CN101000040A - 用于检测风力涡轮机的叶片条件/状况的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

应答器技术结合到风力涡轮机叶片中，从而可以实现将数据从每片所述叶片无线传递到关联塔。通过提供一个包含设在每个叶片中或在每个叶片上的RFID设备(102)的应答器(20，22)，并提供一个设在风力涡轮机的塔支承中或其上的读出器/接收器，该读出器/接收器能够检测工作的RFID设备，和/或当叶片通过塔时从RFID设备中读取数据。

Description

用于检测风力涡轮机的叶片条件/状况的方法和装置
技术领域和背景技术
风车用于抽水和研磨谷粒已经几个世纪了。最近，所谓的风力涡轮机已经采用截取风力来产生电能。利用风产生动力的一个基本问题是要解决每单位体积的低功率密度。从风中可以获取的动力最大量与叶片所转过的风速平方倍数的环形截面积成比例。更特别地，可获得的功率是每单位时间空气通过涡轮机的截面的总动能。然而，实际涡轮机只会提取一部分这些可得到的动力，从而确定涡轮机的效率。
发明内容
由于空气和涡轮机叶片之间的体接触是传递风力所必需的，叶片必须具有与它们大部分的环形截面相等的总面积，或者它们必须快速地转动以便与流过的大部分空气相互影响。当风力涡轮机的叶片被损坏，比如由于快速负荷冲击，由于被弯曲以至于变形或类似的原因，涡轮机的效率可能降低，因为相对于风叶片形状或排列方向不再最优化，以至于提高了阻力或减少了相对于其设计的风力截取面积。
因为靠近地面安装的涡轮机对人类和动物构成危险，且不能被设置在最优化风力截取条件下，风力涡轮机一般地安装在塔上，以便于它们能够设置在高于地面的高处。这使得检查和维护非常困难，因此希望可以远端地确定叶片损伤的潜在性以至于能够及时地进行或提前维护。更进一步地，希望可以检测潜在的叶片损伤而不需要输入导致涡轮机总效率降低的附加能量。
本发明计划将应答器技术结合到风力涡轮机叶片中，从而可以实现将数据从每片所述叶片无线地传递到相关塔，而不需要输入任何电能到设置在叶片中的应答器中。
因而，本发明可以具体化为准确地确定风力涡轮机叶片的条件的一种方法，该风力涡轮机包括安装在涡轮机组件转轴上的多个叶片，该涡轮机组件支承在一个塔支承上，包括：a)将具有RFID设备的应答器设置在每个所述叶片上；b)提供一个读出器/接收器在塔支承上或在塔支承内；且c)选择至少其中之一i)监测运行的所述RFID设备，和/或ii)当所述叶片通过所述塔时，采用所述读出器/接收器从所述RFID设备中读出数据。
本发明也可以具体化为一种风力涡轮机包括：安装在涡轮机组件的转轴上的多个叶片，该涡轮机组件支承在一个塔支承上；一个应答器，其具有在每个所述叶片上设置的RFID设备；一个读出器/接收器，其设置在塔支承上或在塔支承内，当所述叶片通过所述塔时，其用来选择性地监测所述RFID设备。
附图说明
通过仔细研究下面对本发明目前优选选实施例的更详细的描述并结合附图，本发明的上述或其它目的和优点将得到更完整地明白和理解，其中：
图1根据本发明的一个实施例，示意性地示出了具有应答器和读出器/接收器的一个风力涡轮机组件；
图2示出了一个具有设置在风力涡轮机叶片上的RFID设备的标识符。
具体实施方式
在某些技术中，射频识别标签法是一种公知的识别方法。特别地，通用的RFID系统中的读出器当受到连通的电子驱动电路的激发时，以特定频率的方式产生和发射电磁询问场。该RFID标识符或设备一般包括一个具有RF电路，逻辑线路和存储器以及天线的半导体芯片。该设备起响应编码射频(RF)信号的作用。如果该设备放置在询问场中足够的时间，该RFID嵌入体将受到激发并发射一种唯一编码信号，该信号通过读出器或独立接收天线来接收。该RF载波信号被解调来回收储存在RFID设备中的信息。各种RFID结构、电路和程序设计规约在该技术领域是公知的。美国专利号No.5682143(Brady et al.)和5444223(Blama)中所描述的例子在此一并引入作为参考。
虽然RFID设备或标签还没有象其它识别方法一样普及，但是RFID设备在各种应用中已经逐渐变得普及。这些包括铁路棚车和牵引车挂车识别图表、公车和地铁的缴费卡、动物识别、雇员和安全标记以及自动公路通行费系统。在自动公路通行费系统中，例如EZ通道(EZ Pass)，驾驶员安装一个RFID设备在车辆前面的挡风板上。该RFID设备根据驾驶员的信息进行程序预编，比如帐单状况、车辆信息等。当车辆通过收费站，在收费所上的基极发射器发射出一种信号，该信号通过RFID设备反射。如果驾驶员的帐单是令人满意的，绿灯亮起，指示驾驶员可以自由通过收费站。
电子(RFID)设备在商业上可以获得，本身不包含本发明。早期RFID系统发展利用相对大的通用程序，从而限制了它们所用于的产品。最近，RFID设备已经变得较小以至于它们可以容易引入标签或标号中，而且它们的使用能够更普遍。这种电子设备的特征在于它们是可层压在外板或标签层之间薄的、扁的且通常为柔性的设备，从而该电子设备特征被保护免于它们所应用的部件可能遭遇到的周围环境，尤其是湿气和/或热接触的情况。
本发明计划将RFID应答器技术结合到风力涡轮机叶片中，从而可以实现将数据从每片所述叶片无线地传递到相关塔，而不需向设置在叶片中的应答器提供任何的功率输入。
图1示意性地示出了作为例子的风力涡轮机10，该风力涡轮机包括多个安装在涡轮机组件16的转轴上的叶片12，14，该涡轮机组件以常规的方法支承在塔18上。根据本发明的示意性的实施例，应答器20，22，例如，一个RFID设备，被嵌入风力涡轮机的每个叶片中或者结合在RFID标识符中，该标签分别设置在，例如，每片叶片12，14的背风面。在后面的例子中，如上所述，RFID设备可层压在外板或标签层之间薄的、扁的且通常为柔性的设备，从而该电子设备特征被保护免于它们所应用的部件可能遭遇到的周围环境，尤其是湿气和/或热接触的情况。因此，通过应用一个永久粘连标签在一个嵌入或安装的RFID设备上，该RFID设备可以操作地与每个风力涡轮机叶片相关联。在在图2中示意性地示出的一实施例中，通过使用一个基本防湿气渗透的标签获得，更特别地，一个安装在层压在两片塑料膜104，106之间的RFID芯片102中的纸料100，其中的一片塑料膜在其外表面上具有永久粘合剂108。方便地，人类可读的标记包含在标签表面或在纸料上，使得从叶片外部可以看到。这样使关于RFID设备和/或它的安装信息能被识别，即使设备已经变得不能运行，下面将更加详细的讨论。
RFID系统的读出器/接收器24相适地提供在例如风力涡轮机10的相关塔18上，产生和发射如上所述的电磁询问场。优选地，每个应答器20，22唯一地识别相关叶片12，14，以至于设置在塔结构上的读出器/接收器24检测和记录当每个应答器经过时认为必需的或期望的相应应答器。
在一个示意性的实施例中，由于快速负荷冲击，使得结合在叶片上的应答器无效或损坏，以至于它不能再工作。当叶片或叶片剩余部分通过塔时，任何不能工作的应答器(RFID设备)将不能被接收器检测到。因此，来自相应的应答器信号的缺失，或者检测来自下一个相邻的叶片的顺序应答器的信号，是一个传递给相关控制系统26叶片已经损坏了，且能够适宜地发出错误或故障信号的指令。因此，可以记录下如下信息，哪片叶片或哪几片叶片可能损坏和其损坏的时间，用来安排维修时间，涡轮停机或其它适当的响应措施。
当支承着射频识别装置(RFID device)的特定物体通过接收器的检测区域时，一些射频应答器被简单设定指示。其它的RFID设备通过不变的信息来预编程序，这些不变的信息能够被读出器/接收器读出且提供附加的信息，例如，识别目标，不仅是识别它的存在性。其它的RFID设备还适合包括某种只读(预编程序)信息和某种可再写信息和/或能够可选择地具有(可变)信息输入其中。因此，一个设置在涡轮机叶片上的RFID设备可以构造成由于快速负荷冲击而选择性地失效，如上所述，或者可以提供更加复杂的电子设备来检测和记录顺序的快速负荷冲击，以提供一个特定叶片已经接受到的快速负荷冲击数目的记录，这些也可以成为叶片损坏的一个指示。因此，该RFID设备可以可选择地根据可变叶片损坏信息编程序，且读出器/接收器可以读出编写的可变信息程序。周期性地，当可变信息被读出后，RFID设备优选地根据其它可变信息预编程序。该预编程序可以被塔或相应的单板叶片远程影响，。
设置在塔上或塔内的接收器可以提供简单检测运行RFID设备的存在，或可以进一步地包括一个读出器用来无线下载来自应答器的信息，比如包含被(多个)RFID设备记录的快速负荷冲击的数目。
通过检测快速负荷冲击的位置，如冲击一个特定的叶片，且通过设定附加信息，比如快速负荷冲击的数目，可以更加有效地制订维修计划。甚至在涡轮操作员还没有立刻想到采取措施的情况下，这时信息可以提供给下一个修理组，由此他们能够可看到地检查损伤和报告，和/或提供替换的叶片和/或应答器。
根据其它可变换的实施例，如果叶片已经弯曲地比规定值厉害，应答器还可以与更进一步的被动式电子设备结合来设置。例如，一旦达到特定机械标准，更复杂的电子设备就会被调整或可被构造成停止操作的模式。还是在这个例子中，应答器功能的失效将通过一个在塔中的相应的接收器检测到并被传递来控制。在该可变实施例中，2005年12月7日提出共同未决的申请No.11/295467(由德国公开号No.189907可知；Atty Docket No.：839-1795；整个公开的内容在此引入作为参考)中所描述的应变片和/或压电滤波器等等，和相关电路，可以在多处结合来提供信息给应答器，该应答器由用于安全控制、抢先维修的接收器来读出，和/或在叶片寿命期间，用来显示每个单独的叶片的机械性能的改变。
然而在另一个实施例中，如果已经超过某种噪音值或超过预定振动级，应答器可以与更进一步的、更加复杂的被动式电子设备相结合来设置。例如，一旦临界噪音级或临界振动级被超过，更进一步的被动式电子设备就可以被调整成或构造成应答器的停止或改变操作，通过接收器该失效或改变就可以被检测到。
虽然本发明是结合目前最实用的和最优选的实施例进行描述的，但应当明白本发明不局限于所公开的实施例，相反地，本发明可以认为是覆盖了包含在附加权利要求的精神和范围内的多种修改和等同设置。
部件目录
风力涡轮机10
叶片12，14
涡轮机组件16
塔18
应答器20，22
读出器/接收器24
控制系统26
纸料100
RFID芯片102
塑料膜104，106
永久粘合剂108

Claims (10)

1、一种准确确定风力涡轮机叶片条件的方法，该风力涡轮机包括多个安装在涡轮机组件(16)的转轴上的叶片(12，14)，该涡轮机组件(16)支承在一个塔支承(18)上，包括：
a)将具有RFID设备(102)的应答器(20，22)设置在每个所述叶片上；
b)提供一个读出器/接收器(24)在塔支承上或在塔支承内；并且
c)选择至少其中之一i)监测运行的所述RFID设备，和/或ii)当所述叶片通过所述塔时，采用所述读出器/接收器从所述RFID设备中读出数据。
2、如权利要求1所述的一种方法，其中(a)通过使用一个基本防湿气渗透标签(104，106)，和通过包括在标签上的人类可读标记来实行，该标记可从叶片外部上面看到。
3、如权利要求1所述的一种方法，还包括，d)选择性地为至少一个所述RFID设备编写具有可变信息的程序，并且其中通过所述读出器/接收器读出的读出数据包括读出至少一个RFID设备编写的可变信息。
4、如权利要求3所述的一种方法，还包括，在读出所述可变信息之后，e)为至少一个所述RFID设备重编具有其它可变信息的程序。
5、如权利要求4所述的一种方法，其中RFID设备被预先编写不可变信息的程序，该不可变信息不受到依照(d)和(e)随后的编写程序和重编程序的影响。
6、如权利要求1所述的一种方法，其中应答器如此构造和设置，以至于快速负荷冲击使得所述应答器失效到RFID设备不能够通过读出器/接收器检测到或读出。
7、一种风力涡轮机，包括：
多个安装在涡轮机组件(16)的转轴上的叶片(12，14)，该涡轮机组件支承在一个塔支承(18)上；
一个包括RFID设备(102)的应答器(20，22)设置在每个所述叶片上；
一个读出器/接收器(24)，其设置在塔支承上或在塔支承内，当所述叶片通过所述塔时，其用来选择性地监测所述RFID设备。
8、如权利要求7所述的风力涡轮机，其中所述接收器(24)产生和发射一个电磁询问场。
9、如权利要求7所述的风力涡轮机，其中所述应答器(20，22)唯一地识别相关叶片，以至于当应答器经过时，设置在塔结构上的读出器/接收器检测每个相应的应答器。
10、如权利要求7所述的风力涡轮机，其中所述应答器(20，22)包括相应地设置在每个叶片的背风面的RFD标识符，且其中所述RFID设备(102)层压在外板或层(104，106)之间，使其免于受到周围环境的影响。
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