Компания GTM получила патент на метод многокомпонентного измерения

Ветровая турбина

Авторское свидетельство на изобретение, выданное компании GTM

Запатентованный метод определения крутящего момента с помощью многокомпонентной измерительной техники

Компания GTM сделала следующий шаг к повышению точности измерения крутящего момента и КПД на испытательных стендах для ветроэнергетических установок (ВЭУ): 5 сентября 2019 года патентное ведомство ФРГ выдало компании патент на измерение крутящего момента на испытательных стендах для ВЭУ с использованием многокомпонентной технологии. «Мы очень рады, что наше изобретение было признано настолько инновационным, что получило патентную защиту», – говорит Даниэль Швинд, технический директор GTM.

КПД как решающая величина

До сих пор технически допустимая нагрузка, а также ресурс работы имели решающее значение для определения эффективности ВЭУ. Поэтому на испытательных стендах проверялись прежде всего эти критерии. Но сегодня в центре внимания все чаще находится другая величина: коэффициент полезного действия:

Гондолы ВЭУ, то есть генератор и редуктор без лопастей, сегодня достигают КПД около 95 процентов. До сих пор не было возможности да и необходимости определять его с точностью до десятой доли. Однако именно это становится все более важным на фоне постановки цели значительного расширения использования возобновляемых источников энергии. Потому что чем точнее можно определить КПД, тем больше домашних хозяйств может быть обеспечено энергией от ВЭУ. По данным Федерального союза ветроэнергетики (BWE), на конец 2017 года установленная мощность всех ветроэнергетических установок мира составляла 539 581 мегаватт. Учитывая вызванное безветрием время простоя (1500 часов полной нагрузки), 0,1 процента эффективных установок было бы достаточно для покрытия энергопотребности 85 000 человек в Германии.

Такое точное определение КПД ВЭУ еще на этапе планирования повышает конкурентоспособность ветроэнергетической отрасли.

Для этого испытательные стенды должны иметь еще более высокую точность, воспроизводимость и сопоставимость, чем раньше: требуется обратная связь измерения крутящего момента с погрешностью всего около 0,1 процента.

Как работает изобретение

Благодаря техническому новшеству от GTM имеется возможность в будущем измерять крутящий момент и, следовательно, КПД с требуемой точностью. Для этого на испытательном стенде используется система, которая по обратной связи опирается на измерения силы и длины: многокомпонентная измерительная платформа. Она состоит из нескольких датчиков силы и дополнительных шарниров для развязывания побочных компонентов.

Датчики силы могут быть откалиброваны с точностью менее 0,1 процента. Благодаря специальному расположению датчиков силы и шарниров в системе создаются плечи рычагов. И они должны быть также откалиброваны с точностью измерения менее 0,1 процента.

Существует два варианта позиционирования платформы на испытательном стенде для ВЭУ: либо между фундаментом и гондолой, либо между фундаментом и приводной системой испытательного стенда.

По соображениям эффективности затрат выгодно установить такую измерительную платформу в новый испытательный стенд для ВЭУ вместо того, чтобы перестраивать существующий испытательный стенд.

Прослеживаемость к национальным эталонам

GTM является поставщиком Физико-технического института (PTB) в Брауншвейге, который в силу закона эксплуатирует национальные эталоны. Компания разрабатывала изобретение параллельно с проектом PTB, который создает стандартное устройство измерения больших крутящих моментов (до 5 МН·м) в качестве варианта прослеживаемости. Предполагаемая погрешность измерения новой установки PTB составит около 0,1 процента. Другие этапы прослеживаемости – калибровка устройства передачи размера единицы, который в конечном итоге будет использоваться для калибровки испытательных стендов для ВЭУ, – приведут к дальнейшей погрешности измерений. Таким образом, можно было бы ожидать неточности испытательных стендов в пределах около 2 процентов.

Компания GTM сопровождает PTB

Изобретение GTM предусматривает параллельный путь к этой цепочке прослеживаемости, которая в конечном итоге обеспечивает более низкую погрешность измерения: Прослеживаемость с желаемой погрешностью измерения < 0,1% достигается за счет прослеживаемости элементов системы к стандартным (эталонным) устройствам измерения силы и длины института PTB. Они достигают погрешности измерений менее 0,01 процента. Промежуточный этап – передача крутящего момента через устройство передачи размера единицы – исключается. Теперь при помощи двусторонних сравнений при меньших погрешностях измерения можно обеспечить защиту процесса с устройствами передачи размера единицы.

«Наше изобретение сопровождает PTB на пути к более точному определению больших крутящих моментов. Мы рады, что благодаря нашему инновационному потенциалу и опыту в многокомпонентной технологии мы в состоянии поднять на новый уровень измерение крутящего момента на испытательных стендах для ВЭУ, а вместе с ним – и измерение КПД», – говорит Даниэль Швинд.