MONITORIZACIÓN DE FRECUENCIAS DE PALA DE UNA TURBINA EÓLICA.

La presente invención se refiere a un procedimiento para monitorizar frecuencias de pala de una turbina eólica y a un sistema de monitorización para llevar a cabo el procedimiento. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se conoce monitorizar frecuencias de pala de una turbina eólica para monitorizar si las frecuencias de cada pala están cambiando debido a por ejemplo defectos de material en las palas, rayos u otras influencias. La monitorización se realiza habitualmente colocando uno o más sensores de respuesta rápida como acelerómetros, en cada pala de una turbina eólica tal como se describe en el documento WO 99/57435 A1 y se muestra en la figura 1. Se trata de una solución cara debido a la necesidad de muchos sensores caros. En las turbinas eólicas existentes que no tienen los sensores mencionados incorporados en las palas para monitorizar las frecuencias de pala, resulta muy difícil y caro incorporar los sensores después, ya que tienen que colocarse en cada pala. SUMARIO DE LA INVENCIÓN Por tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento para monitorizar frecuencias de pala de una turbina eólica y un sistema de monitorización para llevar a cabo el procedimiento que sea tanto más fácil de incorporar en turbinas eólicas existentes como menos caro. Este objeto se resuelve mediante un procedimiento para monitorizar frecuencias de pala de una turbina eólica según la reivindicación 1 y mediante un sistema de monitorización según la reivindicación 11. Las reivindicaciones dependientes contienen desarrollos adicionales de la invención. Mediante la invención, se une un acelerómetro en el centro del buje giratorio de una turbina eólica y que miden de ese modo las vibraciones del buje. Para extraer las señales de vibración que se originan de cada pala, las señales de vibración se modulan combinándolas con las señales de medición del detector de ángulo azimutal (ángulo de rotación), lo que se usa normalmente para el control del paso. Para extraer adicionalmente cada frecuencia de pala se usa una unidad de transformación rápida de Fourier (FFT) o de bucle de enganche de fase (PLL) sobre las señales moduladas del acelerómetro. La modulación de las señales de vibración puede realizarse con una función que tiene en cuenta el ángulo azimutal de la pala o el buje giratorios, y puede basarse, en particular, en el coseno del ángulo azimutal de la pala o el buje giratorios o en la suma del coseno del ángulo azimutal de la pala o el buje y un número constante. Para monitorizar adicionalmente un cambio grave y alarmante en cada frecuencia de pala se compara cada frecuencia de pala con las otras frecuencias de pala y se activa una alarma si se alcanza un nivel dado. Mediante la invención, se encuentra alternativamente el ángulo azimutal mediante el uso de las aceleraciones medidas en dos direcciones que representan las fuerzas centrífugas y fuerzas de vibración del buje y la alimentación de estas señales en una unidad de bucle de enganche de fase (PLL) que establece una fase del buje giratorio que representa el ángulo azimutal de rotación. De ese modo, no es necesario el detector de ángulo azimutal mencionado anteriormente y el sistema de monitorización se integra en una unidad. BREVES DESCRIPCIONES DE LOS DIBUJOS La invención se describirá ahora en mayor detalle con referencia a los dibujos adjuntos en los que: La figura 1 muestra una turbina eólica según la técnica anterior. La figura 2 muestra una turbina eólica según la invención en una vista lateral. La figura 3 muestra una turbina eólica según la invención en una vista frontal. La figura 4 muestra los picos medidos y modulados del espectro de frecuencias de cada borde de pala. La figura 5 muestra respectivamente el espectro de frecuencias medido total y el espectro de frecuencias modulado de cada pala. 2   La figura 6 muestra un ejemplo de las frecuencias calculadas de cada pala durante un corto periodo y cómo se muestra claramente un cambio en la frecuencia de una de las palas y se dispara una alarma. La figura 7 muestra un sistema para llevar a cabo el procedimiento según la invención en forma de un diagrama de bloques. La figura 8 muestra un sistema alternativo para llevar a cabo la invención en forma de un diagrama de bloques. La figura 9 muestra las fuerzas de rotación medidas que actúan sobre el acelerómetro ubicado en el buje giratorio de una turbina eólica. La figura 10 muestra en forma de un diagrama de bloques un dispositivo para establecer el ángulo azimutal de rotación. DESCRIPCIÓN DETALLADA El sistema de monitorización se incorpora en una turbina 1 eólica tal como se muestra en las figuras 2 y 3 que comprende una torre 2, una góndola 3, un buje 4 y una o más palas 5 giratorias. El sistema de monitorización consiste en un acelerómetro 6 con un controlador o calculador incorporado (no mostrado) unido al centro del buje 4 para detectar vibraciones del buje 4 que se originan a partir de las vibraciones de cada pala 5 giratoria. El acelerómetro detecta las vibraciones en tres direcciones, transversal al buje (dirección Xrot y dirección Zrot perpendiculares entre sí) y a lo largo del buje (dirección y) y gira con el buje y las palas. Cuando el acelerómetro 6 con el controlador o calculador incorporado está unido al buje 4 en extensión de la góndola 3 en la parte superior de torre 2, es obvio que el acelerómetro detecta las frecuencias de todas las palas a través de las vibraciones de la torre 2. Alternativamente, si no es necesaria la medición de vibración en la dirección y a lo largo del buje 4, entonces el acelerómetro 6 sólo está detectando las vibraciones en las otras dos direcciones mencionadas anteriormente. Esto permite un acelerómetro 6 de dos vías más sencillo y más barato. Para extraer cada frecuencia de pala, el sistema de monitorización usa el ángulo de rotación (ángulo azimutal) de las palas giratorias. El ángulo azimutal de rotación puede detectarse mediante el uso de un sensor (no mostrado) que normalmente se usa para el control del paso, que es un sistema de control común de una turbina eólica. Alternativamente, tal como se muestra en las figuras 9 y 10, el ángulo azimutal de rotación se encuentra mediante el uso de las aceleraciones medidas en dos direcciones perpendiculares, dirección xrot y dirección zrot, en las que las aceleraciones medidas representan las fuerzas de rotación perpendiculares Fx y Fz que actúan sobre el buje y la alimentación de esas señales a una unidad 7 de bucle de enganche de fase (PLL) que establece tanto una señal de fase del buje giratorio que representan el ángulo azimutal de rotación como la velocidad de rotación/frecuencia angular del buje 4. La velocidad de rotación es útil para el control de la turbina 1 eólica. Las fuerzas de rotación perpendiculares medidas Fx y Fz que actúan sobre el buje están oscilando entre un valor máximo cuando apuntan en la misma dirección que la fuerza gravitacional Fg y un valor mínimo cuando apuntan de manera opuesta a la dirección de la fuerza gravitacional Fg. Por tanto, el acelerómetro 6 mide los valores de oscilación de Fx y Fz cuyas señales se usan entonces para encontrar el ángulo azimutal de rotación y la velocidad de rotación del buje 4 tal como se describió anteriormente. Mediante la invención por el presente documento es posible usar sólo un acelerómetro 6 colocado en el buje 4 de una turbina 1 eólica para monitorizar cada frecuencia de pala. Tal como se mencionó anteriormente, esto se realiza mediante el uso también de la posición del ángulo de rotación (ángulo azimutal) de las palas 5 (A, B y C), y mediante el uso de los valores de coseno del ángulo azimutal multiplicados por las frecuencias en la dirección x monitorizadas por el acelerómetro 6 en el buje 4 (modulación). Mediante el uso de los valores de coseno del ángulo azimutal se monitorizan principalmente las vibraciones en la dirección x de cada pala, también denominadas vibraciones en el sentido del borde. Esto se realiza basándose en la teoría de que las frecuencias del borde de pala (en la dirección x) tienen la mayor influencia sobre el buje 4 con el acelerómetro 6 cuando las palas 5 están en una posición vertical y casi no influyen en la posición horizontal. Mediante el uso de las frecuencias correspondientes a un desplazamiento de las palas 5 de respectivamente 0 grados, 120 grados y 240 grados (en una turbina eólica de tres palas típica), y aplicando una transformación rápida de Fourier (FFT) a las señales moduladas del acelerómetro, se monitorizan las frecuencias de cada pala 5. Alternativamente, las frecuencias medidas del acelerómetro 6 en la dirección y (a lo largo del buje 4) se usan para calcular cada frecuencia de pala. Entonces lo que se mide son las vibraciones en el sentido del batimiento de las palas 5. Entonces,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para monitorizar frecuencias de pala de una turbina eólica que comprende una torre, una góndola, un buje y una o más palas giratorias, caracterizado por un acelerómetro unido al buje que detecta las vibraciones del buje en dos o más direcciones, comprendiendo el procedimiento las etapas de: - modular las vibraciones o señales detectadas del acelerómetro mediante el uso de una señal de ángulo azimutal de la pala o el buje giratorios, - extraer las frecuencias de pala de las señales moduladas del acelerómetro. - 2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la extracción de las frecuencias de pala de las señales moduladas del acelerómetro se realiza aplicando una transformación rápida de Fourier (FFT o DFFT) o una oscilación de bucle de enganche de fase (PLL) sobre las señales moduladas del acelerómetro. 3. Procedimiento según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que un sensor detecta la señal de ángulo azimutal de la pala o el buje giratorios. 4. Procedimiento según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende además la etapa de medir la señal de ángulo azimutal de la pala o el buje giratorios basándose en variaciones en la medición de una fuerza de rotación Fx y una fuerza de rotación perpendicular Fz que gira con el buje y que actúa sobre el buje en una dirección primera y segunda debido a la fuerza gravitacional. 5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que una o más señales del acelerómetro que representan las fuerzas de rotación del buje (Fx, Fz) se alimentan a una unidad (7) de bucle de enganche de fase y de ese modo se establece la señal de ángulo azimutal de la pala o el buje giratorios y/o una señal de frecuencia angular. 6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la modulación se basa en el coseno del ángulo azimutal de la pala o el buje giratorios. 7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la modulación se basa en la suma del coseno del ángulo azimutal de la pala o el buje y un número constante. 8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende además la etapa de calcular una nueva frecuencia de cada pala comparando cada frecuencia de pala con las otras frecuencias de pala y usar esta comparación para calcular el cambio en cada frecuencia de pala. 9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende además la etapa de calcular una nueva frecuencia de cada pala basándose en la diferencia entre cada frecuencia de pala. 10. Procedimiento según la reivindicación 8 ó 9, que comprende además la etapa de activar una alarma y/o detener la turbina eólica cuando la nueva frecuencia calculada alcanza un cierto nivel. 11. Sistema de monitorización que monitoriza las frecuencias de pala de una turbina (1) eólica que comprende una torre (2), una góndola (3), un buje (4) y una o más palas (5) giratorias, caracterizado por un acelerómetro (6) unido al buje (4) que detecta las vibraciones del buje (4) en dos o más direcciones, un medio para proporcionar una señal de ángulo azimutal de la pala o el buje giratorios detectada, una unidad de cálculo o controlador con entrada desde el medio para proporcionar una señal de ángulo azimutal de la pala o el buje giratorios detectada, comprendiendo la unidad de cálculo o controlador una unidad (10, 12, 14, 16) de modulación que modula las señales detectadas mediante el uso de la señal de ángulo azimutal de la pala o el buje giratorios, una unidad (18) de transformación rápida de Fourier (FFT o DFFT) o una unidad (21) de oscilación de bucle de enganche de fase (PLL) que extrae cada frecuencia de pala de la señal modulada. 12. Sistema de monitorización según la reivindicación 11, en el que el medio para proporcionar una señal de ángulo azimutal de la pala o el buje giratorios detectada es un detector de ángulo azimutal. 13. Sistema de monitorización según la reivindicación 11, en el que el medio para proporcionar una señal de ángulo azimutal de la pala o el buje giratorios detectada comprende una unidad (7) de bucle de enganche de fase. 14. Sistema de monitorización según la reivindicación 13, en el que el acelerómetro (6) está adaptado para medir aceleraciones que representan las fuerzas de rotación perpendiculares Fx y Fz que actúan sobre el buje y la unidad (7) de bucle de enganche de fase está conectado al acelerómetro (6) para recibir señales de aceleración que representan las fuerzas de rotación perpendiculares Fx y Fz. 15. Sistema de monitorización según la reivindicación 13 o la reivindicación 14, en el que la unidad (7) de 7   bucle de enganche de fase tiene una o más entradas desde el acelerómetro (6) y con la señal de ángulo azimutal de la pala o el buje giratorios o/y una señal de frecuencia angular como la salida a la unidad de cálculo o controlador. 16. Sistema de monitorización según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, que comprende además una unidad de alarma en el controlador que activa una alarma y/o detiene la turbina eólica cuando el cambio de una o más frecuencias de pala alcanza un cierto nivel. 8   9     11   12   13   14     16