用于检测转子叶片变形的装置和用于安装该装置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于检测风力发电设备的转子叶片变形的装置以及用于安装该装置的相应设计的方法。
【背景技术】
[0002]风力发电设备的转子叶片经受不同的力，这些力自然导致了转子叶片的变形并且这些力可能激发振动。单是旋转的转子叶片的重力本身已经产生相关转子叶片的周期性的变形。该变形通过其他的另外由空气动力学负载导致的变形叠加。例如，空气动力学负载与风速的高度分布曲线结合风湍流或风暴相关。同样，在每次旋转时由于塔前风阻(Turmvorstau)将脉冲的力导入到转子叶片中。风能设备的转子叶片的变形的程度在任何情况下都难于预测，因此努力寻求将变形程度作为实际值来检测。
[0003]在疲劳损伤的预测方面能够有利的是，基于测量到的变形或者负载在期望的时间点产生关于转子叶片的累加负载的回顾性信息。因此，这种负载值的可用性在短时最大负载或期待的疲劳损伤方面是重要的。此外，在识别了实际变形或实际负载时能够优化风力发电设备的控制，例如通过调节俯仰角(Pitch-Winkel)来优化。
[0004]从DE 19847982A1中已知用于检测风力发电设备的转子叶片的振动的装置，通过该装置在将距离传感器用作线性元件的情况下确定转子叶片的变形。该装置的元件借助于粘接接合固定在叶片壁部处。在上述公开文献中初步指出，粘接部位手工地仅极其耗费地加装在现有的转子叶片上。
【发明内容】
[0005]本发明基于如下目的，实现一种用于检测风力发电设备的转子叶片变形的装置，该装置能够相对简单且精确地安装在转子叶片处，尤其也在空间环境狭窄且困难的安装位置中安装。
[0006]此外通过本发明，实现一种用于将这种装置简单且精确地安装在转子叶片处的方法。
[0007]因此，用于检测风力发电设备的转子叶片变形的装置包括位置测量装置以及臂，位置测量装置具有第一和第二构件组。位置测量装置的第一构件组相对于第二构件组能移动地或者说能围绕轴线摆动地布置，其中通过位置测量装置能够测量第一和第二构件组之间的相对位置。臂与第一构件组机械地耦联并且具有第一粘接面，其如下地设计，使得臂在该第一粘接面处能够与转子叶片持久地连接或者粘接。第二构件组具有第二粘接面，其如下地设计，使得第二构件组能够与转子叶片持久地连接或者粘接。在第二构件组处和/或臂处固定有第一安装元件。用于检测转子叶片的变形的装置还具有第二安装元件，其中第一安装元件能够与第二安装元件能分开地连接并且第二安装元件如下地设计，使得第二安装元件能够粘着地固定在转子叶片处。
[0008]因此，用于检测转子叶片的变形的装置包括至少一对安装元件，其包括第一安装元件和第二安装元件。为了分开这一对或者当装置具有多对安装元件时为了分开多个对，当然需要确定的力。安装元件有利地如下构造，使得用于分开的力大于用于检测转子叶片的变形的装置的重力。以这种方式能够在没有另外的辅助手段的情况下执行装置在转子叶片处的过顶安装(Ueber-Kopf-Montage)。
[0009]在本发明的另外的设计方案中，第二安装元件具有粘接层，从而第二安装元件借助于粘接层粘着地固定在转子叶片处。通过一个粘接层或在存在多个粘接层时通过这些粘接层产生的粘着力也有利地大于用于检测转子叶片的变形的装置的重力。
[0010]根据本发明的改进方案，第一安装元件能够通过尼龙刺粘机构(Klettmechanismus)与第二安装元件能分开地连接。因此，安装元件设计为尼龙刺粘元件，其中共同作用的第一和第二安装元件能够具有蘑菇头元件或钩和搭环。替代地，安装元件能够具有蘑菇头元件和搭环元件的组合。
[0011 ] 有利地，第一构件组相对于第二构件组能围绕轴线摆动地布置。此时，通过在这种情况下也能够称作为角度测量装置的位置测量装置能够测量第一和第二构件组之间的相对角位置。第一粘接面相对于第二粘接面以一个间距来布置。臂以一个关于轴线的径向间距机械地与第一构件组耦联，从而在间距改变时能够在第一和第二构件组之间产生相对的摆动运动。
[0012]即使第一粘接面和第二粘接面之间的连接线没有严格地相对于轴线正交地延伸，尽管如此，只要第一和第二粘接面之间的连接线不是精确地平行于轴线延伸，仍然能够确定与轴线正交的间距。因此，间距与轴线正交的表述应理解为，第一粘接面和第二粘接面之间的连接线具有一个方向分量(相当于垂直于轴线方向的间距)，该方向分量与轴线正交地取向。
[0013]有利地，臂由包括塑料的材料制成。塑料尤其能够是纤维加强的，例如通过玻璃纤维和/或碳纤维来纤维加强。
[0014]在本发明的另外的设计方案中，第一构件组与臂、尤其经由易弯曲的部件铰接地连接，该部件能够设计为固体铰链或者一体的铰链。
[0015]有利地，位置测量装置具有一个或多个滚动轴承以用于使第一构件组相对于第二构件组能摆动地支承。此时，这种支承也用于引导臂。替代地，也能够将滑动轴承或固体铰链用于第一构件组相对于第二构件组的能摆动的支承。
[0016]根据本发明的一个改进方案，位置测量装置具有量具和用于扫描量具的元件。量具能够设计为环形的并且此时在几何上观察是具有环绕的外周面的空心柱。外周面能够具有很小的高度，使得量具设计为具有环形的彼此平行定向的端面的环形盘，端面也能够称为基本面或罩面。角刻度或角编码能够施加在端面中的一个上。
[0017]刚好当量具设计成使得外周面具有相对更大的高度，即在略微鼓形的量具中，能够将角刻度施加在外周面上。但是量具也能够设计为量尺，其例如在柱形体的外周面处固定在其外侧处或其内侧处。
[0018]此外，量具能够如下地设计，使得量具仅在有限的角度范围上具有刻度，即不在360°上延伸，而是仅具有角区段作为测量区域。量具的按角度的延伸能够与最大的测量范围或摆动角度相协调。
[0019]替代地，位置测量装置能够具有量具和用于扫描量具的元件，量具和元件构造用于测量彼此间的线性移动。因此，量具能够构造成线性的并且固定在臂处或者直接地安装在臂处。
[0020]有利地，用于扫描量具的元件设计为光敏的或者感光的。因此，这种扫描是基于光学原理的。
[0021]替代地，扫描能够基于电感或磁性原理。
[0022]位置测量装置尤其能够提供数字的位置信号和/或通过将位置信号按时间求一次或多次微分产生的信号。相关信号的传输能够纯数字地且连续地进行，从而能够相对简单地处理信号，例如以用于结合到高动态的控制中。
[0023]位置测量装置有利地具有带有绝对编码的量具，从而通过位置测量装置能够测量第一和第二构件组之间的相对位置(角位置或线性移动)来作为绝对变量(与递增测量相反)。以这种方式能够在任意时间点测量转子叶片的绝对变形。这尤其对于检验转子叶片的结构中的设定过程(Setzungsvorgang)是有利的。为了这种检验，相关的转子叶片在实际运行之外行驶到水平的位置中。然后在该位置中测量变形。当现在应用绝对工作的位置测量装置时，能够将绝对的测量值直接与上述(同样绝对的)测量相比较。
[0024]本发明的另一方面涉及风力发电设备的转子叶片，其具有用于检测变形的装置。该装置自身包括位置测量装置和臂，该位置测量装置具有第一和第二构件组。位置测量装置的第一构件组相对于第二构件组能移动地或者能围绕轴线摆动地布置，其中通过位置测量装置能够测量第一和第二构件组之间的相对位置。臂与第一构件组机械地耦联并且具有第一粘接面，其中臂在第一粘接面处能够与转子叶片持久地连接。第二构件组具有第二粘接面，第二构件组通过第二粘接面与转子叶片持久地连接。在第二构件组处和/或臂处固定有第一安装元件。用于检测转子叶片的变形的装置还具有第二安装元件，其中第一安装元件能够与第二安装元件能分开地连接并且第二安装元件如下地设计，使得第二安装元件粘着地固定在转子叶片处。
[0025]在转子叶片的另外的设计方案中，转子叶片具有多个用于检测变形的装置。
[0026]有利地，臂沿转子叶片的纵向方向取向，其中转子叶片(至少在其根部的区域中)具有中央地沿纵向方向延伸的纵轴线。
[0027]如果位置测量装置设计为角测量装置，位置测量装置的(摆动)轴线能够基本上相对于转子叶片的纵向方向正交地定向。在此，位置测量装置能够布置成，使得轴线基本上平行于转子叶片的内壁地取向，或者如下地布置，使得轴线基本上相对于转子叶片的内壁正交地取向。因此，臂沿转子叶片的纵向方向取向并且位置测量装置的(摆动)轴线相对于转子叶片的纵轴线切向地或径向地定向。切向的或径向的定向尤其涉及以下圆弧，该圆弧的中点位于转子叶片的纵轴线上。
[0028]此外，用于检测变形的装置能够安装在转子叶片的