发电设备的转子的空腔内的用于测量变形、尤其是设 置在转子上的转子叶片的变形的测量设备的定向-和校正装置。测量装置的发射/接收装 置安装在壳体内，该壳体固定在转子的空腔的固持装置上，其中，固持装置设计为在三点支 承上具有中间空间的中间板。能够通过调节在压弹簧的垫片下的固定螺栓对每个支承位置 进行调节。在中间板的附加螺栓孔中设置埋头螺栓，并且在校正壳体后接触到定向面，该定 向面与具有中间空间的中间板相对置。
[0008] 上述定向-和校正装置的缺点在于，螺栓的调节分别对于对个支承位置附加地和 之后必须需要埋头螺栓的精确定位。此外，所述的至少三个支承位置必须相互关联。因此， 测量装置的校正和定位是相当昂贵的，并且能够导致不精确性，从而可能使得基于校正和 定向而得的测量结果不准备或不正确。
【发明内容】
[0009] 本发明所要解决的技术问题在于，在具有用于测量单个设备构件的变形的测量装 置的风力发电设备中，提供一种用于该测量装置的固持装置，该固持装置具有用于相对于 固持装置精确校准和定向测量装置的定向面的调节装置。
[0010] 所述技术问题通过一种风力发电设备所解决，其具有附带至少一个垂直于转动轴 线延伸的转子叶片的转子、相对于所述转子固定安置的、支承在塔筒上的机舱，并且还具有 至少一个用于测量所述风力发电设备的一个或多个伸长或细长的构件的变形的测量装置， 其中，所述测量装置被安置在风力发电设备的构件内部的至少一个空腔内，所述测量装置 是具有与其间隔安置的反射装置的发射/接收装置的部件，所述测量装置支承在固持装置 内，该固持装置固定在所述空腔的对置面上，并且所述固持装置还具有用于相对该固持装 置对测量装置的定向面进行精确校准和定向的调节设备，所述调节设备在其支承位置上具 有偏心转动设备，借助该支承位置所述测量装置支承在固持装置内，并且通过所述偏心转 动设备的转动能够对所述测量装置相对于测量装置的定向面进行定向和校正。此外，所述 技术问题还被一种用于校正和定向根据上面所述的风力发电设备的测量装置的方法所解 决，通过偏心转动设备的转动将所述测量装置在水平和垂直方向上定向。
[0011] 根据本发明的风力发电设备具有作为相对于测量装置的固持装置能够调节测量 装置的定向面的调节设备的偏心转动设备，借助该偏心转动设备将测量装置支承在固持装 置内，并且能够相对于定向面定向或校准。偏心转动设备在支承位置上包括安装在轴上的 控制盘，该控制盘的中心点位于轴线外，其中，转动运动转换为用于调节测量装置的线性运 动。偏心装置在其支撑位置上的转动沿相同和/或相应相反的方向作用，从而固持装置以 及测量装置能够被精确地在期望的垂直和水平面内定向。
[0012] 这种通过转动引发的同时垂直和水平作用的距离调节设备与已知的借助固定螺 栓、压弹簧和埋头螺栓直接线性调节的三点支承装置相比、更容易被操作。因此，该测量装 置能够在事先被校准和调节后更精确和准确地用于风力发电设备的构件的变形的测量。
[0013] 在本发明的有利实施例中，偏心转动设备具有偏心盘（该偏心盘具有调节轮）、至 少一个具有所配属的球底垫圈（Kegelpfanne)的球面垫圈和夹紧螺栓，其中有利地在每个 支承位置之前和之后设置球面垫圈和球底垫圈对。当夹紧件不能与非平行的平面相匹配 时，借助球面垫圈或者球底垫圈装置在每个支承位置进行水平和垂直地调节。一旦在垂直 和水平面调节测量装置，就将偏心盘固持使其不能转动。这能够例如通过安置在壳体上的 螺纹销钉进行。偏心盘有利地在其支承位置上设计为具有角度标记或者其它适合标记的调 节轮，借助该调节轮甚至能够对测量装置进行预设或预先计算的手动调节或远程调节。
[0014] 在本发明的另一个有利的实施例中，测量装置被壳体所包围，该壳体是测量装置 的定向面的一部分。固持装置位置固定地被固定在风力发电设备的构件的安装位置上。借 助安置在支承位置上的偏心转动设备，只有测量装置与壳体一起在水平和/或垂直方向上 运动。
[0015] 壳体设计与测量装置的使用地点相适配。壳体的支承在纵向上借助安置在固持装 置上的与之相对置的固定法兰来实现，该固定法兰优选被安置在固持装置的两个侧面上。 优选在壳体内共同地安装测量装置的发射和接收装置。这种设计节省了用于发射器或接收 器的附加的调节-和校正装置。固持装置能够具有任意形状，例如设计为具有在每个支承 点上垂直于定向面安置的固定法兰的板件和设计为具有偏心转动设备的单独件的支承装 置。
[0016] 在固持装置的其它固定法兰上，垂直于支承方向和优选对置地能够安置其它的调 节设备，这些调节设备用于提高测量装置的位置稳定性。对于这种调节结构，但是不需要偏 心转动设备。这种调节设备在此包括具有锁紧螺母的调节螺栓。因此，测量装置的定向面 能够大概地在其垂直位置上被预先调节。在经过校正和定向后通过在支承位置上的偏心转 动设备随后通过拉紧锁紧螺母牢靠地和抗震地固定最终位置。
[0017] 固持装置能够设计为板形的固定法兰。在本发明特别有利的改进方案中，固持装 置具有与定向面对置的缺口，其中，测量装置能够将其后侧部分地或者全部地进入该缺口 中。通过这种框架式的装置能够将安置在后面的电供应线和控制线在不负面影响定向面的 情况下相连接。此外，通过这种措施能够扩大测量装置的定向区域和校正区域。
[0018] 用于测量伸入风力发电设备的构件的变形的测量装置优选安置在设备的一个或 多个转子叶片的空腔内，并且作为叶片传感器。因此，借助测量装置能够确定横向于转动轴 线的转子叶片的叶片变形或者转子的挠曲。此外，所测量的变形是风力发电设备的空气动 力学荷载的指标。如果将测量装置安置在塔筒的空腔内，能够因此评估在运行时塔筒振动 和这种振动在设备的转子负载上的作用。
[0019] 测量装置有利地设计为光学测量装置，其中，发射装置被校正和定向通过反射装 置指向接收装置，并且将发射/接收装置设计为摄像机。接收器包含至少一个投影光学装 置，该装置将反射装置在接收器或者传感器上成像。在根据本发明地进行摄像机位置的定 向和校正后，能够将反射器图像的偏移解释为转子叶片的弯曲。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 结合下面的实施例对本发明进行更详细地阐述。
[0021] 图1示出风力发电设备的示意图。
[0022] 图2示出具有安置在转子叶片内的测量装置的根据图1所示风力发电设备的转子 的示意性局部视图。
[0023] 图3示出根据图2所示测量装置的立体图。
[0024] 图4示出根据图2所示装置的前视图。
[0025] 图5示出根据图2所示装置的俯视图。
[0026] 图6示出沿着剖切线A-A剖切图4所示装置所得的剖面图。
[0027] 图7示出图4所示装置的侧视图。
【具体实施方式】
[0028] 由图1已知风力发电设备1，其中，在基座2上坚立的塔筒3在其背离基座2的端 部上与机舱4相连接。在机舱4内安置机器支架5,在该支架上转子6能够绕着转轴7能转 动地支承，转子6具有轮毂8和与之相连接的转子叶片9和10,它们各自相应地能绕着它们 的叶片轴11、12相对于转子轮毂8转动。每个转子叶片9和10与调节驱动装置13、14机 械式地相耦连，借助调节驱动装置能够使得相应的转子叶片9、10绕着所配属的叶片轴11、 12转动，并且机械式地与电发电机16相耦连，该电发电机被安置在机舱4内，并且固定在机 器支架5上，并且将作用在转子叶片上的风力15大部分转换为电能。为了控制风力发电设 备1的运行，设置高级的风力发电设备控制装置17,借助该风力发电设备控制装置还控制 调节驱动装置13和14。
[0029] 图2示出沿图1的视线方向观察转子6所得的示意性局部示图，其中，第三转子叶 片18借助叶片轴承19能转动地支承在转子轮毂8上。转子叶片9和10同样地具有叶片 轴承21和22,如图2所示。在图1中转子叶片18被转子轮毂8所遮盖。和转子叶片9和 10 -样，转子叶片18也与示意性示出的叶片角调节驱动装置27机械式耦连，并且借助该叶 片角调节驱动装置能够绕着叶片轴20转动。
[0030] 图2还示出用于测量风力发电设备1的转子叶片的变形的测量设备31，该测量设 备全部或者部分地集成在转子6内。借助设备31可测量转子叶片18的气体动力学荷载。 固定在叶片轴承19上的转子叶片18的端部被标记为叶片根部23。
[0031] 测量设备31以光学系统为基础来工作，并且包括设计为摄像机的测量装置28,该 测量装置28作为组合的发送和接收装置将光学信号29、30向安置在转子叶片18的空腔内 的反射器25发送，该反射器25与接收来自摄像机28的信号的叶片根部23有一定的距离， 发射器25在其朝向到来的信号的表面26上发生反射，并且该反射器随后将信号返回摄像 机28。由光源产生的光束29 (信号）在反射器25上形成光学标记，该光学标记随着叶片变 形而在反射面26上空间上地移动。移动的标记通过发射的光束30被记录在摄像机28内。 变形的数据被传递到与摄像机28相连接的计算-和信号加工装置32上，并且转化为测量 值，该测量值作为调节量被用于叶片角调节驱动装置27和通过未示出的与风力设备控制 装置17的连接用于其它运行参数。
[0032] 摄像机28被安置在叶片轴承19的区域内，并且具有固定在叶片根部23上的参考 点。因此避免了在测量过程中可能的摄像机移动而影响测量结果。在反射器25上出现的 信号在其表面26上产生标记。由于空气动力学荷载使得叶片18变形，其中，该变形引起所 述标记在发射器表面26上的移动。这种移动被记录在测量装置28内。
[0033] 测量装置或摄像机28的细节将在下面结合图3和之后的附图来详细阐述。为了 得到更好地保护，将摄像机28安置在具有沿反射器25的方向指向的定位面34的壳体33 内。此外，该壳体33还具有固持装置35,该固持装置借助例如固定螺栓36或者以其它方式 在转子叶片18的空腔24内与叶片根部23固定连接。
[0034] 摄像机28沿纵向方向支承在借助两个安置在固持装置35内的、相互对置的固定 法兰37上，该固定法兰在固持装置35的两个侧面上朝向反射器25的方向突出。横向于支 承方向并且对置地借助具有锁紧螺母的调节螺栓39安置两个附加的调整装置38。通过这 种布置，能够对摄像机28的定向面在它的垂直位置上进行粗略地预先调节。
[0035] 在要测量转子叶片18的变形之前，由于空气动力学的影响，需要对摄像机28相对 于固持装置35进行精确地定向和校正。在安装期间为了补偿摄像机的调节需要固持装置 的可调节性。在成功地定向和校正后，摄像机被相对于所从属的反射器的定向面而固定。因 此，反射器25的所有之后的移动都会跟随由于设备的构件的空气动力学荷载而引起的变 形，该变形应该被测量。
[0036] 根据本发明，摄像机28的定向性和校正通过在具有固持装置的摄像机壳体33的 两个支承位置上的偏心转动设备41而进行。因此，通过偏心转动设备41的转动能够相对 于位置固定的固持装置35在全部方向上调节摄像机28的定向面34,如图6和7所示。在 校正和定向之后，接着通过偏心转动设备41在支承位置上通过拉紧锁紧螺母而牢靠地和 抗震地确定最终的位置。
[0037] 固持装置35不被设计为平板，而是具有与定向面34对置的缺口 42。缺口 42的尺 寸如此设计，能够将壳体33的后面局部或全部进入缺口 42内。通过壳体的这种框架式布 置，能够使得安置在摄像机28的后面的电供应线和控制线在不负面影响定向面34的情况 下联接。
[0038] 图4示出图2所示装置的前视图，该装置由摄像机28、壳体33和固持装置35所组 成，固持装置具有两个侧向安置在支承位置上的偏心转动设备41和与之垂直的、对置安置 的具有调节螺栓39和锁紧螺母40的调节设备38。
[0039] 偏心设备的调节机构以及设备41的构造在图5和6中可以看出。图5示出根据 图2所示装置的俯视图。在该视图中，能够明显地看出在垂直面内借助偏心转动设备41的 调节可能性。
[0040] 图6示出图4所示摄像机28的调节可能性在水平面内沿剖切线A-A所得的剖切 面。图7示出图2所示装置的侧视图。偏心转动设备41在每个支承位置上具有设计为调 节轮的偏心盘46,该偏心盘借助夹紧螺栓43与固持装置35的侧向固定法兰37相连接。在 每个支承位置之前和后相应地设置球面垫圈对和球底垫圈对，其中球面垫圈用附图标记44 表示，并且所属的球底垫圈用附图标记44标记。通过偏心盘46的旋转调整球面垫圈相对 于球底垫圈45的位置，此操作通过设计为螺纹销的止动螺栓47来保证，该止动螺栓垂直于 夹紧螺栓43来布置。
[0041] 通过偏心转动设备的布置，借助两个偏心盘46的转动沿着相同或相反方向将摄 像机28水平和垂直地定位。在实现摄像机28的水平和垂直定位后，两个偏心盘46通过两 个止动螺栓47来被止动而不能转动。在两个对置的调节设备38上，通过转动调节螺栓来 在水平方向上调节摄像机28,并且借助锁紧螺母40来使其停止转动。如果摄像机28被正 确地调节，所述两个夹紧螺栓43在偏心转动设备上被拧紧。附加地还能够使两个偏心盘46 借助两个止动螺栓47来止动而使其不能转动。
[0042] 附图标记列表
[0043] 1 风力发电设备
[0044] 2 基座
[0045] 3 塔筒
[0046] 4 机舱
[0047] 5 机器支架
[0048] 6 转子
[0049] 7 转动轴
[0050] 8 转子轮毂
[0051] 9 转子叶片
[0052] 10 转子叶片
[0053] 11 叶片轴
[0054] 12 叶片轴
[0055] 13 叶片角调节驱动装置
[0056] 14 叶片角调节驱动装置
[0057] 15 风力
[0058] 16 发电机
[0059] 17 风力发电设备控制装置
[0060] 18 转子叶片
[0061] 19 叶片轴承
[0062] 20 叶片轴
[0063] 21 叶片轴承
[0064] 22 叶片轴承
[0065] 23 叶片根部
[0066] 24 空腔
[0067] 25 反射器
[0068] 26 表面
[0069] 27 叶片角调节驱动装置
[0070] 28 测量装置，摄像机
[0071] 29 信号曲线
[0072] 30 信号曲线
[0073] 31 测量装置
[0074] 32 信号加工单元
[0075] 33 壳体
[0076] 34 定向面
[0077] 35 固持装置
[0078] 36 固定螺栓
[0079] 37 固定法兰
[0080] 38 调整装置
[0081] 39 调节螺栓
[0082] 40 锁紧螺母
[0083] 41 偏心转动设备
[0084] 42 缺口
[0085] 43 夹紧螺栓
[0086] 44 球面垫圈
[0087] 45 球底垫圈
[0088] 46 偏心盘
[0089] 47 止动螺栓
【权利要求】
1. 一种风力发电设备，具有附带至少一个垂直于转动轴线（7)延伸的转子叶片（9、10、 18)的转子（6)、相对于所述转子（6)固定安置的、支承在塔筒（3)上的机舱（4)，并且还 具有至少一个用于测量所述风力发电设备（1)的一个或多个伸长的构件的变形的测量装 置（28)，其中，所述测量装置（28)被安置在风力发电设备（1)的构件内部的至少一个空腔 (24)内，所述测量装置是具有与其间隔安置的反射装置（25)的发射/接收装置的部件，所 述测量装置支承在固持装置（35)内，该固持装置（35)固定在所述空腔（24)的对置面上， 并且所述固持装置还具有用于相对该固持装置（35)对测量装置（28)的定向面（34)进行 精确校准和定向的调节设备（41、38)，其特征在于，所述调节设备（41、38)在其支承位置上 具有偏心转动设备（41)，借助该支承位置所述测量装置（28)支承在固持装置（35)内，并 且通过所述偏心转动设备（41)的转动能够对所述测量装置（28)相对于测量装置的定向面 (34)进行定向和校正。
2. 根据权利要求1所述的风力发电设备，其特征在于，所述偏心转动设备（41)在每个 支承位置上包括具有调节轮的偏心盘（46)、至少一个具有从属的球底垫圈（45)的球面垫 圈（44)和夹紧螺栓（43)。
3. 根据权利要求1或2所述的风力发电设备，其特征在于，所述测量装置（28)被壳体 (33)所包围，所述壳体在纵向方向上借助对置的、安置在固持装置（35)的侧面上的固定法 兰（37)被支承，并且所述壳体是测量装置（28)的定向面的一部分。
4. 根据权利要求1至3之一所述的风力发电设备，其特征在于，所述发射-和接收装置 都被包括在所述壳体（33)内。
5. 根据上述权利要求之一所述的风力发电设备，其特征在于，所述固持装置（35)位置 固定地安置在风力发电设备（1)的构件的安装地点上，并且测量装置（28)与壳体（33) - 起能够相对于固持装置（35)在水平和/或垂直方向上进行调节和校正。
6. 根据上述权利要求之一所述的风力发电设备，其特征在于，所述测量装置（28)在与 固持装置（35)的支承方向垂直和对置的方向上分别具有附加的调整装置（38)。
7. 根据权利要求6所述的风力发电设备，其特征在于，所述附加的调整装置（38)分别 包括具有锁紧螺母（40)的调整螺栓（39)。
8. 根据上述权利要求之一所述的风力发电设备，其特征在于，所述固持装置（35)具有 缺口（42)，该缺口与定向面（34)对置，并且能够被测量装置（28)的后侧部分地或全部地进 入。
9. 根据上述权利要求之一所述的风力发电设备，其特征在于，所述伸长的构件包括转 子叶片（9、10、18)和/或设备的塔筒（3)。
10. 根据上述权利要求之一所述的风力发电设备，其特征在于，所述测量装置（28)包 括具有作为发射_/接收装置的摄像机（28)的光学测量装置。
11. 一种用于校正和定向根据权利要求1至10之一所述的风力发电设备的测量装置的 方法，其特征在于，通过偏心转动设备（41)的转动将所述测量装置（28)在水平和垂直方向 上定向。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，借助偏心盘（46)的转动能在相同或相 反方向上进行所述转动。
13. 根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述测量装置（28)的定向和校正 通过测量装置（28)或壳体（33)相对于位置固定的固持装置（35)的转动运动来进行。
14. 根据权利要求11至13之一所述的方法，其特征在于，在定向后借助夹紧螺栓（43) 将偏心盘（46)固定而不能转动。
15. 根据权利要求11至14之一所述的方法，其特征在于，通过转动在调整装置（38)上 的两个调整螺栓（39)来在垂直方向调节所述测量装置（28)，并且借助锁紧螺母将测量装 置固持在调节位置上。
16. 根据权利要求11至15之一所述的方法，其特征在于，所述发射装置通过反射装置 (25)相对于接收装置进行校正和定向。
【文档编号】F03D7/00GK104121145SQ201410167799
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2013年4月24日
【发明者】N.科丁 申请人:Ssb风系统两合公司