Sistemas y procedimientos de vigilancia de salud estructural de una turbina eólica.

Un sistema (24, 500) de vigilancia de salud estructural para su uso con una turbina eólica,

comprendiendo dicho sistema de vigilancia de salud estructural:

al menos un sensor (56) que comprende un sensor (432) ultrasónico o un sensor (50) de resistencia que puede estar montado con respecto a un componente (504) estructural de la turbina eólica y configurado para detectar una discontinuidad estructural formada dentro del componente estructural, estando dicho sensor también configurado para transmitir al menos una señal de vigilancia indicativa de la discontinuidad estructural; y

un controlador (302) acoplado de forma comunicativa a dicho sensor para recibir la señal de vigilancia procedente de dicho sensor, estando dicho controlador configurado para:

determinar una salud estructural de la turbina eólica en base a la señal recibida;

trasmitir una primera señal de notificación a un dispositivo informático de usuario tras la recepción de la señal de vigilancia; y

transmitir una segunda señal de notificación al dispositivo informático de usuario tras la determinación de que la salud estructural es inferior a una salud estructural predefinida;

en el que la discontinuidad estructural presenta una primera longitud (516), estando dicho sensor (530) configurado para transmitir la primera señal indicativa de la longitud de la discontinuidad estructural, estando dicho controlador (302) configurado para transmitir la segunda señal de notificación a dicho dispositivo informático de usuario tras la determinación de que la longitud de la discontinuidad estructural es mayor que una longitud predefinida:

caracterizado porque:

cuando la discontinuidad estructural aumenta de la primera longitud (516) hasta una segunda longitud (518), dicho sensor (530) está configurado para transmitir una primera señal indicativa de la primera longitud (516) y una segunda señal indicativa de la segunda longitud (518), y dicho controlador (302) está configurado para:

calcular una velocidad de expansión de la discontinuidad estructural en base a la primera longitud (516), la segunda longitud (518), y un periodo de tiempo entre la recepción de la primera señal y la recepción de la segunda señal; y

determinar que la salud estructural de la turbina eólica es inferior a una salud estructural cuando la velocidad de expansión calculada es mayor que una velocidad de expansión predefinida

Sistemas y procedimientos de vigilancia de salud estructural de una turbina eólica

La materia objeto descrita en la presente memoria se refiere, en general, a sistemas y procedimientos de vigilancia de salud estructural de un sistema de turbinas eólicas y, más concretamente, a un sistema de vigilancia de la salud estructural de un componente estructural de la turbina eólica.

Al menos algunas turbinas eólicas conocidas incluyen una góndola fijada en la parte superior de una torre. Una góndola Incluye un conjunto de rotor acoplado a un generador por medio de un eje. En los conjuntos de rotor conocidos, una pluralidad de palas se extienden desde un rotor. Las palas están orientadas de forma que el viento que pasa sobre las palas gira el rotor y hace rotar el eje, accionando de esta manera el generador para generar electricidad. Las turbinas eólicas conocidas están, en general, sometidas a experimentar daños derivados de los elementos ambientales, como por ejemplo el cortante del viento, las temperaturas extremas, las heladas, las olas oceánicas, asi como la fricción interna, y el general desgaste mecánico. Los perjuicios operacionales pueden ocasionar a la larga un rendimiento de la turbina eólica por debajo del óptimo.

Al menos algunos procedimientos conocidos de vigilancia de las turbinas eólicas detectan perjuicios operacionales de forma Indirecta mediante la detección de síntomas, como por ejemplo una potencia de salida reducida y / o una ¡noperabllldad, o un rendimiento operativo disminuido de las turbinas eólicas. Además, debido a que son muchas las potenciales causas existentes de dichos síntomas, la determinación de la raíz del problema de un síntoma requiere una Inspección manual mediante un técnico de servicio, introduciendo un retraso y un gasto no deseables antes de que pueda darse una respuesta a la raíz del problema.

Al menos algunas turbinas eólicas conocidas incluyen un bastidor del generador que incluye un bastidor principal o una "placa de asiento" y un bastidor de soporte del generador o una porción del "bastidor trasero" que está dispuesto en voladizo desde la placa de asiento. Los bastidores del generador conocidos pueden verse sometidos a esfuerzos que pueden provocar agrietamientos por fatiga y / o averías, en particular en la junta existente entre la placa de asiento y la porción del bastidor trasero. Los procedimientos tradicionales de vigilancia de algunos bastidores del generador conocidos Incluyen la inspección manual, que puede ser infrecuente, costosa y lleva mucho tiempo.

El documento EP 1 857 672 analiza una planta de energía eólica que presenta un componente que incluye una o más unidades de sensor para detectar grietas en una fase temprana de su aparición.

El documento EP 2 112 374 se refiere a un sistema de detección de grietas que utiliza una fuente de luz y unas

fibras dispuestas a través de una estructura de Ingeniería de carga.

Sin embargo, diversos aspectos y formas de realización de la presente Invención se definen mediante las reivindicaciones adjuntas.

A continuación se describirán diversos aspectos y formas de realización de la presente Invención en conexión con los dibujos que se acompañan, en los cuales:

La FIG. 1 es una vista en perspectiva de un sistema de generador de turbina eólica.

La FIG. 2 es una vista en sección de tamaño ampliado de una porción del sistema de generador de turbina

eólica mostrado en la FIG. 1.

La FIG. 3 es un diagrama de bloques de un sistema de vigilancia de la salud estructural para vigilar el sistema de turbina eólica mostrado en la FIG. 1.

La FIG. 4 es un diagrama de bloques de un dispositivo informático de usuario ejemplar apropiado para su uso con el sistema de vigilancia de la salud estructural mostrado en la FIG. 3.

La FIG. 5 es un diagrama de bloques de un controlador ejemplar de vigilancia de la salud estructural para su uso con el sistema de vigilancia de la salud estructural mostrado en la FIG. 3.

La FIG. 6 es una vista en perspectiva de un sistema de vigilancia de la salud estructural apropiado para su uso en el sistema de generador de turbina eólica mostrado en la FIG. 1.

La FIG 7 es una vista de tamaño ampliado de un sistema de vigilancia alternativo de la salud estructural apropiado para su uso con el sistema de generador de turbina eóllco mostrado en la FIG. 1.

La FIG. 8 es un diagrama de flujo que ¡lustra un procedimiento ejemplar de operación de un sistema de vigilancia de la salud estructural para su uso con el sistema de generador de turbina eólica mostrado en la FIG. 1.

Diversas formas de realización descritas en la presente memoria facilitan la vigilancia de la salud estructural de una turbina eólica. Más en concreto, las formas de realización descritas en la presente memoria Incluyen un sistema de

vigilancia de la salud estructural que facilita la detección de discontinuidades estructurales dentro de la turbina eólica. Así mismo, el sistema de vigilancia de la salud estructural facilita la determinación de la salud estructural de la turbina eólica en base a la discontinuidad estructural y que opera la turbina eólica hasta conseguir una operación de seguridad tras la determinación de que la salud estructural del sistema de turbina eólica es diferente de una salud estructural predefinida. Según se utiliza en la presente memoria, el término "discontinuidad estructural" se refiere a un desplazamiento estructural dentro de un componente estructural y / o a una separación de dos o más componentes estructurales. Por ejemplo, una discontinuidad estructural puede ser una o más grietas, una junta desplazada, una separación de la junta, una fractura, una banda de deformación, y / o una banda de compresión. Según se utiliza en la presente memoria, el término "salud estructural" se refiere a la operación de un componente de turbina eólica con respecto a uno o más parámetros operativos del componente estructural.

La FIG. 1 es una vista en perspectiva de un sistema 10 de generador de turbina eólica. En la forma de realización ejemplar, el sistema 10 es una turbina eólica de eje geométrico horizontal. Como alternativa, el sistema 10 de generador de turbina eólica puede ser una turbina eólica de eje geométrico vertical. En la forma de realización ejemplar, un sistema 10 de generador de turbina eólica incluye una torre 12 que se extiende desde una superficie 14 de soporte, una góndola 16 montada sobre la torre 12, un generador 15 situado dentro de la góndola 16 y un rotor 18 que está acoplado de forma rotatoria al generador 15. El rotor 18 incluye un buje 20 rotatorio y al menos una pala 22 del rotor acoplada a y que se extiende hacia fuera desde el buje 20. En la forma de realización ejemplar, el rotor 18 incluye tres palas 22 del rotor. En una forma de realización alternativa, el rotor 18 incluye más o menos de tres palas del rotor. El sistema 10 de generador de turbina eólica incluye además un sistema 24 de vigilancia de la salud estructural. En la forma de realización ejemplar, el sistema 24 de vigilancia de la salud estructural está situado dentro de la góndola 16 y está acoplado operativamente al generador 15, al rotor 18 y / o al buje 20. De manera adicional o como alternativa, el sistema 24 de vigilancia de la salud estructural está operativamente acoplado a la torre 12. El sistema 24 de vigilancia de la salud estructural puede estar acoplado de forma operativa a cualquier componente estructural del sistema 10 de generador de turbina eólica de forma que pueda quedar sometido a ciclos de fatiga y / o de desgaste operativo que pueden traducirse en la aparición de discontinuidades estructurales. En la forma de realización ejemplar, la torre 12 está fabricada a partir de acero tubular para definir una cavidad (no mostrada en la FIG. 1) que se extiende entre la superficie 14 de soporte y la góndola 16. En una forma de realización alternativa, la torre 12 es cualquier tipo apropiado de torre que tenga cualquier altura apropiada.

Las palas 22 del rotor están separadas alrededor del buje 20 para facilitar la rotación del rotor 18 para hacer posible que la energía cinética sea transferida a causa del viento para convertirse en energía mecánica utilizable y, como consecuencia de ello, en energía eléctrica. En la forma de realización ejemplar, las palas 22 del rotor tienen una longitud que oscila entre aproximadamente 30 metros (m) y aproximadamente 120 m. Como alternativa, las palas 22 del rotor pueden tener cualquier longitud apropiada que haga posible que el sistema 10 de generador de turbina eólica funcione según lo descrito en la presente memoria. Por ejemplo, otros ejemplos no limitativos de longitudes de pala puede ser 10 m o menos, 20 m, 37 m o una... [Seguir leyendo]

1.- Un sistema (24, 500) de vigilancia de salud estructural para su uso con una turbina eólica, comprendiendo dicho sistema de vigilancia de salud estructural:

al menos un sensor (56) que comprende un sensor (432) ultrasónico o un sensor (50) de resistencia que puede estar montado con respecto a un componente (504) estructural de la turbina eólica y configurado para detectar una discontinuidad estructural formada dentro del componente estructural, estando dicho sensor también configurado para transmitir al menos una señal de vigilancia indicativa de la discontinuidad estructural; y

un controlador (302) acoplado de forma comunicativa a dicho sensor para recibir la señal de vigilancia procedente de dicho sensor, estando dicho controlador configurado para:

determinar una salud estructural de la turbina eólica en base a la señal recibida;

trasmitir una primera señal de notificación a un dispositivo informático de usuario tras la recepción de la señal de vigilancia; y

transmitir una segunda señal de notificación al dispositivo informático de usuario tras la determinación de que la salud estructural es inferior a una salud estructural predefinida;

en el que la discontinuidad estructural presenta una primera longitud (516), estando dicho sensor (530) configurado para transmitir la primera señal indicativa de la longitud de la discontinuidad estructural, estando dicho controlador (302) configurado para transmitir la segunda señal de notificación a dicho dispositivo informático de usuario tras la determinación de que la longitud de la discontinuidad estructural es mayor que una longitud predefinida:

caracterizado porque:

cuando la discontinuidad estructural aumenta de la primera longitud (516) hasta una segunda longitud (518), dicho sensor (530) está configurado para transmitir una primera señal indicativa de la primera longitud (516) y una segunda señal indicativa de la segunda longitud (518), y dicho controlador (302) está configurado para:

calcular una velocidad de expansión de la discontinuidad estructural en base a la primera longitud (516), la segunda longitud (518), y un periodo de tiempo entre la recepción de la primera señal y la recepción de la segunda señal; y

determinar que la salud estructural de la turbina eólica es inferior a una salud estructural cuando la velocidad de expansión calculada es mayor que una velocidad de expansión predefinida.

2 - Un sistema (24, 500) de vigilancia de salud estructural de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha turbina eólica incluye al menos una pala (22) del rotor acoplada a un sistema (68) de accionamiento del paso, estando dicho controlador (302) configurado para operar el sistema de accionamiento del paso para hacer rotar la pala del rotor tras la determinación de que la longitud de la discontinuidad estructural es mayor que una longitud predefinida.

3.- Un sistema (24, 500) de vigilancia de salud estructural de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que dicha turbina eólica incluye al menos una pala (22) del rotor acoplada a un sistema (68) de accionamiento del paso, estando dicho controlador (302) configurado para operar el sistema de accionamiento del paso para hacer rotar la pala del rotor tras la determinación de que la salud estructural es Inferior a una salud estructural predefinida.

4.- Un sistema (24, 500) de vigilancia de salud estructural de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que dicho sensor (530) está montado con respecto a al menos un elemento de entre un bastidor (54) del generador y una torre (12) de la turbina eólica.

5.- Una turbina eólica, que comprende:

una torre (12);

una góndola (16) acoplada a dicha torre;

un generador (42) situado en dicha góndola;

un rotor (18) acoplado de forma rotatoria a dicho generador; y

un sistema (24, 500) de vigilancia de salud estructural operativamente acoplado a un componente (504) estructural de dicha turbina eólica, comprendiendo dicho sistema (24, 500) de vigilancia de salud estructural el sistema de la reivindicación 1.