Método de calibración de sensores en un aerogenerador (1) que comprende una torre (2),

unas palas (5), un buje (4) y una góndola (3), caracterizado por emplear el peso propio del conjunto de componentes (3, 4 y 5) soportados por la torre (2) y por comparar las señales de unos sensores a lo largo del giro de la góndola (3), para verificar la correcta fijación a la torre de cualquier elemento (7) susceptible de ser monitorizado, el correcto funcionamiento de los sensores que monitorizan dichos elementos (7) o la propia torre (2), y para su calibración

Método de calibración de sensores en un aerogenerador.

Campo de la invención

En la presente invención se desarrolla un método de calibración de sensores en un aerogenerador, aplicable cuando la góndola del aerogenerador puede girar alrededor del eje de la torre y cuando el centro de gravedad del conjunto de componentes soportados por la torre se emplaza en un punto no coincidente con el eje de dicha torre.

Antecedentes de la invención

El tiro de pala o el tirón de grúa son actualmente los métodos contemplado en el estado de la técnica para calibrar los sensores y el camino de su señal, en las palas, la torre o la estructura de un aerogenerador. El método consiste en aplicar gradualmente una fuerza conocida, para hallar la expresión de calibración con la que leer las tensiones o las micro-deformaciones en las piezas monitorizadas. En el caso que nos atañe, el tirón de grúa se basa en tirar de un cable conectado por un lado a la parte superior de la torre del aerogenerador y por el otro a un camión grúa. A continuación se calculan las cargas teóricas en las secciones monitorizadas de la torre a partir de la tensión del cable, su ángulo de inclinación respecto a la horizontal y las propiedades tanto del cable como de la torre, y se calibra la ganancia y la compensación de cada sensor para que sus señales eléctricas ante una misma tensión o deformación sean de la misma magnitud y varíen en la misma proporción que la tensión o micro-deformación real de la torre. Sin embargo, aunque teóricamente resulta un método aparentemente sencillo, llevar a la práctica el tiro de pala o el tirón de grúa requiere un despliegue técnico considerable y devuelve unos resultados poco precisos.

La presente invención, simplifica los métodos para calibrar los sensores y permite comprobar la fijación y el funcionamiento de cualquier elemento susceptible de ser monitorizado, acoplado a la torre de un aerogenerador. Al mismo tiempo evita el despliegue de grúas, cables y demás equipos ajenos al aerogenerador, reduce el tiempo de las operaciones y obtiene calibraciones más precisas.

Hay que destacar que el método de calibración de sensores en un aerogenerador emplea diversos dispositivos ya constatados en el estado de la técnica, tales como transductores, sensores de galgas extensiométricas, sistemas de monitorización de los sensores, sistemas de adquisición de datos, etc. del estilo de los que se contemplan en la publicación WO02/079645A1, donde se monitorizan las oscilaciones en la base de la torre mediante un conjunto de sensores y dispositivos que recogen, traducen y procesan las señales durante el funcionamiento del aerogenerador. Sin embargo no se ha encontrado documentación relativa a métodos de calibración de sensores en este tipo de aerogeneradores, similares a la invención que se expone a continuación.

Sumario de la invención

Los aerogeneradores actuales están formados por una torre sobre la que sitúa una góndola, un buje y un conjunto de palas que transforman la energía eólica en mecánica, y posteriormente en eléctrica. Para aprovechar el máximo de energía eólica, la góndola gira alrededor del eje de la torre y orienta las palas en la dirección que sopla el viento.

La disposición de la góndola, el buje y las palas sobre la torre hace que, bien por concepción o por tolerancia del montaje, el centro de gravedad del conjunto de estos componentes recaiga en un punto no coincidente con el eje de la torre. Por lo tanto, la torre del aerogenerador está constantemente sometida a una fuerza de compresión equivalente al peso del conjunto de componentes que sostiene, y a un momento flector proporcional al peso y a la distancia del centro de gravedad de dicho conjunto respecto del eje de la torre. Este hecho, se traduce en que la torre se deforma en dirección al centro de gravedad del conjunto de componentes que soporta, comprimiéndose la zona más cercana a dicho centro de gravedad y sometiéndose a tracción en la zona más alejada, como ocurre por ejemplo con una viga empotrada que se deforma por la aplicación de un momento flector en la base y una fuerza de compresión en el eje.

La tensión o la deformación de la torre se miden mediante un grupo de transductores que incorporan un conjunto de sensores en su interior y que reproducen la deformación en la sección de la torre donde van fijados. Los sensores al ser deformados emiten una señal eléctrica que se relaciona con la tensión o la micro-deformación real de la torre. Esta información, junto con la posición de la góndola en cada momento, se almacena y se procesa en un sistema de adquisición de datos. En caso de una mala fijación de los transductores o una mala calibración de los sensores que éstos incorporan, los datos que recibe el sistema de adquisición de datos no se corresponden con la realidad, y por consiguiente el aerogenerador puede mermar su productividad en base a las alarmas no reales. Por esta razón es importante verificar periódicamente la calibración de los sensores y la correcta fijación de los transductores a la torre. Durante el proceso que se describe a continuación, la información recogida en el sistema de adquisición de datos se vuelca a un ordenador, y dicho ordenador envía instrucciones al sistema de control para girar la góndola y para fijar las variables de los sensores.

A partir de un aerogenerador con al menos dichas características, el método de la presente invención, propone dar al menos un giro completo a la góndola alrededor del eje de la torre para generar una deformación en cada punto monitorizado que varíe de forma pseudo-sinusoidal en función de la posición del centro de gravedad de los componentes soportados por la torre a lo largo del giro. Posteriormente se comparan las señales registradas a lo largo de los giros por cada elemento monitorizado, con las de todos los elementos monitorizados y con las tensiones o deformaciones teóricamente calculadas en la sección de la torre donde se ubican los sensores, y tal como se detalla a continuación, se comprueba la correcta fijación de dichos elementos monitorizados y se calibran los sensores.

Descripción de las figuras

La figura 1a muestra en perspectiva el lugar geométrico donde se sitúa el centro de gravedad del conjunto de componentes soportados por la torre de un aerogenerador, y la figura 1b muestra en planta el plano formado por el eje de la torre y el centro de gravedad del conjunto de componentes dispuestos sobre la torre, y el plano formado por un elemento monitorizado y el eje de la torre.

La figura 2 contempla el proceso de calibración y de comprobación de la fijación de elementos solidarios a la torre de un aerogenerador según la realización preferencial de la invención.

La figura 3a describe la evolución de la señal en cada elemento monitorizado a medida que se gira la góndola alrededor del eje de la torre tras una primera calibración, y la fig. 3b describe la evolución de las señales, tras una segunda calibración.

Descripción detallada de la invención

Tal y como se muestra en la figura 1a, el aerogenerador (1) comprende una góndola (3), un buje (4) y un conjunto de palas (5) ubicados sobre la torre (2) del mismo. El centro de gravedad (6) de los componentes (3, 4 y 5), se sitúa en un punto no coincidente con el eje (8) de la torre, y por lo tanto el peso de los componentes (3, 4 y 5) produce un momento flector y una fuerza de compresión que deforma la estructura de la torre (2). Esta deformación es registrada por un conjunto de sensores, transductores ó elementos monitorizados (7) fijados en una o varias sección de la torre (2) que envían la información a un sistema de adquisición de datos no contemplado en la figura 1a. Asimismo, el ordenador (12) se comunica por un lado con el sistema de adquisición de datos para recoger la información de dichos sensores y la posición de la góndola (3), y por otro lado con el sistema de control del aerogenerador (1), tampoco representado, al que envía instrucciones para girar la góndola (3) y para fijar los parámetros de calibración en los sensores.

En la figura 1b se ha definido el plano (9) formado por el centro de gravedad (6) y el eje (8) de la torre; y los planos (10) formados por un elemento monitorizado (7) y el eje (8) de la torre. Por lo tanto, la posición relativa de la góndola respecto a cada elemento monitorizado (7) se fija mediante los ángulos α que se define como el ángulo que abarca desde el plano (9) hasta el plano (10a, 10b, 10c y 10d) de cada elemento monitorizado...

1. Método de calibración de sensores en un aerogenerador (1) que comprende una torre (2), unas palas (5), un buje (4) y una góndola (3) capaz de girar alrededor del eje (8) de la torre, y que emplaza el centro de gravedad (6) del conjunto de componentes (3, 4 y 5) en un punto no coincidente con el eje (8) de la torre, caracterizado porque comprende los pasos de;

• una primera calibración (18) en la que cuando la góndola (3) se encuentra en una posición inicial la señal de todos los elementos monitorizados (7) se iguala a cero

• efectuar al menos un giro (19) de la góndola (3) alrededor del eje (8) de la torre y capturar las señales de los elementos monitorizados (7) en las diferentes posiciones del centro de gravedad (6)

• una primera comparación punto por punto de las señales capturadas durante el giro (19) de la góndola para comprobar (20) la correcta fijación de los elementos monitorizados (7) a la torre (2) y el correcto funcionamiento de los sensores,

• una segunda calibración (23) en la que el valor medio de la señal de los elementos monitorizados (7) a lo largo del giro (19) se iguala al resultado teórico de la tensión o de la deformación causada por la aplicación del peso de los componentes (3, 4 y 5) directamente sobre el eje (8) de la torre

• realizar al menos otro giro (22) de la góndola (3) alrededor del eje (8) de la torre y capturar las señales de los elementos monitorizados (7) en las diferentes posiciones del centro de gravedad (6) durante el giro (22)

• una segunda comparación punto por punto de las señales capturadas durante el giro (22) para comprobar (23) la correcta calibración de los elementos monitorizados (7).

2. Método de calibración de sensores en un aerogenerador según reivindicación 1 caracterizado porque el plano (9) del centro de gravedad solapa al plano (10) de un elemento monitorizado (7) en la posición inicial de la góndola (3) al comienzo del giro (19), y porque cuando hay un número impar de elementos monitorizados (7), o bien se adaptan las señales de los elementos monitorizados (7) durante el giro (19), o bien se sitúa la góndola (3) en otra posición inicial diferente a la del primer giro (19), se repite la calibración (18) y se da un nuevo giro (19) que obtiene nuevas señales comparables con las señales del primer giro (19) de los elementos monitorizados (7) equivalentes.

3. Método de calibración de sensores en un aerogenerador según reivindicación 1 caracterizado porque se generan unas curvas (13, 14) a partir de la representación gráfica de las señales de cada elemento monitorizado (7) a lo largo de los giros (19, 22) respectivamente.

4. Método de calibración de sensores en un aerogenerador según reivindicación 1 caracterizado porque la comprobación (20) de la correcta fijación de los elementos monitorizados (7) a la torre (2) y del correcto funcionamiento de los sensores, implica que la diferencia de la tensión en valor absoluto de dos elementos monitorizados (7) equivalentes, no supere una desviación límite preestablecida para cada posición del centro de gravedad (6) a lo largo del giro (19); y que la fase de la curva (13) de un elemento monitorizado (7) difiera de la fase de la curva (13) de otro elemento monitorizado (7) equivalente, en un valor por debajo de otra desviación límite preestablecida.

5. Método de calibración de sensores en un aerogenerador según reivindicación 1 caracterizado porque la comprobación (22) de la correcta calibración de los elementos monitorizados (7), implica que la diferencia en valor absoluto de la tensión de dos elementos monitorizados (7) equivalentes no supere una desviación límite preestablecida para cada posición del centro de gravedad (6) a lo largo del giro (22); que la diferencia en valor absoluto de la tensión máxima registrada por cada elemento monitorizado (7) no supere una desviación límite preestablecida; que la diferencia en valor absoluto de la tensión mínima registrada por cada elemento monitorizado (7) no supere una desviación límite preestablecida; y que la diferencia en valor absoluto de la tensión registrada en un elementos monitorizados (7) en una posición α del plano (9) respecto a su plano (10), con la de otro elemento monitorizado (7) situado a β grados del primero en una posición (α+β) del plano (9) respecto a su plano (10), no supere una desviación límite preestablecida.

6. Método de calibración de sensores en un aerogenerador según reivindicación 1 caracterizado porque cuando alguna de las comprobaciones (20) supera la desviación límite preestablecida en cualquiera de las posiciones del centro de gravedad (6), se reporta un error (24) de fijación de los elementos monitorizados (7) o de funcionamiento de los sensores, y se retoma el proceso desde el principio (17) una vez se subsanan dichos fallos; y porque cuando alguna de las comparaciones (23) supera la desviación límite preestablecida en cualquiera de las posiciones del centro de gravedad (6), se reporta un error (25) de calibración y dependiendo de la causa del fallo, se retoma el proceso desde el principio (17) o desde la segunda calibración (21) una vez se subsanan dichos fallos de fijación, de funcionamiento o de calibración.

7. Método de calibración de sensores en un aerogenerador según reivindicación 1 caracterizado porque se ejecuta cuando la velocidad del viento no supera una velocidad límite, preferentemente menor a 1 m/s.

8. Método de calibración de sensores en un aerogenerador según reivindicación 1 caracterizado porque los elementos monitorizados (7) se emplean en la monitorización de la torre (2) del aerogenerador (1).