Pala de rotor de turbina eólica que comprende un sistema de sensores de deformación insensible a la flexión del filo.

Una pala de rotor de turbina eólica que comprende un sistema de sensores para la detección de la deformaciónen el sentido de batimiento en la pala de rotor,

comprendiendo el sistema de sensores:

una pluralidad de sensores de deformación (10) espaciados longitudinalmente a lo largo de un eje del sentidode batimiento de la pala de rotor de turbina eólica,

en el que cada sensor de deformación (10) comprende uno o más dispositivos de detección de deformación(11) dispuestos en una trayectoria de sensores que encierra una región de la pala de rotor, teniendo latrayectoria de sensores una simetría rotacional de tercer orden o superior; y

uno o más procesadores (16) dispuestos para:

recibir una señal desde la pluralidad de sensores de deformación (10);

para cada sensor de deformación (10), calcular un valor de deformación para la región de la pala de rotorencerrada por la trayectoria de sensores, sobre la base de un cambio determinado en la longitud de latrayectoria de sensores mientras la pala de rotor de turbina eólica se deforma; y

en base a la deformación calculada para cada sensor de deformación, determinar la deformación en el sentidode batimiento de la pala de rotor.

en el que la trayectoria de sensores es circular, o es en la forma de un polígono regular o una estrella, y en elque la trayectoria es convexa o cóncava.

Pala de rotor de turbina eólica que comprende un sistema de sensores de deformación insensible a la flexión del filo.

La invención se refiere a un sistema de sensores de fibra óptica de una pala de rotor de turbina eólica y a un procedimiento para la detección de la deformación en una pala de rotor de turbina eólica, y en particular a un sistema de detección y un procedimiento que son insensibles a la flexión del filo.

La figura 1 ilustra una turbina eólica 1, que comprende una torre de turbina eólica 2 en la que se monta una góndola de turbina eólica 3. Un rotor de turbina eólica 4 que comprende al menos una pala de turbina eólica 5 está montado en un buje 6. El buje 6 está conectado a la góndola 3 a través de un árbol de baja velocidad (no mostrado) que se extiende desde el frontal de la góndola. La turbina eólica ilustrada en la fig. 1 puede ser un modelo pequeño destinado a consumo doméstico o a la red de alumbrado, o puede ser un gran modelo, como aquellos que son adecuados para su uso en la generación de electricidad a gran escala en un parque eólico, por ejemplo. En este último caso, el diámetro del rotor podría ser tan grande como 100 metros o más.

Los componentes de una turbina eólica están sujetos a deformación o alteración por un número de fuentes, tales como la acumulación de partículas como suciedad o hielo, su propio peso, y la fuerza ejercida por el propio viento. Por consiguiente, es importante que la deformación sobre los componentes sea monitorizada, para asegurar que continúan siendo aptos para funcionar durante sus vidas de servicio previstas.

Se conoce un número de técnicas diferentes para un sensor de medición de deformación en componentes de turbina eólica, incluyendo sensores electro-resistivos, y con más frecuentemente, sensores opto-electrónicos que comprenden fibras ópticas. Para medir la deformación en el componente en su conjunto, por lo general se utiliza una pluralidad de sensores similares, situados en diferentes puntos a lo largo de la longitud del componente. Mediante la medición de la deformación local en cada lugar, se puede calcular la deformación total en el componente.

A menudo es deseable monitorizar la deformación en un componente de una turbina eólica en la dirección de su dimensión más larga, ya que esta es la dirección en la que el componente es más susceptible a momentos de flexión que pueden, si son excesivos, causar un fallo estructural. En el caso de las palas de la turbina eólica, este tipo de flexión se denomina flexión en el sentido de batimiento.

Es deseable medir cuánto se dobla la pala en la dirección del sentido de batimiento, debido a la presión del viento o de otros factores, para evitar el fallo de la pala y para evitar que la pala golpee la torre de turbina eólica mientras gira a través del punto más bajo de su rotación. Para las palas, por lo tanto, los sensores se montan a menudo en la dirección longitudinal en el interior de la pala. Un ejemplo de disposición de sensor óptico de deformación para palas de turbina eólica es conocida del documento GB2440953 en nombre de Insensys.

Aunque en muchos casos es de interés la deformación sólo en una dirección particular, los sensores de deformación montados pueden verse afectados por componentes de la deformación en un número de direcciones diferentes, y dar resultados engañosos. En situaciones de viento fuerte, por ejemplo, una pala puede retorcerse o deformarse en direcciones que son perpendiculares a su longitud, tales como lateralmente, o perpendicularmente a la superficie de la pala. Esto se conoce a menudo como flexión del filo. La flexión del filo no afecta típicamente a la vida útil de la pala y por eso a menudo no es de interés para los propósitos de monitorización. Sin embargo, si no es tenida en cuenta, la flexión del filo (o más en general en esta solicitud, la flexión en la dirección no longitudinal de un componente de turbina eólica) podría indicar una deformación en la dirección de la longitud de un componente de la turbina eólica que es mayor que el valor real. La flexión del filo puede incluir por lo tanto movimientos de torsión, y puede distinguirse de la deformación pura, que es la deformación resultante de una deformación que se traduce en un aumento neto de longitud.

En teoría, es posible encontrar puntos ideales para el montaje de los sensores, de tal manera que cada sensor sólo medirá la deformación en ese lugar y no se verá afectado por la flexión del filo. Sin embargo, en la práctica estos puntos ideales son difíciles de encontrar y pueden diferir de pala a pala. Como resultado de ello, las medidas de deformación pueden ser poco fiables.

El uso de sensores de deformación de fibra óptica es conocido en otros campos. Se dan ejemplos en el documento WO03/076887 en el nombre de Light Structures A/S, y el documento WO97/15805 en el nombre de BICC PLC.

Por lo tanto, hemos apreciado que hay una necesidad de un sensor de deformación mejorado, que sea insensible a los movimientos de torsión y flexión del filo.

Sumario de la invención De acuerdo con un aspecto preferido de la invención, se proporciona una pala de rotor de una turbina eólica, que comprende un sistema de sensores para la detección de la deformación en el sentido de batimiento en la pala de rotor, comprendiendo el sistema de sensores: una pluralidad de sensores de deformación espaciados longitudinalmente a lo largo de un eje en el sentido de batimiento de la pala de rotor de turbina eólica, en el que cada sensor de deformación comprende uno o más dispositivos de detección de deformación dispuestos en una trayectoria de sensores que encierra una región de la pala de rotor, teniendo la trayectoria de sensores una simetría rotacional de tercer orden o superior, y uno o más procesadores dispuestos para: recibir una señal desde la pluralidad de sensores de deformación; para cada sensor de deformación, calcular un valor de deformación para la región de la pala de rotor encerrada por la trayectoria de sensores, sobre la base de un cambio en la longitud de la trayectoria de sensores mientras la pala de rotor de turbina eólica se deforma; y sobre la base de la deformación calculada para cada sensor de deformación, determinar la deformación en el sentido de batimiento para la pala de rotor. La trayectoria es circular, en forma de un polígono regular, o una estrella, por ejemplo.

Cada uno de los sensores de deformación comprende uno o más dispositivos de detección dispuestos en una trayectoria con simetría rotacional de tercer orden o superior, tal como una trayectoria circular, una trayectoria en forma de estrella o en forma poligonal regular que encierra una región del componente. Esto significa que el efecto de un movimiento de torsión o de flexión del filo en la medición de deformación es al menos en parte promediado a lo largo de la zona simétrica de la región, y significa que se reduce el error en la medición de deformación pura o direccional. Mediante la disposición de una pluralidad de estos sensores de deformación a lo largo del eje longitudinal de la pala de la turbina eólica, la deformación en el sentido de batimiento o de envergadura en la pala de la turbina eólica se puede medir con mayor precisión, independientemente de cualquier efecto de flexión del filo.

Además la medición de la deformación sobre una amplia región del componente reduce la probabilidad de anomalías de medición, tales como que un sensor de deformación situado en una posición esté experimentando una deformación que no es característica del resto de la zona circundante del componente.

Ventajosamente, la pala de rotor está provista de sensores de deformación que comprenden un único dispositivo de detección de deformación, y el único dispositivo de detección de deformación comprende un sensor de deformación interferométrico de fibra óptica dispuesto para formar la totalidad de la trayectoria de forma circular o de polígono regular.

De esta manera, una medición de la longitud total de la trayectoria puede ser fácilmente determinada utilizando el sensor de deformación interferométrico de fibra óptica, y conociendo la longitud original de la trayectoria puede convertirse fácilmente en una medición de deformación simplificando en gran medida las etapas de procesado.

Alternativamente, la pala de rotor puede comprender sensores de deformación que incluyen más de un dispositivo de detección de deformación dispuestos para determinar la deformación entre puntos igualmente espaciados a lo largo de la trayectoria en forma circular o de polígono regular. Tales sensores no requieren sensores de deformación interferométricos de fibra óptica para operar... [Seguir leyendo]

1. Una pala de rotor de turbina eólica que comprende un sistema de sensores para la detección de la deformación en el sentido de batimiento en la pala de rotor, comprendiendo el sistema de sensores:

una pluralidad de sensores de deformación (10) espaciados longitudinalmente a lo largo de un eje del sentido de batimiento de la pala de rotor de turbina eólica,

en el que cada sensor de deformación (10) comprende uno o más dispositivos de detección de deformación (11) dispuestos en una trayectoria de sensores que encierra una región de la pala de rotor, teniendo la trayectoria de sensores una simetría rotacional de tercer orden o superior; y

uno o más procesadores (16) dispuestos para:

recibir una señal desde la pluralidad de sensores de deformación (10) ;

para cada sensor de deformación (10) , calcular un valor de deformación para la región de la pala de rotor encerrada por la trayectoria de sensores, sobre la base de un cambio determinado en la longitud de la trayectoria de sensores mientras la pala de rotor de turbina eólica se deforma; y

en base a la deformación calculada para cada sensor de deformación, determinar la deformación en el sentido de batimiento de la pala de rotor.

en el que la trayectoria de sensores es circular, o es en la forma de un polígono regular o una estrella, y en el que la trayectoria es convexa o cóncava.

2. La pala de rotor de la reivindicación 1, en la que los sensores de deformación (10) comprenden un único dispositivo de detección de deformación, y donde el único dispositivo de detección de deformación comprende un único sensor de deformación interferométrico de fibra óptica (13) dispuesto para formar la totalidad de la trayectoria circular o en forma de polígono regular.

3. La pala de rotor de las reivindicaciones 1 o 2, en la que los sensores de deformación (10) comprenden más de un dispositivo de detección de deformación (11) dispuestos para determinar la deformación entre puntos igualmente espaciados (12) a lo largo de la trayectoria en forma circular o de polígono regular.

4. La pala de rotor de cualquier reivindicación precedente, donde la trayectoria en forma de polígono regular es un triángulo equilátero.

5. La pala de rotor de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende un único procesador (16) dispuesto para recibir señales procedentes de uno o más sensores de deformación (10) .

6. La pala de rotor de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende un procesador respectivo para cada sensor de deformación.

7. Una turbina eólica que comprende las palas de rotor de cualquier reivindicación anterior.

8. Un procedimiento de detección de la deformación en el sentido de batimiento en una pala de rotor de turbina eólica, que comprende:

recibir una señal en uno o más procesadores (16) desde una pluralidad de sensores de deformación (10) montados en posiciones espaciadas longitudinalmente a lo largo del sentido de batimiento de la pala de rotor de turbina eólica, en el que cada sensor de deformación comprende uno o más dispositivos de detección de deformación (11) dispuestos en una trayectoria de sensores que encierra una región de la pala de rotor, y la trayectoria de sensores tiene una simetría rotacional de tercer orden o superior;

para cada sensor de deformación (10) , calcular un valor de deformación para la región de la pala de rotor encerrada por la trayectoria de sensores, sobre la base de un cambio determinado en la longitud de la trayectoria de sensores mientras la pala de rotor de turbina eólica se deforma; y

en base a la deformación calculada para cada sensor de deformación, determinar la deformación en el sentido de batimiento de la pala de rotor.

en el que la trayectoria de sensores es circular, o es en la forma de un polígono regular o de estrella, y en el que la trayectoria es convexa o cóncava.

9. El procedimiento de la reivindicación 8, en el que los sensores de deformación (10) comprenden un solo dispositivo de detección de deformación, y en el que el único dispositivo de detección de deformación comprende un único sensor de deformación interferométrico de fibra óptica (13) dispuesto para formar la totalidad de la trayectoria de forma circular o de polígono regular.

10. El procedimiento de las reivindicaciones 8 o 9, en el que los sensores de deformación comprenden más de un dispositivo de detección de deformación (11) dispuestos para determinar la deformación entre puntos igualmente espaciados a lo largo de la trayectoria en forma circular o de polígono regular.

11. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 8, 9 o 10, en el que la trayectoria en forma de polígono regular es un triángulo equilátero.

12. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, que comprende proporcionar un único procesador (16) dispuesto para recibir señales procedentes de uno o más sensores de deformación.

13. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, que comprende proporcionar un procesador respectivo para cada sensor de deformación.

14. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, que comprende el montaje de la pluralidad de

sensores de deformación en posiciones espaciadas longitudinalmente a lo largo del sentido de batimiento de la pala de rotor de turbina eólica.