Messung der Dehnung an den Rotorblättern und im Getriebe einer Windkraftanlage im Betrieb
Kurz zusammengefasst
Dehnungsmessstreifen (DMS) werden bei laufender Anlage auf mehreren Rotorblättern, oder an vielen Stellen eines Blattes, sowie im Getriebe angebracht. Ihre Leitungen werden an die Rotoranschlüsse eines Schleifrings SR45A-AXHS oder SR60A-AXHS am Wellenende angeschlossen, der 45 oder 60 Kanäle zum stationären Datenerfassungssystem überträgt. Auf der Antriebswelle überträgt ein TEL-SC mit geteiltem Klemmring, integrierter Telemetrie und induktiver Stromversorgung bis zu zwölf Kanäle kontaktlos.
- 45 oder 60
- Kanäle auf einem Schleifring am Wellenende
- 250 mA
- maximaler Strom pro Kanal
- 4 000 min⁻¹
- maximale Drehzahl der SR45A-AXHS und SR60A-AXHS
Signalpfad
Jeder Dehnungsmessstreifen (DMS) benötigt eigene Anschlüsse, und ein Versuch, der mehrere Rotorblätter abdeckt, erfordert schnell Dutzende von Kanälen zwischen Rotor und stationärem Recorder. Die DMS werden an den interessierenden Stellen der Rotorblätter und im Getriebe angebracht; die Anordnung bestimmt die Anzahl der Kanäle und damit die Wahl zwischen 45 und 60. Schleifringe von Michigan Scientific wurden auf diese Weise an Windkraftanlagen eingesetzt, im Getriebe und an den Rotorblättern.
Ein DMS-Signal ist ein Signal mit niedrigem Pegel. Beim SR45A-AXHS und SR60A-AXHS bestehen Bürsten und Ringe aus gezogenem Edelmetall ohne Beschichtung, wodurch die maximale Widerstandsänderung bei 0,1 Ω bleibt.
Schleifring
| Modelle | SR45A-AXHS, 45 Kanäle · SR60A-AXHS, 60 Kanäle |
|---|---|
| Montage | Wellenende, Flansch auf dem Rotor |
| Höchstdrehzahl | 4 000 min⁻¹ |
| Strom pro Kanal | 250 mA |
| Maximale Widerstandsänderung | 0.1 Ω |
| Abmessungen | Rotor 63,49 mm, Stator 36,58 mm · 181,61 mm (SR45A) bzw. 203,2 mm (SR60A) lang |
| Anschlüsse | rundstecker auf Rotor und Stator |
| Betriebstemperatur | −40 bis 121 °C |
| Wartung | gegen Staub abgedichtet, lebensdauergeschmierte Lager, keine routinemäßige Reinigung |
Brückenverdrahtung
Das Rauschen der Ringe hängt davon ab, wo die Brückenzweige sitzen. Liegen alle vier Zweige der Brücke auf der rotierenden Seite, befinden sich die Ringe außerhalb der Brücke und können deren Gleichgewicht nicht beeinflussen: Das Spitzenrauschen der Ringe bleibt unter 0,1 % des Datensignals. Schaltungen, die ein oder zwei Zweige auf der rotierenden Seite lassen, bringen Ringe in die Brücke hinein und werden nicht verwendet.
Telemetrie auf der Antriebswelle
Der TEL-SC ist ein zweiteiliger Schellenring mit integrierter digitaler Telemetrie der Baureihe M-320 und induktiver Stromversorgung. Er lässt sich um die Welle schließen, sodass er ohne Demontage der Wellenenden montiert und demontiert werden kann, und eine feststehende Primärspule versorgt ihn mit Strom. Ringe mit einem Durchmesser über 76 mm nehmen bis zu zwölf Dehnungsmessstreifen- (DMS-) oder Thermoelementkanäle auf; das Datenblatt des TEL-SC zeigt eine 3,5-in-Schelle auf einer Antriebswelle einer Windkraftanlage mit einem primären Schaufelspulensystem.
An einem freien Wellenende wird das Modell T8 mit zwei M4-Schrauben befestigt und überträgt acht DMS- oder Thermoelementkanäle, digitalisiert mit 16 Bit und einer Bandbreite von Gleichstrom bis 1 000 Hz, per HF-Funk mit Fehlerprüfung. Es wird induktiv über eine Primärspule in Schaufelform gespeist, die 3 bis 5 mm entfernt platziert ist, hat kein Lager und keine Verschleißteile, arbeitet von −40 bis 125 °C, und die T-Baureihe hat sich bei 24 000 min⁻¹ bewährt. Sein Empfänger liefert ± 10 V pro Kanal.
Vorgehen
- 01
DMS-Anordnung festlegen
Mehrere Blätter oder viele Stellen an einem Blatt sowie das Getriebe. Die Anzahl bestimmt 45 oder 60 Kanäle.
- 02
Jede Brücke mit ihren vier Zweigen auf dem Rotor verdrahten
Die Ringe bleiben außerhalb der Brücke.
Dehnungsmessstreifen (DMS)-Kanäle über einen Schleifring - 03
Leitungen zum Wellenende führen
An die Rotorsteckverbinder des Schleifrings am Wellenende.
SR45A-AXHS und SR60A-AXHS - 04
Oder einen TEL-SC um die Antriebswelle schließen
Schelle, Primärspule und Empfänger, mit den an die Schelle angeschlossenen Brücken.
TEL-SC Telemetrie mit geteiltem Spaltring - 05
Auf der stationären Seite aufzeichnen
Alle Dehnungskanäle gemeinsam während des Betriebs.
Ergebnis
Die Dehnung an vielen Stellen an den Blättern und im Getriebe, gemeinsam aufgezeichnet während die Windkraftanlage läuft. Ein Schleifring mit 45 oder 60 Kanälen am Wellenende führt die DMS-Kanäle zum Recorder; eine Telemetrie mit geteilter Schelle auf der Antriebswelle übernimmt dies kontaktlos.
Häufige Fragen
Wie verlassen die Signale der Dehnungsmessstreifen (DMS) ein rotierendes Windkraftblatt?
Über einen Schleifring am Wellenende. Die DMS-Kabel gehen an die Rotorsteckverbinder, und die Statorsteckverbinder gehen an ein feststehendes Datenerfassungssystem.
Wie viele Kanäle hat ein Schleifring für Dehnungsmessstreifen (DMS) an Rotorblättern?
45 beim SR45A-AXHS, 60 beim SR60A-AXHS, bei 250 mA pro Kanal, über runde Steckverbinder auf dem Rotor und dem Stator.
Fügt ein Schleifring Rauschen zu einem Dehnungsmessstreifen-Signal (DMS) hinzu?
Da sich alle vier Brückenarme auf der rotierenden Seite befinden, liegen die Ringe außerhalb der Brücke, und das Spitzenrauschen der Ringe bleibt unter 0,1 % des Datensignals.
Kann Telemetrie an einer Antriebswelle einer Windturbine eingesetzt werden?
Ja. Der TEL-SC Spaltkranz wird um Wellen ab 23 mm geschlossen und per Induktion gespeist; Ringe über 76 mm bieten bis zu zwölf Kanäle.
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