CN101675325A - 用于检查风力涡轮机的至少一个转子叶片的方法以及用于风力涡轮机的至少一个转子叶片的检查系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及检查风力涡轮机的至少一个转子叶片是否存在例如表面下的叶片裂纹等损坏的方法。该方法包含以下步骤：将至少一个声发射传感器附着到将被检查的转子叶片的表面，在转子叶片中以一时间段激励振动，用所述至少一个声发射传感器，测量转子叶片中的振动的活动性信号，在所述检查后，从所述转子叶片的所述表面拆卸所述至少一个声发射传感器。本发明还涉及用于风力涡轮机(1)的转子叶片(5)的检查系统(9)。

Description

用于检查风力涡轮机的至少一个转子叶片的方法以及用于风力涡轮机的至少一个转子叶片的检查系统
技术领域
本发明涉及一种检查风力涡轮机的转子叶片的方法以及用于风力涡轮机的转子叶片的检查系统。
背景技术
随着主要风力涡轮机部件特别是转子叶片在尺寸上增大并设计得更接近于材料限制，对于风力涡轮机的检查的使用已经在近些年来显著增加。
一种已知的解决方案包含用眼睛检查转子叶片表面是否存在裂纹以及类似的损坏，其非常耗时，并对于表面下的损坏无效。
另一种已知的解决方案包含将转子叶片从风力涡轮机拆卸下来，并在检查中心进行更为先进的检查。
本发明的目的在于提供在没有现有技术的上述缺点的情况下对于风力涡轮机的本地检查方案。
发明内容
本发明提供了检查风力涡轮机的至少一个转子叶片是否存在例如表面下的叶片裂纹等损坏的方法，所述方法包含以下步骤：
将至少一个声发射传感器附着到将被检查的转子叶片的表面，
在转子叶片中以一时间段激励振动，
用所述至少一个声发射传感器，测量转子叶片中的振动的活动性信号，以及
在所述检查后，从所述转子叶片的所述表面拆卸所述至少一个声发射传感器。
由此，实现了一种在转子叶片中激励振动后通过测量活动性信号来本地检查风力涡轮机转子叶片的有利方法。
将会强调，转子叶片检查被认为是在有限时间段内获得转子叶片数据以便建立关于检查时的损坏的转子叶片状态的过程。转子叶片数据通过暂时附着包含所述至少一个声发射传感器的检查系统来获得。
测量得到的活动性信号是转子叶片健康状况的量度，其可由维修人员在现场本地评估，或者带回检查中心进行进一步的评估。
在本发明一实施形态中，转子叶片的所述激励通过手动地在例如转子叶片尖部上引入拍打式(flap wise)和/或边缘式(edge wise)的振动来建立。由此，实现了在转子叶片中建立振动的容易且有利的方法，导致揭示转子叶片的健康状态的活动性信号。维修工人可简单地以均匀的方式前后来回地移动挠性转子叶片尖部达一时间段。由此，在转子叶片中建立振动，如果转子叶片是健康的，产生一种类型的活动性信号，如果转子叶片具有例如表面下的裂纹等损坏，产生其他类型的活动性信号。
在本发明另一实施形态中，所述活动性信号用与转子叶片的结构装置表面接触的所述至少一个声发射传感器来测量，例如，刚好在转子叶片的叶片杆型梁(blade spar beam)的上方定位在外表面上，或定位在叶片杆型梁上。检查转子叶片的结构装置特别重要，因为结构装置中的未检查到的损坏可能导致转子叶片故障以及风力涡轮机的显著停机时间。
在本发明另一实施形态中，在例如用将各个传感器在表面上保持在适当的位置的安装支架定位所述至少一个声发射传感器之前，声耦合剂被施加到有关的转子叶片表面。由此，可以建立转子叶片外表面与传感器之间的清晰且牢固的联系。另外，如果支架仅仅被粘附到表面的话，系统可容易且迅速地从转子叶片移除，而不留下痕迹。
在本发明另一实施形态中，至少两个声传感器彼此相反地定位在转子叶片的下风与上风侧。由此，如果转子叶片是健康的，转子叶片均匀地分在一个或一个以上组的两个传感器之间，在组中具有类似的测量结果。
在本发明一实施形态中，所述至少一个声传感器关于叶片的前缘与后缘和/或叶片杆型梁在中心位置附着到外转子叶片表面。由此，实现了在转子叶片以及强化结构中居中地检查损坏的有利方法，例如，刚好在转子杆型梁的纵向中心线的上方。
在本发明一实施形态中，所述至少一个声传感器附着到外转子叶片表面或内转子叶片表面或组合附着到外以及内转子叶片表面。由此，可以使用声发射传感器有利地检查转子叶片的结构损坏，例如表面下的裂纹。
在本发明另一实施形态中，在从转子叶片尖端起的转子叶片长度的三分之一内，所述至少一个声传感器被附着到外转子叶片表面。由此，实现了在转子叶片的尖端-杆(tip-spar)传输区域检查传播的损坏的有利方法，例如在转子叶片杆在朝向尖端的方向终止的传输区域内的内部损坏。
在本发明一实施形态中，在从转子叶片轮毂开始的转子叶片长度的一半内，所述至少一个声传感器被附着到内转子叶片表面。由此，实现了密切检查在转子叶片的根-杆区域的传播损坏的有利方法，例如转子叶片杆的内区域中的内损坏。
在本发明一实施形态中，转子叶片的所述激励以及活动性信号的测量以至少5秒的时间段进行，优选为以至少10秒的时间段进行。由此，可以实现转子叶片中的活动性信号的可靠且决定性的测量。
在本发明进一步的实施形态中，测量得到的数据从所述至少一个声发射传感器被传送到便携式声发射单元，以便进行存储和/或研究和/或显示。由此，可以对测量得到的数据进行存储，以便进行后来的评估或进行现场检查，例如，通过将测量得到的声谱显示在该单元的显示器上。该单元优选为可在所述至少一个传感器的附近被捆扎到转子叶片，以便建立易于操作且紧凑的声发射系统。
在本发明的其他实施形态中，来自所述至少一个声发射传感器的数据传输通过电缆或通过无线通信进行。由此，可以有利地在转子叶片静止或旋转时进行检查。
在本发明另一实施形态中，所述转子叶片在一开始被引入静止并优选为锁定在朝向下的位置。由此，建立了进行转子叶片的检查且特别是建立转子叶片中的振动的清晰且稳定的位置。
在本发明进一步的实施形态中，转子在所述至少一个叶片的检查过程中进行旋转运动。风力涡轮机转子的旋转确保了显著的拍打和/或边缘式振动可被引入转子叶片，特别是与通过转子尖端上的手动激励相比较大的振动。
在本发明的更进一步的实施形态中，转子在所述至少一个叶片的检查过程中进行紧急停止序列(emergency stop sequence)。由此，随着转子叶片急剧被迫向前、直到转子静止，在旋转序列中实现了非常大的拍打式振动。
在本发明一实施形态中，将所述至少一个声发射传感器的信号与预先建立的基准水平值进行比较。由此，可以以简单的方式通过低于预先建立的基准水平值检查转子叶片为健康，通过高于预先建立的基准水平值，检查为损坏。
在本发明一实施形态中，来自彼此邻近的声发射传感器的信号被用于定向损坏检查。采用彼此邻近的传感器组，可以不仅检查损坏，而且通过声发射信号的方向交叉来建立损坏的方向。
转子叶片的损坏例如可能由于在使用中发生的不同环境而导致，例如转子叶片上的雷击。因此，在某些情况下，仅仅检查给定类型的转子叶片的预定区域可能是足够且有利的，例如这样的区域：其中，损坏发生的机会明显大于其它转子叶片区域。
本发明还提供了一种用于对风力涡轮机转子叶片中的激励振动进行测量的检查系统，所述系统包含：
至少一个声发射传感器，其用附着装置附着到转子叶片的外表面，以及
便携式声发射单元，其用于经由连接装置从所述至少一个声发射传感器传送的测量数据的存储和/或研究和/或显示。
由此，创建了一种有利的系统，其可用于执行例如权利要求1至19所述的风力涡轮机转子叶片的检查方法，且不用拆卸转子叶片。
在本发明一实施形态中，所述附着装置为一个或一个以上的安装支架以及施加到相关的转子叶片表面的声耦合剂。由此实现了本发明的有利的实施例。
在本发明另一实施形态中，声发射传感器的数量至少为两个，优选为在附着定位到转子叶片表面的两个和16个传感器之间。由此，可以有利地进行对转子叶片的大部分的检查，如果不是转子叶片的全部的话。
附图说明
参照附图，下面将介绍本发明，在附图中：
图1示出了风力涡轮机的前视图；
图2示出了作为本发明一实施例由维修平台上的工人检查的风力涡轮机转子叶片；
图3示出了本发明的第一实施例，其中，转子叶片具有在从转子叶片尖端的距离X2内附着到外表面的声发射系统；
图4示出了附着有声发射系统的风力涡轮机转子叶片的截面图；
图5a-5c示出了声发射传感器安装在不同的转子叶片表面的情况下的转子叶片的横截面图；
图6示出了作为本发明进一步的实施例具有安装的不同声发射传感器配置的转子叶片。
具体实施方式
图1示出了现代风力涡轮机1的前视图，其具有定位在基座8上的塔架2。风力涡轮机机舱3和轮毂4定位在塔架的顶部。
风力涡轮机转子6——其包含至少一个转子叶片，例如图中所示的两个或三个风力涡轮机叶片5——通过变桨距结构7被连接到风力轮毂4。各个变桨距结构包含叶片轴承和允许叶片变桨距的变桨距致动装置。
图2示出了在本发明一实施例中由维修平台10上的工人检查的风力涡轮机1的转子叶片5。
一开始，转子被锁定在这样的位置，被检查的转子叶片指向下，且最低叶片尖端下方的区域使用警示带(图中未示出)来保证安全。
其下为具有工人的维修平台10，其从检查车11被提升到转子叶片位置，且检查系统9被附着到转子叶片的外表面。
维修平台10被降低到叶片的尖部，通过以一时间段向转子叶片引入拍打和/或边缘式振动，例如由工人前后来回移动尖端，进行检查。
检查系统9测量由引入的振动激励的转子叶片5中的声活动性。可以将测量得到的结果与预先建立的基准水平值进行比较。
当检查已经完成时，工人从转子叶片移除检查系统，接着，以同样的方式在其他的转子叶片上进行检查。
平台由升降架、起重机升高，或者，类似的方案也可代替所示出的自提升维修平台来使用。
图3示出了本发明的第一实施例，其中，转子叶片具有在从转子叶片尖端的距离X2内附着到外表面的声发射系统9。
转子叶片的长度对应于X1+X2，其中，X1为从轮毂4到声发射传感器的位置的长度，X2为从转子叶片尖端到声发射传感器的长度。
X1与X2之间的比率在本发明一实施例中至少为2比1，优选为大约3比1。
图4示出了附着有声发射系统9的风力涡轮机转子叶片5的截面图。
系统9包含经由电缆连接装置13a、13b被连接到声发射检查单元15的两个声发射传感器14a、14b。该单元是便携的、电池供电的，并可包含存储装置、用于对测量数据进行分析的处理器装置以及显示器。
两个传感器14a、14b优选为分别附着到转子叶片5的下风与上风侧。传感器彼此相对地定位，并在已经在转子叶片表面上施加声耦合剂之后用安装支架17进行附着。
声发射检查单元15优选为在传感器电缆被连接到单元输入之前通过使用棘轮带(ratchet strap)被固定到叶片。
该图的放大区域以进一步的细节示出了转子叶片外表面上的传感器位置。两个传感器14a、14b被示为附着在杆型梁12的纵向中心线cl上方，并在转子叶片5的上风与下风侧上。
图5a-5c示出了声发射传感器安装在不同的转子叶片表面上的转子叶片的横截面图。
图5a示出了转子叶片5的横截面图，其具有安装在外转子叶片表面上的声发射检查单元15和两个声发射传感器14a与14b以及安装在强化结构——其被示为转子叶片的杆型梁12——表面上的两个声发射传感器19a与19b。
转子叶片外与内表面上的不同传感器配置可以以相同的配置组合或为单独的配置，也就是说，使用外或内声发射传感器。
图5b的放大区域以进一步的细节示出了转子叶片的外表面上用安装支架17对传感器14b的附着。支架在两个末端被粘附到转子叶片表面，并使转感器紧贴该表面。支架可使用成点的带或通过在末端具有粘附区域被粘附到该表面。传感器用电缆13b连接到声发射单元，但也可进行无线数据通信。
图5c的放大区域以进一步的细节示出了用安装支架17在转子杆型梁12的表面上对传感器19a的附着。支架在两个末端被粘附到该表面，并使传感器紧贴该表面。支架可使用成点的带或通过在末端具有粘附区域被粘附到该表面。
传感器具有无线数据传输装置，其可建立到声发射单元的无线数据连接。声发射单元优选为定位在转子叶片以外的另一位置，例如如图2所示在检查车中。
图5b所示电缆连接的传感器和电缆配置可优选为用在检查方法中，其中，转子叶片在一开始被引入静止并被锁定在例如朝向下方的位置。
关于转子叶片具有远程声发射单元的的无线传感器配置也可用在检查方法中，其中，风力涡轮机转子旋转，例如在紧急停止序列中。
图6原理性地示出了作为本发明进一步的实施例安装的不同声发射传感器配置的转子叶片。
通过使用实线，标记为“A”的声传感器组被示为附着在转子叶片外表面上的传感器。通过使用虚线，标记为“B”的声传感器组被示为附着在转子叶片的内表面的传感器。传感器组被进一步示为在转子叶片旋转的同时无线地向远程定位的声发射单元15传输数据。
转子叶片外以及内表面上的不同的传感器配置可以以相同的配置组合或为单独的配置，即使用外或内声发射传感器。
所介绍的本发明在上面已经参照转子叶片中的强化结构的具体实例示出，即具有内叶片杆的转子叶片。然而，应当明了，本发明不限于特定实例，而是可以在本发明的范围内以多种变型设计和改变，本发明的范围由权利要求限定，例如，强化结构集成在转子叶片表面，例如碳-木结构。
参考标号列表
在附图中，下面的参考标号指：
1.风力涡轮机
2.风力涡轮机塔架
3.风力涡轮机机舱
4.风力涡轮机轮毂
5.风力涡轮机转子
6.具有至少一个叶片的风力涡轮机转子
7.转子变桨距机构
8.风力涡轮机基座
9.用于检查转子叶片的声发射系统
10.用于检查转子叶片的维修平台
11.检查车
12.叶片杆或是类似的转子叶片强化结构
13a，13b声发射传感器与之间的连接装置
14，14a，14b.转子叶片外表面上的声发射传感器
15.便携式声发射单元
16.用于便携式声发射单元的转子叶片保持装置
17.用于声发射传感器的安装支架
18.数据的无线传输
19，19a，19b.定位在转子叶片的强化结构表面上的声发射传感器
cl.转子叶片杆的中心线
X1，X2.转子叶片上关于声发射系统的位置的长度

Claims (20)

1.检查风力涡轮机的至少一个转子叶片是否存在例如表面下的叶片裂纹等损坏的方法，所述方法包含以下步骤：
将至少一个声发射传感器附着到将被检查的转子叶片的表面，
在转子叶片中以一时间段激励振动，
用所述至少一个声发射传感器，测量转子叶片中的振动的活动性信号，以及
在所述检查后，从所述转子叶片的所述表面拆卸所述至少一个声发射传感器。
2.根据权利要求1的方法，其中，转子叶片的所述激励通过手动地在例如转子叶片尖端上引入拍打和/或边缘式的振动来建立。
3.根据权利要求1或2的方法，其中，所述活动性信号用与转子叶片的结构装置表面接触的所述至少一个声发射传感器来测量，例如，所述至少一个声发射传感器刚好在转子叶片的叶片杆型梁的上方定位在外表面上，或定位在叶片杆型梁上。
4.根据权利要求1-3中任意一项的方法，其中，在例如用保持各个传感器的安装支架在表面上适当的位置定位所述至少一个声发射传感器之前，声耦合剂被施加到有关转子叶片表面。
5.根据权利要求1-4中任意一项的方法，其中，至少两个声传感器彼此相对地定位在转子叶片的下风与上风侧。
6.根据权利要求1-5中任意一项的方法，其中，所述至少一个声传感器关于转子叶片的前缘与后缘和/或叶片杆型梁在中心位置附着到外转子叶片表面。
7.根据权利要求1-6中任意一项的方法，其中，所述至少一个声传感器附着到外转子叶片表面或内转子叶片表面或组合附着到外以及内转子叶片表面。
8.根据权利要求7的方法，其中，在从转子叶片尖端起的转子叶片长度的三分之一内，所述至少一个声传感器被附着到外转子叶片表面。
9.根据权利要求7的方法，其中，在从转子叶片轮毂开始的转子叶片长度的一半内，所述至少一个声传感器被附着到内转子叶片表面。
10.根据权利要求1-9中任意一项的方法，其中，转子叶片的所述激励以及活动性信号的测量以至少5秒的时间段进行，优选为以至少10秒的时间段进行。
11.根据权利要求1-10中任意一项的方法，其中，测量得到的数据从所述至少一个声发射传感器被传送到便携式声发射单元，以便进行存储和/或研究和/或显示。
12.根据权利要求1-11中任意一项的方法，其中，来自所述至少一个声发射传感器的数据传输通过电缆或通过无线通信进行。
13.根据权利要求1-12中任意一项的方法，其中，所述转子叶片在一开始被引入静止并优选为锁定在朝向下方的位置。
14.根据权利要求1-12中任意一项的方法，其中，转子在所述至少一个叶片的检查过程中进行旋转运动。
15.根据权利要求1-12中任意一项的方法，其中，转子在所述至少一个叶片的检查过程中进行紧急停止序列。
16.根据权利要求1-15中任意一项的方法，其中，将所述至少一个声发射传感器的信号与预先建立的基准水平值进行比较。
17.根据权利要求1-16中任意一项的方法，其中，来自彼此邻近的声发射传感器的信号被用于定向损坏检查。
18.一种用于对风力涡轮机(1)的至少一个转子叶片(5)中的激励振动进行测量的检查系统(9)，所述系统包含：
至少一个声发射传感器(14，14a，14b，19，19a，19b)，其用附着装置(17)附着到转子叶片的表面，以及
便携式声发射单元(15)，其用于经由电缆和/或无线连接装置(13a，13b，18)从所述至少一个声发射传感器(14，14a，14b，19，19a，19b)传送的测量数据的存储和/或研究和/或显示。
19.根据权利要求18的检查系统(9)，其中，所述附着装置为一个或一个以上的安装支架(17)以及施加到相关的转子叶片表面的声耦合剂。
20.根据权利要求18或19的检查系统(9)，其中，声发射传感器的数量至少为两个，优选为在附着定位到转子叶片表面的两个和16个传感器之间。
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