[发明专利]用于通过采用光纤的监测设备监测转动元件的变形的方法、和配备有这种设备的风力涡轮机

说明书

本发明属于经受转动运动的部件的老化监测领域。本发明特别涉及监测风力涡轮机的转动元件。更具体地，本发明涉及用于借助于包括作为传感器的光纤的测量设备来监测能够经受转动运动的部件的表面的变形的方法。

已知通过确定静态土木工程结构(例如建筑物、隧道或桥梁)的总变形、即该结构的至少两个较远的点之间的变形来监测静态土木工程结构。这特别允许通过安装在结构的两点之间绷紧的光纤和通过分析经由光纤传输的光信号的变化来进行。例如，文献EP0649000A1描述了一种用于监测建筑物的系统，其包括两个支承板和光纤，所述光纤被紧固到支撑板中的每个并且在它们之间延伸以形成弧形。测量通过光纤的光信号的振幅允许确定该弧形曲率的变化，并因此确定两个支承板的相对位移。

在机器中，一些部件、特别是运动的部件可能断裂。然而，大部分时候，不可能使这些部件配备根据可能的损坏而适当布置的光纤，这可能具有多种变化。例如，不能通过在转子叶片上安装传感器来监测风力涡轮机的转子叶片的变形。对于螺旋桨、活塞和更一般地对于任何运动部件来说同样如此。而且，即使在能够将这些传感器安装在待监测的部件上的情况下，该部件的运动仍然存在几个难点。第一，传感器的测量可能会受惯性力或离心力干扰，或者在适用时受根据配备有传感器的部件的角位置而变化的重力干扰。

第二，在转动部件上安装传感器引入了不平衡性，该不平衡性可能加速部件本身或机构另一部件(例如机械轴承)的老化。最后，通过电导体将测量结果传输到外部设备(例如监测站)是不可能的。当需要大量传感器来监测部件状况时，该测量结果传输问题变得更加困难。

本发明的一个目的特别在于通过提出一种用于监测转动元件的变形的方法来克服上述全部或部分缺点，所述方法对该转动元件的运行和老化具有最小可能的影响并且其本身不受转动运动的影响。为此，本发明基于下述特性，根据该特性，在其中已经开始产生缺陷(例如裂纹)的运动部件在结构中传播周期性应力缺陷以及因此传播变形。实际上，任何裂纹都是以部件中应力的不均匀性或材料的不均匀性为先导的。该不均匀性与部件变形的不均匀性成对出现。当部件转动运动时，该变形不均匀性必然导致在整个部件上产生和分布的动态应力的不均匀性。特别地，部件局部地经受压缩-减压周期，在此期间应力随着时间不同地分布。能够在由于相对容易地安装传感器和由于发生缺陷时该地点能够经受应力变化而被选择为战略地点的结构地点检测部件的周期性变形。因此，在风力涡轮机的转子叶片的情况下，被布置在转子叶片底部圆周的全部或部分上的单个传感器将对转子叶片所经受的、在转子叶片局部和在转子叶片的任何其他点处的任何损坏作出反应。更具体地，本发明的目的在于一种用于监测可能发生在能够经受转动运动的部件的表面上的变形的方法，该方法的特征在于，其包括：

■在光纤的第一端处发射光信号的步骤，所述光纤的至少一段在部件表面的两点之间绷紧，

■测量在光纤的第二端处接收的光信号的特征的步骤，所述特征随着光纤在其端部之间的长度而变化，和

■将所述光信号特征与参考信号进行比较的步骤。

光纤的所述段优选地贴合部件表面的凸起部分，以能够在其整个长度上保持与部件接触。

部件例如是风力涡轮机的或涡轮机的转动元件。其能够特别是机械轴承的套圈。

根据一个具体实施例，使用多根光纤，每根光纤都包括在部件表面的两点之间绷紧的段。在该实施例中，对于每根光纤：

■在第一端处发射光信号，

■测量在第二端处接收的光信号的特征，和

■将所述光信号特征与参考信号进行比较。

优选在每根光纤中同时发射光信号以允许结果被验证。

在第一实施例中，使用两根光纤，第一光纤的绷紧段根据轴对称性相对于第二光纤的绷紧段布置，所述轴对称性的对称轴线为部件的转动运动轴线。

在第二实施例中，表面是旋转表面，该旋转表面的旋转轴线与部件的转动运动轴线重合。随后光纤的绷紧段能够沿着旋转轴线成角度地分布以覆盖旋转轴线的圆周。

本方法还能够包括通过无线连接装置来传输每个所测量的特征、或者所测量的特征和参考信号之间的每个比较结果、或者这些元素中的一部分的步骤。传输步骤能够仅在异常情况下执行，特别地以便限制无线连接装置的电力消耗。实际上，由于部件的转动运动，通常由安装在部件上的电池来供应这些装置。于是限制电力消耗允许延长电池的寿命。此外，还能够提供由部件的运动驱动的发电机以对电池充电。