Procedimiento de vigilancia de un elemento giratorio que pertenece a una transmisión mecánica de un aerogenerador.

Procedimiento de vigilancia de un elemento giratorio que pertenece a una transmisión mecánica de un aerogenerador,

estando el procedimiento caracterizado por que comprende las etapas que consisten en:

- a) determinar una señal representativa de la velocidad angular instantánea (ω) del elemento giratorio sobre una duración de adquisición, - b) muestrear la señal representativa de la velocidad angular instantánea (ω) a un paso angular constante sobre un número de muestras determinado,

- c) calcular la transformada discreta de Fourier de la señal representativa de la velocidad angular muestreada (ω(i)) en la etapa b) de manera que se obtenga un espectro de orden de la señal representativa de la velocidad angular,

- d) detectar la frecuencia fundamental de aparición de un fallo del elemento giratorio sobre el espectro de orden de la señal representativa de la velocidad angular.

Procedimiento de vigilancia de un elemento giratorio que pertenece a una transmisión mecánica de un aerogenerador.

La presente invención se refiere a un procedimiento de vigilancia de un elemento giratorio que pertenece a una transmisión mecánica de un aerogenerador, así como a un sistema de vigilancia de un elemento giratorio que pertenece a una transmisión mecánica de un aerogenerador.

Por "elemento giratorio" se entiende en particular:

- una línea de árbol del aerogenerador, -un rodamiento que soporta una línea de árbol, -un engranaje que pertenece a un tren de engranajes de un multiplicador del aerogenerador, -una barra rotórica/estatórica de una generatriz del aerogenerador.

La vigilancia de los elementos giratorios tiene en particular por objetivo detectar los fallos de estos elementos giratorios. La vigilancia de los elementos giratorios es un desafío importante para la gestión del mantenimiento y de la conservación de un parque de aerogeneradores.

Se conoce a partir del estado de la técnica disponer unos acelerómetros sobre un elemento giratorio a vigilar con el fin de efectuar unas adquisiciones de mediciones a paso de tiempo constante de las vibraciones emitidas por los fallos y transmitidas a los acelerómetros por vía solidiana a través del cárter. Los fallos del elemento giratorio a vigilar generan unas excitaciones cíclicas cuya frecuencia de aparición depende directamente de la velocidad angular del elemento giratorio. Por otra parte, la vía solidiana que filtra estos fallos está influenciada por numerosos parámetros de los cuales el par ejercido sobre el elemento giratorio.

Los documentos US nº 5.365.787 y WO 9605486 describen unos procedimientos de vigilancia de un elemento giratorio que pertenece a una transmisión mecánica de una turbina. Estos procedimientos comprenden unas etapas para determinar una señal representativa de la velocidad angular instantánea del elemento giratorio sobre una duración de adquisición y calcular la transformada de Fourier discreta de la señal representativa de la velocidad angular muestreada de manera que se obtenga un espectro de orden de la señal representativa de la velocidad angular.

Las adquisiciones temporales de medición se pueden efectuar sólo cuando las condiciones de funcionamiento del aerogenerador son estables; en particular la velocidad angular del elemento giratorio debe permanecer en una ventana de adquisición predeterminada durante un tiempo de adquisición suficientemente importante. La ventana de adquisición está predeterminada de manera que:

- las excitaciones cíclicas no se extiendan en una banda de frecuencia demasiado ancha, dependiendo la anchura de la banda de frecuencia de la velocidad angular del elemento giratorio, -el tiempo de adquisición es suficientemente largo para obtener una estimación estadística fiable de la evolución del fallo.

Se debe observar que no es posible comparar las observaciones obtenidas a partir de diferentes ventanas de adquisición.

Estas condiciones de estabilidad del funcionamiento del aerogenerador son extremadamente imperativas en la medida en la que, por naturaleza, las condiciones de funcionamiento de un aerogenerador están dictadas por el viento, y son por lo tanto muy difícilmente controlables. En otras palabras, las condiciones de par ejercido sobre el elemento giratorio y de velocidad angular del elemento giratorio son clásicamente no estacionarias.

Por otra parte, cuando se desea vigilar el multiplicador del aerogenerador, las frecuencias a vigilar son numerosas y están alejadas unas de las otras.

Las adquisiciones temporales de mediciones necesitan entonces:

- una frecuencia de muestreo elevada para las excitaciones cíclicas más rápidas, -una resolución de frecuencia elevada para las excitaciones cíclicas más lentas y para diferenciar las excitaciones cíclicas cuyas frecuencias de aparición son próximas.

La señal vibratoria obtenida a partir de un acelerómetro es la convolución de la excitación cíclica que puede producir el elemento giratorio a vigilar por la función de transferencia del cárter. Ahora bien, la función de transferencia del cárter es muy sensible a las condiciones de montaje. Por lo tanto, la observación de un mismo fallo para un mismo

régimen de funcionamiento del aerogenerador puede diferir de manera importante para dos condiciones de montaje diferentes del cárter. Además, el cambio de condiciones de velocidad angular del elemento giratorio implica un cambio de la localización de la frecuencia de aparición de la excitación cíclica, e implica por lo tanto unas modificaciones de niveles medidos por el acelerómetro.

Además, dichas adquisiciones temporales de mediciones no pueden detectar los fallos que aparecen en los regímenes transitorios del aerogenerador, por ejemplo cuando el aerogenerador está iniciándose o apagándose. En efecto, como se ha precisado antes, las adquisiciones temporales de mediciones se deben efectuar cuando las condiciones de funcionamiento del aerogenerador son estables, siendo los regímenes transitorios por naturaleza inestables.

Además, la amortiguación de la vía solidiana que transmite la excitación cíclica al acelerómetro no permite vigilar el conjunto de una línea de árbol con un solo acelerómetro. En particular, es habitual utilizar una decena de acelerómetros para vigilar una línea de árbol completa, lo cual genera unos costes elevados de mantenimiento y dificultades de gestión de las señales a almacenar y a tratar.

La presente invención tiene como objetivo remediar la totalidad o parte de los inconvenientes antes citados y se refiere a un procedimiento de vigilancia de un elemento giratorio que pertenece a una transmisión mecánica de un aerogenerador, siendo el procedimiento remarcable por que comprende las etapas que consisten en:

- a) determinar una señal representativa de la velocidad angular instantánea del elemento giratorio sobre una duración de adquisición, -b) muestrear la señal representativa de la velocidad angular instantánea a un paso angular constante sobre un número de muestras determinado, -c) calcular la transformada de Fourier discreta de la señal representativa de la velocidad angular muestreada en la etapa b) de manera que se obtenga un espectro de orden de la señal representativa de la velocidad angular, -d) detectar la frecuencia fundamental de aparición de un fallo del elemento giratorio sobre el espectro de orden de la señal representativa de la velocidad angular.

Así, un procedimiento de vigilancia de este tipo permite detectar un fallo del elemento giratorio, a partir de su frecuencia de aparición denominada frecuencia característica, sobre el espectro de orden de la señal representativa de la velocidad angular.

La frecuencia característica del fallo se obtiene clásicamente mediante un análisis previo, en particular por un análisis geométrico del elemento giratorio.

Un procedimiento de vigilancia de este tipo permite detectar la frecuencia fundamental de aparición sobre el espectro de orden a proximidad de la frecuencia característica en el sentido en el que la frecuencia fundamental de aparición puede ser diferente de la frecuencia característica.

La vigilancia se obtiene entonces fácilmente, por ejemplo mediante un seguimiento de la amplitud del espectro de orden para la frecuencia fundamental de aparición.

Un procedimiento de vigilancia de este tipo utiliza una señal representativa de la velocidad angular instantánea muestreada a paso de ángulo constante, lo cual permite detectar un fallo para unas condiciones de par ejercido sobre el elemento giratorio y de velocidad angular del elemento giratorio que son no estacionarias así como para regímenes transitorios del aerogenerador, lo cual es imposible con una vigilancia vibratoria que utiliza unos acelerómetros y unos sistemas de adquisición temporal clásicos.

Según un modo de realización, el espectro de orden de la señal de velocidad angular presenta una componente de frecuencia de tipo banda ancha, y los medios de cálculo están configurados para aplicar un ventanaje (w (i) ) a la señal representativa de la velocidad angular muestreada (Ï (i) ) , estando el ventanaje configurado para retirar la componente de frecuencia de tipo banda ancha.

Así, cuando la velocidad angular del elemento giratorio presenta una variación macroscópica temporal, esta variación macroscópica genera una componente de frecuencia de tipo banda ancha sobre el espectro de orden. Así, un procedimiento de vigilancia de este tipo permite detectar precisamente un fallo del elemento giratorio a pesar de una variación macroscópica temporal de la velocidad... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de vigilancia de un elemento giratorio que pertenece a una transmisión mecánica de un aerogenerador, estando el procedimiento caracterizado por que comprende las etapas que consisten en:

- a) determinar una señal representativa de la velocidad angular instantánea (Ï) del elemento giratorio sobre una duración de adquisición, -b) muestrear la señal representativa de la velocidad angular instantánea (Ï) a un paso angular constante sobre un número de muestras determinado, -c) calcular la transformada discreta de Fourier de la señal representativa de la velocidad angular muestreada (Ï (i) ) en la etapa b) de manera que se obtenga un espectro de orden de la señal representativa de la velocidad angular, -d) detectar la frecuencia fundamental de aparición de un fallo del elemento giratorio sobre el espectro de orden de la señal representativa de la velocidad angular.

2. Procedimiento de vigilancia según la reivindicación 1, caracterizado por que el espectro de orden de la señal de velocidad angular presenta una componente de frecuencia de tipo banda ancha, y por que los medios de cálculo están configurados para aplicar un ventanaje (w (i) ) a la señal representativa de la velocidad angular muestreada (Ï (i) ) , estando el ventanaje configurado para retirar la componente de frecuencia de tipo banda ancha.

3. Procedimiento de vigilancia según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la etapa b) comprende las etapas que consisten en:

- calcular el valor medio de la señal representativa de la velocidad angular instantánea (Ï) determinada en la etapa a) sobre la duración de adquisición, -completar la señal representativa de la velocidad angular instantánea (Ï) determinada en la etapa a) con un número de puntos que presentan cada uno un valor sustancialmente igual a dicho valor medio calculado de la señal representativa de la velocidad angular instantánea (Ï) , siendo el número de puntos determinado de manera que el número de muestras define un intervalo de tiempo múltiplo del periodo fundamental de aparición del fallo.

4. Procedimiento de vigilancia según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que comprende además las etapas que consisten en:

- medir el valor medio de una señal de velocidad angular instantánea (Ï) sobre la duración de adquisición, -medir el valor medio del par ejercido sobre el elemento giratorio sobre la duración de adquisición, -normalizar la señal representativa de la velocidad angular instantánea (Ï) determinada en la etapa a) con respecto a una señal representativa de la velocidad angular de referencia.

5. Procedimiento de vigilancia según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que comprende además las etapas que consisten en:

- medir el valor medio del par ejercido sobre la duración de adquisición, -atribuir por lo menos un indicador a la frecuencia fundamental de aparición detectada en la etapa d) sobre la duración de adquisición, correspondiendo el indicador preferentemente a la amplitud del espectro de orden obtenido en la etapa c) para la frecuencia fundamental de aparición o a una combinación lineal de las amplitudes de dicho espectro de orden para los harmónicos de la frecuencia fundamental de aparición, -normalizar los indicadores obtenidos sobre la duración de adquisición con respecto a un indicador de referencia.

6. Procedimiento de vigilancia según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la señal representativa de la velocidad angular instantánea (Ï) determinada en la etapa a) presenta una frecuencia máxima, por que la etapa b) comprende una etapa que consiste en seleccionar una frecuencia de muestreo inferior al doble de dicha frecuencia máxima, y por que la etapa d) comprende una etapa que consiste en detectar la frecuencia de orden fundamental de aparición de un fallo del elemento giratorio sobre una zona de repliegue del espectro de orden de la señal representativa de la velocidad angular obtenida en la etapa c) .

7. Procedimiento de vigilancia según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la señal representativa

de la velocidad angular instantánea (Ï) determinada en la etapa a) es una señal acelerométrica muestreada a paso de tiempo constante, comprendiendo la etapa a) una etapa que consiste en montar un acelerómetro sobre un cárter del elemento giratorio.

8. Procedimiento de vigilancia según la reivindicación 7, caracterizado por que la etapa b) comprende una etapa que consiste en interpolar la señal acelerométrica.

9. Procedimiento de vigilancia según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la señal representativa de la velocidad angular instantánea (Ï) determinada en la etapa a) es una señal de velocidad angular instantánea (Ï) .

10. Procedimiento de vigilancia según la reivindicación 9, caracterizado por que la etapa a) y la etapa b) comprenden las etapas que consisten en:

- montar un taquímetro sobre el elemento giratorio, proporcionando el taquímetro una serie de impulsos representativa de la posición angular instantánea (Ï) del elemento giratorio, -medir los intervalos de tiempo entre dos frentes ascendentes, en particular sucesivos, de la serie de impulsos por medio de un primer contador de alta frecuencia que presenta un reloj de alta frecuencia.

11. Procedimiento de vigilancia según la reivindicación 10, caracterizado por que comprende una etapa que consiste en restar dos intervalos de tiempo sucesivos medidos entre dos frentes ascendentes sobre la duración de adquisición de manera que se obtenga una señal representativa de la aceleración angular instantánea.

12. Procedimiento de vigilancia según la reivindicación 10, caracterizado por que comprende las etapas que consisten en:

- sumar los intervalos de tiempo medidos entre dos frentes ascendentes sobre la duración de adquisición de manera que se obtenga una señal denominada de suma, -interpolar la señal de suma, preferentemente por interpolación spline cúbico, de manera que se obtenga una función ángulo-tiempo, asociando la función ángulo-tiempo cada posición angular instantánea del elemento giratorio a un paso de tiempo, correspondiendo los pasos de tiempo a los franqueos de cada frente ascendente sobre la duración de adquisición, -muestrear dicha posición angular a paso de tiempo constante, -efectuar una doble derivación temporal de la función ángulo-tiempo de manera que se obtenga una señal de aceleración angular instantánea, -filtrar dicha señal de aceleración angular instantánea sobre una banda de frecuencia predeterminada.

13. Procedimiento de vigilancia según una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado por que la etapa a) y la etapa b) comprenden una etapa que consiste en medir los intervalos de tiempo entre un primer frente ascendente y 45 un segundo frente ascendente por medio de un segundo contador de alta frecuencia, estando el segundo frente ascendente separado del primer frente ascendente por lo menos por un frente ascendente intermedio, estando el segundo contador preferentemente ligado al reloj de alta frecuencia del primer contador.

14. Sistema de vigilancia de un elemento giratorio que pertenece a una transmisión mecánica de un aerogenerador, estando el sistema de vigilancia caracterizado por que comprende:

- unos medios de determinación dispuestos para determinar una señal representativa de la velocidad angular instantánea (Ï) del elemento giratorio sobre una duración de adquisición, 55 -unos medios de muestreo configurados para muestrear la señal representativa de la velocidad angular (Ï) a un paso angular constante sobre un número de muestras determinado, -unos medios de cálculo configurados para calcular la transformada discreta de Fourier de la señal representativa de la velocidad angular muestreada (Ï (i) ) de manera que se obtenga un espectro de orden de la señal representativa de la velocidad angular, -unos medios de detección dispuestos para detectar la frecuencia fundamental de aparición de un fallo del elemento giratorio sobre el espectro de orden de la señal representativa de la velocidad angular (Ï (i) ) .

15. Sistema de vigilancia según la reivindicación 14, caracterizado por que el espectro de orden de la señal de velocidad angular presenta una componente de frecuencia de tipo banda ancha, y por que los medios de cálculo

están configurados para aplicar un ventanaje (w (i) ) a la señal representativa de la velocidad angular muestreada (Ï) i) ) , estando el ventanaje configurado para retirar la componente de frecuencia de tipo banda ancha.

16. Sistema de vigilancia según la reivindicación 14 o 15, caracterizado por que los medios de muestreo están configurados para:

- calcular el valor medio de la señal representativa de la velocidad angular instantánea (Ï) sobre la duración de adquisición, -completar la señal representativa de la velocidad angular instantánea (Ï) con un número de puntos que presentan cada uno un valor sustancialmente igual a dicho valor medio calculado, siendo el número de puntos determinado de manera que el número de muestras define un intervalo de tiempo múltiplo del periodo fundamental de aparición del fallo.

17. Sistema de vigilancia según una de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizado por que comprende además:

- unos medios de medición del valor medio de una señal de velocidad angular instantánea (Ï) sobre la duración de adquisición, -unos medios de medición del valor medio del par ejercido sobre el elemento giratorio sobre la duración de adquisición, -unos medios de normalización de la señal representativa de la velocidad angular instantánea (Ï) con respecto a una señal representativa de la velocidad angular de referencia.

18. Sistema de vigilancia según una de las reivindicaciones 14 a 17, caracterizado por que comprende además:

- unos medios de medición del valor medio de una señal de velocidad angular instantánea (Ï) sobre la duración de adquisición, -unos medios de medición del valor medio del par ejercido sobre el elemento giratorio sobre la duración de adquisición, -unos medios para atribuir por lo menos un indicador a la frecuencia fundamental de aparición detectada sobre la duración de adquisición, correspondiendo el indicador preferentemente a la amplitud del espectro de orden para la frecuencia fundamental de aparición o a una combinación lineal de las amplitudes de dicho espectro de orden para los harmónicos de la frecuencia fundamental de aparición, -unos medios de normalización de los indicadores obtenidos sobre la duración de adquisición con respecto a un indicador de referencia.

19. Sistema de vigilancia según una de las reivindicaciones 14 a 18, caracterizado por que la señal representativa de la velocidad angular instantánea (Ï) presenta una frecuencia máxima, por que los medios de muestreo están configurados para seleccionar una frecuencia de muestreo inferior al doble de dicha frecuencia máxima, y por que los medios de detección están configurados para detectar la frecuencia de orden fundamental de aparición del fallo del elemento giratorio sobre una zona de repliegue del espectro de orden de la señal representativa de la velocidad angular.

20. Sistema de vigilancia según una de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado por que los medios de determinación comprenden:

- un taquímetro montado sobre el elemento giratorio, proporcionando el taquímetro una serie de impulsos representativa de la posición angular instantánea del elemento giratorio, -un primer contador de alta frecuencia dispuesto para medir los intervalos de tiempo entre dos frentes ascendentes, en particular sucesivos, de la serie de impulsos, formando el primer contador los medios de muestreo, presentando el primer contador un reloj de alta frecuencia.

21. Sistema de vigilancia según la reivindicación 20, caracterizado por que los medios de cálculo están configurados para restar dos intervalos de tiempo sucesivos medidos entre dos frentes ascendentes sobre la duración de adquisición de manera que se obtenga una señal representativa de la aceleración angular instantánea.

22. Sistema de vigilancia según la reivindicación 20, caracterizado por que los medios de cálculo están configurados

para:

- sumar los intervalos de tiempo medidos entre dos frentes ascendentes sobre la duración de adquisición de manera que se obtenga una señal denominada de suma, 5

- interpolar la señal de suma, preferentemente por interpolación spline cúbico, de manera que se obtenga una función ángulo-tiempo, asociando la función ángulo-tiempo cada posición angular instantánea del elemento giratorio a un paso de tiempo, correspondiendo los pasos de tiempo a los franqueos de cada frente ascendente sobre la duración de adquisición, -muestrear dicha posición angular a paso de tiempo constante, -efectuar una doble derivación temporal de la función ángulo-tiempo de manera que se obtenga una señal de aceleración angular instantánea.

15. filtrar dicha señal de aceleración angular instantánea sobre una banda de frecuencia predeterminada.

23. Sistema de vigilancia según una de las reivindicaciones 20 a 22, caracterizado por que los medios de determinación comprenden un segundo contador de alta frecuencia dispuesto para medir los intervalos de tiempo entre un primer frente ascendente y un segundo frente ascendente, estando el segundo frente ascendente separado del primer frente ascendente por lo menos por un frente ascendente intermedio, estando el segundo contador preferentemente ligado al reloj de alta frecuencia del primer contador.

24. Sistema de vigilancia según una de las reivindicaciones 14 a 19, caracterizado por que el elemento giratorio presenta un cárter, y por que los medios de determinación comprenden por lo menos un acelerómetro montado en el cárter.