CN101929490A - 风力涡轮机中的泄漏检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了风力涡轮机中的泄漏检测系统。本发明描述了一种液压系统(100)，包括储液槽(101)，液压装置(102)，第一传感器(103)，第二传感器(104)和控制器(106)。储液槽(101)连接至液压装置(102)，用于将液压流体供应至液压装置(102)和从液压装置(102)供应液压流体。第一传感器(103)适于测量储液槽(101)中液压流体的第一体积(V1)。第二传感器(104)以如下方式连接至液压装置(102)：指示液压装置(102)中液压流体的第二体积(V2)的至少一个参数是可测量的。控制器(106)适于基于该至少一个参数计算液压流体的第二体积(V2)。控制器(106)适于基于第一体积(V1)和第二体积(V2)确定液压系统(100)中液压流体的泄漏。

Description

风力涡轮机中的泄漏检测系统
技术领域
本发明涉及一种液压系统和一种风力涡轮机。此外，本发明涉及一种确定液压系统中液压流体泄漏的方法。
背景技术
今天，风力涡轮机中控制并操作该风力涡轮机的系统基于液压系统。特别地，风力涡轮机的桨距伺服系统和制动系统可基于液压系统和部件。
在风力涡轮机的机舱中，液压流体箱或储液槽以及泵站被安装，用于将液压流体供应至液压装置。液压流体，例如液压油，被泵送至液压系统和液压部件的安装位置。特别地，液压流体可被泵送到风力涡轮机的机舱外部，例如至风力涡轮机轮毂中的外置桨距伺服系统。液压装置可提供例如蓄积器组，比例阀和液压致动器。
今天，传统风力涡轮机包括液压系统，在油箱中流体液位可被数字油位传感器测量。如果泄漏出现在液压系统中，特别是在离油箱很大距离的外置液压装置处，在油位传感器可基于液压流体再循环测量泄漏之前，大量油可从液压装置漏出。因此，泄漏警报可能给出迟了。在泄漏开始与警报开始之间的时间段中，大量的油可能已经泄漏。
发明内容
本发明的目标可为使液压系统的适当泄漏控制成为可能。
为了获得以上限定的目标，根据独立权利要求的确定液压系统中液压流体泄漏的液压系统，风力涡轮机和方法被提供。
根据本发明的第一示例性实施方式，一种液压系统被提供。该液压系统包括储液槽，液压装置，第一传感器，第二传感器和控制器。储液槽连接至液压装置，用于向(且从)液压装置供应液压流体。第一传感器适于测量储液槽中液压流体的第一体积。第二传感器以如下方式连接至液压装置：指示液压装置中液压流体的第二体积的至少一个参数是可测量的。控制器适于基于该至少一个参数计算液压流体的第二体积。此外，控制器适于基于第一体积和第二体积确定液压系统中液压流体的泄漏。
根据另一个示例性实施方式，风力涡轮机被提供，包括如上所述的液压系统和机舱。储液槽被安装至机舱。液压系统适于控制风力涡轮机的操作状态。
根据另一个示例性实施方式，一种确定液压系统中液压流体泄漏的方法被提供。根据该方法，储液槽中液压流体的第一体积被测量，该储液槽连接至液压系统的液压装置，用于向(且从)液压装置供应液压流体。此外，指示液压装置中液压流体的第二体积的至少一个参数可被测量。液压流体的第二体积基于该至少一个参数被计算。液压系统中液压流体的泄漏基于第一体积和第二体积被确定。
储液槽可指代可适于存储液压流体的流体箱，该液压流体可被供应至液压装置。流体泵可被插在储液槽与液压装置之间，用于在任意方向上泵送流体。此外，储液槽可被安装在液压系统的中央位置。因此，储液槽可被安装至风力涡轮机的中央位置，例如机舱。通过将储液槽安装至中央位置，一个储液槽可将液压流体供应至多个液压装置。因此，仅一个液压流体中央供应储液槽可为必要的。
液压流体可为适于操作液压系统的流体。液压流体可包括合成或有机液压油或其它适合液压流体。
适于测量储液槽中液压流体的第一体积的第一传感器可包括填充液位计或液位指示器，该填充液位计或液位指示器可适于物理上测量储液槽中液压流体的体积。因此，第一传感器可测量储液槽中液压流体液位高度(油位)。
第二传感器适于测量指示液压流体第二体积的至少一个参数，该第二体积被呈现在液压装置中和/或在液压装置的循环中。指示液压流体的第二体积可为例如温度，压力，液压缸的活塞位置或液压装置的箱或前箱的高度。指示液压流体第二体积的其它可测量参数同样是可能的。所以，第二传感器可包括液压缸的例如温度计，压力计，液位指示器和/或位置传感器。
适于计算第二体积的控制器可包括处理单元，例如安装在计算机中的中央处理单元。控制器适于基于所测至少一个参数计算液压流体的第二体积。
第二体积限定了在液压装置中循环的液压流体量，因此不呈现在储液槽中，且不可轻易地通过液位传感器物理上进行测量。
控制器可基于所测第一体积和所算第二体积确定液压系统中液压流体的泄漏。例如，控制器可将第一体积与第二体积相加，并因此可将该结果与参考值比较。
即使当将机舱中的储液槽和液压系统安装至风力涡轮机中任何其它位置，例如机舱以外，该液压系统可同样提供泄漏控制。特别地，仅储液槽可被安装在机舱内，其中，液压装置可被置于机舱内或也可置于机舱外。
通过本发明的所述液压系统，液压装置的该至少一个参数的连续测量可成为可能。在由第一传感器所测储液槽中的液压流体液位的连续测量之外，第二传感器可测量参数，例如液压流体压力和温度。控制器接受第一传感器的指示储液槽中液压流体第一体积的输入。此外，控制器接受液压装置中所测参数的输入。控制器接受一定操作参数的信息，例如蓄积器中氮气的温度和/或液压装置中液压流体的温度，液压装置中液压流体的压力和/或液压缸中的液压流体液位或活塞位置的位置。根据这些参数，控制器可永久地且连续地计算第二体积，即液压流体的量，该液压流体的量是在液压器件中循环的，因此在储液槽中不再是可测量的。特别地，控制器可计算储液槽中液压流体的物理所测第一体积是否正确地处在指示第二体积的所测参数的考虑之下。换句话说，控制器可基于该参数计算循环流体的第二体积，并由此确定在液压系统正常操作期间储液槽中应当具有的液压流体的第一体积。如果第一体积低于控制器已经计算的体积，油泄漏的指示可被给出。该参数可被连续测量，使得泄漏可被立即检测。
第二体积可基于例如活塞的位置被计算，使得第一体积的额定值可被确定。如果所测第一体积低于预期第一体积，泄漏被确定。在传统系统中，仅储液槽中的流体液位可被检测，且一定时间段之后泄漏大体上可被确定，因为警报不可被给出，直到液压流体液位可降至储液槽中一定的预定流体液位以下。储液槽中预定最小流体液位需要在传统系统中被限定得极低，使得还在正常操作状态下，当液压装置消耗例如液压流体的高体积时，不会因为储液槽中流体的低流体液位而给出错误警报。因此，在传统系统中，在传统泄漏阻止系统给出警报之前，大量液压流体可漏出液压系统。
此外，由于连续所测参数，该创造性的液压系统永久地获知第二体积。所以，当储液槽中第一体积不匹配至预定第一体积时，警报可被给出，该预定第一体积基于由所测参数确定的液压流体的所计算的第二体积。
根据液压系统的另一个示例性实施方式，控制器适于将所测第一体积与第一体积的预定参考值比较。第一体积的参考值是该至少一个参数的函数。通过本示例性实施方式，预定参考值可被送至控制器。预定参考值可指示液压装置中的所测参数。特别地，如果液压系统中温度高，液压装置中液压流体膨胀，因此更小量的第二体积的液压流体在液压装置中循环。就是说，由于液压装置中更高的温度，正常操作的液压系统中第一体积液压流体的量应当更高，使得液压装置中需要更小量的第二体积的液压流体，使得第二体积更低。换句话说，正常操作液压系统的第一体积的预定参考值可例如从表中被重新拾取，在该表中可为每种工作条件和每个所测参数预定例如第一体积的一定参考值。因此，预定参考值可精确地适配于液压装置的一定操作状态，使得正常操作系统的储液槽中第一体积的水平的控制范围可被保持得非常小。与传统的液压泄漏检测系统相比，预定参考值给出正常操作系统中第一体积的最低可能水平，以便防止错误警报。因此，更精确的控制系统可被提供。
根据液压系统的另一个示例性实施方式，当所测第一体积与第一体积的参考值相差预定差值时，控制器适于给出警报。为了更有效地减少错误警报，该差值的一定预定范围可被预定。特别地，预定差值可指示正常工作液压系统的第一体积的流体液位。当储液槽中液压流体液位降至预定差值之下或之上时，这可指示不正确工作的系统，因此警报可被给出。
根据液压系统的另一个示例性实施方式，控制器适于基于液压装置的系统状态计算预定参考值。该系统状态可包括关于所有安装的(液压)部件的信息，液压管线的直径和长度，废料，所装部件的寿命和年龄，或可影响液压装置中液压流体消耗的其它情况。例如，位于液压装置中的液压流体的蓄积器或中间箱可被氮预压力预加压。因此，由于氮气的量和压力，一定第二体积的液压流体可被储存在中间箱中。因此，如果控制器测量氮气的量和压力，一定量第二体积的液压流体在正常工作状态被液压装置消耗。因此，预定参考值可基于系统状态被采用且再循环。此外，已知的是，废料随部件的寿命发生，由此更多液压流体可被使用。这也可为可引起控制器再计算预定参考值的系统状态指示器。此外，控制器可获知安装在液压装置中的部件版本。特别地，如果更大或更小的液压缸可被安装，部件号码可被输入控制器，使得预定参考值可通过控制器自动适配于新安装液压缸的新消耗。因此，非常弹性和自力式的液压泄漏系统可被提供。液压系统的复杂和耗时调制可被阻止。
根据液压系统的另一个示例性实施方式，液压装置包括中间箱(蓄积器)。所以，该参数可为中间箱的液压流体压力和/或氮气压力。
根据液压系统的另一个示例性实施方式，液压装置包括具有活塞的液压缸。该参数可为液压缸中的液压流体压力，液压流体温度和/或活塞的活塞位置。其它参数同样是可能的，例如部件号码，寿命，部件寿命和/或液压管线的长度和直径。
根据液压系统的另一个示例性实施方式，液压系统包括多个液压装置。多个液压装置中的每一个可连接至(相同的)储液槽。所以液压系统还可提供例如多个第二传感器，其中每个第二传感器连接至多个液压装置中的每一个，用于测量指示第二体积的参数。因此，液压系统不被限制为连接至储液槽的仅一个液压装置。通过液压系统的该示例性实施方式，具有多个耗电装置(例如液压装置)的复杂液压系统可被提供。泄漏检测的分离且附加系统可为不必要的。快速泄漏检测可被提供，因为例如预定差值可被选为极小，而不引起假错误。在传统系统中，对于每个连接至储液槽的附加液压装置，储液槽中的最小液压流体液位需要被减小，使得没有错误警报产生。当泄漏发生时，泄漏的液压流体非常高，并与附接至一个储液槽的液压装置的量成比例提升。
根据风力涡轮机的另一个示例性实施方式，风力涡轮机进一步包括具有桨距伺服系统的轮毂，其中液压系统联接至桨距伺服系统。因此，液压系统的液压装置可连接至桨距伺服系统，用于控制操作风力涡轮机的操作状态。特别对于桨距伺服系统，根据本发明的泄漏检测系统是有用的，因为液压装置可被安装在机舱以外，因此泄漏的液压流体可引起例如环境污染。
根据另一个示例性实施方式，风力涡轮机进一步包括制动风力涡轮板旋转的制动系统。液压系统联接至该制动系统。如上所述，液压装置可连接至制动系统，并由此控制风力涡轮机的操作状态。
通过上述本发明，参数的连续测量，例如油压，油温，液压缸中的活塞位置以及储液槽中的油位被提供。从这些输入，控制器可计算储液槽中正确的油位，该油位指示正常操作的液压系统。如果计算值大大不同于例如第一体积的所测值，警报可被给出。由于通常对于每个涡轮参数有较大变化，该系统可为正常操作系统计算它自己正确的预定参考值及它自己正确的参数。这可基于所测参数和参考值由控制器自动进行。
需要注意的是，本发明的实施方式已经通过参考不同主题被描述。特别地，一些实施方式已经通过参考产品权利要求被描述，而其它实施方式已经通过参考方法权利要求被描述。但是，本领域技术人员从上下文描述将会概括得出，除非另有通知，除了属于一种主题的特征的任意组合，在涉及不同主题的特征之间，特别是在产品权利要求的特征与方法权利要求的特征之间的任意组合被认为通过本申请公开。
本发明以上限定的方面及进一步的方面从下文所述实施方式的示例是显而易见的，并通过参考实施方式的示例被阐释。本发明通过参考实施方式的示例在下文被更详细地描述，但本发明不受其限制。
附图说明
图1图示了根据本发明示例性实施方式的液压系统的示意图；以及
图2图示了根据本发明示例性实施方式的工作流程的示意图。
具体实施方式
附图中的图示是示意性的。注意在不同附图中，相似或相同的元件被提供有相同的附图标记。
图1图示了液压系统100。液压系统100包括储液槽101，液压装置102，第一传感器103，第二传感器104和控制器106。储液槽101连接至液压装置102，用于向和/或从液压装置102供应液压流体。第一传感器103适于测量储液槽101中液压流体的第一体积V1。第二传感器104以如下方式连接至液压装置102：指示液压装置102中液压流体的第二体积V2的至少一个参数是可测量的。控制器106适于基于该至少一个参数计算液压流体的第二体积V2。此外，控制器106适于基于第一体积V1和第二体积V2确定液压系统100中液压流体的泄漏。
储液槽101可被设置并安装至风力涡轮机的机舱。第一传感器103可连接至储液槽101，用于测量储液槽101中液压流体的第一体积V1。液压管线可从储液槽101连接液压装置102。
在图1的示例性实施方式中，第一液压装置102可为中间箱107，该中间箱可包括一定第二体积V2的液压流体。第二传感器104可附接至中间箱107。第二传感器104测量例如中间箱107中液压流体的温度T或压力p。温度T和/或压力p可为指示第二体积V2的参数之一。所测参数(温度T，压力p)可在连接至第二传感器104的控制器106中被进一步处理。
此外，图1图示了包括例如液压缸108的另一个液压装置102。活塞109附接至液压缸108。另一个第二传感器104可连接至液压缸108，用于测量指示第二体积V2的参数。该参数可为例如液压缸108中活塞109的位置。取决于液压缸108中活塞109的位置，预定量的液压流体可在液压缸108中。因此，活塞109位置s的参数可指示液压流体的第二体积V2。除了活塞109位置s的测量，另一个第二传感器104也可被安装，例如用于测量参数温度T或压力p。
控制器106可连接至液压缸108的第二传感器104，使得控制器106可计算第二体积V2。控制器106随后可基于第一体积V1和第二体积V2确定液压系统100中液压流体的泄漏。
此外，储液槽101可被安装进风力涡轮机的机舱。液压装置102可置于机舱以外。特别地，机舱可提供作为到机舱外部的接口的方向阀105，且多个液压装置102可附接至该接口。通过该接口，多个液压装置102可连接至同一个储液槽，使得可为复杂液压系统100提供根据本发明的泄漏检测。
图2图示了根据本发明示例性实施方式的液压系统100的泄漏确定系统的工作过程。参数，特别是例如中间箱的温度T和压力p和/或液压缸108中活塞109的位置s，可被第二传感器104连续地测量。
控制器106可基于连续所测参数计算液压装置102，107，108的第二体积V2之和。接着，控制器106可将所有分体积相加，使得指示在液压装置102中循环的流体总量的第二体积V2可被计算。
此外，第一体积V1，特别是储液槽101中的液压燃料位，可被第一传感器103测量，该传感器是例如测量储液槽101中流体液位高度的流体液位传感器。基于所测第一体积V1和所测第二体积V2，液压系统100的泄漏可被确定。
确定泄漏的一个选择可为两个体积的确定，第一体积V1和第二体积V2，其中两个体积V1，V2之和应为常数。如果第一体积V1与第二体积V2之和变化，这可为液压系统100中液压流体泄漏的指示器。
除此之外，而且可能限定第一体积V1的预定参考值，该参考值是第二体积V2的所述至少一个参数的函数。因此，当该预定参考值具有预定差值的不同时，泄漏指示可被给出。
预定参考值也可基于液压装置102的系统状态信息被控制器106计算，使得适当采用的预定参考值被自动产生。因此，测量泄漏的液压系统100的质量可被改善。
应当注意的是，术语“包括”不排除其它元件或步骤，且“一”不排除多个。与不同实施方式相关所述的元件还可被组合。还应当注意的是，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (11)

1.一种液压系统，所述液压系统(100)包括：
储液槽(101)，
液压装置(102)，
其中，储液槽(101)连接至液压装置(102)，用于将液压流体供应至液压装置(102)和从液压装置(102)供应液压流体，
第一传感器(103)，其适于测量储液槽(101)中液压流体的第一体积(V1)，
第二传感器(104)，其以如下方式连接至液压装置(102)：指示液压装置(102)中液压流体的第二体积(V2)的至少一个参数是可测量的，以及
控制器(106)，其适于基于所述至少一个参数计算液压流体的第二体积(V2)，并适于基于第一体积(V1)和第二体积(V2)确定液压系统(100)中液压流体的泄漏。
2.如权利要求1所述的液压系统，其中，控制器(106)适于将所测第一体积(V1)与第一体积(V1)的预定参考值比较，
其中，第一体积(V1)的所述参考值是所述至少一个参数的函数。
3.如权利要求2所述的液压系统，
其中，控制器(106)适于当所测第一体积(V1)与第一体积(V1)的所述参考值相差预定差值时给出警报。
4.如权利要求1至3之一所述的液压系统，
其中，控制器(106)适于基于液压装置(102)的系统状态计算所述预定参考值。
5.如权利要求1至4之一所述的液压系统，
其中，液压装置(102)包括中间箱(107)，
其中，所述参数是蓄积器(107)中液压流体压力(p)和液压流体温度(T)中的至少一个。
6.如权利要求1至5之一所述的液压系统，
其中，液压装置(102)包括具有活塞(109)的液压缸(108)，
其中，所述参数是液压缸(108)中的液压流体压力(p)，液压流体温度(T)以及活塞(109)的活塞位置(s)中的至少一个。
7.如权利要求1至6之一所述的液压系统，进一步包括：
多个液压装置(102)。
8.一种风力涡轮机，包括：
如权利要求1至7之一所述的液压系统(100)，以及机舱，
其中，储液槽(101)被安装至所述机舱，
其中，所述液压系统适于控制所述风力涡轮机的操作状态。
9.如权利要求8所述的风力涡轮机，进一步包括：
具有桨距伺服系统的轮毂，
其中，液压系统(100)联接至所述桨距伺服系统。
10.如权利要求8或9所述的风力涡轮机，进一步包括：
制动风力涡轮机叶片旋转的制动系统，
其中，液压系统(100)联接至所述制动系统。
11.确定液压系统(100)中液压流体泄漏的方法，所述方法包括：
测量储液槽(101)中液压流体的第一体积(V1)，所述储液槽连接至液压系统(100)的液压装置(102)，用于将液压流体供应至液压装置(102)和从液压装置(102)供应液压流体，
测量指示液压装置(102)中液压流体的第二体积(V2)的至少一个参数，
基于所述至少一个参数计算所述液压流体的第二体积(V2)，以及
基于第一体积(V1)和第二体积(V2)确定液压系统(100)中所述液压流体的泄漏。
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