Sistema y procedimiento para inspeccionar un aspa de una turbina eólica.

Sistema de inspección (40) de aspas de turbinas eólicas caracterizado por:



un sistema de radar de onda continua de frecuencia modulada (46) configurado para ser móvil respecto aun aspa (22) de la turbina eólica, mientras transmite señales de microondas de referencia (66) y recibe señales de microondas

reflejadas; y

un procesador (42) configurado para el uso de una técnica de análisis de abertura sintética para obteneruna imagen enfocada de al menos una región (116) del aspa (22) de la turbina eólica sobre la base de lasseñales de microondas reflejadas.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11188743.

Solicitante: GENERAL ELECTRIC COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 1 RIVER ROAD SCHENECTADY, NY 12345 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: FAIDI,WASEEM IBRAHIM, TRALSHAWALA,NILESH.

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).
  • G01N22/02 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 22/00 Investigación o análisis de materiales por la utilización de microondas (G01N 3/00 - G01N 17/00, G01N 24/00 tienen prioridad). › Investigación de la presencia de grietas.
  • G01S13/34 G01 […] › G01S LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION; DETERMINACION DE LA DISTANCIA O DE LA VELOCIDAD MEDIANTE EL USO DE ONDAS DE RADIO; LOCALIZACION O DETECCION DE PRESENCIA MEDIANTE EL USO DE LA REFLEXION O RERRADIACION DE ONDAS DE RADIO; DISPOSICIONES ANALOGAS QUE UTILIZAN OTRAS ONDAS.G01S 13/00 Sistemas que utilizan la reflexión o la rerradiación de ondas de radio, p. ej. sistemas de radar; Sistemas análogos que utilizan la reflexión o la rerradiación de ondas cuya naturaleza o longitud de onda sea irrelevante o no especificada. › que utilizan la transmisión de ondas moduladas en frecuencia, siendo la señal recibida, o una señal derivada de ésta, heterodinada con una señal generada localmente y relacionada con la señal transmitida en ese momento para dar una señal de frecuencia de batido.
  • G01S13/88 G01S 13/00 […] › Sistemas de radar o análogos especialmente adaptados para aplicaciones específicas (prospección o detección electromagnética de objetos, p. ej. detección de campo cercano, G01V 3/00).
  • G01S13/90 G01S 13/00 […] › que utilizan técnicas de apertura sintética.

PDF original: ES-2427862_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Sistema y procedimiento para inspeccionar un aspa de una turbina eólica La invención se refiere en general a las turbinas eólicas y, más particularmente, a un sistema y a un procedimiento de inspección de un aspa de una turbina eólica.

El documento US 2005/0139006 se refiere a un procedimiento de ultrasonidos para la detección de defectos en materiales anisótropos.

Las turbinas eólicas generan electricidad a partir de la energía cinética del viento. Cada turbina eólica incluye tres componentes principales: un componente de soporte estructural, un componente generador, y un componente de rotor. El componente de rotor incluye además aspas de turbina eólica que se emplean para convertir la energía cinética del viento en energía mecánica, que luego se convierte en electricidad mediante el componente generador.

El documento WO 2010/063656 describe un sistema de vigilancia que comprende una antena de radar montada sobre un aspa de un molino de viento.

La inspección de las aspas de una turbina eólica es importante para la operación en curso de las turbinas eólicas. Un procedimiento para inspeccionar un aspa de turbina eólica incluye el uso de una sonda de ultrasonidos para escanear las superficies del aspa de turbina eólica. El uso de la sonda sobre las superficies de la aspa de la turbina eólica para medir los defectos es un proceso de escaneado complejo, ya que la sonda tiene que seguir el contorno de la superficie de la aspa de la turbina eólica y se requiere un elemento de acoplamiento para la medición de ultrasonidos del aspa de la turbina eólica. Por otra parte, cada superficie tiene que ser inspeccionada por separado, lo que resulta en más tiempo y costes de inspección.

Por lo tanto, hay una necesidad de un sistema de inspección de aspas de turbina eólica mejorado.

En consecuencia, se proporcionan diversos aspectos y realizaciones de la presente invención, tal como se define mediante las reivindicaciones adjuntas.

Varias características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor cuando la siguiente descripción detallada se lea con referencia a los dibujos adjuntos, en los que caracteres similares representan partes similares en todos los dibujos, en los que:

La figura 1 es una representación esquemática de una turbina eólica.

La figura 2 es una representación en diagrama de bloques de un sistema de inspección de un aspa de una turbina eólica que incluye un sistema de inspección de microondas de acuerdo con una realización de la invención.

La figura 3 es una ilustración gráfica de un modelo de variación de una resolución de profundidad en una fibra de vidrio con relación a un ancho de banda de las señales de radar de onda continua de frecuencia modulada transmitido a un aspa de una turbina eólica de la figura 1 de acuerdo con una realización de la invención.

La figura 4 es una representación esquemática de un sistema de inspección de un aspa de una turbina eólica que incluye un rastreador de torre montado con el sistema de inspección de microondas de la figura 2 de acuerdo con una realización de la invención.

La figura 5 es una representación esquemática de un modelo de una exploración espiral del sistema de inspección de microondas de la figura 2, de acuerdo con una realización de la invención.

La figura 6 es una ilustración esquemática de un sistema de inspección de un aspa de una turbina eólica que incluye el sistema de inspección de microondas de la figura 2 montado en un vehículo aéreo para la inspección de la aspa de una turbina eólica de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención.

La figura 7 y la figura 8 son representaciones esquemáticas de un sistema de inspección de un aspa de una turbina eólica con base en tierra configurado para inspeccionar el aspa de una turbina eólica de acuerdo con otra realización de la invención.

La figura 9 es una representación esquemática de la antena de microondas de giro, inclinación y zoom que incluye la lente dieléctrica adaptativa de banda ancha para la colimación y el enfoque de señales de microondas de referencia en el aspa de una turbina eólica de acuerdo con una realización de la invención.

La figura 10 es una representación gráfica de los datos del radar de onda continua de frecuencia modulada recogidos desde una medición que representa características que se pueden atribuir a un lado de presión mayor (lado de presión) y un lado presión menor (lado de aspiración) del aspa de una turbina eólica de acuerdo con una realización de la invención.

La figura 11 es una representación esquemática de una imagen tridimensional generada de acuerdo con una realización de la invención.

Las realizaciones de la presente invención incluyen un sistema de inspección de un aspa de una turbina eólica. El sistema de inspección de un aspa de una turbina eólica incluye un sistema de radar de onda continua de frecuencia modulada (FMCW) y un procesador. El sistema de radar FMCW está configurado para ser móvil respecto a un aspa de una turbina eólica, mientras que transmite señales de microondas de referencia y recibe señales de microondas reflejadas. El sistema de radar FMCW puede ser móvil porque está situado dentro de una carcasa móvil. Adicional o alternativamente, el propio sistema de radar FMCW puede ser móvil dentro de una carcasa. En una realización, el sistema de radar FMCW se mueve en al menos una dirección vertical cuando la aspa de una turbina eólica gira mientras transmite las señales de microondas de referencia y recibe las señales de microondas reflejadas. En otra realización que es particularmente útil, mientras se inspecciona un aspa de una turbina eólica estacionaria, el sistema de radar FMCW se mueve en al menos dos direcciones (a través del movimiento físico de un alojamiento y/o cambiando un ángulo de dirección del sistema de inspección dentro de la carcasa, por ejemplo) , mientras se transmiten las señales de microondas de referencia y se reciben las señales de microondas reflejadas. El procesador puede estar situado en la posición del sistema de radar FMCW o de forma remota y está configurado para el uso de una técnica de análisis de abertura sintética para obtener una imagen enfocada de al menos una región de la aspa de una turbina eólica sobre la base de las señales de microondas reflejadas. Como se usa en este documento, los términos "un" y "una" no indican una limitación de cantidad, sino más bien indican la presencia de al menos uno de los elemento de referencia.

La figura 1 es una representación esquemática de una turbina eólica 10. La turbina eólica 10 incluye una torre 12 que se extiende desde un sistema de soporte 14, una góndola 16 montada en la torre 12, y un rotor 18 que está acoplado a la góndola 16. El rotor 18 incluye un buje giratorio 20 y al menos un aspa 22 de la turbina eólica acoplada al buje 20, y que se extiende hacia fuera desde el mismo. En una realización de ejemplo, el rotor 18 tiene tres aspas 22 de turbina eólica. Las aspas 22 de la turbina eólica están acopladas al buje 20 mediante el acoplamiento de las aspas 22 de la turbina eólica en el buje 20 en una pluralidad de raíces 26. Las cargas inducidas a las aspas 22 de la turbina eólica se transfieren al buje 20 a través de la pluralidad de raíces 26. En una realización, las aspas 22 de la turbina eólica tienen una longitud que varía desde aproximadamente 15 metros (m) a aproximadamente 91 m.

El viento golpea el aspa 22 de la turbina eólica desde una dirección 28 que hace que el rotor 18 gire alrededor de un eje de rotación 30. El aspa 22 de la turbina eólica incluye una punta 32. Un borde del aspa 22 de la turbina eólica que está encarada con el viento y es un borde frontal a lo largo de la dirección de rotación 30 del aspa 22 de la turbina eólica se conoce como el borde de ataque 34, y un borde del aspa de la turbina eólica que sigue el borde de ataque es conocido como el borde de salida 36. Una superficie del aspa 22 de la turbina eólica a presiones más altas (principalmente hacia el viento 28) se conoce como un lado de presión 37, y una superficie del aspa 22 de la turbina eólica expuesta a presiones más bajas se conoce como un lado de succión 38. Las aspas 22 de la turbina eólica están sujetas a daños durante el funcionamiento debido al uso y al desgaste en las condiciones normales de funcionamiento, así como daños debido a condiciones ambientales inusuales.

La figura 2 es una representación en diagrama de bloques de un sistema de inspección 40 de un aspa de turbina eólica para la inspección del aspa de turbina eólica de la figura 1 de acuerdo con una realización de la invención. El sistema... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de inspección (40) de aspas de turbinas eólicas caracterizado por:

un sistema de radar de onda continua de frecuencia modulada (46) configurado para ser móvil respecto a un aspa (22) de la turbina eólica, mientras transmite señales de microondas de referencia (66) y recibe señales de microondas reflejadas; y

un procesador (42) configurado para el uso de una técnica de análisis de abertura sintética para obtener una imagen enfocada de al menos una región (116) del aspa (22) de la turbina eólica sobre la base de las señales de microondas reflejadas.

2. Sistema de inspección (40) de aspas de turbinas eólicas de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el sistema de radar de onda continua de frecuencia modulada (46) está configurado para ser móvil en al menos una dirección vertical (68) cuando el aspa (22) de la turbina eólica gira mientras transmite señales de microondas de referencia (66) y recibe las señales de microondas reflejadas.

3. Sistema de inspección (40) de aspas de turbinas eólicas de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el sistema de radar de onda continua de frecuencia modulada (46) está configurado para ser móvil en al menos dos direcciones cuando el aspa (22) de la turbina eólica está estacionaria, mientras transmite las señales de microondas de referencia (66) y recibe las señales de microondas reflejadas.

4. Sistema de inspección (40) de aspas de turbinas eólicas de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el sistema de radar de onda continua de frecuencia modulada (46) está incorporado en un vehículo aéreo (92) .

5. Sistema de inspección (40) de aspas de turbinas eólicas de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el sistema de inspección (40) de aspas de turbinas eólicas es capaz de inspeccionar simultáneamente un lado de presión (37) y un lado de succión (38) del aspa (22) de la turbina eólica en busca de defectos en la superficie y por debajo de la superficie (146, 148, 150) .

6. Sistema de inspección (40) de aspas de turbinas eólicas de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que un ancho de banda de frecuencia del sistema de radar de onda continua de frecuencia modulada (46) comprende un ancho de banda de al menos siete gigahercios.

7. Procedimiento para la inspección de un aspa (22) de una turbina eólica caracterizado por:

usar un sistema de inspección (40) para la transmisión de señales de microondas de referencia (66) hacia el aspa (22) de la turbina eólica y recibir señales de microondas reflejadas desde el aspa (22) de la turbina eólica mientras se mueve el sistema de inspección (40) respecto al aspa (22) de la turbina eólica;

obtener una imagen enfocada de al menos una región (116) del aspa (22) de la turbina eólica sobre la base de las señales de microondas reflejadas utilizando una técnica de análisis de abertura sintética.

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el movimiento del sistema de inspección (40) comprende mover el sistema de inspección (40) en al menos una dirección vertical (68) cuando el aspa (22) de la turbina eólica gira mientras transmite las señales de microondas de referencia (66) y recibe las señales de microondas reflejadas.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en el que el movimiento del sistema de inspección (40) comprende mover el sistema de inspección (40) en al menos dos direcciones cuando el aspa (22) de la turbina eólica está estacionaria, mientras transmite las señales de microondas de referencia (66) y recibe las señales de microondas reflejadas.

10. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que la transmisión de las señales de microondas de referencia (66) comprende la transmisión de las señales de microondas de referencia (66) desde una distancia de separación (94, 104) de aproximadamente 2 metros a aproximadamente 10 metros.


 

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