[发明专利]用于监测风力发电机的法兰联接机构的系统和方法

说明书

本发明涉及用于监测风力发电机的法兰联接机构的系统和方法以及相应的风力发电机。根据本发明，一个或多个监测体(90)被安装在风力发电机的至少一个法兰联接机构的一个或多个螺母(20)和/或螺栓头上，并且利用连接电线(100)形成监测体(90)的一个电路，从而当松动螺母(20)松动螺栓的螺栓头和安装在其上的监测体(90)转动时，至少一个与随同转动的监测体(90)相连的连接电线(100)因在连接电线(100)上增大的拉应力而脱断开，其中当螺母(20)或螺栓松动时通知该法兰联接机构中有缺陷。

本发明涉及用于监测风力发电机的尤其是动态高荷载法兰联接机构的系统和方法。本发明还涉及风力发电机。

风力发电机是承受剧烈动态载荷的机器，在机器结构中有一般仅很少出现的10⁹载荷变换振动循环数。这种动态导致很严重的材料疲劳。但出于后勤考虑，风力发电机的主要部件只能在施工现场安装。这意味着来自风机转子的整个载荷须通过可分离联接机构、通常是带螺栓的法兰联接机构来传递。高荷载法兰联接机构包括塔法兰、塔头座、轴和传动机构的支座、转子轴和转子毂的联接机构以及转子叶片借助叶片轴承与转子毂的联接机构。法兰联接机构具有不可避免的呈螺栓孔形式的薄弱点。

例如转子叶片轴承是转子叶片在转子毂上的叶根侧固定结构。所述构件在风力发电机运行中承受高载荷并在损伤情况下可能导致乃至转子叶片飞出的重大问题。

转子叶片轴承的典型构造具有两个通过滚子可转动相连的轴承环，每个轴承环配设有用于容纳联接螺栓或转子叶片联接销栓的钻孔。钻孔同时是转子叶片轴承的薄弱点。

转子叶片轴承的检查因为其难以接近而是很复杂的并且仅可有限地实现。因此，转子叶片轴承开裂(如果有)在其造成转子叶片轴承失效之前很难被确定。类似情况也适用于风力发电机的其它法兰联接机构。

与此相关，从本申请人的以公开号DE 10 2013 218 845A1公开的德国专利申请中知道了用于监测风力发电机的动态高荷载法兰联接机构的装置和方法。该装置包括形状配合和/或力配合地抵接螺栓头或螺栓螺母地可安装的监测体，监测体具有用于螺栓头或螺母的中央容座。监测体是一种“螺母帽”并设计成在设于中央容座内的螺栓头或螺母损伤或毁坏时将受损。在监测体上设有传感器，该传感器设计用于确定监测体结构完整性。

通过借助“螺母帽”的监测，可以在出现致命的轴承开裂时启动自动设备关停，这样的轴承开裂在转子叶片轴承中在最糟糕情况下可能导致叶片飞出。在此情况下，开裂的螺母或螺栓头被用作法兰联接机构开裂或轴承开裂的指示。转子叶片轴承中的裂纹例如造成转子叶片螺栓和拧固在其上的螺母在轴承开裂时超比例地承受载荷，因而这导致在叶片螺母或或许螺栓头中的裂纹。也可能出现叶片螺母被转子螺栓擦伤。相应情况也适用于风力发电机的其它失效的法兰联接机构。监测选项作为Senvion CMBB状态监测被用在风力发电机中。

与此相比，本发明基于如下目的，改善风力发电机的法兰联接机构的监测。

该目的通过一种用于监测风力发电机的法兰联接机构的系统实现，其包括具有多个相互相邻安置在法兰的多个孔中且用螺母和/或螺栓头被固定的螺栓的法兰联接机构以及多个监测体，所述监测体以形状配合接触和/或力配合接触的方式安装在多个尤其彼此相邻的螺栓的螺母和/或螺栓头上，其中，这些监测体通过连接电线彼此相连而形成一条电路尤其是串联电路，该系统被如此改进，如此选择该监测体在螺母和/或螺栓头上的布置和连接电线长度，即当松动螺母或松动螺栓的螺栓头和安装在其上的监测体转动时，至少一个与随同转动的监测体相连的连接电线因在连接电线上的增大的拉应力而脱开，尤其当超出拉应力极限值时。根据本发明，通过连接电线的脱开而在与该电路相连的控制装置或操控装置中触发故障报警。

借此保证在整个法兰联接机构失效可能发生之前，提前发现高荷载法兰联接机构的个别螺栓的预紧力损失。在这种法兰联接机构中的预紧力损失个别出现在风力发电机中并可能不仅归结于使用错误如错误安装或错误预紧方式，也归结于比如由结构决定的过载荷造成的材料缺陷或结构缺陷。