ES2864474T3 - Procedimiento de vigilancia del estado de al menos un componente cargado durante el funcionamiento de un aerogenerador - Google Patents

Procedimiento de vigilancia del estado de al menos un componente cargado durante el funcionamiento de un aerogenerador Download PDF

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Abstract

Procedimiento de vigilancia del estado de al menos un componente cargado (102, 104, 202, 204) de un aerogenerador (101, 201) durante el funcionamiento del aerogenerador (101, 201), que comprende: - capturar una primera temperatura de un primer componente cargado (102, 202) del aerogenerador (101, 201), - capturar al menos otra temperatura de otro componente cargado (104, 204) del aerogenerador (101, 201), y - detectar en un paso de evaluación un daño de al menos uno de los componentes cargados (102, 104, 202 (204) en base a la primera temperatura capturada y la otra temperatura capturada y a por lo menos un criterio de admisibilidad, caracterizado por que el primer componente cargado (102, 202) y el otro componente cargado (104, 204) presentan un acoplamiento térmico (112, 212) entre ellos, presentándose un acoplamiento térmico cuando el primer componente (102, 202) y el segundo componente (104, 204) experimentan una carga mecánica y/o eléctrica al menos semejante.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de vigilancia del estado de al menos un componente cargado durante el funcionamiento de un aerogenerador
La solicitud se refiere a un procedimiento de vigilancia del estado de al menos un componente de un aerogenerador cargado durante el funcionamiento de éste, que comprende capturar una primera temperatura de un primer componente cargado del aerogenerador. Además, la solicitud se refiere a un sistema de vigilancia.
Una demanda constante en un aerogenerador, especialmente en un aerogenerador marino, es la vigilancia de los componentes o elementos constructivos cargados del aerogenerador. Por componente cargado se debe entender especialmente un componente de un aerogenerador que está expuesto a cargas durante el funcionamiento del aerogenerador. En otras palabras, en este caso actúan sobre el componente unas fuerzas que pueden ocasionar daños en el componente.
Para detectar daños, especialmente en un estadio temprano, es conocido por el estado de la técnica EP 2927662 A1 el recurso de instalar un sistema de vigilancia de la temperatura de un componente cargado, por ejemplo un rodamiento de un aerogenerador. En particular, según el estado de la técnica, se propone capturar la temperatura del componente cargado y la temperatura ambiente. Normalizando la temperatura del componente con la temperatura ambiente resulta más efectivo el mensaje sobre una tendencia correspondiente de la temperatura. Sin embargo, el procedimiento no ha demostrado ser suficientemente fiable en la práctica. Así, este procedimiento, especialmente dependiendo del punto de medida de la temperatura ambiente y/o de la clase de construcción del aerogenerador junto con los componentes correspondientes, especialmente los cojinetes, no siempre ha conducido a la claridad deseada de los resultados. Por el contrario, las posibles tendencias de la temperatura han permanecido ocultas en las inseguridades y los daños de un componente solamente se han descubierto en un estadio tardío o no lo han sido en absoluto.
Dado que hasta ahora no se logran derivar resultados fiables y significativos de la medición de la temperatura de un componente cargado, se equipan adicionalmente en la práctica los aerogeneradores con un llamado Condition Monitoring System (CMS) (sistema de vigilancia de estado). Un CMS está preparado para vigilar oscilaciones y vibraciones del aerogenerador a fin de reconocer tempranamente variaciones y empeoramientos de estado. Sin embargo, la adquisición, instalación y operación de un sistema de esta clase está ligada a una alta complejidad y unos costes correspondientes.
Por tanto, la solicitud se basa en el problema de proporcionar un procedimiento de vigilancia del estado de al menos un componente cargado de un aerogenerador durante el funcionamiento de éste que posibilite de manera fiable y con poca complejidad un reconocimiento de un daño de un componente, especialmente en un estadio temprano. El problema se resuelve según un primer aspecto de la solicitud con un procedimiento de vigilancia del estado de al menos un componente cargado de un aerogenerador durante el funcionamiento de éste según la reivindicación 1. El procedimiento comprende capturar una primera temperatura de un primer componente cargado del aerogenerador. El procedimiento comprende:
- capturar al menos otra temperatura de otro componente cargado del aerogenerador,
- presentando el primer componente cargado y el otro componente cargado un acoplamiento térmico entre ellos, y - detectar en un paso de evaluación un daño de al menos uno de los componentes cargados en base a la primera temperatura capturada y la otra temperatura capturada y a por lo menos un criterio de admisibilidad.
Como quiera que, en contraste con el estado de la técnica, se captura según la solicitud la respectiva temperatura de dos componentes cargados que tienen un acoplamiento térmico entre ellos, y se evalúan estos datos de temperatura para detectar un posible daño de al menos uno de los componentes, se reconoce de manera fiable y con poca complejidad un daño de un componente cargado en un estadio temprano. Se pueden suprimir sistemas de vigilancia adicionales como CMS.
Un aerogenerador, por ejemplo un aerogenerador marino, está en general preparado para transformar la energía cinética del viento en energía eléctrica por medio de un rotor y un generador. Un aerogenerador según la solicitud dispone de una multiplicidad de componentes cargados durante el funcionamiento. Por componente cargado debe entenderse según la solicitud un componente o un elemento constructivo sobre el cual se ejerce una carga o una fuerza durante el funcionamiento.
Según la solicitud, se ha previsto que se realice una vigilancia de la temperatura de al menos dos, de preferencia exactamente dos, componentes cargados. Los componentes cargados tienen aquí un acoplamiento térmico entre ellos. Por acoplamiento térmico debe entenderse en el presente caso que el primer componente y el otro componente tienen un comportamiento de temperatura al menos semejante y unas condiciones ambientales al menos semejantes. En particular, se presenta un acoplamiento térmico según la solicitud cuando el primer componente y el segundo componente experimentan una carga (mecánica y/o eléctrica) al menos semejante y, por ejemplo, tienen condiciones ambientales semejantes (por ejemplo están dispuestos en la misma carcasa o similar). Preferiblemente, se puede vigilar siempre según la solicitud un par de componentes constituido por dos componentes térmicamente acoplados.
Por ejemplo, puede estar previsto un equipo de captura de temperatura en el aerogenerador para capturar la primera temperatura del primer componente cargado y/o la otra temperatura del otro componente cargado.
Se ha reconocido que especialmente los datos de temperatura capturados de dos componentes térmicamente acoplados que experimentan especialmente una carga al menos semejante, preferiblemente igual, son buenos indicadores de un daño de al menos uno de los componentes vigilados.
En particular, en un paso de evaluación se ha previsto según la solicitud detectar un daño de al menos uno de los componentes cargados en base a la primera temperatura y la otra temperatura y al por lo menos un criterio de admisibilidad. Según la solicitud, por daño se debe entender aquí también un posible daño (futuro) del componente o un daño en un estadio temprano. Por ejemplo, en el paso de evaluación se debe realizar una operación de comparación de los primeros y los otros datos de temperatura capturados uno con otro y/o con un criterio de admisibilidad (por ejemplo un rango de temperatura admisible y/o al menos un valor límite de temperatura admisible). Según la solicitud, se proporciona un procedimiento para identificar componentes dañados en un momento temprano y de una manera especialmente fiable.
Según una primera forma de realización del procedimiento de la solicitud, el procedimiento puede comprender: - determinar una temperatura diferencial formando la diferencia entre la primera temperatura capturada y la otra temperatura capturada,
- detectándose en el paso de evaluación un daño de al menos uno de los componentes cargados en base a la temperatura diferencial formada y al por lo menos un criterio de admisibilidad.
En particular, se ha reconocido según la solicitud que una temperatura diferencial de unos componentes al menos análogamente cargados es un indicador especialmente bueno de un reconocimiento temprano de daños. Gracias a la formación de la diferencia se cotejan especialmente los datos de temperatura entre ellos de tal manera que (casi) quede solamente todavía la influencia de la carga de los respectivos componentes. En el funcionamiento sin fallos de los componentes cargados esto conduce especialmente - debido a la carga al menos semejante de estos componentes - a que se presente como temperatura diferencial un nivel de temperatura determinado (en el caso ideal, por ejemplo, aproximadamente 0°C). En caso de que uno de los componentes presente un daño, varían la temperatura capturada de este componente (especialmente aumenta la temperatura) y, por tanto, la temperatura diferencial o el nivel de temperatura determinado. En particular, se puede emplear como criterio de admisibilidad el nivel de temperatura (por ejemplo ideal) determinado (eventualmente con un margen de tolerancia). Se puede detectar un daño de una manera especialmente fiable.
Según otra forma de realización del procedimiento, al detectar un daño se puede generar un mensaje de alarma y preferiblemente se puede producir una emisión hacia al menos un terminal. Como alternativa o adicionalmente, se pueden tomar (automáticamente) medidas para impedir al menos otro daño. Por ejemplo, en caso de un reconocimiento (temprano) de un daño (o al recibir el mensaje de alarma), se pueden poner en marcha medidas operativas (por ejemplo un reengrasado reforzado, una vigilancia de malla estrecha y/o un cambio de una grasa incorporada a un componente (por ejemplo un cojinete)), y/o al persistir un daño se puede planear a su debido tiempo un cambio o una reparación del componente dañado. De este modo, se pueden evitar al menos prolongados fallos de funcionamiento del aerogenerador.
Preferiblemente, el al menos un criterio de admisibilidad puede comprender al menos un temperatura de referencia, especialmente una temperatura de referencia diferencial, de al menos un aerogenerador de referencia (operado sin fallos). Por ejemplo, se puede vigilar al menos una pluralidad de aerogeneradores de un sistema de energía eólica (o de diferentes sistemas de energía eólica) de una manera correspondiente a las explicaciones anteriores. Por ejemplo, se pueden vigilar un primer componente y otro componente de un primer aerogenerador y el primer componente (sustancialmente) igual y el otro componente (sustancialmente) igual de otro aerogenerador (según la reivindicación 1). En particular, se puede vigilar de manera correspondiente una multiplicidad de aerogeneradores. Como criterio de admisibilidad se pueden emplear la primera y la otra temperatura, especialmente la temperatura diferencial resultante de estos datos de temperatura, como temperatura de referencia o temperatura de referencia diferencial del al menos otro aerogenerador (operado sin fallos).
En el paso de evaluación se puede evaluar especialmente en un paso de comparación la primera y la otra temperatura capturada o la temperatura diferencial correspondiente, así como la(s) temperatura(s) de referencia o la temperatura de referencia diferencial. Se puede detectar un daño de un componente mediante especialmente la detección de una desviación entre la temperatura de referencia o la temperatura de referencia diferencial y la primera y la otra temperatura capturada o la temperatura diferencial. Se puede detectar un daño de una manera especialmente fiable.
La temperatura de referencia diferencial puede ser sustancialmente paralela en el tiempo a la temperatura diferencial correspondiente. Como alternativa, la temperatura de referencia puede provenir de otro espacio de tiempo del mismo aerogenerador (tendencia) o de otro espacio de tiempo comparable de un aerogenerador comparable.
Además, según otra forma de realización del procedimiento, la captura de una primera temperatura puede comprender la captura de una primera evolución de temperatura (dependiente del tiempo) durante un periodo de tiempo determinado. Por ejemplo, se puede realizar una medición (vigilancia) (casi) continua de la primera temperatura. Preferiblemente, el periodo de tiempo determinado puede subdividirse en una pluralidad de intervalos de tiempo. Por ejemplo, para cada intervalo de tiempo (por ejemplo 10 min, preferiblemente al menos 1 h, 1 día o 1 mes) se puede formar (y almacenar) un valor medio de temperatura para los primeros valores de temperatura medidos durante este intervalo de tiempo de una manera, por ejemplo, (casi) continua.
Además, la captura de otra temperatura puede comprender la captura de otra evolución de temperatura (dependiente del tiempo) durante un periodo de tiempo determinado. Por ejemplo, se puede realizar una medición (vigilancia) (casi) continua de la otra temperatura. Preferiblemente, el periodo de tiempo determinado puede subdividirse en una pluralidad de intervalos de tiempo. Por ejemplo, para cada intervalo de tiempo (por ejemplo 10 min, 1 h, 1 día, 1 mes) se puede formar (y almacenar) un valor medio de temperatura para los otros valores de temperatura medidos durante este intervalo de tiempo de una manera, por ejemplo, (casi) continua.
La determinación de una temperatura diferencial puede comprender la determinación de una evolución de temperatura diferencial (dependiente del tiempo) formando la diferencia entre la primera evolución de temperatura capturada y la otra evolución de temperatura capturada. Se sobrentiende que puede efectuarse una determinación temporalmente sincronizada de la evolución de temperatura diferencial. En otras palabras, se forma, por ejemplo, una diferencia de un primer valor medio de temperatura de un primer intervalo de tiempo y otro valor medio de temperatura del primer intervalo de tiempo. De manera correspondiente, se puede realizar una formación de diferencia para un número prefijable de otros intervalos de tiempo. Preferiblemente, en esta forma de realización la temperatura de referencia diferencial puede ser especialmente una evolución de temperatura de referencia diferencial.
La carga de un componente durante el funcionamiento del aerogenerador está especialmente relacionada (directa o indirectamente) con la potencia eléctrica generada del aerogenerador. Se ha reconocido a este respecto que las temperaturas del primer y el otro componente, especialmente la temperatura diferencial correspondiente, dependen también de la potencia eléctrica generada. Así, el nivel de temperatura anteriormente descrito puede variarse en función de la potencia eléctrica generada. Por tanto, según otra forma de realización de la solicitud, se propone que el procedimiento comprenda:
- capturar la potencia generada por el aerogenerador durante la captura de la primera evolución de temperatura y la otra evolución de temperatura,
- asociándose en el paso de evaluación valores de temperatura de la evolución de temperatura diferencial de al menos un intervalo de tiempo prefijable a los valores correspondientes de la potencia generada durante el intervalo de tiempo.
Como quiera que la evolución de temperatura diferencial se evalúa en función de la respectiva potencia generada, se puede mejorar aún más la evaluación. En particular, la temperatura diferencial T(t1) determinada durante la generación de una potencia P(t1) puede asociarse a la temperatura diferencial. Por ejemplo, para una evaluación, se puede registrar la temperatura diferencial en función de la potencia eléctrica generada del aerogenerador. En particular, el valor medio determinado de una temperatura diferencial de un primer intervalo de tiempo puede asociarse a un valor medio formado de la potencia generada del primer intervalo de tiempo.
Según otra forma de realización preferida, en el paso de evaluación se puede determinar al menos un extremo de temperatura (también llamado punto de funcionamiento operativo) a partir de los valores de temperatura de la evolución de temperatura diferencial que se han asociado a los valores de potencia correspondientes para el al menos un intervalo de tiempo prefijable. El criterio de admisibilidad puede ser al menos un extremo de una temperatura de referencia diferencial de al menos un aerogenerador (operado sin fallos). Gracias particularmente a la evaluación del punto de funcionamiento operativo se puede reconocer tempranamente un daño. La evaluación puede comprender, por ejemplo, una evaluación temporal y/o la comparación con aerogeneradores de construcción al menos semejante.
Preferiblemente, en el paso de evaluación se puede evaluar una multiplicidad de extremos de temperatura de una multiplicidad correspondiente de intervalos de tiempo. En particular, se puede deducir un daño a partir de la evolución temporal de los extremos de temperatura. Por ejemplo, se puede emplear como criterio de admisibilidad una variación determinada dependiente del tiempo y máxima admisible. En particular, según otra forma de realización, puede estar previsto que la evaluación comprenda la detección de variaciones de los extremos de temperatura, especialmente aumentos de los extremos de temperatura. Si se detecta una variación de esta clase, esto es un indicador especialmente fiable de un daño de un componente. En particular, se puede detectar así fiablemente un daño en un estadio temprano.
Como se ha descrito, se vigilan en paralelo dos componentes (un par de componentes). Para verificar cuál de los dos componentes cargados presenta realmente un daño, se propone según otra forma de realización del procedimiento de la solicitud que en el paso de evaluación, al detectar un daño de un componente cargado por evaluación del signo de la variación de la temperatura diferencial, se identifique el componente cargado de los dos componentes cargados que presenta (realmente) el daño. Así, por ejemplo, una temperatura diferencial aumentada puede aludir a un daño del primer componente y una reducción de la temperatura diferencia puede aludir a un daño del otro componente (o viceversa, según la formación de la diferencia). En particular, se puede partir de que la temperatura medida de un componente cargado aumenta en presencia de un daño.
Según una forma de realización especialmente preferida, el primer y el otro componente cargado pueden ser siempre un componente mecánicamente cargado. En particular, un componente cargado puede ser un cojinete del rotor, un cojinete del generador o un cojinete del engranaje. El acoplamiento térmico según la solicitud puede presentarse especialmente debido a un árbol conjuntamente empleado por los al menos dos componentes, especialmente cojinetes. Además, los dos componentes pueden estar dispuestos, por ejemplo, en la misma carcasa. Como alternativa o adicionalmente, el primer y el otro componente cargado pueden ser siempre un componente eléctricamente cargado, especialmente un transformador o un convertidor de frecuencia. El acoplamiento térmico puede producirse especialmente por medio de una carga eléctrica sustancialmente igual (por ejemplo potencia y/o corriente y/o tensión eléctricas semejantes). En este caso, los dos componentes pueden estar dispuestos también, por ejemplo, en la misma carcasa. Se sobrentiende que se vigila preferiblemente una multiplicad de pares de componentes de un aerogenerador.
En particular, puede estar previsto según la solicitud que se vigilen conjuntamente dos componentes cargados semejantes (con una condición ambiental semejante (especialmente al menos una temperatura ambiente semejante, por ejemplo A T < 25°C, especialmente A T < 10°C)) y preferiblemente se evalúe su temperatura diferencial o su evolución de temperatura (temporal) diferencial. Por ejemplo, en el aerogenerador puede identificarse y vigilarse una pluralidad de tales pares de componentes.
Otro aspecto de la solicitud es un sistema de vigilancia para vigilar el estado de al menos un componente cargado de un aerogenerador durante el funcionamiento de éste. El sistema de vigilancia comprende al menos un equipo de captura de temperatura preparado para capturar una primera temperatura de un primer componente cargado del aerogenerador. El equipo de captura de temperatura está preparado para capturar al menos otra temperatura de otro componente cargado del aerogenerador. El primer componente cargado y el otro componente cargado presentan un acoplamiento térmico entre ellos. El sistema de vigilancia comprende al menos un equipo de evaluación preparado para detectar en un paso de evaluación un daño de al menos uno de los componentes cargados en base a la primera temperatura y la otra temperatura y a por lo menos un criterio de admisibilidad.
El sistema de vigilancia puede emplearse para un aerogenerador individual o para un sistema de energía eólica o un parque eólico con una multiplicidad de aerogeneradores de construcción al menos semejante. El sistema de vigilancia puede hacerse funcionar especialmente según el procedimiento antes descrito.
El equipo de captura de temperatura puede estar formado, por ejemplo, por diferentes módulos. El equipo de evaluación puede estar dispuesto en el aerogenerador o en otro equipo de energía eólica (por ejemplo un ordenador de control central, un sistema SCADA, por ejemplo una estación de cabecera o similar) o en un centro de cálculo. En particular, en el caso últimamente citado el equipo de evaluación puede ser un equipo de evaluación central que pueda vigilar una pluralidad de aerogeneradores y sus respectivos componentes cargados. Esto posibilita que los aerogeneradores operados sin fallos puedan aprovecharse como aerogeneradores de referencia y, por tanto, que los datos de temperatura de estos aerogeneradores de referencia puedan aprovecharse como criterio de admisibilidad. Por ejemplo, para el intercambio de datos entre los diferentes equipos puede estar prevista una red de comunicación inalámbrica y/o por cable. A través de ésta se pueden transmitir también al menos parcialmente los mensajes de alarma anteriormente descritos.
Cabe hacer notar que en el presente caso se debe entender por el término “potencia” la “potencia activa”, siempre que no se indique otra cosa. Cabe hacer notar también que el equipo regulador puede determinar el al menos un valor de potencia en base a una pluralidad de criterios previamente descritos. Además, los equipos, módulos, etc. según la solicitud pueden estar formados por componentes de hardware (por ejemplo procesadores, interfaces, medios de memoria, etc.) y/o componentes de software.
El alcance de la protección está definido por las reivindicaciones.
Existe ahora una multiplicidad de posibilidades para ejecutar y desarrollar adicionalmente el procedimiento de vigilancia según la solicitud y el sistema de vigilancia según la solicitud. A este fin, se hace referencia, por un lado, a las reivindicaciones pospuestas a las reivindicaciones independientes y, por otro lado, a la descripción de ejemplos de realización en combinación con el dibujo. En el dibujo muestran:
La Figura 1, una vista esquemática de un primer ejemplo de realización de un sistema de vigilancia según la presente solicitud,
La Figura 2, una vista esquemática de otro ejemplo de realización de un sistema de vigilancia según la presente solicitud,
La Figura 3, un diagrama de un ejemplo de realización de un procedimiento según la presente solicitud,
La Figura 4, un diagrama con ejemplos de evoluciones de temperatura diferenciales según la presente solicitud, La Figura 5, un diagrama con un ejemplo de evolución de los valores de temperatura diferenciales en función de la potencia generada según la presente solicitud,
La Figura 6, un diagrama con ejemplos de evoluciones de los valores de temperatura diferenciales en función de la potencia generada según la presente solicitud y
La Figura 7, un diagrama con un ejemplo de evolución de los extremos de temperatura en función del tiempo.
A continuación, se emplean símbolos de referencia iguales para elementos iguales.
La Figura 1 muestra una vista esquemática de un ejemplo de realización de un sistema de vigilancia 100 preparado para vigilar el estado de al menos un componente 102, 104 cargado de un aerogenerador 101 durante el funcionamiento del aerogenerador 101.
El aerogenerador 101 está preparado para transformar la energía cinética del viento en energía eléctrica. A este fin, está dispuesta una multiplicidad de componentes 102, 104 en el aerogenerador 101. En beneficio de una mayor claridad, solo se han representado esquemáticamente dos componentes 102, 104 en el presente caso.
Los componentes 102, 104 experimentan durante el funcionamiento, es decir especialmente durante la transformación de energía cinética en energía eléctrica, una carga mecánica y/o eléctrica. En este caso, la carga que experimenta cada componente es (sustancialmente) la misma. En particular, están dispuestos un primer componente cargado 102 y otro componente cargado 104. Para detectar tempranamente un daño de al menos uno de los componentes 102, 104 se ha previsto un sistema de vigilancia de temperatura común según la solicitud para los dos componentes cargados 102, 104. Por tanto, los dos componentes 102, 104 forman en el presente caso un par de componentes.
Como ya se ha descrito, se presenta un acoplamiento térmico 122 entre los componentes cargados 102, 104 debido a la carga sustancialmente igual. Un acoplamiento térmico significa generalmente en esta solicitud que la diferencia de temperatura durante el funcionamiento sin fallos está situada dentro de un intervalo determinado (por ejemplo A T entre 0°C y 20°C, ventajosamente entre 0°C y 10°C, en particular preferiblemente entre 0°C y 5°C). El intervalo puede depender aquí de la naturaleza de la carga.
Como puede apreciarse, el sistema de vigilancia 100 comprende al menos un equipo de captura de temperatura 106. El equipo de captura de temperatura 106 está preparado para capturar una primera temperatura del primer componente cargado 102. Asimismo, el equipo de captura de temperatura 106 está preparado en el presente caso para capturar otra temperatura de otro componente 104. Por ejemplo, sobre el respectivo componente 102, 104 y/o en el respectivo componente 102, 104 puede estar dispuesta una sonda de temperatura.
El equipo de temperatura 106 puede estar preparado especialmente para determinar (casi) continuamente la respectiva temperatura. Se sobrentiende que puede utilizarse una tasa de exploración adecuada para que las temperaturas a procesar queden limitadas a un número deseado. Una captura (casi) continua posibilita la captura de una evolución de temperatura (dependiente del tiempo). En este caso, se sobrentiende que el equipo de temperatura puede constar también de elementos independientes.
Los datos de temperatura capturados pueden transmitirse en el presente ejemplo de realización a un equipo de evaluación remoto 108 (por ejemplo integrado en un ordenador de control central). En particular, está prevista para ello una red de comunicación inalámbrica 110. El equipo de temperatura 106 y el equipo de evaluación 108 pueden disponer de unos medios de transmisión adecuados (emisores, receptores). Se sobrentiende que según otras variantes de la solicitud el equipo de evaluación puede estar integrado también en el aerogenerador y, por ejemplo, está prevista una red de comunicación por cable.
El equipo de evaluación 108 está preparado para detectar en un paso de evaluación un daño de al menos uno de los componentes cargados en base a la primera temperatura y la otra temperatura y a por lo menos un criterio de admisibilidad. Se efectúa seguidamente una descripción más detallada de la evaluación.
La Figura 2 muestra otro ejemplo de realización de un sistema de vigilancia 200 según la presente solicitud. Para evitar repeticiones se describen en lo que sigue sustancialmente tan solo las diferencias con respecto al ejemplo de realización según la Figura 1. Para los demás componentes del sistema de vigilancia 200 se hace referencia especialmente a las explicaciones anteriores.
El aerogenerador 201 representado tiene una rueda eólica 214. La rueda eólica 214 está unida con un generador 218 a través de un árbol 216. El árbol 216 está dividido en partes y el generador 218 está completamente incorporado dentro de la carcasa de una góndola del aerogenerador 201.
La parte del árbol 216 guiada en la carcasa está montada sobre dos rodamientos 202, 204, especialmente unos cojinetes de rodillos delantero y trasero 202, 204. Ambos cojinetes se encuentran especialmente en una carcasa común. En el generador 218 transforma la energía de rotación obtenida de la energía eólica a través de la rueda eólica 214 en energía eléctrica y, como se representa esquemáticamente, se la conduce a un convertidor de frecuencia (no representado) a través de un cable 220.
En el presente ejemplo de realización el primer cojinete 202 representa el primer componente cargado 202 y el otro cojinete 204 representa el otro componente cargado 204. En cada uno de los cojinetes 202, 204 está dispuesto un respectivo sensor de temperatura con un equipo de captura de temperatura 206. Los valores de medida de los sensores de temperatura se alimentan al equipo de captura de temperatura 206 o al transductor de valores de medida 206.
Además, en el presente caso se alimentan desde el generador 218 o desde otro sitio de un equipo de captura de potencia 222 unos valores de medida de potencia referentes a la potencia generada por el aerogenerador 201. En particular, se captura una evolución de potencia (dependiente del tiempo) por medio del equipo de captura de potencia 222. Además de estos parámetros, puede estar prevista una multiplicidad de otros equipos de captura para capturar otros parámetros.
Los respectivos equipos de captura 206, 222 pueden transmitir datos, por ejemplo por cable, a través de una red de comunicación 210, a un equipo de evaluación 208 de un ordenador de control central (no representado). En este ordenador de control central pueden almacenarse los datos en un juego de datos SCADA. El sistema SCADA almacena, por ejemplo, para intervalos de tiempo (intervalos de medida) determinados, por ejemplo cada 10 minutos, los valores medios de los diferentes valores de medida que se transmiten desde el respectivo equipo de captura 206, 222.
En particular, se propone que se evalúen los primeros y otros valores de temperatura y preferiblemente los datos de potencia. Con ayuda de la Figura 3 se explica con más detalle el procedimiento de funcionamiento, especialmente de evaluación de los datos, de un sistema de vigilancia según la Figura 2.
La Figura 3 muestra un diagrama de un ejemplo de realización de un procedimiento de vigilancia del estado de al menos un componente 202, 204 de un aerogenerador cargado 201 durante el funcionamiento del aerogenerador 201 según la presente solicitud.
En un primer paso 301 se captura una primera temperatura del primer componente cargado, en el presente ejemplo el primer cojinete 202 del aerogenerador 201. En particular, se puede capturar de la manera anteriormente descrita una primera evolución de temperatura (dependiente del tiempo), pudiendo formarse unos respectivos valores medios para los diferentes intervalos de tiempo.
Particularmente en paralelo con el paso 301 se captura en un paso 302 otra temperatura del otro componente cargado, en el presente caso el otro cojinete 204 del aerogenerador 201. En particular, se puede capturar de la manera anteriormente descrita otra evolución de temperatura (dependiente del tiempo), pudiendo formarse unos respectivos valores medios para los diferentes intervalos de tiempo.
En paralelo con esto se puede capturar de la manera anteriormente descrita en un paso (no mostrado) la potencia, especialmente una evolución (dependiente del tiempo) de la potencia generada por el aerogenerador 201, pudiendo formarse unos respectivos valores medios para los diferentes intervalos de tiempo.
En un paso siguiente 303 se evalúan al menos los datos de temperatura capturados según los pasos 301 y 302 de tal manera que pueda detectarse un daño de uno de los cojinetes 202, 204. Preferiblemente, la detección de un daño de al menos uno de los cojinetes cargados 202, 204 en base a la primera temperatura y la otra temperatura y a por lo menos un criterio de admisibilidad puede comprender primeramente la determinación de una temperatura diferencial, especialmente una evolución de temperatura diferencial, a partir de los primeros y los otros datos de temperatura. En particular, puede determinarse la diferencia de la primera evolución de temperatura del primer cojinete 202 y la otra evolución de temperatura del otro cojinete. Por ejemplo, se pueden determinar valores medios diferencia de los respectivos valores medios para cada intervalo de medida o intervalo de tiempo.
En la Figura 4 se representan ejemplos de evoluciones de temperatura diferenciales 430 y 432. Mientras que sobre el eje Y está registrada la temperatura T (por ejemplo en °C o K), el eje X representa el eje de tiempo t (por ejemplo en días). Como ya se ha explicado, los dos cojinetes 202, 204 están montados sobre un árbol 216 (es decir que experimentan una carga sustancialmente igual) y, además, se encuentran en el mismo ambiente (carcasa de la góndola), por lo que en el presente ejemplo de realización ambos cojinetes 202, 204 están térmicamente acoplados. Como se ha descrito, gracias a la formación de la diferencia se pueden cotejar los datos de temperatura de modo que (casi) se mantengan solamente todavía las influencias de la carga de los cojinetes producida por la potencia generada del aerogenerador y el rozamiento que actúa en los respectivos cojinetes 202, 204.
Como se ha descrito, en la Figura 4 se representa el registro de la temperatura diferencial (de los cojinetes) en función de eje del tiempo, representando la evolución de temperatura diferencial 432 componentes que trabajan sin fallos o un aerogenerador que trabaja sin fallos. En particular, el nivel de temperatura de la evolución de temperatura diferencial 432 evoluciona alrededor de 0 (caso ideal). Esta evolución de temperatura diferencial 432 puede aprovecharse especialmente como evolución de temperatura de referencia diferencial de un aerogenerador de referencia, es decir, como criterio de admisibilidad.
El otro ejemplo de evolución de temperatura diferencial 430 representado muestra una evolución en la que un componente cargado presenta un daño. Esto resulta por que la evolución de temperatura diferencial 430 presenta un nivel de temperatura más alto (aproximadamente 12°C) en comparación con la evolución de temperatura de referencia diferencial 432. Por tanto, en el paso de evaluación se puede realizar una comparación de una evolución de temperatura diferencial determinada con una evolución de temperatura de referencia diferencial. Si la desviación supera un umbral prefijable, se puede deducir entonces un daño del componente y se puede proseguir con el paso 304
En la práctica, se puede vigilar especialmente una multiplicidad de aerogeneradores de construcción al menos semejante o de sus componentes cargados (por ejemplo los cojinetes antes citados). En este caso, los ensayos realizados han demostrado que se puede reconocer un daño si la evolución de temperatura diferencial con el componente dañado se diferencia significativamente de las evoluciones de temperatura diferenciales de todos los demás aerogeneradores.
En presencia de una detección correspondiente se puede generar en el paso 304 un mensaje de alarma y se le puede transmitir, por ejemplo, a un terminal. En particular, el usuario del terminal puede poner en marcha seguidamente medidas adecuadas para, por ejemplo, para subsanar el daño o realizar una comprobación más amplia.
Como ya se ha descrito más arriba, la temperatura diferencial puede depender de la potencia eléctrica generada. Esta dependencia se representa en la Figura 5. La Figura 5 muestra un diagrama en el que los valores de temperatura diferenciales están registrados en función de la potencia eléctrica del aerogenerador.
El ejemplo de curva representado en la Figura 5 es especialmente característico de una configuración determinada de los dos cojinetes 202, 204 y del estado actual. Por tanto, las curvas de aerogeneradores con igual configuración presentan trazados semejantes. Por consiguiente, se ha reconocido según la solicitud que en un paso de evaluación 303 (alternativa o adicionalmente a la evaluación antes descrita) se puede evaluar la curva. En particular, una variación de esta curva en el intervalo de tiempo y/o una evolución de curva diferente de al menos dos aerogeneradores de configuración (casi) igual puede interpretarse como un indicador de un daño, tal como un daño de los cojinetes. En presencia de una detección correspondiente se puede proseguir con el paso 304.
Además, se ha reconocido que determinados puntos de la curva son especialmente adecuados para una evaluación. En particular, el punto en el que la temperatura diferencial alcanza un extremo, especialmente un máximo, ha resultado ser característico. En consecuencia, alternativa o adicionalmente a las opciones de evaluación previamente descritas puede realizarse en el paso de evaluación una evaluación en base a este punto característico. La Figura 6 muestra dos ejemplos de valores de temperatura diferenciales que se han registrado en función de la potencia. En este caso, los valores de temperatura diferenciales resultan de los mismos cojinetes del mismo aerogenerador, pero se capturan en instantes diferentes. La curva (triángulos) resultante de los datos de temperatura de los cojinetes 202, 204 capturados en un primer instante (por ejemplo día X o mes X) presenta, para una potencia de aproximadamente 450 kW, un extremo de temperatura 638.
La otra curva (círculos) resultante de los datos de temperatura de los cojinetes 202, 204 capturados en otro instante (por ejemplo día Y o mes Y) presenta, para una potencia de aproximadamente 650 kW, un extremo de temperatura 636. El otro instante es especialmente un instante después del primer instante (Y = X Z).
Como puede apreciarse, el extremo de temperatura, también llamado punto de funcionamiento operativo, se ha desplazado del primer instante al según instante. En el paso de evaluación se puede realizar una comparación correspondiente (alternativa o adicionalmente a las opciones de evaluación anteriores). Por ejemplo, puede estar prefijada como criterio de admisibilidad una variación máxima admisible. Una superación de esta variación puede interpretarse en el paso de evaluación como un indicador de un daño de al menos un cojinete 202, 204. En particular, una variación del punto de funcionamiento operativo (636, 638) es un indicio de variaciones en las condiciones de rozamiento en un cojinete 202, 204 y, por tanto, de un posible daño de un cojinete 202, 204.
Se puede conseguir una detección especialmente fiable de un daño de un componente cargado cuando en el paso de evaluación (alternativa o adicionalmente) se evalúa una multiplicidad de extremos de temperatura de una multiplicidad correspondiente de intervalos de tiempo. La evaluación puede comprender preferiblemente la detección de variaciones de los extremos de temperatura, especialmente aumentos de los extremos de temperatura. En otras palabras, una determinación y un registro correspondiente de los extremos de temperatura o de los puntos de funcionamiento operativos en función del tiempo pueden mostrar fiablemente posibles variaciones en los componentes cargados. En particular, gracias a esta forma de realización de la evaluación según la solicitud es posible reconocer fiablemente pequeñísimas variaciones en los componentes cargados y vigilados, con lo que se puede identificar un daño de un componente en un estadio temprano, especialmente muchos meses antes de la aparición de un estado de peligro para el funcionamiento.
En la Figura 7 se muestra un ejemplo de evolución temporal del punto de funcionamiento operativo de un aerogenerador 201. Como puede apreciarse, en el ejemplo el punto de funcionamiento operativo se mantiene primero estable durante aproximadamente 12 meses (a aproximadamente 4,5 K). Esto se manifiesta, entre otras cosas, en una pequeña desviación estándar (por ejemplo 0,2 K). En particular, en un paso de evaluación se puede capturar que no se supera al menos una variación de temperatura máxima admisible prefijable como criterio de admisibilidad.
Tal como se marca también con el símbolo de referencia 740, se puede identificar para enero (Ene) una superación de una variación de temperatura máxima admisible. En este caso, se puede identificar adicionalmente que la variación de temperatura máxima admisible se ha superado solamente en un pequeño valor. Por ejemplo, se pueden prefijar diferentes etapas de admisibilidad para una detección de esta clase. Una detección correspondiente es un indicador especialmente fiable de una variación de un cojinete 202, 204, especialmente de un daño de un cojinete 202, 204, que, sin embargo, no representa (todavía) un estado de peligro para el funcionamiento.
Como se ha descrito, en el paso 304 se puede emitir un aviso de alarma referente a una detección correspondiente. Si no se toman medidas o no se adoptan medidas suficientes para subsanar el daño, la evolución temporal del punto de funcionamiento operativo puede tener el aspecto representado a modo de ejemplo en la Figura 7. En particular, se puede estabilizar primero el punto de funcionamiento operativo hasta que en el símbolo de referencia 742 se produzca (otra) variación significativa. Como más tarde ahora se deberá ponderar un cambio del cojinete dañado. Dado que los dos cojinetes 202, 204 intervienen en la determinación de la temperatura diferencial, se puede reconocer preferiblemente en el paso de evaluación si el primer cojinete 202 o el otro cojinete 204 presenta una avería potencial. Un aumento de la temperatura indica un daño del otro cojinete y una temperatura diferencial negativa indica un daño del primer cojinete. El enfoque según la solicitud parece ser especialmente muy prometedor para los cojinetes anteriormente descritos del rotor de aerogeneradores, pero puede transferirse también a otros cojinetes, como, por ejemplo, cojinetes del generador o cojinetes del engranaje. Es decisivo especialmente que pueda realizarse una segunda medición en el entorno del sistema para la cual rijan las mismas condiciones térmicas. Asimismo, el enfoque puede transferirse también de los componentes mecánicamente cargados descritos a componentes eléctricamente cargados, como, por ejemplo, transformadores o convertidores de frecuencia.
La gran ventaja del procedimiento y el sistema según la solicitud es especialmente que en una multiplicidad de aerogeneradores estos datos de temperatura están con frecuencia ya disponibles como datos históricos y, por tanto, pueden evaluarse con poca complejidad mediante una evaluación según la solicitud. Es así posible construir un sistema de vigilancia para poder vigilar el estado de estos componentes/ elementos constructivos y reaccionar rápidamente a las variaciones producidas.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de vigilancia del estado de al menos un componente cargado (102, 104, 202, 204) de un aerogenerador (101,201) durante el funcionamiento del aerogenerador (101, 201), que comprende:
- capturar una primera temperatura de un primer componente cargado (102, 202) del aerogenerador (101,201), - capturar al menos otra temperatura de otro componente cargado (104, 204) del aerogenerador (101,201), y - detectar en un paso de evaluación un daño de al menos uno de los componentes cargados (102, 104, 202 (204) en base a la primera temperatura capturada y la otra temperatura capturada y a por lo menos un criterio de admisibilidad,
caracterizado por que el primer componente cargado (102, 202) y el otro componente cargado (104, 204) presentan un acoplamiento térmico (112, 212) entre ellos, presentándose un acoplamiento térmico cuando el primer componente (102, 202) y el segundo componente (104, 204) experimentan una carga mecánica y/o eléctrica al menos semejante.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el procedimiento comprende:
- determinar una temperatura diferencial formando la diferencia entre la primera temperatura capturada y la otra temperatura capturada,
- detectándose en el paso de evaluación un daño de al menos uno de los componentes cargados (102, 104, 202, 204) en base a la temperatura diferencial formada y al por lo menos un criterio de admisibilidad.
3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el al menos un criterio de admisibilidad comprende al menos una temperatura de referencia, especialmente una temperatura de referencia diferencial, de al menos un aerogenerador de referencia.
4. Procedimiento según la reivindicación 2 o 3, caracterizado por que
- la captura de una primera temperatura comprende la captura de una primera evolución de temperatura durante un periodo de tiempo determinado,
- la captura de otra temperatura comprende la captura de otra evolución de temperatura durante un periodo de tiempo determinado y
- la determinación de una temperatura diferencial comprende la determinación de una evolución de temperatura diferencial formando la diferencia entre la primera evolución de temperatura capturada y la otra evolución de temperatura capturada.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que el procedimiento comprende:
- capturar la potencia generada por el aerogenerador (101, 201) durante la captura de la primera evolución de temperatura y la otra evolución de temperatura,
- asociándose en el paso de evaluación valores de temperatura de la evolución de temperatura diferencial de al menos un intervalo de tiempo prefijable a los valores correspondientes de la potencia generada durante el intervalo de tiempo.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por que
- en el paso de evaluación se determina al menos un extremo de temperatura a partir de los valores de temperatura que se han asociado a los valores de potencia correspondientes para el al menos un intervalo de tiempo prefijable, y - el criterio de admisibilidad es al menos un extremo de una temperatura de referencia diferencial de al menos un aerogenerador de referencia.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado por que
- en el paso de evaluación se evalúa una multiplicidad de extremos de temperatura de una multiplicidad correspondiente de intervalos de tiempo,
- comprendiendo la evaluación especialmente la detección de variaciones de los extremos de temperatura, en particular aumentos de los extremos de temperatura.
8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7 anteriores, caracterizado por que en el paso de evaluación, al detectar un daño de un componente cargado (102, 104, 202, 204) por evaluación del signo de la variación de la temperatura diferencial, se identifica el componente cargado (102, 104, 202, 204) de los dos componentes cargados (102, 104, 202, 204) que presenta el daño.
9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que
- el primer y el otro componente cargado (102, 104, 202, 204) son siempre un componente mecánicamente cargado (102, 104, 202, 204), en particular un cojinete del rotor, un cojinete del generador o un cojinete del engranaje, y/o - el primer y el otro componente cargado (102, 104, 202, 204) son siempre un componente eléctricamente cargado, especialmente un transformador o un convertidor de frecuencia.
10. Sistema de vigilancia (100, 200) para vigilar el estado de al menos un componente cargado (102, 104, 202, 204) de un aerogenerador (101, 201) durante el funcionamiento del aerogenerador (101,201), que comprende:
- al menos un equipo de captura de temperatura (106, 206) preparado para capturar una primera temperatura de un primer componente cargado (102, 202) del aerogenerador (101,202),
- estando preparado el equipo de captura de temperatura (106, 206) para capturar al menos otra temperatura de otro componente cargado (104, 204) del aerogenerador (101,201), y
- el sistema de vigilancia (100, 200) comprende al menos un equipo de evaluación (108, 208) preparado para detectar en un paso de evaluación un daño de al menos uno de los componentes cargados (102, 104, 202, 204) en base a una primera temperatura y la otra temperatura y a por lo menos un criterio de admisibilidad, caracterizado por que el primer componente cargado (102, 202) y el otro componente cargado (104, 204) presentan un acoplamiento térmico (112, 212) entre ellos, presentándose un acoplamiento térmico cuando el primer componente (102, 202) y el segundo componente (104, 204) experimentan una carga mecánica y/o eléctrica al menos semejante.
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