測量風力渦輪機的葉片的偏轉的裝置制造方法
【專利摘要】測量風力渦輪機的葉片的偏轉的裝置。根據發(fā)明的裝置，確定風力渦輪機的葉片的偏轉。接近于葉片的尖端布置發(fā)射機，同時接近于葉片的根端布置接收機。發(fā)射機和接收機準備用于從發(fā)射機發(fā)送到接收機的監(jiān)視信號的無線傳輸。接近于葉片的根端布置監(jiān)視系統(tǒng)。監(jiān)視系統(tǒng)準備生成監(jiān)視信號。監(jiān)視系統(tǒng)通過電纜約束通信線路與發(fā)射機相連，因此監(jiān)視信號被從監(jiān)視系統(tǒng)傳輸到發(fā)射機。該監(jiān)視系統(tǒng)甚至與接收機相連，因此監(jiān)視信號被從接收機傳輸到監(jiān)視系統(tǒng)。該監(jiān)視系統(tǒng)準備基于傳輸的監(jiān)視信號來確定葉片的偏轉。
【專利說明】測量風力渦輪機的葉片的偏轉的裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測量風力渦輪機的葉片的偏轉的裝置。

【背景技術】
[0002]現代風力渦輪機的葉片顯示出45米或更多的長度。葉片針對其重量、針對其空氣動力特性及針對基于葉片性質的電功率的最可能的生成而被優(yōu)化。
[0003]因此，該優(yōu)化遲早將導致相當靈活且長的葉片。由于葉片的靈活性，出現了在操作中的風力渦輪機的轉動葉片的尖端可能撞擊塔架的問題。
[0004]塔架與葉片尖端之間的距離也被稱為“葉片尖/塔架間隙”。
[0005]通過監(jiān)視葉片的尖端來測量轉動葉片的偏轉是已知的。
[0006]一個可能性是在葉片表面上附著應變儀。其主要用于測試目的以在葉片收到旋轉移動的應力時收集關于葉片的某些知識。量規(guī)(gauge)的安裝和用于測量數據的傳輸的相應總線系統(tǒng)的安裝是相當昂貴并耗費時間且精細的。由于系統(tǒng)的整個設備可能被暴露于雷擊，所以整個系統(tǒng)不適合于較長時間段。
[0007]文獻DE 10 2006 054 667 Al描述了一種警告系統(tǒng)，其被布置成防止風力渦輪機的轉動轉子葉片撞擊風力渦輪機塔架。轉動葉片的彎曲由傳感器確定。該傳感器執(zhí)行光學測量、超聲波測量或基于雷達的測量，其被用來確定葉片的彎曲。
[0008]文獻EP 2 485 011 Al描述了一種測量風力渦輪機葉片的偏轉的裝置。無源反射器被布置在葉片的尖端處。天線系統(tǒng)被布置在機艙(nacelle)的頂部處并接近于葉片的根端。天線系統(tǒng)被構建為線性天線系統(tǒng)且包含發(fā)射天線和接收天線。無源反射器和天線系統(tǒng)被無線電信號耦合，其被經由反射器從發(fā)射天線朝著接收天線發(fā)送。接收天線與評估單元相連，其準備基于接收無線電信號的確定相角來測量葉片的偏轉。
[0009]如DE 10 2006 054 667 Al中和EP 2 485 011 Al中所描述的解決方案導致“葉片尖/塔架間隙”，其并不是足夠精確的，因為這些解決方案信任類似于反射器和傳感器之類的無源元件。


【發(fā)明內容】

[0010]因此本發(fā)明的目的是提供一種用來以高的和準確的方式測量風力渦輪機的葉片的偏轉的改進裝置。
[0011]通過權利要求1的特征達到此目的。本發(fā)明的優(yōu)選實施例由從屬權利要求解決。
[0012]根據發(fā)明的裝置，風力渦輪機的葉片的偏轉被確定。發(fā)射機被接近于葉片的尖端布置，而接收機被接近于葉片的根端布置。發(fā)射機和接收機準備用于從發(fā)射機發(fā)送到接收機的監(jiān)視信號的無線傳輸。
[0013]監(jiān)視系統(tǒng)被接近于葉片的根端布置。監(jiān)視系統(tǒng)準備生成監(jiān)視信號。
[0014]監(jiān)視系統(tǒng)通過電纜約束通信線路與發(fā)射機相連，因此監(jiān)視信號被從監(jiān)視系統(tǒng)傳輸至發(fā)射機。該監(jiān)視系統(tǒng)甚至與接收機相連，因此監(jiān)視信號被從接收機傳輸到監(jiān)視系統(tǒng)。
[0015]該監(jiān)視系統(tǒng)準備基于傳輸的監(jiān)視信號來確定葉片的偏轉。
[0016]發(fā)明的裝置允許針對葉片偏轉確定準確的結果。因此，能夠由優(yōu)化的風力渦輪機葉片來保持“葉片尖/塔架間隙”。
[0017]發(fā)明的裝置是基于導致關于葉片偏轉的準確信息的有源部件。
[0018]發(fā)明的裝置允許降低葉片的復雜性。不再存在對以過度的方式浪費葉片材料而僅僅為了減少葉片偏轉的需要。因此能夠降低轉子的成本且甚至轉子的質量，導致更平衡的轉子裝置。
[0019]由于此，甚至減少了作用于轉子及其軸承上的重力負荷，增強了風力渦輪機的可靠性和壽命。
[0020]另外，也能夠減少現在被用來增加“葉片尖/塔架間隙”的葉片的預彎曲。
[0021]因此，減少了或者甚至避免了針對預彎曲葉片發(fā)生的運輸問題。
[0022]在優(yōu)選配置中，監(jiān)視系統(tǒng)與緊急停止系統(tǒng)(emergency-stop-system)相連。該緊急停止系統(tǒng)被布置成并準備一旦葉片的偏轉超過某個閾值值、就停止風力渦輪機操作。
[0023]因此，在最壞情況下，能夠發(fā)起風力渦輪機的相當快速的緊急停止。
[0024]緊急停止系統(tǒng)是改進安全系統(tǒng)的一部分，因為葉片偏轉被連續(xù)地監(jiān)視。
[0025]如果葉片偏轉超過給定閾值值，則發(fā)起安全停止序列。
[0026]因此，能夠通過葉片材料的一定減少來降低葉片的硬度。這導致改善的葉片靈活性，并且其又導致用于制造葉片的降低的成本。
[0027]葉片偏轉和此知識與緊急停止系統(tǒng)的組合的組合導致廉價、容易且準確的風力渦輪機安全系統(tǒng)。
[0028]在優(yōu)選配置中，發(fā)射機、接收機和監(jiān)視系統(tǒng)是有源雷達系統(tǒng)的一部分。
[0029]在有源雷達系統(tǒng)解決方案的優(yōu)選配置中，監(jiān)視系統(tǒng)準備基于傳輸監(jiān)視信號的到達角數據來確定葉片的偏轉。
[0030]在有源雷達系統(tǒng)解決方案的優(yōu)選配置中，監(jiān)視系統(tǒng)準備基于傳輸監(jiān)視信號的飛行時間數據來確定葉片的偏轉。
[0031]處理飛行時間數據的非常靈敏的方式是接收監(jiān)視信號的相位分析。這允許隨時間推移而跟蹤相位，并且允許以波長的幾分之一的準確度來測量發(fā)射機與接收機之間的變化距離(即接收機的天線與發(fā)射機的天線之間的距離)。
[0032]完成相位分析的非常精細的方式被稱為“距離多普勒處理”，其優(yōu)選地與此配置組合地使用。
[0033]在有源雷達系統(tǒng)解決方案的優(yōu)選配置中，監(jiān)視系統(tǒng)準備基于發(fā)射機與接收機之間的測量距離來確定葉片的偏轉，同時使用該距離作為用于葉片偏轉的等效特性。
[0034]例如，能夠測量接收機的天線與發(fā)射機的天線之間的距離。
[0035]該監(jiān)視系統(tǒng)將測量距離與預定最小距離相比較。如果測量距離下降到最小距離以下，則檢測到比允許的更強的偏轉，因此觸發(fā)緊急停止系統(tǒng)。依次，停止風力渦輪機的操作。
[0036]在有源雷達系統(tǒng)解決方案的優(yōu)選配置中，監(jiān)視系統(tǒng)準備基于在其之下從接收機的位置看到發(fā)射機的位置的角度的測量變化來確定葉片的偏轉。角度的這些變化被用作用于葉片偏轉的等效特性。
[0037]在優(yōu)選配置中，監(jiān)視系統(tǒng)通過電纜約束通信線路與接收機相連。
[0038]在優(yōu)選配置中，監(jiān)視系統(tǒng)通過作為光學通信系統(tǒng)的一部分的光纖與發(fā)射機相連。
[0039]這形成用于被用作監(jiān)視信號的光學已調制信號從監(jiān)視系統(tǒng)到發(fā)射機的傳輸的基礎。由于信號調制，監(jiān)視信號的傳輸是安全的，并且不易于失敗。
[0040]甚至能夠在發(fā)射機處使用簡單的光學檢測裝置。因此，基于傳輸的光學已調制信號的監(jiān)視信號的重構是相當容易且廉價的。
[0041]光學傳輸甚至允許一方面發(fā)射機的且另一方面接收機和監(jiān)視系統(tǒng)的電解耦。
[0042]由于光學連接且由于無線連接，增強了系統(tǒng)的雷電保護，同時未將所使用的部件暴露于到葉片表面中的雷擊。
[0043]在優(yōu)選配置中，發(fā)射機準備用于監(jiān)視信號到接收機的射頻傳輸。甚至接收機也準備接收監(jiān)視信號，其被發(fā)射機作為射頻信號發(fā)射。
[0044]因此，能夠由廉價且可靠的部件和眾所周知的傳輸技術來建立傳輸。
[0045]在優(yōu)選配置中，在葉片的尖端處將發(fā)射機布置在葉片內。
[0046]在優(yōu)選配置中，另外在葉片的根端處將接收機布置在葉片內。
[0047]在優(yōu)選配置中，甚至在葉片的根端處且接近于接收機將監(jiān)視系統(tǒng)布置在葉片內。
[0048]因此，保護了系統(tǒng)的所有相關部件不受環(huán)境影響，增加了整體測量和安全系統(tǒng)的壽命。
[0049]由于接收機被布置在葉片的根端處，所以增加了所確定偏轉的準確度。
[0050]由于其在葉片的根端處的位置，存在對接收機和對監(jiān)視系統(tǒng)的相當好且容易的接近以便如果需要的話，執(zhí)行維護服務。
[0051]在優(yōu)選配置中，將接收機和監(jiān)視系統(tǒng)組合成集成裝置。因此，建立了相干接收，甚至鑒于上面描述的“飛行時間測量”增強了偏轉的確定的準確度。
[0052]在優(yōu)選配置中，未將接收機和監(jiān)視系統(tǒng)組合，因此在監(jiān)視系統(tǒng)內但遠離發(fā)射機和接收機生成發(fā)射的監(jiān)視信號。監(jiān)視系統(tǒng)以及接收機被布置在葉片處。
[0053]因此，允許如上面描述的“到達角檢測”，同時不存在對經由某種旋轉接頭從即機艙和旋轉葉片發(fā)射任何信號的需要。因此，增加了偏轉檢測裝置的可靠性和壽命。
[0054]發(fā)明的裝置甚至允許當如果風力渦輪機被停止時監(jiān)視葉片偏轉。所有相關部件是風力渦輪機的很好集成的部分，因此，該裝置是“長期功能完好的”。
[0055]由于所使用的雷達信號，甚至在壞天氣條件下整個系統(tǒng)也是非?？煽康摹?br> [0056]此外，整個系統(tǒng)提供了高準確度和采樣率，并且不需要任何種類的精細圖像處理。
[0057]優(yōu)選地，接收機和發(fā)射機被多個監(jiān)視信號耦合。因此，增強了葉片偏轉檢測，并且收集的結果是相當可靠的。
[0058]優(yōu)選地，風力渦輪機的每個葉片包含本發(fā)明裝置。因此，增強了葉片偏轉檢測，并且收集的結果就每個葉片而言是相當可靠的。
[0059]優(yōu)選地，發(fā)射機準備對無線發(fā)射監(jiān)視信號進行調制，因此結果更加準確。
[0060]借助于圖1更詳細地示出了本發(fā)明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0061]圖1示出了根據本發(fā)明的一個優(yōu)選裝置且不應限制本發(fā)明的基本思想和范圍。

【具體實施方式】
[0062]在此圖中以“切斷”方式示出的風力渦輪機WT示出了機艙NAC、集線器HB和葉片BL0
[0063]具有集成天線TRANT的發(fā)射機TRA被接近于葉片的尖端布置。
[0064]發(fā)射機TRA優(yōu)選地被布置到葉片腔體中，其從葉片BL的根端RE延伸到葉片BL的尖端TE。
[0065]具有集成天線RECANT的接收機REC被布置在葉片BL的根端RE處。
[0066]接收機REC優(yōu)選地被布置到葉片腔體中，其從葉片BL的根端RE延伸到葉片BL的尖立而TE。
[0067]發(fā)射機TRA和接收機REC準備用于監(jiān)視信號的基于射頻的信號傳輸。經由RF連接從發(fā)射機TRA傳輸到接收機REC的監(jiān)視信號被標記為監(jiān)視信號RFS。
[0068]監(jiān)視系統(tǒng)MS被布置成接近于接收機REC且被布置成到葉片腔體中。
[0069]監(jiān)視系統(tǒng)MS準備生成被使用的監(jiān)視信號RFS和OFS。
[0070]監(jiān)視系統(tǒng)MS通過光纖OF與發(fā)射機TRA相連。因此，監(jiān)視信號OFS經由光纖OF被從監(jiān)視系統(tǒng)MS傳輸到發(fā)射機TRA。
[0071]監(jiān)視系統(tǒng)MS與接收機REC相連，因此，被接收機RFC作為信號RFS接收到的監(jiān)視信號被從接收機REC傳輸至監(jiān)視系統(tǒng)MS。
[0072]監(jiān)視系統(tǒng)MS準備基于所傳輸監(jiān)視信號OFS和RFS來確定葉片BL的偏轉DEF。
[0073]監(jiān)視系統(tǒng)MS與緊急停止系統(tǒng)ESS相連。緊急停止系統(tǒng)ESS被布置成并準備一旦葉片BL的偏轉DEF超過某個閾值值、就停止風力渦輪機WT的操作。
[0074]通過光纖OF發(fā)送的監(jiān)視信號OFS可能包含一個或多個激光脈沖。
[0075]接收機REC和發(fā)射機TRA是有源雷達系統(tǒng)的一部分。發(fā)射機TRA將激光脈沖轉換成在雷達系統(tǒng)中被用作雷達信號的監(jiān)視信號RFS。
[0076]該雷達信號被接收機REC的天線RECANT接收。雷達信號被轉換并傳遞到監(jiān)視系統(tǒng)MS。
[0077]基于接收到的雷達信號，計算“飛行時間”或“到達角”。
[0078]如果這些值中的一個在預定義閾值值外面，則停止信號被發(fā)起并被發(fā)送到緊急停止系統(tǒng)ESS。
[0079]葉片BL將俯仰至停止位置，例如以停止風力渦輪機的操作。
[0080]作為選擇，在預定義時間段內一旦預定義閾值值被接近、就可以向風力渦輪機控制器發(fā)送“預警信號”?；诖恕邦A警信號”，能夠在預期的時間調整葉片俯仰位置以減少作用于葉片上的風壓負載并因此也減少葉片偏轉。
【權利要求】
1.一種測量風力渦輪機的葉片的偏轉的裝置， 一其中，接近于葉片的尖端布置發(fā)射機，并且其中，接近于葉片的根端布置接收機， 一其中，所述發(fā)射機和所述接收機準備用于從發(fā)射機發(fā)送到接收機的監(jiān)視信號的無線傳輸， 一其中，接近于葉片的根端布置監(jiān)視系統(tǒng)，并且其中，該監(jiān)視系統(tǒng)準備生成監(jiān)視信號， 一其中，所述監(jiān)視系統(tǒng)通過電纜約束通信線路與發(fā)射機相連，因此監(jiān)視信號被從監(jiān)視系統(tǒng)傳輸至發(fā)射機， 一其中，所述監(jiān)視系統(tǒng)與接收機相連，因此監(jiān)視信號被從接收機傳輸到監(jiān)視系統(tǒng)，并且 一其中，所述監(jiān)視系統(tǒng)準備基于所傳輸監(jiān)視信號來確定葉片的偏轉。
2.根據權利要求1所述的裝置， 一其中，所述監(jiān)視系統(tǒng)與緊急停止系統(tǒng)相連，并且 一其中，所述緊急停止系統(tǒng)被布置成并準備一旦葉片的偏轉超過某 個閾值值、就停止風力渦輪機操作。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的裝置，其中，所述發(fā)射機、所述接收機和所述監(jiān)視系統(tǒng)是有源雷達系統(tǒng)的一部分。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中，所述監(jiān)視系統(tǒng)被準備成基于傳輸監(jiān)視信號的到達角數據來確定葉片的偏轉。
5.根據權利要求3所述的裝置，其中，所述監(jiān)視系統(tǒng)被準備成基于傳輸監(jiān)視信號的飛行時間數據來確定葉片的偏轉。
6.根據權利要求3所述的裝置，其中，所述監(jiān)視系統(tǒng)準備基于所述發(fā)射機與所述接收機之間的測量距離來確定葉片的偏轉，同時使用該距離作為用于葉片偏轉的等效特性。
7.根據權利要求3所述的裝置，其中，所述監(jiān)視系統(tǒng)準備基于在其之下從接收機的位置看到發(fā)射機的位置的角度的測量變化來確定葉片的偏轉，同時使用角度的變化作為用于葉片偏轉的等效特性。
8.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述監(jiān)視系統(tǒng)通過電纜約束通信線路與接收機相連。
9.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述監(jiān)視系統(tǒng)通過作為光學通信系統(tǒng)的一部分的光纖與發(fā)射機相連。
10.根據權利要求9所述的裝置，其中，所述光學通信系統(tǒng)準備將監(jiān)視信號作為光學已調制信號來從監(jiān)視系統(tǒng)傳輸到發(fā)射機。
11.根據權利要求1所述的裝置， 一其中，所述發(fā)射機準備用于監(jiān)視信號到接收機的射頻傳輸，并且 一其中，所述接收機準備接收被發(fā)射機作為射頻信號發(fā)射的監(jiān)視信號。
12.根據權利要求1所述的裝置， 一其中，所述發(fā)射機在葉片的尖端處被布置在葉片內，和/或 一其中，所述接收機在葉片的根端處被布置在葉片內，和/或 一其中，所述監(jiān)視系統(tǒng)被在葉片的根端處且接近于接收機被布置在葉片內。
13.根據權利要求1所述的裝置， 一其中，所述監(jiān)視系統(tǒng)與風力渦輪機控制器相連，一其中，所述監(jiān)視系統(tǒng)被布置成并準備一旦葉片的偏轉在預定義時間段內接近于某個閾值值、就發(fā)起預警信號，同時該預警信號被發(fā)射到風力渦輪機控制器，并且 一其中，所述控制器被布置成且準備調整葉片俯仰位置，并且因此又降低對預警信號的葉片偏轉無 關性。
【文檔編號】G01S3/78GK104047804SQ201410094956
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權日:2013年3月14日
【發(fā)明者】P.埃格達爾, J.W.斯塔埃達爾, A.齊羅夫 申請人:西門子公司