MÉTODOS DE LOCALIZACIÓN DE DAÑOS EN PALAS DE AEROGENERADORES.

Métodos de localización de daños en palas de aerogeneradores cuya configuración incluye una cavidad interior (7),

particularmente la cavidad de la viga de la pala, que comprende los siguientes pasos: a) proporcionar las características sónicas de eventos predeterminados de daños de la pala, tales como una rotura de fibras o un fallo de una unión; b) proporcionar un transductor acústico (15), colocado en dicha cavidad interior (7) cerca de la raíz de la pala, conectado a un equipo para llevar a cabo análisis de emisiones acústicas utilizando las señales registradas por dicho transductor (15); c) comparar las señales registradas por dicho transductor acústico (15), separando el efecto debido al comportamiento reverberante de la cavidad interior (7), con dichas características sónicas para identificar un evento de daño y su localización, efectuando la comparación únicamente con las señales comprendidas dentro del rango de frecuencias correspondiente a dichos eventos predeterminados de daño.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/ES2009/070049.

Solicitante: GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: CRIADO ABAD,Alfredo, RIEZU CORPAS,Miguel.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F03D1/00 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR.F03D MOTORES DE VIENTO.Motores de viento con el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor (su control F03D 7/00).
  • F03D7/02 F03D […] › F03D 7/00 Control de los motores de viento (alimentación o distribución de energía eléctrica H02J, p.ej. disposiciones para ajustar, eliminar o compensar la potencia reactiva en las redes H02J 3/18; control de generadores eléctricos H02P, p.ej. disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida H02P 9/00). › teniendo los motores de viento el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor.
  • G01N29/22 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 29/00 Investigación o análisis de materiales por el empleo de ondas ultrasonoras, sonoras o infrasonoras; Visualización del interior de objetos por transmisión de ondas ultrasonoras o sonoras a través del objeto (G01N 3/00 - G01N 27/00 tienen prioridad). › Detalles.
  • G01N29/24 G01N 29/00 […] › Sondas.
  • G01N29/28 G01N 29/00 […] › para establecer el acoplamiento acústico.
  • G01N29/30 G01N 29/00 […] › Disposiciones para la calibración o la comparación, p.ej. con objetos estándares.
  • G01N29/44 G01N 29/00 […] › Procesamiento de la señal de respuesta detectada.
  • G01N29/46 G01N 29/00 […] › mediante análisis espectral, p. ej. análisis de Fourier.

Fragmento de la descripción:

METODOS DE LOCALIZACION DE DAÑOS EN PALAS DE

AEROGENERADORES

CAMPO DE LA INVENCIÓN

5

Esta invención se refiere a métodos de localización de daños en palas de

aerogeneradores y en particular a métodos que utilizan un análisis de emisión

acústica.

10 ANTECEDENTES

La Emisión Acústica (AE) se refiere a la generación de ondas elásticas

transitorias producidas por una rápida redistribución de tensiones en un

material. Cuando una estructura está sujeta a un estímulo externo (un cambio

15 en la presión, la carga o la temperatura) unas fuentes localizadas disparan la

liberación de energía en forma de ondas de tensión que se propagan a través

de la superficie y son registradas por sensores.

La detección y análisis de señales AE puede proporcionar una

información valiosa sobre el origen y la importancia de una discontinuidad en un

2 o material. Debido a la versatilidad de los Ensayos de Emisión Acústica (AET)

tiene muchas aplicaciones industriales (p. ej. verificación de la integridad

estructural, detección de defectos, pruebas de fugas ó supervisión de la calidad

de una soldadura) y se usa extensivamente como herramienta de investigación.

En particular, la vigilancia de eventos AE relacionados con la formación y

2 5 propagación de daños se viene aplicando en la monitorización de la salud

estructural, principalmente en los campos de la ingeniería civil y aeroespacial.

Cuando los eventos AE se propagan en un medio adecuado se comportan

como ondas guiadas. Se están dedicando muchos esfuerzos hacia la

monitorización de emisiones acústicas cuando se propagan a través de una

3 o estructura, principalmente en forma de ondas de Lamb ó ondas de Rayleigh en

el rango de frecuencias de ultrasonidos bajos.

Dos ejemplos de la tecnología conocida son los siguientes.

US 4, 524, 620 describe un aparato para monitorizar la salud estructural

de las palas del rotor de un helicóptero que comprende uno o más transductores

acústicos asociados con una pala del rotor para monitorizar las emisiones

5 acústicas emitidas por la pala del rotor bajo tensiones operacionales. La salida

de los transductores está conectada con un ordenador. Las señales de salida

del transductor se procesan por el ordenador y se filtran para permitir lecturas

del nivel de retorno de la tensión en tiempo real de manera que se acumule un

contador de emisiones acústicas críticas que son indicativas de un daño o una

1 o fatiga estructural irreversible de la pala del rotor.

US 2008/206052 se refiere a un método y a un dispositivo para

monitorizar el estado de palas del rotor en instalaciones eólicas en las que el

ruido conducido a través de la estructura se mide por medio de al menos un

sensor de desplazamiento dispuesto en una pala del rotor, las señales de salida

15 de dichos sensores determinan un espectro de frecuencia en una unidad de

evaluación por medio de métodos apropiados, el espectro de frecuencia se

compara con un espectro de referencia correspondiente a estados definidos de

daño y otros estados particulares almacenados en la unidad de evaluación, y el

estado de la pala del rotor se determina a partir de ello. El objetivo de la

2 o invención es el de proporcionar un método y un dispositivo que permite

identificar y evaluar rápidamente daños locales interiores y exteriores y otros

estados de las palas del rotor causantes de daños para tener en cuenta su

efecto en la operación de la instalación de manera automatizada.

Los sistemas conocidos de monitorización de la salud estructural usando

2 5 análisis de emisiones acústicas son caros y complicados por lo que todavía no

están incorporados en los aerogeneradores comerciales.

Esta invención está orientada a la solución de ese problema.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Un objeto de la presente invención es proporcionar métodos de

localización de daños en palas de aerogenerador utilizando el análisis de

emisiones acústicas que pueden ser implementados fácilmente.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar métodos de

5 localización de daños en palas de aerogenerador utilizando el análisis de

emisiones acústicas que pueden ser implementados a un coste bajo.

Estos y otros objetos se consiguen proporcionado un método para

monitorizar la salud estructural de una pala de aerogenerador cuya

configuración incluye una cavidad interior utilizando el análisis de emisiones

1º acústicas que comprende los siguientes pasos:

- Proporcionar las características sónicas de eventos predeterminados de

daño de la pala.

- Proporcionar al menos un transductor acústico colocado en dicha

cavidad interior cerca de la raíz de la pala, conectado a un equipo para llevar a

15 cabo análisis de emisiones acústicas utilizando las señales registradas por dicho

transductor.

- Comparar dichas señales registradas por dicho al menos un transductor

acústico, separando el efecto debido al comportamiento reverberante de la

cavidad interior, con dichas características sónicas para identificar un evento de

2º daño y su localización. Esa ·comparación se lleva a cabo solamente para

aquellas señales comprendidas dentro del rango de frecuencias

correspondiente a dichos eventos predeterminados de daño.

En una realización preferente dicha cavidad interior es la cavidad de la

viga de la pala que generalmente tiene una geometría bien definida que facilita

2 5 el proceso de las señales mencionado anteriormente. Se consigue con ello un

método de localización de daños en palas de aerogeneradores fácil de

implementar.

En una realización preferente, dichos eventos predeterminados de daño

son eventos predeterminados de daño con unas características sónicas

3 o comprendidas en un rango de frecuencias entre 1 Hz -1O kHz y, mas

preferentemente entre 1 00 Hz -5 kHz que incluye eventos de rotura de fibras y

eventos de fallos de uniones. Se consigue con ello un método de localización de

5 daños en palas de aerogeneradores que permite localizar los eventos de daño más significativos a un bajo coste. Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue en relación con las figuras que se acompañan.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

1 o

La Figura 1 es una vista esquemática en sección transversal de una pala típica de un aerogenerador. La Figura 2 es una vista esquemática en sección longitudinal de una pala típica de un aerogenerador mostrando la propagación de una onda sónica debida a un evento de daño en la cavidad de la viga de la pala.

15 DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS

2 o 2 5 3º

Las palas de aerogenerador típicas pueden tener una longitud entre 20 y 60 metros o incluso mayor y están construida con materiales compuestos tal como un plástico reforzado con vidrio (GRP) . Como deben estar funcionado el mayor tiempo posible soportando muchos factores de daño tales como la fatiga, las ráfagas de viento, los impactos de rayos, la radiación solar y muchos otros es importante que puedan estar provistas con medios para la detección de daños y en particular daños tales como roturas, delaminaciones o fallos en uniones pegadas que pueden ser reparados. En este sentido, el objetivo de la presente invención es proporcionar métodos basados en el análisis de las variaciones en la frecuencias acústicas dentro de una pala dañada. La idea básica de la invención es un análisis de emisiones acústicas centrado en el uso de la cavidad definida por la viga de la pala como guía de la onda, estudiando el efecto de esta guía en la frecuencia de la onda sónica propagándose dentro de ella, evitando con ello los importantes problemas de amortiguación de las ondas sónicas que tienen lugar en las ondas estructurales en las estructuras de materiales compuestos. Se trata pues de ondas de sonido

audible y se opera con un sensor simple dentro de una geometría conocida.

Consecuentemente el sistema de monitorización según la presente invención

está basado en micrófonos convencionales y un equipamiento convencional, lo

que implica sistemas de monitorización provistos con algoritmos apropiados

5 para el proceso de señales acústicas baratos y fáciles implementar.

Como se ilustra en la Figura 1, una pala típica de aerogenerador tiene

perfil aerodinámico en sección transversal configurado como una sección de

tres celdas: la viga central 7, la concha del borde de ataque 5 y la concha del

borde de salida 9 formadas por uno o varios paneles. ...

 


Reivindicaciones:

5 1º 15 1. Un método para monitorizar la salud estructural de una pala de aerogenerador cuya configuración incluye una cavidad interior (7) utilizando el análisis de emisiones acústicas, caracterizado porque comprende los siguientes pasos: -a) proporcionar las características sónicas de eventos predeterminados de daños de la pala; -b) proporcionar al menos un transductor acústico (15) , colocado en dicha cavidad interior (7) cerca de la raíz de la pala, conectado a un equipo para llevar a cabo análisis de emisiones acústicas utilizando las señales registradas por dicho transductor (15) ; -e) comparar las señales registradas por dicho al menos un transductor acústico (15) comprendidas dentro del rango de frecuencias correspondiente a dichos eventos predeterminados de daño, separando el efecto debido al comportamiento reverberante de la cavidad interior (7) , con dichas características sónicas para identificar un evento de daño y su localización.

2 o 2. Un método para monitorizar la salud estructural de una pala de aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha cavidad interior (7) es la cavidad de la viga de la pala.

2 5 3. Un método para monitorizar la salud estructural de una pala de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque dicho rango de frecuencias está comprendido entre 1 Hz-1 O kHz.

4. Un método para monitorizar la salud estructural de una pala de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque dicho rango de frecuencias está comprendido entre 100 Hz-5 kHz.

5. Un método para monitorizar la salud estructural de una pala de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque dichos eventos predeterminados de daños incluyen la rotura de fibras.

.

6. Un método para monitorizar la salud estructural de una pala de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque dichos eventos predeterminados de daños incluyen el fallo de una unión pegada.


 

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