RS66368B1

RS66368B1 - Postupak i sistem za praćenјe zdravstvenog stanјa pričvršćivača korena lopatice

Info

Publication number: RS66368B1
Application number: RS20241455A
Authority: RS
Inventors: Wensheng Jiang; Lin Chen; Minghui Li; Kai Wang
Original assignee: Envision Energy Co Ltd
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2025-01-31
Also published as: BR112022011863A2; US20230011584A1; EP4080046A1; WO2021119909A1; CN113286944A; AU2019478946B2; SA522432997B1; AU2019478946A1; DK4080046T3; ES2999636T3; EP4080046A4; CN113286944B; PT4080046T; PL4080046T3; EP4080046B1

Description

Opis

OBLAST PRONALASKA

[0001] Predmetni pronalazak se uopšteno odnosi na oblast proizvodnje energije vetra, posebno na postupak za praćenje zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice. Dalje, predmetni pronalazak se odnosi na sistem za praćenje zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice.

STANJE TEHNIKE

[0002] Poslednjih godina, sa unapređenjem svesti o zaštiti životne sredine i podrškom politikama različitih zemalja, oblast čiste energije pokazuje brzi trend razvoja. Kao nova vrsta energije, čista energija ima prednosti široke distribucije, obnovljive energije i manjeg zagađenja životne sredine u poređenju sa tradicionalnim fosilnim gorivima. Kao predstavnik čiste energije, primena vetroturbina (vetrogeneratora) se povećava iz dana u dan.

[0003] Lopatica vetroturbine je važna komponenta vetroturbine za hvatanje energije vetra, a njen normalan rad je direktno povezan sa bezbednošću opreme i efikasnošću proizvodnje energije. Pravilan rad lopatica, pa čak i vetroturbine, zavisi od čvrstog povezivanja pričvršćivača korena kao što su vijci za koren. Pričvršćivač za koren lopatice je važna komponenta za povezivanje lopatica sa glavčinama. Ako je pričvršćivač korena lopatice slomljen ili olabavljen, to će uticati na radni stav lopatice i smanjiti efikasnost proizvodnje energije; u ozbiljnim slučajevima, to će izazvati velike bezbednosne nesreće, kao što je udar lopatice u toranj ili pad. Zbog toga je praćenje zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice od velikog značaja za efikasan i bezbedan rad vetroturbina.

[0004] Trenutno se sledeće sheme uglavnom koriste za praćenje zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice:

(1) analiziranje i obrada različitih signala koje je prikupio senzor vetroturbine na osnovu mašinskog učenja, i izgradnja višeslojnog modela percepcije za predviđanje da li je vetroturbina u stanju greške i da li je vijak korena lopatice zdrav. Ova shema je previše komplikovana, potrebno je proveriti pouzdanost, a model zavisi od konfiguracije vetroturbine, a prenosivost je loša.

(2) skeniranje svih vijaka koji se približavaju tokom procesa naginjanja od strane beskontaktnog senzora da bi se utvrdilo da li je glava vijka korena lopatice otpala. Ova shema zahteva ugradnju hardverskih senzora, što je skupo.

(3) korišćenje signala prikupljenih od strane sonde za nadzor i temperaturnog senzora za izračunavanje sile prethodnog zatezanja vijka kako bi se utvrdilo da li je sila prethodnog zatezanja u normalnom opsegu i da li je vijak oštećen. Ova shema zahteva ugradnju hardverskih senzora, što je skupo, a predopterećenje nije direktno povezano sa lomljenjem vijka.

(4) korišćenje promene pritiska između spojnih elemenata vijka da bi se utvrdilo da li su vijci slomljeni ili labavi. Ova shema zahteva hardverske senzore i skupa je.

(5) obrnuto odbijanje promene frekvencije lopatica preko signala vibracije senzora ubrzanja gondole i izvođenje zaštite od isključenja kada razlika u frekvenciji tri lopatice pređe prag. U ovoj shemi, odnos signal-šum prirodne vibracije lopatice u spektru signala vibracije gondole je nizak.

[0005] Iz ograničenja gornjih shema, može se znati da trenutno postoji potreba za jednostavnijom i efikasnijom shemom praćenja pričvršćivača korena lopatice.

[0006] Dokument US 2019/078557 A1 odnosi se na postupak za praćenje vibracionog stanja vetroturbine koji obuhvata detekciju većeg broja vrednosti ubrzanja koje predstavljaju ubrzanja pri čemu je komponenta vetroturbine podložna u različitim odgovarajućim vremenskim tačkama unutar određenog vremenskog intervala, čuvajući vrednosti ubrzanja u skup podataka o ubrzanju; generisanje zbirne distribucije frekvencije na osnovu skupa podataka o ubrzanju, upoređivanje prve vrednosti zbirne frekvencije zbirne distribucije frekvencije sa drugom vrednošću zbira frekvencije distribucije praga zbira frekvencije za najmanje jednu vrednost ubrzanja, i izdavanje signala upozorenja ako druga vrednost frekvencije zbira je veća od prve vrednosti frekvencije zbira.

KRATAK OPIS PRONALASKA

[0007] Predmet ovog pronalaska je da obezbedi postupak i sistem za praćenje zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice, a pomoću tog postupka i/ili sistema može da se odredi zdravstveno stanje pričvršćivača korena lopatice uz nisku cenu i visoku tačnost, čime se poboljšava radna efikasnost i radna sigurnost vetroturbine.

[0008] Predmetni pronalazak je izložen u priloženom skupu patentnih zahteva.

[0009] U prvom aspektu predmetnog pronalaska, ovaj cilj je rešen postupkom za praćenje zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice prema patentnom zahtevu 1, pri čemu postupak obuhvata sledeće korake:

dobijanje sekvence signala ubrzanja koja predstavlja bočnu vibraciju gondole i sekvence signala brzine rotacije koji predstavlja brzinu rotacije rotora;

analiziranje sekvence signala ubrzanja i sekvence signala brzine rotacije za određivanje amplitude gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora; i

određivanje zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice na osnovu amplitude.

[0010] U kontekstu predmetnog pronalaska, izraz „bočne vibracije gondole” odnosi se na vibracije gondole vetroturbine u bočnom pravcu, upravnom ili poprečnom na vertikalni pravac (na primer, pod uglom od 70° do 90° u vertikalnom pravcu). Izraz „brzina rotacije rotora” odnosi se na brzinu rotacije rotora vetroturbine koja se sastoji od lopatica i glavčine. Izraz „dvostruka frekvencija brzine rotacije rotora” odnosi se na dvostruku frekvenciju u hercima (tj. puta u sekundi) konvertovanu iz brzine rotacije rotora (na primer, brzina rotacije rotora u ciklus/minut se pretvara u brzinu rotacije rotora u ciklus/sekund i množi sa 2 puta da bi se dobila dvostruka frekvencija brzine obrtanja rotora). Izraz „sekvenca signala” se odnosi na skup vrednosti prikupljenih u više vremenskih tačaka za signal.

[0011] U proširenom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, postupak dalje obuhvata sledeće korake:

filtriranje amplitude na osnovu istorijskih podataka o amplitudi da bi se uklonio uticaj abnormalnih podataka.

[0012] Kroz ovo prošireno tehničko rešenje, abnormalni podaci i njihov uticaj mogu biti eliminisani, čime se poboljšava tačnost praćenja. Na primer, filter se može koristiti za filtriranje tačaka abnormalne frekvencije ili abnormalne amplitude. Abnormalni podaci se mogu definisati kao, na primer, razlika od istorijske prosečne vrednosti ili statističke vrednosti pod određenim uslovima (kao što je specifična brzina vetra) koja premašuje, na primer, unapred određeni prag, kao što je 50%, 60 %, 70 % itd.

[0013] U poželjnom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, analiza sekvence signala ubrzanja i sekvence signala brzine rotacije da bi se odredila amplituda gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora obuhvata sledeće korake:

transformisanje ubrzanja predstavljenog sekvencom signala ubrzanja iz signala vremenskog domena u signal ugaonog domena azimuta rotora prema brzini rotacije rotora predstavljenoj sekvencom signala brzine rotacije; i

izvođenje FFT (brze Furijeove transformacije) na signalu ugaonog domena i izdvajanje amplitude koja odgovara dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora kao amplitude gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora.

[0014] Kroz ovo poželjno tehničko rešenje, amplituda gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora može se tačno i brzo odrediti. Ovde, izvođenjem transformacije iz vremenskog domena u ugaoni domen i izvođenjem brze Furijeove transformacije na signalu ugaonog domena, može se lako dobiti signal frekvencijskog spektra vibracije gondole, a samim tim i amplituda gondole na dvostrukoj frekvencija brzine rotacije vetrobranskog rotora se može brzo dobiti.

[0015] U poželjnom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, postupak dalje obuhvata sledeće korake:

eliminisanje pozadinskog šuma zbog ograničene dužine podataka signala ugaonog domena nakon FFT-a; i/ili

korekciju amplitude koja odgovara dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora prema frekvenciji i/ili težini tornja i frekvenciji i/ili težini lopatice.

[0016] Kroz ovo poželjno tehničko rešenje, pozadinska buka se može smanjiti ili eliminisati, ili se preciznost amplitude gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora može poboljšati. Eliminacija pozadinskog šuma može se postići, na primer, propuštanjem brzog Furijeovog transformisanog signala kroz filtar sa odgovarajućom graničnom frekvencijom, kao što je propusni filtar.

[0017] U proširenom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, pričvršćivač korena lopatice obuhvata jedno ili više od sledećeg: vijak korena lopatice, navrtku korena lopatice, zavrtanj korena lopatice i deo za prianjanje korena lopatice. Sa ovim proširenim tehničkim rešenjem, različiti pričvršćivači korena lopatice mogu biti detektovani po niskoj ceni i precizno, čime se poboljšava operativna bezbednost vetroturbine.

[0018] U proširenom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, postupak dalje obuhvata sledeće korake:

slanje alarmnog signala na daljinu na mobilni uređaj korisnika.

[0019] Kroz ovo prošireno tehničko rešenje može se realizovati daljinsko praćenje pričvršćivača korena lopatice. Na primer, korisnik može da instalira aplikaciju softvera za nadgledanje na korisnikov mobilni uređaj, koja može daljinski da komunicira sa vetroturbinom (koja se takođe naziva „vetroelektrana/vetrogenerator”) u realnom vremenu, tako da korisnik može da vidi zdravstveno stanje pričvršćivača korena lopatice u realnom vremenu.

[0020] U proširenom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, određivanje zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice na osnovu amplitude obuhvata sledeće korake:

izdavanje alarmnog signala koji ukazuje da održavanje treba da se izvrši kada amplituda pređe prvi prag; i

izdavanje alarmnog signala koji ukazuje da vetroturbinu treba isključiti kada amplituda pređe drugi prag.

[0021] Kroz ovo prošireno tehničko rešenje, različite protivmere se mogu preduzeti u skladu sa različitim uslovima kvara. Na primer, kada amplituda premašuje prvi prag, ali je niža od drugog praga, to znači da otpadanje ili lomljenje vijka ne utiče ozbiljno na bezbednost vetroturbine, kao što je pad ili lom samo jednog ili nekritičnog vijka; i kada amplituda pređe drugi prag, što ukazuje da je više ili kritičnih vijaka otpalo ili polomljeno, što zahteva momentalno gašenje da bi se sprečila bezbednosna nesreća. Drugi prag je veći od prvog praga, a dva praga se mogu postaviti prema statističkim ili empirijskim podacima.

[0022] U drugom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, prethodni cilj je rešen sistemom za praćenje zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice prema patentnom zahtevu 8, sistem obuhvata:

senzor, koji je konfigurisan da dobije sekvencu signala ubrzanja koji predstavlja bočnu vibraciju gondole i sekvencu signala brzine rotacije koji predstavlja brzinu rotacije rotora; i

kontroler, koji je konfigurisan da obavlja sledeće radnje:

analiziranje sekvence signala ubrzanja i sekvence signala brzine rotacije da bi se odredila amplituda gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora; i

da se odredi zdravstveno stanje pričvršćivača korena lopatice na osnovu amplitude.

[0023] U poželjnom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, senzor je PCH senzor ubrzanja. Kroz ovo poželjno tehničko rešenje, merenje i ubrzanja i brzine rotacije može se lako postići preko istog PCH senzora ubrzanja. U isto vreme, pošto je PCH senzor ubrzanja instaliran u većini vetroturbina, ovo tehničko rešenje može da realizuje merenje ubrzanja i brzine rotacije bez ili sa vrlo malim dodatnim troškovima hardvera.

[0024] U proširenom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, sistem dalje obuhvata:

aktuator nagiba, koji je konfigurisan da izvrši operaciju zakretanja na osnovu zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice; i/ili

daljinski komunikacioni modul, koji je konfigurisan da daljinski prenosi zdravstveno stanje pričvršćivača korena lopatice na mobilni uređaj korisnika.

[0025] Sa ovim proširenjem, može se realizovati hitno rešavanje u uslovima kvara, kao što je podešavanje položaja lopatice po nagibu, ili usporavanje ili zaustavljanje rotora da bi se izbegle nezgode; alternativno, daljinska komunikacija se može implementirati tako da, na primer, korisnik može biti obavešten na daljinu. Daljinski komunikacioni modul može da realizuje komunikaciju na daljinu, na primer, Bluetooth vezom, Wi-Fi vezom, mobilnom vezom, itd. Laserska komunikacija ili satelitska komunikacija su, takođe, zamislive. Korisnički mobilni uređaj može biti, na primer, laptop računar, tablet računar, lični digitalni asistent (PDA), pametni telefon, itd.

[0026] U proširenom tehničkom rešenju pronalaska, zdravstveno stanje obuhvata jedno ili više od sledećeg:

da li pričvršćivač korena lopatice otpada;

da li je pričvršćivač korena lopatice slomljen; i

da li je pričvršćivač korena lopatice labav.

[0027] Sa ovim proširenim tehničkim rešenjem, mogu se otkriti različite situacije kvara pričvršćivača. Drugi uslovi kvara zatvarača su, takođe, zamislivi prema učenjima predmetnog pronalaska, kao što je prekomerno trošenje pričvršćivača, itd.

[0028] Dalje, pronalazak se, takođe, odnosi na vetroturbinu sa sistemom prema pronalasku.

[0029] Predmetni pronalazak ima najmanje sledeće korisne efekte: (1) Kroz predmetni pronalazak, moguće je tačno utvrditi da li je došlo do kvara pričvršćivača korena lopatice, što se zasniva na sledećem uvidu pronalazača: pronalazač je utvrdio preko istraživanja da će kvarovi kao što je lomljenje i otpuštanje pričvršćivača korena lopatice izazvati abnormalne promene u stavu lopatice, kao što je smanjenje prirodne frekvencije vibracija lopatice, što će pak dovesti do bočne vibracije gondole. I ne samo to, pronalazači su, takođe, otkrili specifičnost ove bočne vibracije, konkretno, različite bočne vibracije gondole nisu sve povezane sa kvarom pričvršćivača korena lopatice, već samo vibracija gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora ima jaku korelaciju sa kvarom pričvršćivača korena lopatice. Odnosno, frekvencija bočne vibracije gondole uzrokovane kvarom pričvršćivača korena lopatice je potpuno ista kao dvostruka frekvencija brzine rotacije rotora. Stoga, otkrivanjem amplitude gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora, može se tačno proceniti da li je došlo do kvara pričvršćivača korena lopatice. (2) U poređenju sa prethodnim stanjem tehnike, predmetni pronalazak ima karakteristike jednostavnijeg izračunavanja, niže cene hardvera, veće praktičnosti, itd. Ovo je zato što predmetni pronalazak treba samo da otkrije ubrzanje i brzinu rotacije, što se može realizovati PCH ubrzanjem, a proces izračunavanja je jednostavan, tako da su softver i hardver predmetnog pronalaska jeftini, jednostavni u radu i veoma praktični.

KRATAK OPIS CRTEŽA

[0030] Predmetni pronalazak je dalje opisan u daljem tekstu uz upućivanje na priložene crteže u vezi sa specifičnim tehničkim rešenjima.

Slika 1 prikazuje shematski dijagram sistema prema pronalasku;

Slika 2 prikazuje tok postupka prema pronalasku; i

Slika 3 prikazuje primer procesa praćenja prema ovom pronalasku.

DETALJAN OPIS PRONALASKA

[0031] Treba napomenuti da različite komponente na različitim slikama mogu biti prikazane preuveličane u svrhu ilustracije, a ne nužno za ispravku razmere. Na različitim slikama, identične ili funkcionalno identične komponente imaju iste pozivne oznake.

[0032] U predmetnom pronalasku, osim ako nije drugačije naznačeno, „postavljeno na”, „postavljeno preko” i „postavljeno po” ne isključuju slučaj kada postoji međuproizvod između to dvoje. Pored toga, „postavljeno na ili iznad” znači samo relativni pozicioni odnos između dve komponente, a u određenim okolnostima, kao što je obrtanje smera proizvoda, takođe se može konvertovati u „postavljeno pod ili ispod”, i obrnuto.

[0033] U predmetnom pronalasku, svako tehničko rešenje je namenjeno samo da ilustruje rešenje predmetnog pronalaska i ne treba da se tumači kao ograničavajuće.

[0034] U predmetnom pronalasku, osim ako nije drugačije naznačeno, kvantifikatori „a” i „an” (u engl. jeziku) ne isključuju scenario više elemenata.

[0035] Ovde, takođe, treba istaći da, u tehničkim rešenjima predmetnog pronalaska, radi jasnoće i jednostavnosti, samo deo komponenti ili sklopova može biti prikazan, ali prosečni stručnjaci u tehnici će razumeti da, pod učenjem predmetnog pronalaska, potrebni delovi ili komponente se mogu dodati prema specifičnim scenarijima.

[0036] Takođe treba istaći da u okviru predmetnog pronalaska pojmovi „isto”, „jednako” i „jednako sa” ne znače da su dve vrednosti apsolutno jednake, već dozvoljavaju izvesnu razumnu grešku, tj. fraze takođe obuhvataju „u suštini isto”, „u suštini jednako”, „u suštini jednako sa”. Po analogiji, u predmetnom pronalasku, izrazi „upravno na”, „paralelno sa” i slično u pravcu ploče, takođe, obuhvataju značenja „u suštini upravno na” i „u suštini paralelno sa”.

[0037] Pored toga, numerisanje koraka svakog postupka predmetnog pronalaska ne ograničava redosled izvršenja koraka postupka. Osim ako nije drugačije naznačeno, različiti koraci postupka mogu se izvoditi različitim redosledom.

[0038] U predmetnom pronalasku, kontroler može biti implementiran u softveru, hardveru ili firmveru ili njihovoj kombinaciji. Kontroler može postojati sam ili biti deo komponente. Na primer, kontroler može biti implementiran kao diskretni hardverski modul u vetroturbini ili kao deo sistema nagiba; ili kontroler može biti implementiran kao softver, kao što je softverski modul kontrolnog sistema sistema nagiba ili na lokalnom računaru ili udaljenom serveru ili korisničkoj aplikaciji za mobilni uređaj.

[0039] Imajući u vidu ograničenja postojeće sheme za praćenje korena lopatice, kao što su visoka složenost praćenja, visoka cena hardvera i niska tačnost detekcije, predmetni pronalazak obezbeđuje novi postupak i sistem za praćenje zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice, koji može odrediti zdravstveno stanje pričvršćivača korena lopatice sa niskom cenom i visokom preciznošću, čime se povećava radna efikasnost i sigurnost rada vetroturbine. Konkretno, ideja na kojoj se zasniva predmetni pronalazak je da je pronalazač kroz istraživanje otkrio da će kvarovi kao što su lomljenje i otpuštanje pričvršćivača korena lopatice izazvati abnormalne promene u stavu lopatice, kao što je smanjenje frekvencije prirodne vibracije lopatice, što će zauzvrat dovesti do bočnih vibracija gondole. I ne samo to, pronalazači su, takođe, otkrili specifičnost ove bočne vibracije, konkretno, različite bočne vibracije gondole nisu sve povezane sa kvarom pričvršćivača korena lopatice, već samo vibracija gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora ima jaku korelaciju sa kvarom pričvršćivača korena lopatice. Odnosno, frekvencija bočne vibracije gondole uzrokovana kvarom pričvršćivača korena lopatice je potpuno ista kao i dvostruka frekvencija brzine rotacije rotora. Stoga, otkrivanjem amplitude gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora, može se tačno proceniti da li je došlo do kvara pričvršćivača korena lopatice. Pored toga, predmetni pronalazak treba samo da otkrije ubrzanje i brzinu rotacije, a rešenje za proračun je jednostavno, tako da se troškovi hardvera i softvera rešenja za otkrivanje kvara pričvršćivača mogu bolje smanjiti. Na primer, predmetni pronalazak može da koristi PCH senzor koji će biti instaliran u vetroturbini, ne mora da se instalira dodatni hardverski senzor, ima nisku cenu i dobru svestranost. Pored toga, rešenje predmetnog pronalaska može se instalirati u programibilno logičko kolo PLC vetroturbine u obliku softverske aplikacije za obavljanje samostalne operacije van mreže kako bi se realizovao nadzor sa punim radnim vremenom. Kada se aktivira upozorenje o kvaru, vetroturbina će se automatski zaustaviti radi zaštite. Pronalazak ima strogu teorijsku podršku iza sebe i ima jasnu usmerenost za prelom vijka korena lopatice.

[0040] Predmetni pronalazak je dalje opisan u daljem tekstu uz upućivanje na priložene crteže u vezi sa specifičnim tehničkim rešenjima.

[0041] Slika 1 prikazuje shematski dijagram sistema 100 prema pronalasku.

[0042] Prvo, izložen je primer radnog okruženja za sistem 100. U ovom tehničkom rešenju, sistem 100 za praćenje zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice (ili jednostavno „sistem 100”) određuje zdravstveno stanje pričvršćivača korena lopatice kroz merenje podataka ili prikupljanje podataka i obradu podataka, i šalje zdravstveno stanje na daljinu korisniku mobilnog uređaja 107 preko opcionog relejnog uređaja 105 i opcione mreže 106, a zatim korisnik može daljinski da vidi zdravstveno stanje, na primer, na aplikaciji 108 za nadgledanje instaliranoj na korisničkom mobilnom uređaju 107 i vrši operacije na daljinu kao što je podešavanje položaja lopatice ili gašenje ako je potrebno. Relejni uređaj 105 može biti, na primer, infracrveni prijemnik, Wi-Fi ruter, bazna stanica, komunikacioni satelit, itd. Mreža 106 može biti internet ili intranet ili druga privatna mreža. U poželjnom tehničkom rešenju, sistem 100 komunicira direktno sa korisničkim mobilnim uređajem 107 ili drugim kontrolnim terminalom, u ovom slučaju, sistem 100 ima predajnik odgovarajuće snage tako da signal o zdravstvenom stanju može da primi korisnički mobilni uređaj 107 ili drugi kontrolni terminal. U poželjnom tehničkom rešenju, udaljeni server 109 je takođe obezbeđen za autentifikaciju sistema 100 i skladištenje istorijskih podataka. Na primer, korisnik mora prvo da unese ispravne korisničke akreditive u udaljeni server 109 da bi pristupio sistemu 100 (na primer, pomoću aplikacije za praćenje 108 instalirane na korisničkom mobilnom uređaju 107), čime dobija odgovarajuće zdravstveno stanje. Udaljeni server 109, takođe, može da skladišti istorijsko zdravstveno stanje sistema 100 za statističko ili povezano određivanje praga. Dodatno, udaljeni server 109, takođe, može da šifrira i dešifruje podatke između sistema 100 i korisničkog mobilnog uređaja 107, čime se povećava bezbednost.

[0043] U predmetnom pronalasku, pričvršćivač korena lopatice treba razumeti široko. Na primer, koren lopatice obuhvata različite uređaje za pričvršćivanje za povezivanje korena lopatice i vijka, kao što su vijci za koren lopatice, navrtke za koren lopatice, zavrtnji za koren lopatice i delovi za prianjanje korena lopatice, itd. Kvarovi kao što su lomljenje i otpuštanje ovih pričvršćivača korena lopatice će dovesti do promena u držanju lopatica i čak dovesti do bezbednosnih nezgoda kod vetroturbine.

[0044] Dalji detalji o sistemu 100 su navedeni u nastavku.

[0045] Kao što je prikazano na Sl. 1, sistem 100 za praćenje zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice prema predmetnom pronalasku uključuje sledeće komponente (neke od ovih komponenti su opcione):

● senzor, koji je konfigurisan da dobije sekvencu signala ubrzanja koji predstavlja bočnu vibraciju gondole i sekvencu signala brzine rotacije koji predstavlja brzinu rotacije rotora. Senzor 101 može biti, na primer, PCH senzor ubrzanja instaliran u gondoli, koji se može koristiti za merenje i ubrzanja i brzine rotacije. Drugi tipovi senzora 101 su, takođe, zamislivi prema učenjima predmetnog pronalaska, kao što su senzor brzine rotacije i senzor pomeranja. Ovde se izraz „signali ubrzanja koji predstavljaju bočnu vibraciju gondole” odnosi na ubrzanje na merenju gondole, pošto je ubrzanje izazvano vibracijom gondole u bočnom pravcu. U ovom pronalasku, bočni pravac gondole se odnosi na horizontalni pravac ili pravac poprečan na vertikalni pravac (na primer, pod uglom od 70° do 90° u odnosu na vertikalni pravac).

kontroler 102, koji je konfigurisan da izvrši sledeće radnje:

◇ analizu sekvence signala ubrzanja i sekvencu signala brzine rotacije da biste odredili amplitudu gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora. Ovo se može postići, na primer, identifikacijom magnitude određene frekvencije na spektru spektra bočnih vibracija gondole. Ovde, sekvenca signala ubrzanja i sekvenca signala brzine rotacije mogu, na primer, biti neprekidni signali unutar određenog vremenskog perioda, a ova dva mogu biti vremenski povezana. Na primer, vreme dva signala se može snimiti da bi se povezali jedan sa drugim, ili se dva signala mogu uskladištiti u nizu u vezi jedan sa drugim. Na primer, kontroler 102 može kontinuirano da prikuplja podatke o vibracijama i stavlja ih u niz podataka. Kada prikupljeni podaci dostignu određeni vremenski period, sekvenca signala se analizira da bi se dobila amplituda gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora (2P). Nakon završetka analize, red podataka se prazni, a zatim se gore navedene operacije prikupljanja i analize ponavljaju. U poželjnom tehničkom rešenju, amplituda gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora se određuje na sledeći način:

✧ transformiše se ubrzanje predstavljeno sekvencom signala ubrzanja iz signala vremenskog domena u signal ugaonog domena azimuta rotora u skladu sa brzinom rotacije rotora predstavljenom sekvencom signala brzine rotacije. Ovde se gornja konverzija vrši odnosom između vremena i azimutnog ugla rotora. Odnosno, u svakom trenutku rotor ima odgovarajući azimutni ugao, tako da se gornja transformacija završava zamenom podataka.

✧ vrši se FFT na signalu ugaonog domena i izdvaja se amplituda koja odgovara dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora kao amplitudu gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora. Putem brze Furijeove transformacije (FFT), signal ugaonog domena može se lako transformisati u signal frekvencijskog domena, što je korisno za identifikaciju amplitude gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora. Brza Furijeova transformacija je dobro poznat algoritam, tako da neće biti opisana ovde. U poželjnom tehničkom rešenju, pozadinski šum zbog ograničene dužine podataka signala ugaonog domena nakon FFT je eliminisan. U drugom poželjnom tehničkom rešenju, amplituda gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora se koriguje u skladu sa frekvencijom i/ili težinom tornja, i frekvencijom i/ili težinom lopatica. Eliminacija pozadinskog šuma može se postići, na primer, propuštanjem brzog Furijeovog transformisanog signala kroz filtar sa odgovarajućom graničnom frekvencijom, kao što je propusni filtar. Pored toga, mogu se isključiti uticaji vremenskih faktora kao što su jaki vetrovi.

Kroz gornji postupak proračuna, amplituda gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora može se tačno i brzo odrediti. Ovde se izvođenjem transformacije iz vremenskog domena u ugaoni domen i izvođenjem brze Furijeove transformacije na signalu ugaonog domena može lako dobiti signal frekvencijskog spektra vibracije gondole, tako da se amplituda gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora može brzo dobiti.

◇ određuje se zdravstveno stanje pričvršćivača korena lopatice na osnovu amplitude. Na primer, alarmni signal koji ukazuje da treba da se izvrši održavanje treba da se izda kada amplituda pređe prvi prag, a signal za isključenje koji ukazuje da treba da se izvrši isključenje kada amplituda pređe drugi prag. Prvi i drugi prag mogu se odrediti, na primer, na osnovu istorijskih podataka, kao što su istorijski podaci o zdravstvenom stanju ili statističke vrednosti ili empirijske vrednosti. Oba ova praga se mogu odrediti teoretski. Na primer, odnos između broja slomljenih vijaka svake lopatice svake turbine i amplitude gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora (2P) može se dobiti proračunom, tako da se prag alarma konačne 2P amplitude može odrediti određivanjem broja polomljenih vijaka u trenutku alarma. Ovaj proces određivanja praga se, takođe, može uraditi ili poboljšati putem mašinskog učenja. Na primer, nakon što je svaka analiza amplitude završena, informacije o amplitudi se čuvaju za sledeću statističku analizu ili operacije podešavanja praga. Istorijske informacije o amplitudi se, takođe, mogu koristiti za filtriranje dobijene sekvence signala kako bi se izbegla pogrešna procena podataka uzrokovana abnormalnim podacima. Na primer, prvi prag može biti podešen da premaši istorijski prosek za 50%-100%, a drugi prag može biti podešen da premaši istorijski prosek za 100%-200%.

[0046] Kontroler 102 može biti implementiran kao diskretni hardverski modul u vetroturbini ili kao deo sistema nagiba; kontroler 102 može biti implementiran kao softver, kao što je softverski modul kontrolnog sistema kod sistema nagiba, ili lokalni računar ili udaljeni server ili aplikativni program na korisničkom mobilnom uređaju, itd. U slučaju hardverske implementacije, kontroler 102 može uključivati, na primer, polje programabilnih logičkih kapija FPGA, specifično integrisano kolo ASIC, procesor posebne namene, itd. U slučaju softverske implementacije, kontroler 102 može da se implementira kao softverski kod uskladišten u memoriji, koga može da izvrši namenski procesor ili procesor opšte namene da izvrši opisane korake.

● opcioni daljinski komunikacioni modul 104, koji je konfigurisan da daljinski prenosi zdravstveno stanje pričvršćivača korena lopatice na korisnički mobilni uređaj. Daljinski komunikacioni modul 104 može biti implementiran, na primer, kao Wi-Fi modul, Bluetooth modul, infracrveni komunikacioni modul, modul za celularnu komunikaciju, primopredajnik, itd. Ovde, preko daljinskog komunikacionog modula 104, korisnik može komunicira sa sistemom 100 kako bi dobio zdravstveno stanje i izdao instrukcije za gašenje ili podešavanje sistemu 100 kada je to potrebno. U ovom tehničkom rešenju, daljinski komunikacioni modul 104 je povezan sa mrežom 106 preko relejnog uređaja 105 i komunicira sa korisničkim mobilnim uređajem 107 preko mreže 106. Međutim, ovo je samo primer, a u drugim tehničkim rešenjima sistem 100 može da komunicira direktno sa korisničkim mobilnim uređajem 107 takođe. Dodatno, daljinski komunikacioni modul 104 može da ima antenu 110 za bežičnu komunikaciju sa relejnim uređajem 105.

● aktuator nagiba 103, koji je konfigurisan da izvrši operaciju nagiba na osnovu zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice. Na primer, kada amplituda gondole premaši drugi prag, aktuator nagiba 103 se koristi za podešavanje položaja lopatica ili za isključivanje vetroturbine. U poželjnom tehničkom rešenju, korisnik može da naloži aktuatoru nagiba 103 da izvrši operaciju nagiba preko korisničkog mobilnog uređaja 107.

[0047] Predmetni pronalazak ima najmanje sledeće korisne efekte: (1) Kroz predmetni pronalazak, moguće je tačno utvrditi da li dolazi do kvara pričvršćivača korena lopatice, što se zasniva na sledećem uvidu pronalazača: pronalazač je utvrdio putem istraživanja da će kvarovi kao što je lomljenje i otpuštanje pričvršćivača korena lopatice izazvati abnormalne promene u stavu lopatice, kao što je smanjenje prirodne frekvencije vibracija lopatice, što će pak dovesti do bočne vibracije gondole. I ne samo to, pronalazači su, takođe, otkrili specifičnost ove bočne vibracije, konkretno, različite bočne vibracije gondole nisu sve povezane sa kvarom pričvršćivača korena lopatice, već samo vibracija gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora ima jaku korelaciju sa kvarom pričvršćivača korena lopatice. Odnosno, frekvencija bočne vibracije gondole uzrokovana kvarom pričvršćivača korena lopatice je potpuno ista kao i frekvencija na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora. Stoga, otkrivanjem amplitude gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora, može se tačno proceniti da li je došlo do kvara pričvršćivača korena lopatice. (2) U poređenju sa prethodnim stanjem tehnike, predmetni pronalazak ima karakteristike jednostavnijeg proračuna, niže cene hardvera, veće praktičnosti, itd. Ovo je zato što predmetni pronalazak treba da detektuje samo ubrzanje i brzinu rotacije, što se može realizovati PCH ubrzanjem, a proces izračunavanja je jednostavan, tako da su softver i hardver predmetnog pronalaska jeftini, jednostavni za rad i veoma praktični.

[0048] Slika 2 prikazuje tok postupka 200 prema predmetnom pronalasku, pri čemu isprekidane kutije predstavljaju opcione korake.

[0049] U koraku 202 dobija se sekvenca signala ubrzanja koji predstavlja bočnu vibraciju gondole i sekvencu signala brzine rotacije koji predstavlja brzinu rotacije rotora.

[0050] U opcionom koraku 204, amplituda se filtrira na osnovu istorijskih podataka o amplitudi da bi se uklonili efekti abnormalnih podataka.

[0051] U koraku 206, sekvenca signala ubrzanja i sekvenca signala brzine rotacije se analiziraju da bi se odredila amplituda gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora.

[0052] U opcionom koraku 208, amplituda koja odgovara dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora se koriguje u skladu sa frekvencijom i/ili težinom tornja i frekvencijom i/ili težinom lopatice.

[0053] U koraku 210, na osnovu amplitude se određuje zdravstveno stanje pričvršćivača korena lopatice.

[0054] Slika 3 prikazuje primer procesa praćenja prema predmetnom pronalasku.

[0055] Krive 301-304 predstavljaju brzinu rotacije rotora, bočno ubrzanje gondole, amplitudu gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora i nivo alarmnog signala, redom. U ovom primeru, u trenutku 503, sistem 100 detektuje kroz krive 301-303 da je došlo do kvara jednog ili više vijaka i automatski vrši zaštitu isključivanjem. U isto vreme, rano upozorenje se šalje stanici, podstičući da osoblje za rad i održavanje sprovede održavanje.

[0056] Iako su neka tehnička rešenja pronalaska opisana u ovom dokumentu, stručnjaci u tehnici će podrazumevati da su ova tehnička rešenja prikazana samo kao primer. Stručnjacima će biti jasne brojne modifikacije, alternative i poboljšanja u skladu sa učenjem predmetnog pronalaska bez odstupanja od obima predmetnog pronalaska. Namera je da priloženi patentni zahtevi definišu obim pronalaska.

Claims

Patentni zahtevi

1. Postupak za praćenje zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice vetroturbine, koji obuhvata sledeće korake:

dobijanje (202) sekvence signala ubrzanja koja predstavlja bočnu vibraciju gondole vetroturbine koja se odnosi na vibraciju gondole vetroturbine u bočnom pravcu upravnom ili poprečnom na vertikalni pravac i sekvence signala brzine rotacije koji predstavlja brzinu rotacije rotora;

analiziranje (206) sekvence signala ubrzanja i sekvence signala brzine rotacije da bi se odredila amplituda gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora koja se odnosi na dvostruku frekvenciju u hercima konvertovanu iz brzine rotacije rotora; i

određivanje (210) zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice na osnovu amplitude.

2. Postupak prema patentnom zahtevu 1, koji dalje obuhvata sledeće korake:

filtriranje (204) amplitude na osnovu istorijskih podataka o amplitudi da bi se uklonio uticaj abnormalnih podataka.

3. Postupak prema patentnom zahtevu 1, pri čemu analiziranje (206) sekvence signala ubrzanja i sekvence signala brzine rotacije za određivanje amplitude gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora obuhvata sledeće korake:

izvođenje brze Furijeove transformacije FFT na signalu ugaonog domena i izdvajanje amplitude koja odgovara dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora kao amplitude gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora.

4. Postupak prema patentnom zahtevu 3, koji dalje obuhvata sledeće korake:

5. Postupak prema patentnom zahtevu 1, pri čemu pričvršćivač korena lopatice sadrži jedno ili više od sledećeg: vijak za koren lopatice, navrtku korena lopatice, zavrtanj za koren lopatice i deo za prianjanje korena lopatice.

6. Postupak prema patentnom zahtevu 1, koji dalje obuhvata sledeći korak:

slanje alarmnog signala na daljinu na korisnički mobilni uređaj (107).

7. Postupak prema patentnom zahtevu 1, pri čemu određivanje zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice na osnovu amplitude obuhvata sledeće korake:

izdavanje alarmnog signala koji ukazuje da treba da se isključi kada amplituda pređe drugi prag.

8. Sistem (100) za praćenje zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice vetroturbine, naznačen time, što sadrži:

senzor (101), koji je konfigurisan da dobije (202) sekvencu signala ubrzanja koja predstavlja bočnu vibraciju gondole vetroturbine koja se odnosi na vibraciju gondole vetroturbine u bočnom pravcu, upravnom ili poprečnom na vertikalni pravac i sekvencu signala brzine rotacije koji predstavljaju brzinu rotacije rotora; i

kontroler (102), koji je konfigurisan da obavlja sledeće radnje:

analiziranje (206) sekvence signala ubrzanja i sekvence signala brzine rotacije da bi se odredila amplituda gondole na dvostrukoj frekvenciji brzine rotacije rotora koja se odnosi na dvostruku frekvenciju u hercima konvertovanu iz brzine rotacije rotora; i određivanje (210) zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice na osnovu amplitude.

9. Sistem (100) prema patentnom zahtevu 8, koji dalje sadrži:

aktuator nagiba (103), koji je konfigurisan da izvrši operaciju nagiba na osnovu zdravstvenog stanja pričvršćivača korena lopatice; i/ili

daljinski komunikacioni modul (104), koji je konfigurisan da daljinski prenosi zdravstveno stanje pričvršćivača korena lopatice na korisnički mobilni uređaj (107).

10. Sistem (100) prema patentnom zahtevu 8, pri čemu zdravstveno stanje obuhvata jedno ili više od sledećeg:

da li pričvršćivač korena lopatice otpada;

da li je pričvršćivač korena lopatice slomljen; i

da li je pričvršćivač korena lopatice labav.

11. Vetroturbina, koja sadrži sistem (100) prema jednom od patentnih zahteva 8 do 10.