CN100564870C - 用于风力发电设备的转子叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于风力发电设备的转子叶片(30)，具有转子叶片突出部。在所述转子叶片突出部(31)中设置有沉积物传感器装置。该沉积物传感器装置具有用于通过传输路径无线发送信号的发送器和用于接收通过传输路径无线传送的信号的接收器。在所述传输路径(13)的区域中按照通过所述传输路径传送的信号来检测所述转子叶片(30)的表面上的沉积物。

Description

用于风力发电设备的转子叶片
技术领域
本发明涉及一种用于风力发电设备的转子叶片以及具有相应转子叶片的风力发电设备。
背景技术
在风力发电设备中，尤其是在寒冷的季节中希望确定转子叶片上的积冰以便采用合适的措施来除冰。不希望转子叶片上有积冰，因为积冰增加了转子叶片的重量。此外，在风力发电设备工作期间从转子叶片上脱落的破冰会导致危险的击伤并且造成人员或者物的损伤。此外，从转子叶片上脱落的破冰还会导致转子叶片的不平衡，这最终会导致必须关闭该发电站。然而，出于经济的原因并不希望关闭该发电站。
为了防止上述情况，很多风力发电设备都具有用于转子叶片的加热装置，以便防止积冰。此外，风力发电设备即使在相应的冰附着物时也能被关闭。然而在此必须可靠地识别冰附着物。
在公知的用于检测风力发电设备的转子叶片上的冰附着物的传感器系统中，相应的传感器安装在吊舱(Gondel)上。然而因此不能实现气流条件与积冰条件的直接可比性，因为在转子叶片上存在其它气流条件。
在DE 202 06 704中公开了一种用于风力发电设备的结冰传感器。该结冰传感器设置在转子叶片尖端的附近。在考虑到气象学的基本条件的情况下来处理所得到的数据，以便能够采取相应的措施。
在此，作为现有技术通常还参照以下文献：DE 199 27 015 A1、DE 10315 676 A1、DE 101 60 522 A1和DE 200 21 970 U1。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种用于风力发电设备的转子叶片，其可以区分沉积物如污物和冰附着物之间的不同。
该任务通过根据本发明的转子叶片以及通过根据本发明的风力发电设备来实现。
根据本发明的用于风力发电设备的转子叶片具有：转子叶片突出部；设置在所述转子叶片突出部中的沉积物传感器装置，具有用于通过传输路径无线发送信号的发送器和用于接收通过传输路径无线传送的信号的接收器，其中在所述传输路径的区域中按照通过所述传输路径传送的信号来检测所述转子叶片的表面上的沉积物，所述沉积物处于无线传输的信号的传输路径的区域中，其中在所述发送器与所述接收器之间的所述传输路径基本上平行于所述转子叶片突出部延伸。
根据本发明的风力发电设备具有如上所述的转子叶片。
因此，用于风力发电设备的转子叶片设置有转子叶片突出部。在转子叶片突出部的区域中设置有沉积物传感器装置。该沉积物传感器装置具有用于通过传输路径无线发送信号的发送器和用于接收通过传输路径无线传送的信号的接收器。根据通过传输路径所传送的信号，能够检测在传输路径的区域中表面上的沉积物。
因此，设置有具有沉积物传感器装置的转子叶片，其能够快速且可靠地检测转子叶片的表面上的沉积物。
根据本发明的一个方面，转子叶片或者风力发电设备具有比较装置，该比较装置用于将由发送器发送的信号与由接收器接收的信号比较，以便确定变化。通过传输信号的变化的确定，可以直接确定传输路径的传输特性变化到何种程度，使得能够直接检测沉积物。
根据本发明的另一方面，比较装置具有用于存储所接收到的信号的被检测到的变化的存储器，使得能够建立数据库。根据该数据库，可以确定关于频率的结论和出现沉积物的条件。
根据本发明的一个优选的方面，沉积物传感器装置为光学传感器装置。因此，基于光学信号实现沉积物的检测，使得不会出现与风力发电设备的电子组件或者电器组件的交互作用。
根据本发明的另一方面，发送器具有耦合输出透镜而接收器具有耦合输入透镜。因此，改进了光学信号传输的效率。
根据本发明的另一优选的方面，不仅发送器而且接收器都分别通过光导管与比较装置相连。因此，可以避免转子叶片中的电导线，以便因此进一步改进闪电防护。
根据本发明的另一优选的方面，分别在发送器和所述转子叶片的表面之间以及在接收器与所述转子叶片的表面之间的过渡部是锐角边的结构。
本发明的其它方面下面具体说明。
附图说明
以下，参照附图将更为详细地阐述本发明以及其实施例。
图1示出了根据第一实施例的风力发电设备的前视图，
图2示出了图1的风力发电设备的转子叶片的一段的截面视图，
图3示出了图1的风力发电设备的转子叶片的一段的俯视图，以及
图4示出了根据第二实施例的风力发电设备的转子叶片的一段的俯视图。
具体实施方式
图1示出了根据第一实施例的风力发电设备的前视图。在这样的情况下，风力发电设备具有塔10、吊舱20以及三个转子叶片30。在每个转子叶片上设置有一个沉积物传感器1。优选地，沉积物传感器1设置在转子叶片突出部上。沉积物传感器1分别通过光波导2与比较装置3相连。
图2示出了图1的风力发电设备的转子叶片30的一段的截面视图。在此，尤其是示出了在沉积物传感器1的区域中的转子叶片的一段。沉积物传感器安装在转子叶片30的转子叶片突出部31的区域中。沉积物传感器1基本上由光学发送器11和光学接收器12构成。光学发送器11设置有耦合输出透镜11a而光学接收器12设置有耦合输入透镜12a。光学发送器11和光学接收器12分别通过光波导11b、12b、2与比较装置3相连。在耦合输出透镜11a与耦合输入透镜12a之间设置有光学传输路径13。该光学传输路径基本上与转子叶片突出部31的表面平行地延伸。
因此，沉积物传感器1直接安装在风力发电设备的转子叶片上，使得能够直接在转子叶片上确定相应的沉积物例如污物和积冰。优选地，沉积物传感器设置在转子叶片的外三分之一处(参看图1)，因为在此存在对沉积物例如污物和积冰的识别更高的可靠性。除此之外，其它沉积物传感器1设置在转子叶片上的其它位置上，使得可以得到多冗余系统。
因为鉴于闪电防护不希望在风力发电设备的转子叶片中存在电导线，所以根据本发明的传感器系统基本上分成两部分，即实际传感器和计算单元。优选地，在这样的情况下比较单元被设置在转子叶片的叶根中或者设置在机壳的转动部分上。相反，光学传感器和接收器设置在转子叶片本身上。光信号从比较装置到光学接收器的传输优选通过光波导来实现，使得在转子叶片上可以避免其它电导线。对此可替换地，只要设置有合适的闪电防护，比较装置就可以直接设置在沉积物传感器1中或者之上。
优选地，光学发送器11与光学接收器12和相应的光波导11b、12b、2之间的连接借助插塞接触或者借助螺栓紧固来保证。因此，沉积物传感器1可以以简单的方式和方法被更换，在这样的情况下不必更换整个转子叶片。
如在图2中所示，沉积物传感器1优选具有耦合输出透镜11a和耦合输入透镜12a，以便能够实现在光学发送器11与光学接收器12之间小的光束衰减。只要沉积物沉积在光学传输路径13中，则传输路径13的传输特性就改变，这能够通过比较装置3来检测。
图3示出了在沉积物传感器1的区域中的图1的转子叶片的一段的俯视图。在此，沉积物传感器1固定地与转子叶片30的转子叶片突出部31相连。这通过螺栓紧固或者粘合来实现。在此，光学传输路径13基本上平行于沿转子叶片纵向的转子叶片突出部定向。优选地，光学发送器11和光学接收器12的位置设置在成形驻点的区域中，因为这是最可能有开始沉积物的位置。图3中所示的沉积物传感器1的外部造型保证了沉积物传感器1的低损耗的环流。此外，该造型在气隙即光学传输路径13的区域中通过转子叶片突出部的环流的隧道效应有助于避免光学发送器和接收器的污染。由于沉积物传感器的特殊造型，气流的方向向量决不会直接对准光学传感器11和光学接收器12或者其进入位置和离开位置的方向。
准确地说，气流的方向向量基本上与上述方向垂直地设置。在突出部轮廓中的沉积物传感器1的由光学传输路径13形成的凹槽，应该优选地足够宽以便在出现例如冰时并不显著地改变形成机制，并且足够窄以便保证在传输路径13中由于转子叶片的污物或者变形造成的光束的衰减或者影响尽可能小。
为了减小射入阳光对光学接收器12的影响，通过传输路径13传送的光束优选是脉冲的。通过沉积物传感器1的进一步小型化在相应的装置中能实现光栅控制的冰厚度测量。
图4示出了根据第二实施例的用于风力发电装置的转子叶片的转子叶片突出部的一段的俯视图。在此，根据第二实施例的沉积物传感器1以与第一实施例的沉积物传感器1相同的功能原理为基础，即设置有光学发送器16、光学接收器17以及在发送器16与接收器17之间的光学传输路径18。虽然根据第一实施例沉积物传感器基本上与转子叶片突出部的轮廓相配，但是根据第二实施例的沉积物传感器通过针状或者钉状的从成形突出部或者转子叶片突出部出来的光波导来实现。
根据第二实施例，沉积物传感器1通过两个从转子叶片的表面突出的带有侧面光出口的钉状光波导14、15来实现。由于借助于相应的透镜或者棱镜使光束偏转90°，在转子叶片的内部的光波导可以被引导到透镜14、15的下侧。接着，光束被耦合到透镜上并且被透镜或者棱镜偏转90°，使得基本上平行于转子叶片表面的光束在从光学发送器16到光学接收器17的光学传输路径18上延伸。光学接收器17同样具有透镜或者棱镜，以便将光束偏转90°并且耦合输入进返回的光波导中。
基本上，根据第二实施例的沉积物传感器1的原则上的结构与根据第一实施例的沉积物传感器结构相应。然而，根据第二实施例的结构更简单地构造。此外，仅仅需要在很小的程度内改变转子叶片的突出部轮廓。优选地，光学发送器16和光学接收器17可螺栓紧固地或者可插接地配置有用于90°偏转的相应透镜，使得所述透镜在需要时能容易地更换。
优选地，光学发送器16和光学接收器17不是精确地设置在叶片突出部的最前面的点上，而是略微相对于最前面的点偏移。换句话说，沉积物传感器1并不是设置在叶片突出部的最前面的区域即突出线上。因此，沉积物传感器1可以设置在叶片突出部的区域中。
优选地，根据第一或者第二实施例的沉积物传感器应该在转子叶片突出部的区域中设置驻点区域中。在这样的情况下，驻点是如下的点，该点在叶片上受气流冲击并且然后将气流分成沿吸引侧的第一气流和沿挤压侧的第二气流。在该驻点的区域中，开始形成冰附着物并且根据随机的图案进一步增大。不能对驻点的位置进行精确预测，因为这也与转子叶片的入射角相关。
光学发送器16和光学接收器17的高度或者其透镜可以通过转子叶片表面可调节地构造。这通过如下的方式实现，即光学发送器16和光学接收器17从转子叶片表面突出更多或者更少。在光学发送器16和光学接收器17之间的间距能够是10至100mm，优选地为20至50mm。在光学发送器16和光学接收器17之间的光束与转子叶片表面之间的间距(即光束距转子叶片表面的间距)为2至10mm之间并且优选为5至6mm。在转子叶片的表面与在光学发送器和接收器之间的光束之间的间距确定了可被检测的冰厚度。在这样的情况下，低于2mm的冰厚度可被忽略，而厚于优选5-6mm的冰层会导致极大的问题。
为了能够实现透镜的简化的更换，在转子叶片中可设置有座套，在该座套中可以插入透镜即光学发送器或者光学接收器。优选地，在座套和光学发送器和光学接收器之间设置有形状配合的连接例如卡口式连接。对此可替换地或者除此之外，座套和光学发送器和光学接收器彼此被螺栓紧固。这特别具有如下的优点，使得光学接收器和光学发送器更稳定地防止冰附着物并且在去除冰的过程中不会从叶片中出来并且不随冰掉下。
根据基于第一或者第二实施例的另一实施例，比较装置3可以具有存储器，在该存储器中存储有典型的沉积物，使得这些沉积物可与工作中被实际检测到的值比较。因此，例如能够区分，沉积物只是由鸟粪或者灰尘引起的污物或者是初始形成的冰。除此之外，比较装置3可以处理来自风力发电设备的周围环境的其它数据。这些数据例如可以是温度数据，使得例如可以在温度高于3℃时关闭沉积物传感器1，因为从这种温度起估计不会形成冰附着物。
此外，比较装置还可以具有数据库存储器，在该数据库存储器中存储有所检测到的变化并且必要时可被分析，以便例如能够确定积冰的图案，以便必要时能够实现相应的早期识别。
比较装置也可以设置在转子叶片外，例如设置在突出部的区域中，这有如下的优点，即不必将电导线铺设在转子叶片上。在这种情况下，转子叶片在朝向轮毂的过渡区域中具有相应的连接或者接头，以便沉积物传感器与比较装置耦合。因此，仅仅关波导必须铺设在转子叶片上，这在闪电防护方面已经证明是特别有利的。

Claims (11)

1.一种用于风力发电设备的转子叶片(30)，具有
转子叶片突出部(31)，
设置在所述转子叶片突出部(31)中的沉积物传感器装置(1，11，12，13)，所述沉积物传感器装置(1，11，12，13)具有用于通过传输路径(13)无线发送信号的发送器(11)和用于接收通过传输路径(13)无线传送的信号的接收器(12)，
其中在所述传输路径(13)的区域中按照通过所述传输路径传送的信号来检测所述转子叶片(30)的表面上的沉积物，所述沉积物处于无线传输的信号的传输路径(13)的区域中，
其中在所述发送器(11)与所述接收器(12)之间的所述传输路径(13)基本上平行于所述转子叶片突出部(31)延伸。
2.根据权利要求1所述的转子叶片(30)，具有比较装置(3)，其用于将由所述发送器(11)发送的信号与由所述接收器(12)接收的信号进行比较，以便检测在所接收信号中的变化。
3.根据权利要求1所述的转子叶片(30)，具有用于将外部的比较装置与所述沉积物传感器装置(1、11、12、13)耦合的接头，其中由所述发送器(11)发送的信号和由所述接收器(12)接收的信号在所述比较装置中被比较，以便检测所接收的信号中的变化。
4.根据权利要求1、2或者3所述的转子叶片(30)，其中所述沉积物传感器构造成连续检测沉积物或者以预给定的时间间隔检测沉积物。
5.根据权利要求2或者3所述的转子叶片(30)，其中所述比较装置(3)具有用于存储所检测到的变化的存储器，以便建立数据库。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的转子叶片(30)，其中所述沉积物传感器装置(1、11、12、13)为光学传感器装置。
7.根据权利要求6所述的转子叶片(30)，其中所述发送器(11)具有耦合输出透镜(11a)而所述接收器(12)具有耦合输入透镜(12a)。
8.根据权利要求2或者3所述的转子叶片(30)，其中所述发送器(11)和所述接收器(12)分别通过光波导(11b，12b)与所述比较装置(3)相连。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的转子叶片(30)，其中分别在发送器(11)和所述转子叶片(30)的表面之间以及在接收器(12)与所述转子叶片(30)的表面之间的过渡部是锐角边的结构。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的转子叶片(30)，其中所述发送器(11)和所述接收器(12)钉状地从所述转子叶片的表面上突出。
11.一种风力发电设备，具有至少一个根据权利要求1至10中任一项所述的转子叶片。
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