CN101387505A - 风力涡轮机细长构件及测定该构件挠曲和/或应变的方法 - Google Patents

风力涡轮机细长构件及测定该构件挠曲和/或应变的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101387505A
CN101387505A CNA2008101494291A CN200810149429A CN101387505A CN 101387505 A CN101387505 A CN 101387505A CN A2008101494291 A CNA2008101494291 A CN A2008101494291A CN 200810149429 A CN200810149429 A CN 200810149429A CN 101387505 A CN101387505 A CN 101387505A
Authority
CN
China
Prior art keywords
point
distance
thirdly
slender member
wind turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2008101494291A
Other languages
English (en)
Inventor
佩德·B·埃尼沃尔德森
伊布·弗赖登达尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of CN101387505A publication Critical patent/CN101387505A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/32—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring the deformation in a solid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G01B17/04—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring the deformation in a solid, e.g. by vibrating string
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/331—Mechanical loads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/80—Devices generating input signals, e.g. transducers, sensors, cameras or strain gauges
    • F05B2270/804—Optical devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/80—Devices generating input signals, e.g. transducers, sensors, cameras or strain gauges
    • F05B2270/821—Displacement measuring means, e.g. inductive
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

本发明涉及风力涡轮机细长构件及测定该构件挠曲和/或应变的方法。该方法中，第一、二点设在构件同一侧，通过测定第二和第三点间的距离测定构件挠曲和/或应变，第三点由不可挠支承件连接至第一点，第一和第三点间的距离比第二和第三点间的大很多，以时间步长测定第二和第三点间的距离并分析距离变化的频率来检测频率变化。还提供一种细长构件，其受到应变并包括传感器单元以测定第一和第二点间细长构件的挠曲和/或应变，第一、二点设在构件同一侧，传感器单元包括近程传感器来测定第二和第三点间的距离，第三点由不可挠支承件连接至第一点，第一和第二点间的距离比第二和第三点间的大很多，传感器单元还包括频率检测单元来检测距离变化的频率。

Description

风力涡轮机细长构件及测定该构件挠曲和/或应变的方法
技术领域
本发明涉及一种方法和装置，用于细长(elongated)风力涡轮机元件等的挠曲和/或应变的测量，所述元件例如是风力涡轮机转子叶片和风力涡轮机塔架。本发明的挠曲和/或应变的测量可用于对周期桨距控制器的反馈或作为对用于故障检测的主涡轮机控制器的反馈。
背景技术
在许多方面，风力涡轮机的细长构件受到应力，造成应变。例如，风力涡轮机塔架以及风力涡轮机转子叶片会暴露在强风下，该强风在塔架和转子叶片上造成应变。转子叶片和/或塔架上的载荷会通过叶片的桨距的变化而减小。这通常可通过独立桨距控制器或通过周期桨距控制器来实现。
一种有效的桨距控制，例如用于减小作用在转子上的载荷，需要关于作用在叶片根部上的载荷的信息，该信息从转子叶片挠曲的测定中提取。叶片中的光纤是用于对转子载荷进行可靠且长期测量的典型传感器。这种系统非常昂贵。
在US 7,059,822 B2中，披露了一种用于测定转子叶片挠曲的方法，其中，转子叶片与轮毂联接。转子叶片包括梁，该梁的第一端联接至转子叶片内的导流板，而梁的第二端靠近轮毂定位且用于通过位于轮毂中的至少一个传感器测量梁的挠曲。该梁位于转子叶片中心线附近。叶片挠曲的测定基于与叶片挠曲关联的梁的运动。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种用于测定组件(component)的细长构件的挠曲和/或应变的改进且有利的方法。本发明的第二目的是提供一种组件的有利的细长构件。本发明的第三目的是提供一种用于测定至少两个细长构件的挠曲和/或应变的有利方法。本发明的第四目的是提供一种有利的风力涡轮机转子叶片。本发明的第五目的是提供一种有利的风力涡轮机塔架。
在本发明的用于测定组件的细长构件的挠曲和/或应变的方法中，测定设定到细长构件同一侧的第一点和第二点之间的挠曲和/或应变。为了测定挠曲和/或应变，测定第二点和第三点之间的距离，该第三点通过不可挠支承件连接至第一点。第一点和第三点之间的距离比第二点和第三点之间的距离大很多。此外，第二点和第三点之间的距离以时间步长(time step)测定且对距离变化的频率进行分析，以检测频率变化。该设备例如可以是风力涡轮机。
本发明的方法允许测量细长构件中的缺陷作为频率测量结果，例如风力涡轮机叶片或塔架中的。在风力涡轮机的情况下，可以进一步设置警报器和./或依赖于测量结果停止风力涡轮机。通常，对信号频率进行分析，用于频率变化的早期检测，用于缺陷的早期检测和用于结构变化的早期检测。
本发明基于的观点是，例如风力涡轮机这样的组件的细长构件在被应变作用时，该细长构件挠曲。由于挠曲，受作用的细长构件的两个远点之间的距离也会变化。变化的距离被用作挠曲的量度和/或应变的量度。
使用不可挠支承件具有的优点是，当第一点和第二点之间的距离改变时，仅需要测量第二点和第三点之间相对较小的距离，因为由于不可挠支承件，第三点相对于第一点来说具有固定且已知的关系。待测的相对较小的距离增加了挠曲和/或应变的测定的准确性和鲁棒性(robustness)。
第二点和第三点之间的距离的测量和测定可特别地通过声、磁、电磁、电容或感应测量来实现。优选的是，第二点和第三点之间的距离通过激光测距传感器测定。
进而，可以设置警报器和/或依赖于所测量的距离和/或频率和/或频率变化来修正运行情况。例如，在所测定的距离和/或频率和/或频率变化达到特定值时，可停止风力涡轮机的运行或减慢风力涡轮机的旋转速度。
所测量的每个叶片的频率和/或应变变化也可在风力涡轮机运转的同时，与其它叶片的被测量的频率和/或应变变化进行比较。这为风力涡轮机控制器提供更具鲁棒性的信号，以确保风力涡轮机仅在非常必要的情况下停止或减慢。
为了进一步增加组件的细长构件的挠曲和/或应变测定中的准确性，该组件特别是风力涡轮机，该方法可在细长构件的至少两个侧边执行。该侧边可以彼此垂直或平行和/或相对。随后，设定在细长构件同一侧的第二点和第三点之间的距离可针对每一侧分别地测定。
例如，在经历弯曲的细长构件的平行且相对的两侧处的距离的测定提供两种不同的结果，代表了压缩和拉伸。在一侧处，设定在该侧处的两个远点——即第一点和第二点——之间的距离，与这些点之间的距离在细长构件不经历弯曲时相比减小。减小的距离是由于该侧的压缩造成的。因为第一点和第三点之间的不可挠或刚性支承件，减小的距离可以在第二点和第三点之间以高准确性来测量。在第二侧处，设定在该侧的两个远点——即第一点和第二点——之间的距离由于该侧的拉伸而增大。该增大的距离可在设定在该侧的第二点和第三点之间被测量。
此外，可以在彼此垂直的侧边处测定距离。这提供了关于沿垂直方向挠曲的信息。当然，为了增加准确性，在受作用的细长构件的两个或更多平行侧处的距离以及在两个或更多的相对侧处的距离被测量，以测定沿每个方向的挠曲和/或应变。
优选地，本发明的方法可应用于风力涡轮机转子叶片或风力涡轮机塔架。在应用于风力涡轮机转子叶片的情况下，关于作用在转子叶片上的挠曲和应变的结果通常可用作对独立桨距控制的反馈或用作对周期桨距控制的反馈。独立桨距控制是指叶片或多或少彼此独立地改变桨距的桨距控制。桨距控制方案通常用于使作用在叶片上的载荷及因此导致的挠曲和应变减小。
本发明的组件的细长构件，例如风力涡轮机的，潜在地经历应变。其包括用于对第一点和第二点之间的细长构件的挠曲和/或应变进行测定的传感器单元，这两个点设定在细长构件的同一侧。传感器单元包括近程传感器，用于测定第二点和第三点之间的距离。第三点通过不可挠或刚性支承件连接至第一点。第一点和第三点之间的距离比第二点和第三点之间的距离大很多。传感器单元还包括用于检测距离变化的频率的频率检测单元。频率检测单元可用于频率变化的早期检测且通过该机构可用于结构变化的早期检测。
不可挠或刚性支承件可用与组件相同的材料制造，以便补偿热膨胀。
传感器可位于第二点处或第三点处。而且，传感器单元可包括可压缩和/或可拉伸元件，位于第二点和第三点之间。可压缩和/或可拉伸元件可包括从第二点延伸至第三点的中空空间。这使得可以在中空空间内测量距离，这减少了环境的影响。可压缩和/或可拉伸元件例如可以是橡胶支承件或可伸缩单元。如果支承件被设计成可伸缩的，则在可伸缩结构具有低摩擦性时是有利的。
近程传感器例如可以是声传感器、磁传感器、电磁传感器、电容式传感器、或感应场效应传感器。优选的是，近程传感器可以是激光测距传感器。
在本发明的用于测定至少两个细长构件的挠曲和/或应变的方法中，如前所述，每个细长构件的第二点和第三点之间的距离以时间步长来测定，且对距离变化的频率进行分析以检测频率变化。这可用于频率变化和结构变化的早期检测。
一个或多个细长构件的所测定的距离和/或频率和/或频率变化可以与一个或多个其它细长构件的所测定的距离和/或频率和/或频率变化进行比较。而且，可以设置警报器，和/或依赖于与一个或多个其它细长构件的所测定的距离和/或频率和/或频率变化进行比较的一个或多个细长构件的所测定的距离和/或频率和/或频率变化来减慢或停止风力涡轮机。每个细长构件特别地是风力涡轮机转子叶片的一部分。此外，每个独立的细长构件是不同或独立的风力涡轮机转子叶片的一部分。
本发明的风力涡轮机转子叶片包括如前所述的本发明的细长构件。有利的是，细长构件可包括至少两个传感器单元。该至少两个传感器单元可布置为使得它们的不可挠支承件在细长构件的不同侧处彼此平行地延伸。替换地或额外地，传感器单元也可布置为使得它们的不可挠支承件彼此垂直地延伸。转子叶片可包括叶片根部和肩状部，且传感器单元优选地位于叶片根部和肩状部之间。传感器单元定位在叶片根部附近是有利的，因为由于弯曲引起的力矩主要作用在叶片根部附近的转子叶片上。
替换地，转子叶片可包括叶片根部和肩部，该肩部是肩状部附近的朝向叶片根部的部分，且传感器单元可位于该肩部处。
传感器单元通常与周期桨距控制结合地应用且用于独立桨距控制器。独立桨距控制是指叶片或多或少彼此独立地改变桨距的桨距控制。此外，对叶片根部引发的挠曲和/或应变的测定可提供在叶片根部侧向方向力矩信号的准确性，这使得可以基于升力/阻力计算(lift/drag calculation)进行失速(stall)检测。
本发明的风力涡轮机塔架包括如前所述的本发明的细长构件。优选的是，本发明的带有传感器单元的风力涡轮机塔架的细长构件位于塔架底部附近或塔架顶部附近。对于风力涡轮机叶片中的两个或多个传感器单元的不可挠支承构件的平行和垂直延伸的描述也适用于风力涡轮机塔架。
由于通过本发明的方法或通过任何本发明的装置来测定挠曲和/或应变，所获得的结果具有以下特点：测量对局部几何具有更显著的鲁棒性。进而，由于近程测量的大动态范围，测量更具鲁棒性。
附图说明
本发明的其它特征、性能和优点将结合附图，根据实施例的以下描述而变得更加清晰可见。所述特征和性能各自都是有利的或它们也可彼此组合。
图1在截面图中示意性地示出了风力涡轮机未挠曲的细长构件。
图2在截面图中示意性地示出了风力涡轮机转子叶片的一部分。
图3示意性地示出了传感器单元。
图4示意性地示出了沿图3中的IV-IV方向的视图。
图5在截面图中示意性地示出了风力涡轮机转子叶片的一部分。
具体实施方式
现将参考图1至5描述本发明的实施例。首先，将参考图1解释本发明的总的原理或构思。图1在截面图中示意性地示出了风力涡轮机未挠曲的细长构件15。细长构件15包括两个远点，第一点16和第二点17。其进一步包括第三点18，该第三点通过细长的不可挠或刚性支承件5连接至第一点16，该支承件例如是刚性杆。在图1中，不可挠支承件5平行于细长构件15延伸。而且，第三点18位于第一点16和第二点17之间。第一点16和第三点18之间的距离比第二点17和第三点18之间的距离大很多。
在细长构件15挠曲的情况下，第一点16和第二点17之间的距离改变且因此第二点17和第三点18之间的距离也改变。为了测定挠曲，可测量或测定第二点17和第三点18之间的距离，优选地通过激光测距传感器或任何其它的近程(proximity)仪器。所使用的近程传感器可位于第二点17处或第三点18处。通过本发明，仅需测定第二点17和第三点18之间的相对较小的距离，这可增加测量的准确性。
图2在截面图中示意性地示出了风力涡轮机转子叶片1的一部分。转子叶片1包括叶片根部8、前缘11、后缘12和肩状部10，该肩状部是叶片最宽的地方。叶片1通常在叶片根部8处安装至转子轮毂。转子叶片1的中心线13(也叫跨度)从叶片根部8的中心延伸至未在图2中示出的叶片末梢。所谓的弦长(chord)14是叶片1垂直于中心线13的宽度。弦长14到达其最大值的区域被称为叶片1的肩状部10，即叶片最大宽度的位置。后缘12经由肩状部10将叶片根部8连接至叶片1的末梢。前缘11是将叶片根部8连接至末梢的侧边且如所示那样沿弦向方向与后缘12相对地延伸。
风力涡轮机叶片1内部是中空的。风力涡轮机叶片1进一步包括在叶片中空本体内部的两个传感器单元，用于测定叶片1的挠曲，还包括至少一个频率检测单元19和分析器20。一个传感器单元用在叶片根部8附近沿前缘11延伸的刚性支承件5安装，而另一个传感器单元用在叶片根部8附近沿后缘12延伸的刚性支承件5安装。
用于测定叶片根部8附近的挠曲的每个传感器单元包括不可挠或刚性支承件5、近程传感器4、可压缩元件3和参考装配件2。参考装配件2包括第二点17。不可挠支承件5的一端通过固定件6固定至叶片根部8，该固定件6上定位有第一点16。近程传感器4安装至不可挠支承件5的另一端并设置有第三点18。近程传感器4还经由可压缩和/或可拉伸元件3连接至参考装配件2，该元件3在本实施例中是橡胶套形式的橡胶支承件。替换地，近程传感器4可安装至参考装配件2且可设置有第二点17。第三点18随后可通过不可挠支承件5的松弛端设置。
在本实施例中，传感器4为近程仪器，例如激光测距传感器。通常，近程测量可以基于声、磁、电磁、电容或感应场效应。本实施例中的近程传感器4测量或测定限定第三点18的近程传感器4和限定第二点17的参考装配件2之间的距离。
频率检测单元19和分析器20连接至近程传感器4。频率检测单元19对被近程传感器4测量的距离的频率进行检测。所获得的信号频率被分析器20分析，用于频率改变的早期检测。
结合长度已知的不可挠支承件5，所测量的近程传感器4和参考装配件2之间的距离可用于提供一种对第二点17和第一点16之间的距离的测量或测定，该第二点17和第一点16之间的距离对应于参考装配件2和将不可挠支承件5固定至叶片根部8的固定件6之间的差。这意味着，两个远点——即第一点16和第二点17之间的距离被测定并提供关于这两点之间细长构件挠曲的信息。
当没有挠曲发生时，两个传感器单元中的一个传感器单元的不可挠支承件5平行于前缘11，且两个传感器单元中的另一传感器单元的不可挠支承件5平行于后缘12。在本实施例中，前缘11和后缘12在叶片根部8附近彼此平行。在涡轮机叶片挠曲的情况下，前缘11和后缘12挠曲。这造成各个传感器单元的参考装配件2和固定件6之间距离的改变。例如，当转子叶片朝向后缘挠曲时，平行于前缘11的传感器单元的第一点16和第二点17之间的距离增大，而平行于后缘12的传感器单元的第一点16和第二点17之间的距离减小。
由于近程传感器4和固定件6之间的距离——即第三点18和第一点16之间的距离——因为不可挠支承件5的不可挠性而不能改变，所以固定件6和参考装配件2之间所改变的距离作为近程传感器4和参考装配件2之间的距离变化——即第二点17和第三点18之间的距离变化而发生。这种改变的距离被近程传感器4测量且可用于测定转子叶片1的挠曲和/或作用在转子叶片1上的应变。
图3示意性地示出了其中一个传感器单元。该传感器单元包括两个安装支架7、27、不可挠支承件5、传感器4和作为可压缩和/或可拉伸元件3的橡胶套。图3中的左侧安装支架7可用于将传感器单元固定至参考装配件2并设置第二点17。图3中的右侧安装支架27可用于将传感器单元安装至固定件6并设置第一点16。替换地，右侧安装支架27可被固定至参考装配件2且左侧安装支架7被固定至固定件6，这可以将传感器4定位在叶片根部8附近。传感器4被连接至频率检测单元19和分析器20。
不可挠支承件5的一端固定至右侧安装支架27，该支架27对应于第一点16。在本实施例中是激光测距传感器的近程传感器4被安装至不可挠支承件5的另一端并设置第三点18。在图3中，橡胶套3位于近程传感器4和左侧安装支架7之间，该支架7对应于第二点17。替代橡胶套，也可使用其它橡胶支承件或具有低摩擦性的可伸缩单元。
沿图3中的IV-IV线方向所示的截面图示于图4中。图4示意性地显示了本实施例的橡胶套3的横截面。橡胶套3具有圆形横截面，在其中心具有中空空间9。在图4的背景中可进一步看到近程传感器4和相应的第三点18，该第三点示意性地由近程传感器4的表面表示。有利的是，近程测量在可压缩元件3的中空空间9内被执行。这允许通过避免环境影响而进行无干扰的测量。
现将参考图5来描述本发明的改变例。图5在截面图中示意性地示出了风力涡轮机转子叶片的一部分。与图1至4中的元件相对应的元件被标以相同的附图标记且不再详细描述。对比图2，参考装配件2安装在肩状部10处的后缘12处。不可挠支承件5的固定件6安装在肩状部10和叶片根部8之间的后缘12处。这种布置允许对肩部的挠曲和/或应变进行测定，该肩部是肩状部10附近的朝向叶片根部8的部分。
在所有所述的改变例中，不可挠支承件5可有利地用与转子叶片相同的材料制造，以便补偿热膨胀。
第二点17和第三点18之间的距离以时间步(time step)来测定，距离改变的频率被分析器20分析，以检测频率变化。除了分析测量信号用于分析绝对变化外，对信号频率进行分析用于频率变化的早期检测。
此外，可设置警报器和/或取决于所测定的距离和/或频率和/或频率变化来修正运行的情况。例如，当所测定的距离和/或频率和/或频率变化达到特定值时，可停止风力涡轮机的运行或降低风力涡轮机的旋转速度。
通常，所使用的传感器单元的数量可依赖于应被测量的挠曲或应变的特点而改变。在本实施例中，传感器装置测量边缘方向(edge-wise)应变，这允许测定边缘方向的力矩。此外，通过转过90°的类似传感器单元，例如平行于弦长14，可测量拍打方向(flap-wise)的力矩。如果存在处于两个方位中的传感器单元，则可以提供用于测定关于两个轴线的力矩的机构。当然，还可以仅使用一个传感器单元来测定关于每个轴线的挠曲和/或应变和/或力矩。
所述传感器单元还可应用于风力涡轮机转子叶片的其它部件或风力涡轮机塔架，例如在塔架底部或塔架顶部。
与所引用的已有技术对比，本发明提供了一种经济地测定风力涡轮机细长构件挠曲和/或应变的可能性，因为所述传感器单元可容易地安装在每个所需位置。进而，本发明允许以非常高的准确性进行测量，因为与所引用已有技术相对地，挠曲或应变在挠曲或应变发生的地方被测定，即在经历应变的细长构件侧边附近测定，而不是如US 7,059,822 B2所提出的那样在细长构件的中空本体的中心线附近被测定。
进而，关于局部几何(local geometry)中的变化，对挠曲和/或应变的所述测量具有鲁棒性。由于在近程测量中的大动态范围，本发明提供了非常准确的结果。而且，对距离变化的频率的分析可用于早期故障检测。

Claims (25)

1、一种方法，用于测定组件的细长构件的挠曲和/或应变，其中，第一点(16)和第二点(17)设定在所述组件的细长构件的同一侧(11、12)，其中，所述细长构件的挠曲和/或应变通过测定所述第二点(17)和第三点(18)之间的距离来测定，该第三点通过不可挠支承件(5)连接至第一点(16)，由此，所述第一点(16)和所述第三点(18)之间的距离比所述第二点(17)和所述第三点(18)之间的距离大很多，且其中所述第二点(17)和所述第三点(18)之间的距离以时间步长来测定，并且对距离变化的频率进行分析来检测频率变化。
2、如权利要求1所述的方法，其中，所述组件为风力涡轮机。
3、如权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二点(17)和所述第三点(18)之间的距离基于声、磁、电磁、电容或感应测量来测定。
4、如权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二点(17)和所述第三点(18)之间的距离通过激光测距传感器测定。
5、如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，设置警报器和/或依赖于所测定的距离和/或频率和/或频率变化来修正运行情况。
6、一种组件的细长构件，该细长构件潜在地经历应变且该细长构件包括传感器单元，该传感器单元用于测定在第一点(16)和第二点(17)之间的所述细长构件的挠曲和/或应变，所述第一点和第二点设定在所述细长构件的同一侧(11、12)，所述传感器单元包括近程传感器(4)，用于测定所述第二点(17)和第三点(18)之间的距离，该第三点(18)通过不可挠支承件(5)连接至所述第一点(16)，所述第一点(16)和所述第三点(18)之间的距离比所述第二点(17)和所述第三点(18)之间的距离大很多，所述传感器单元还包括用于检测距离变化的频率的频率检测单元。
7、如权利要求6所述的细长构件，其中，所述组件为风力涡轮机。
8、如权利要求6或7所述的细长构件，其中，所述近程传感器(4)位于所述第二点(17)处或所述第三点(18)处。
9、如权利要求6至8中任一项所述的细长构件，其中，所述传感器单元包括可压缩和/或可拉伸元件(3)，其位于所述第二点(17)和所述第三点(18)之间。
10、如权利要求9所述的细长构件，其中，所述可压缩和/或可拉伸元件(3)包括从所述第二点(17)延伸至所述第三点(18)的中空空间(9)。
11、如权利要求9或10所述的细长构件，其中，所述可压缩和/或可拉伸元件(3)为橡胶支承件或可伸缩单元。
12、如权利要求6至11中任一项所述的细长构件，其中，所述近程传感器(4)为声传感器、磁传感器、电磁传感器、电容式传感器或感应场效应传感器。
13、如权利要求6至12中任一项所述的细长构件，其中，所述近程传感器(4)是激光测距传感器。
14、一种方法，用于测定至少两个如权利要求6至13中任一项所述的细长构件的挠曲和/或应变，其中，每个细长构件的第二点(17)和第三点(18)之间的距离以时间步长来测定，并对距离变化的频率进行分析，以检测频率变化。
15、如权利要求14所述的方法，其中，一个或多个细长构件的所测定的距离和/或频率和/或频率变化与一个或多个其它细长构件的所测定的距离和/或频率和/或频率变化进行比较。
16、如与权利要求7结合的权利要求14或15所述的方法，其中，设置警报器，和/或依赖于与一个或多个其它细长构件的所测定的距离和/或频率和/或频率变化进行比较的一个或多个细长构件的所测定的距离和/或频率和/或频率变化来减慢或停止所述风力涡轮机。
17、如权利要求14至16中任一项所述的方法，其中，每个细长构件是风力涡轮机转子叶片(1)的一部分。
18、如权利要求14至17中任一项所述的方法，其中，每个独立的细长构件是不同或独立的风力涡轮机转子叶片(1)的一部分。
19、一种风力涡轮机转子叶片(1)，包括如权利要求6至13中任一项所述的细长构件。
20、如权利要求19所述的风力涡轮机转子叶片(1)，其中，所述细长构件包括至少两个传感器单元。
21、如权利要求20所述的风力涡轮机转子叶片(1)，其中，两个传感器单元被布置为使得它们的不可挠支承件在所述细长构件的不同侧(11、12)处彼此平行地延伸。
22、如权利要求20或21所述的风力涡轮机转子叶片(1)，其中，两个传感器单元被布置为使得它们的不可挠支承件彼此垂直地延伸。
23、如权利要求19至22中任一项所述的风力涡轮机转子叶片(1)，其中，所述转子叶片(1)包括叶片根部(8)和肩状部(10)，且所述传感器单元位于所述叶片根部(8)和所述肩状部(10)之间。
24、如权利要求19至22中任一项所述的风力涡轮机转子叶片(1)，其中，所述转子叶片(1)包括叶片根部(8)和肩部，且所述传感器单元位于所述肩部处。
25、一种风力涡轮机塔架，包括如权利要求6至13中任一项所述的细长构件。
CNA2008101494291A 2007-09-12 2008-09-12 风力涡轮机细长构件及测定该构件挠曲和/或应变的方法 Pending CN101387505A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP07017913.0 2007-09-12
EP07017913.0A EP2037212B1 (en) 2007-09-12 2007-09-12 Method and sensor setup for determination of deflection and/or strain
EP08006747.3 2008-04-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101387505A true CN101387505A (zh) 2009-03-18

Family

ID=38962000

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008101494287A Expired - Fee Related CN101387266B (zh) 2007-09-12 2008-09-12 风力涡轮机的细长构件及带有该构件的转子叶片和塔架
CNA2008101494291A Pending CN101387505A (zh) 2007-09-12 2008-09-12 风力涡轮机细长构件及测定该构件挠曲和/或应变的方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008101494287A Expired - Fee Related CN101387266B (zh) 2007-09-12 2008-09-12 风力涡轮机的细长构件及带有该构件的转子叶片和塔架

Country Status (4)

Country Link
US (2) US8123480B2 (zh)
EP (2) EP2037212B1 (zh)
CN (2) CN101387266B (zh)
DK (1) DK2037212T3 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012065352A1 (zh) * 2010-11-18 2012-05-24 山西省电力公司 基于输电铁塔大应变的自动监测报警装置
CN107843218A (zh) * 2016-09-20 2018-03-27 香港理工大学 实时检测物体的多处结构变形或位移的方法与装置

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008119350A2 (en) * 2007-03-29 2008-10-09 Vestas Wind Systems A/S Method for inspecting at least one rotor blade of a wind turbine and inspection system for at least one rotor blade of a wind turbine
GB2458400B (en) * 2007-05-04 2010-02-17 Insensys Ltd Wind turbine monitoring
EP2037212B1 (en) * 2007-09-12 2015-12-30 Siemens Aktiengesellschaft Method and sensor setup for determination of deflection and/or strain
DE102007063082B4 (de) * 2007-12-21 2010-12-09 Repower Systems Ag Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
US8226354B2 (en) * 2007-12-26 2012-07-24 General Electric Company Magnetostrictive measurement of tensile stress in foundations
GB2466433B (en) * 2008-12-16 2011-05-25 Vestas Wind Sys As Turbulence sensor and blade condition sensor system
GB0907011D0 (en) * 2009-04-23 2009-06-03 Vestas Wind Sys As Incorporation of functional cloth into prepeg composites
GB2469994A (en) * 2009-04-30 2010-11-10 Dublin Inst Of Technology A wing flex measuring system
US8196306B2 (en) * 2009-07-09 2012-06-12 General Electric Company Post-weld offset gage
GB2472437A (en) 2009-08-06 2011-02-09 Vestas Wind Sys As Wind turbine rotor blade control based on detecting turbulence
DE102009036517A1 (de) * 2009-08-07 2011-02-17 Aerodyn Engineering Gmbh Windenergieanlage mit Einrichtung zur Lastminimierung
US20100135796A1 (en) * 2009-12-01 2010-06-03 Venkateswara Rao Kavala Monitoring joint efficiency in wind turbine rotor blades
EP2339173B1 (en) * 2009-12-22 2015-04-01 Siemens Aktiengesellschaft Blade deflection measurement with magnetostrictive sensor
DE102010011024A1 (de) 2010-03-11 2011-09-15 Siemens Aktiengesellschaft Rotorblatt
IT1399824B1 (it) * 2010-03-29 2013-05-03 Ocn S P A Metodo per la misura del grado di rettilineita' di una barra di metallo e macchina implementante tale metodo
US8043048B2 (en) * 2010-04-08 2011-10-25 General Electric Company Systems and methods for monitoring a structural health of a wind turbine
DE102010019014A1 (de) 2010-05-03 2011-11-03 Siemens Aktiengesellschaft Messung der Durchbiegung eines Rotorblattes einer Windkraftanlage
DE102010026528A1 (de) * 2010-07-08 2012-01-12 Areva Energietechnik Gmbh Elektrischer Leistungsschalter und Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Leistungsschalters
DK2418377T3 (da) 2010-08-13 2013-06-17 Alstom Wind Slu Fremgangsmåde til bestemmelse af defekter i en vindmøllevingerodtilslutning
CN102445339A (zh) * 2010-09-30 2012-05-09 通用电气公司 用于检测和控制转子叶片偏转的系统及方法
US8035242B2 (en) * 2010-11-09 2011-10-11 General Electric Company Wind turbine farm and method of controlling at least one wind turbine
DE102011083747B4 (de) * 2011-09-29 2016-07-21 Aktiebolaget Skf Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen eines Abstandswertes
US8591187B2 (en) * 2011-12-06 2013-11-26 General Electric Company System and method for detecting loads transmitted through a blade root of a wind turbine rotor blade
US9958346B2 (en) 2013-03-12 2018-05-01 Understory, Inc. Mechanical strain-based weather sensor
CA2980552A1 (en) 2015-03-25 2016-09-29 Ge Oil & Gas Esp, Inc. System and method for real-time condition monitoring of an electric submersible pumping system
CN106052603A (zh) * 2016-07-04 2016-10-26 重庆大学 一种桥梁挠度监测系统
DE102016112633A1 (de) 2016-07-11 2018-01-11 Wobben Properties Gmbh Torsionswinkelmessung eines Rotorblatts
CN109163651B (zh) * 2017-08-10 2024-02-02 中南大学 一种基于应变的悬臂构件扰度测量装置及方法
WO2019038710A1 (en) * 2017-08-24 2019-02-28 Suzlon Energy Ltd. SENSOR ARRANGEMENT FOR DETECTING FLEXION MOMENTS IN AN ELONGATE COMPONENT; ELONGATE COMPONENT; SENSOR SYSTEM AND WIND TURBINE
EP3808971A1 (en) * 2019-10-18 2021-04-21 General Electric Company System for contactless displacement measurement of a blade root of a wind turbine
CN113090471B (zh) * 2019-12-23 2022-10-14 新疆金风科技股份有限公司 风力发电机组的塔架净空音频监测系统、方法及装置
US11441541B2 (en) * 2020-08-24 2022-09-13 General Electric Renovables Espana, S.L. Main shaft assembly of a wind turbine
EP4008993A1 (de) 2020-12-04 2022-06-08 Wobben Properties GmbH Verfahren zur dehnungsmessung an einem bauteil einer windenergieanlage, anordnung zur dehnungsmessung, verwendung der anordnung und verfahren zur montage der anordnung
CN112963315B (zh) * 2021-04-12 2022-01-25 上海电气风电集团股份有限公司 风力发电机组的叶片、检测装置及方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4297076A (en) 1979-06-08 1981-10-27 Lockheed Corporation Wind turbine
CN2182389Y (zh) * 1994-01-20 1994-11-09 长江水利委员会长江科学院爆破与振动研究所 新型超动态应变仪
DK58998A (da) * 1998-04-30 1999-10-31 Lm Glasfiber As Vindmølle
DE10113039B4 (de) * 2001-03-17 2017-12-07 Aloys Wobben Windenergieanlage
WO2003029750A1 (en) * 2001-10-02 2003-04-10 Vestas Wind Systems A/S Sensor construction for measuring the bending of a construction element
DE10259680B4 (de) * 2002-12-18 2005-08-25 Aloys Wobben Rotorblatt einer Windenergieanlage
JP4310197B2 (ja) * 2003-01-22 2009-08-05 三菱重工業株式会社 タービン動翼寿命評価方法及びタービン動翼クリープ伸び歪測定装置
US7059822B2 (en) * 2004-06-30 2006-06-13 General Electrick Company Methods and apparatus for measuring wind turbine blade deflection
US20080164698A1 (en) * 2007-01-10 2008-07-10 Gilbert Habets Method and device to measure, test and monitor turbine performance and conditions
US7861592B2 (en) * 2007-02-27 2011-01-04 Siemens Energy, Inc. Blade shroud vibration monitor
US7895018B2 (en) * 2007-08-10 2011-02-22 General Electric Company Event monitoring via combination of signals
EP2037212B1 (en) * 2007-09-12 2015-12-30 Siemens Aktiengesellschaft Method and sensor setup for determination of deflection and/or strain

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012065352A1 (zh) * 2010-11-18 2012-05-24 山西省电力公司 基于输电铁塔大应变的自动监测报警装置
US9239272B2 (en) 2010-11-18 2016-01-19 Shanxi Electric Power Company Automatic monitoring and alarming device based on large strain of power transmission tower
CN107843218A (zh) * 2016-09-20 2018-03-27 香港理工大学 实时检测物体的多处结构变形或位移的方法与装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN101387266B (zh) 2013-03-20
CN101387266A (zh) 2009-03-18
DK2037212T3 (en) 2016-03-29
US8075267B2 (en) 2011-12-13
US8123480B2 (en) 2012-02-28
EP2037212B1 (en) 2015-12-30
EP2037213A1 (en) 2009-03-18
EP2037212A1 (en) 2009-03-18
US20090068014A1 (en) 2009-03-12
US20090067990A1 (en) 2009-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101387505A (zh) 风力涡轮机细长构件及测定该构件挠曲和/或应变的方法
CN101660487B (zh) 用于风力涡轮机中的载荷测量的方法和装置
CN106500900B (zh) 一种拉索索力测量装置及其测量方法
US20090324409A1 (en) Rotor blade monitoring
JP6037302B2 (ja) 風力発電装置
CN107820541B (zh) 风力涡轮机叶片载荷传感系统
CN101868620B (zh) 用于测量风能设备的中空部件从基准位置偏移的方法和系统
CN102095397B (zh) 测量风轮机叶片上的负载
CN112219029B (zh) 用于风力涡轮机的传感器装置
JP2004036612A (ja) 風力発電装置、風力発電装置の制御構成、及び風力発電装置を動作させる方法
CA2627624A1 (en) Device for error detection of adjustable flaps
CA2726097A1 (en) Blade deflection measurement with magnetostrictive sensor
JP2012524275A (ja) 圧力に基づく荷重測定
CN103140422B (zh) 涡环状态的早期识别
WO2015014113A1 (zh) 车身刚度测试装置
CN107621343A (zh) 一种动刚度测试装置
CN108082534B (zh) 一种直升机旋翼复合载荷测试光纤布置和组桥方法
GB2574442A (en) Method and apparatus for reducing aircraft wing bending moment
US20160282140A1 (en) Flap angle measurement system and method
CN202195799U (zh) 钢筋电子平均值引伸计
KR20160119577A (ko) 단일 휘트스톤 브리지를 구비한 힌지 모멘트 측정용 플렉셔
Chuan et al. Study of Vortex Shedding as Related to Self-Excited Torsional Oscillations of an Airfoil
CN112284455A (zh) 一种高精度叶根载荷及频率测量方法
CN102252598A (zh) 应变倍增器的标定方法
Wagner Comparative measurements of the unsteady pressures and the tip-vortex

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20090318