CN102538737A - 用于测量风力涡轮中的轴偏移的系统和方法 - Google Patents

用于测量风力涡轮中的轴偏移的系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开了用于测量风力涡轮(10)中的轴(20)的净偏移的测量系统(50)和方法。该测量系统(50)包括：接近第一轴构件(60)定位的至少一个第一传感器(52)，该至少一个第一传感器(52)构造成测量该第一轴构件(60)的至少一个第一偏移；和构造成测量至少一个参考偏移的至少一个第二传感器(54)。测量系统(50)还包括：基部(80)，其中至少一个第一传感器(52)和至少一个第二传感器(54)联接在一起并且构造在基部(80)上；和处理器(90)，其构造成利用至少一个第一偏移和至少一个参考偏移来计算轴(20)的净偏移。

Description

用于测量风力涡轮中的轴偏移的系统和方法
技术领域
本文中公开的主题大体涉及风力涡轮，并且更特别地涉及用于测量风力涡轮中的轴的偏移的系统和方法。
背景技术
风能被认为是目前可得的最清洁、最环境友好的能源中的一种，并且风力涡轮在这点上已经获得增加的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、变速箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片利用已知翼型原理捕捉风的动能。转子叶片以旋转能的形式传送动能以致使轴转动，该轴联接转子叶片到变速箱，或者如果没有利用变速箱，那么该轴直接联接转子叶片到发电机。发电机然后将机械能转换成电能，其可被部署到公用电网。
在风力涡轮的操作期间，风力涡轮的各种构件经受各种负荷。特别地，联接转子叶片和发电机的轴可经受各种负荷，诸如轴向和弯曲负荷。由于这些负荷产生的轴的偏移可因而在风力涡轮的操作中经常出现。
在许多情形中，轴的偏移可被测量和使用以调整风力涡轮中的其它变量，诸如转子叶片的变桨轴线。然而，目前已知的用于测量轴偏移的系统和方法可能不精确，并且可因而提供不精确的数据用于调整风力涡轮中的其它变量。例如，目前已知的系统和方法可测量轴的一个构件的偏移，诸如轴的毂缘。用于测量该偏移的传感器可安装到基部，诸如容纳轴和用于轴的支撑轴承的轴台组件。然而，在风力涡轮的操作期间，基部还可经受各种负荷和偏移，连同轴的偏移。安装到基部的传感器可因而由于基部的偏移而接收不精确的轴偏移数据。
因而，期望改进的系统和方法用于测量风力涡轮中的轴的偏移。例如，提供更精确的轴偏移测量的系统和方法将是有利的。特别地，将期望降低或消除由于风力涡轮的其它构件的偏移产生的额外偏移数据的系统和方法。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分陈述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本发明的实践学习。
在一实施例中，公开用于测量风力涡轮中的轴的净偏移的测量系统。测量系统包括：至少一个第一传感器，其接近第一轴构件定位，该至少一个第一传感器构造成测量第一轴构件的至少一个第一偏移；和至少一个第二传感器，其构造成测量至少一个参考偏移。测量系统还包括：基部，其中该至少一个第一传感器和至少一个第二传感器联接在一起并且构造在基部上；和处理器，其构造成使用至少一个第一偏移和至少一个参考偏移计算轴的净偏移。
在另一实施例中，公开用于测量风力涡轮中的轴的净偏移的方法。该方法包括测量第一轴构件的至少一个第一偏移，测量至少一个参考偏移，并且使用至少一个第一偏移和至少一个参考偏移计算轴的净偏移。该轴构造在基部上，并且至少一个第一偏移和至少一个参考偏移都相对于基部测量。
本发明的这些和其它特征、方面和优点将通过对以下描述和所附权利要求的参考更好地理解。结合在说明书中并且构成说明书的部分的附图示出本发明的实施例，并且连同描述用来解释本发明的原理。
附图说明
针对本领域技术人员的包括其最佳模式的本发明的全面且能够实现的公开在参考附图的说明书中陈述，其中：
图1是根据本公开的一个实施例的风力涡轮的透视图；
图2是根据本公开的一个实施例的测量系统的透视图；
图3是根据本公开的一个实施例的沿图2的线3--3的测量系统的截面视图；
图4是根据本公开的一个实施例的沿图2的线4—4的测量系统的截面视图；和
图5是根据本公开的一个实施例的传感器对的侧视图。
部件列表：
10风力涡轮
12塔架
14机舱
16转子叶片
18转子轮毂
20轴
22毂缘
24底板
30轴台组件
32前轴台组件
34后轴台组件
36轴台
38支座
40盘
42轴向负荷
44弯曲负荷
50测量系统
52第一传感器
54第二传感器
56传感器对
60第一轴构件
62间距
64第一平面
70第二轴构件
72间距
74第二平面
80基部
82连杆
90处理器
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个实例在附图中示出。各实例以对本发明的解释而不是以对本发明的限制的方式提供。事实上，对本领域技术人员显然在本发明中可做出各种修改和变型而不脱离本发明的范围或精神。例如示出或描述为一实施例的部分的特征可与另一实施例一起利用以产生又一实施例。因而，意图本发明将这种修改和变型覆盖在所附权利要求和它们的等价物的范围内。
图1示出传统构造的风力涡轮10。风力涡轮10包括带有安装在其上的机舱14的塔架12。多个转子叶片16安装到转子轮毂18，其又连接到转动主转子轴的主凸缘，如下文所述。风力涡轮发电和控制构件容纳在机舱14内。图1的视图仅提供用于将本发明置于示范利用领域的示意的目的。应当理解本发明不受限于任何特定类型的风力涡轮构型。
图2示出根据本公开的轴20的一个实施例。轴20包括用于将轮毂安装在其上的毂缘22。轴20进一步延伸进机舱14并且可操作地连接到发电机(未示出)。在一些实施例中轴20可为直接驱动轴20。在这些实施例中，轴20直接连接到发电机。可选地，变速箱(未示出)可布置在轴20与发电机之间，并且可提供轴20与发电机之间的可操作的连接。转子叶片16的旋转通过轮毂18传送到轴20，并且从轴20传送到发电机。
底板24可提供以支撑轴20，如所示。总体上，底板24是布置在机舱14内的框架。底板24可在一些实施例中，进一步提供支撑用于风力涡轮10的其它构件，诸如发电机和/或如果存在的变速箱。
如图2所示，根据本公开的底板24可在其上包括用于接纳和支撑轴20的轴台组件30或者多个轴台组件30。在如图2所示的一实施例中，底板24包括前轴台组件32和后轴台组件34。前轴台组件32是邻近轮毂18的轴台组件，并且后轴台组件34是远离轮毂18的轴台组件。然而应当明白，本公开不受限于前轴台组件32和后轴台组件34。而是，任何数量或形式的轴台组件30在本公开的范围和精神内。
轴台组件30中的每一个可包括，例如轴台36和可选的支座38。轴台36可在其中接受轴20并且与轴20相互作用。例如，轴台36可包括在其中的轴承，诸如定位轴承或浮动轴承，用于支撑轴20。支座38可支撑轴台36并且将轴台36与轴20对齐。
在示范实施例中，盘40可安装到轴20。盘40可例如定位在轴20上在前轴台组件32与后轴台组件34之间，或者在轴20上的另外其它适合位置处。盘40可与轴整体地形成，或者可通过任何适合的机械紧固件，诸如螺母和螺栓、铆钉、螺钉或钉子或者通过任何适合的结合技术，诸如焊接或通过任何其它适合的紧固方法或装置安装到轴20。在一些实施例中，盘40可形成为两个或更多个盘40构件，其可围绕轴放置并且紧固在一起并且紧固到轴。在这些实施例中，例如，盘40可针对轴20进行改型。
在风力涡轮10的操作期间，轴20可经受各种负荷，诸如轴向负荷42和弯曲负荷44，如图2所示。这些负荷中的各种可导致轴20的偏移。该偏移必须精确测量以例如允许它精确地用于调整风力涡轮10的其它构件，因而确保风力涡轮的更佳性能。
因而，如图2到图5所示，公开用于测量风力涡轮10的轴20的净偏移的测量系统50。测量系统50可提供更精确的轴20的偏移测量，并且可降低或消除由于风力涡轮10的其它构件的偏移产生的额外偏移数据。
例如，测量系统50包括至少一个第一传感器52和至少一个第二传感器54，或者多个第一传感器52和多个第二传感器54。第二传感器54中的每一个联接到第一传感器52以形成传感器对56。在示范实施例中，可提供三个或四个传感器对56。然而，可选地，可提供任何适合数量的传感器对，包括一个、两个或五个或更多个传感器对56。
在示范实施例中，第一传感器52和第二传感器54或其中的至少一部分，可为近程传感器。然而可选地，第一传感器52和第二传感器54或其中的至少一部分可例如为应变计，或如以下所述的用于测量轴构件的偏移的任何其它适合的装置。
第一传感器52中的每一个可邻近第一轴构件60定位。第一轴构件60可为轴20的任何适合构件，诸如在风力涡轮10的操作期间偏移的任何构件。例如，在示范实施例中，第一轴构件60可为毂缘22。第一传感器52可构造成测量第一轴构件60的第一偏移。第一偏移可大体定义为在第一传感器52与第一轴构件60之间的间距62(参见图5)的改变。因而，为测量第一轴构件60的第一偏移，第一传感器52可测量第一传感器52与第一轴构件60之间的间距62的改变。进一步，在一些实施例中，第一轴构件60可定义第一平面64(参见图5)。第一传感器52中的每一个可构造成关于第一平面64测量第一偏移。因而，为测量第一轴构件60的第一偏移，第一传感器52可测量第一传感器52与第一平面64之间的间距62的改变。
如图3所示，第一传感器52可围绕轴20周向间隔。例如，在一些实施例中，第一传感器52可围绕轴20大致周向等距间隔开。在其中测量系统50包括三个第一传感器52的实施例中，三个第一传感器52可各大致120度分离地定位。在其中测量系统50包括四个第一传感器52的实施例中，四个第一传感器52可各大致90度分离地定位。
第二传感器54中的每一个可构造成测量参考偏移。由第二传感器54测量的参考偏移可大体为第一轴构件60的偏移期间的轴20的其它构件的参考偏移。参考偏移可与第一偏移一起使用以提供更加精确的轴20的偏移测量，并且可降低或消除由于风力涡轮10的其它构件的偏移产生的额外偏移数据。例如，在示范实施例中，第二传感器54中的每一个可邻近第二轴构件70定位。第二轴构件70可为轴20的任何适合的构件，诸如在风力涡轮10的操作期间偏移的任何构件。在示范实施例中，第二轴构件70可为盘40。第二传感器54中的每一个可构造成测量第二轴构件70的第二偏移，其可用作参考偏移。第二偏移可总体上定义为第二传感器54与第二轴构件70之间的间距72(参见图5)的改变。因而，为测量第二轴构件70的第二偏移，第二传感器54可测量第二传感器54与第二轴构件70之间的间距72的改变。进一步，在一些实施例中，第二轴构件70可定义第二平面74(参见图5)。第二传感器54中的每一个可构造成关于第二平面74测量第二偏移。因而，为了测量第二轴构件70的第二偏移，第二传感器54可测量第二传感器54与第二平面74之间的间距72的改变。
如图4所示，第二传感器54可围绕轴20周向间隔。例如，在一些实施例中，第二传感器54可围绕轴20大致周向等距间隔开。在其中测量系统50包括三个第二传感器54的实施例中，三个第二传感器54可各大致120度分离地定位。在其中测量系统50包括四个第二传感器54的实施例中，四个第二传感器54可各大致90度分离地定位。
进一步，如图2到图5中所示，在一些实施例中，各传感器对56的各第一传感器52和第二传感器54可关于轴20基本周向相等地定位。因而，各传感器对56的第一传感器52和第二传感器54都可定位成从在第一轴构件60和第二轴构件70上的基本周向相等的点测量偏移。
如图2和图5中所示，根据本公开的测量系统50还可包括基部80。总体上，轴20可构造在基部80上。例如，在示范实施例中，基部80可为轴台组件30，或其中的任何构件，诸如轴台36或支座38。可选地，基部80可为底板24，或风力涡轮10的任何其它适合构件。基部80可大体构造用于在其上安装第一传感器52和第二传感器54，使得它们可测量第一轴构件60和第二轴构件70的偏移。
因而，如上文所述，第一传感器52和第二传感器54可联接在一起，从而形成传感器对56。各传感器对56可构造在基部80上。例如，在一些实施例中，第一传感器52和第二传感器54可直接安装到基部80上。在其它实施例中，连杆82或多个连杆82可提供以安装第一传感器52和第二传感器54到基部80。例如，在示范实施例中，连杆82可将各传感器对56连结在一起，并且可安装传感器对到基部80。第一和第二传感器52和54和/或连杆82可通过任何适合的机械紧固件，诸如螺母和螺栓、铆钉、螺钉或钉子，或任何适合的结合方法，诸如焊接，或任何其它适合的紧固方法或装置安装到基部80。
应当理解各传感器对56可构造在与其它传感器对相同的基部80上，或者可构造在与其它传感器对56不同的基部上。例如，一些传感器对56可构造在轴台36上，而其它则构造在支座38和/或底板24上，或全部传感器对56可构造在包括轴台36和支座38的轴台组件30上，或构造在轴台36、支座38或底板24上。
有利地，基部80用于在其上安装第一传感器52和第二传感器54的使用可允许轴20的净偏移的更加精确的测量。例如，各传感器对56的第一传感器52和第二传感器54中的每一个可相对于基部80测量相应第一和第二轴构件60和70的第一和第二偏移。因而，如果基部80在风力涡轮10的操作期间也经受偏移，则该额外偏移可从各传感器对56的偏移测量中消除。例如，由第二传感器54测量的第二轴构件70的第二偏移和由第一传感器52测量的第一轴构件60的第一偏移可用来计算轴20的净偏移。轴20的净偏移，总体上，是轴20的大致实际偏移，其中诸如基部80的其它构件的偏移从该偏移的测量中消除或降低。为计算净偏移，参考偏移，诸如第二偏移，可从第一偏移中减去，或者相反，或者参考偏移可与第一偏移一起用在传递函数或其它适合等式中，或者参考偏移可另外适合地用于处理第一偏移或相反并且输出净偏移。
额外地，由各传感器对56测量的第一偏移和参考偏移可与由其它传感器对56测量的第一偏移和参考偏移一起利用以计算轴20的净偏移。例如，为计算净偏移，参考偏移可从第一偏移中减去或者相反，或者参考偏移可与第一偏移一起用在传递函数或其它适合等式中，或者参考偏移可另外适合地用来处理第一偏移或者相反并且输出净偏移。在一些实施例中，净偏移可在一个等式中利用全部第一和参考偏移计算。可选地，净偏移可对各传感器对56基于第一和参考偏移计算，并且这些净偏移可平均或另外适合地处理以计算轴20的净偏移。
本公开的测量系统50还可包括处理器90。如本文中所用的，术语“处理器”不受限于在本领域中称作计算机的集成电路，而是宽泛地称作控制器、微控制器、计算机、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和/或任何其它适合的可编程装置或电路。应当明白处理器可包括存储器、输入通道和/或输出通道。还应当明白处理器可包括上文公开的装置和/或电路中的多种，并且这些装置和/或电路可通过任何适合的有线或者无线连接而连结到一起。
第一传感器52和第二传感器54中的每一个可通过例如有线或无线连接通信地联接到处理器90。如上文所述，处理器90可构造成利用第一偏移和参考偏移，诸如第二偏移，计算轴20的净偏移。例如，处理器90可包括在其中的程序或多个程序，其构造成使用第一偏移和参考偏移计算净偏移。净偏移的计算可大体恒定地执行，或者可如期望或要求地以任何适合的间隔间歇地执行。
进一步，在一些示范实施例中，处理器90可构造成基于轴20的净偏移调整风力涡轮10的至少一个转子叶片16或者转子叶片16中的多于一个的变桨轴线。例如，在计算净偏移之后，净偏移可被处理器90使用，如果期望或要求可连同其它变量，以计算用于转子叶片16的大体优化变桨轴线。处理器90可然后如期望或要求地调整变桨轴线或多个变桨轴线。变桨轴线的调整可大体恒定地执行，或者可如期望或要求地以任何适合的间隔间歇地执行。
本公开还针对用于测量风力涡轮10中的轴20的净偏移的方法。该方法包括，例如，测量第一轴构件60的至少一个第一偏移或多个第一偏移的步骤。例如，在如上所述的一些实施例中，至少一个第一传感器52或多个第一传感器52可接近第一轴构件60定位以测量第一偏移或多个第一偏移。该方法还包括，例如，测量可为第二轴构件70的第二偏移或多个第二偏移的至少一个参考偏移或多个参考偏移的步骤。例如，在如上所述的一些实施例中，至少一个第二传感器54或者多个第二传感器54可接近第二轴构件70定位以测量第二偏移或多个第二偏移。
该方法还包括，例如，使用第一偏移或多个第一偏移和参考偏移或多个参考偏移计算轴20的净偏移。如以上所述，例如，为计算净偏移，参考偏移可从第一偏移中减去或者相反，或者参考偏移可与第一偏移一起在传递函数或其它适合的等式中使用，或者参考偏移可另外适合地用于处理第一偏移或相反并且输出净偏移。在一些实施例中，净偏移可在一个等式中使用全部第一和参考偏移计算。可选地，净偏移可对各传感器对56基于第一和参考偏移计算，并且这些净偏移可平均或另外适合地处理以计算轴20的净偏移。净偏移的计算可大体恒定地执行，或者可如期望或要求地以任何适合的间隔间歇地执行。
在一些实施例中，方法还可包括基于轴20的净偏移调整至少一个转子叶片16或多个转子叶片16的变桨轴线。如上文所述，例如，在计算净偏移后，净偏移可使用，如果期望或要求可连同其它变量，以计算用于转子叶片16的大体优化变桨轴线。变桨轴线或多个变桨轴线可然后如期望或要求地调整。变桨轴线的调整可大体恒定地执行，或者可如期望或要求地以任何适合的间隔间歇地执行。
该书面描述利用实例以公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和利用任何装置或系统并且执行任何合并的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它实例。如果其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件或者如果其它实例包括与权利要求的字面语言并无实质差别的等效结构元件，则这些其它实例预期在权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于测量风力涡轮(10)中的轴(20)的净偏移的测量系统(50)，所述测量系统(50)包括：
至少一个第一传感器(52)，其接近第一轴构件(60)定位，所述至少一个第一传感器(52)构造成测量所述第一轴构件(60)的至少一个第一偏移；
至少一个第二传感器(54)，其构造成测量至少一个参考偏移；
基部(80)，其中，所述至少一个第一传感器(52)和所述至少一个第二传感器(54)联接在一起并且构造在所述基部(80)上；和
处理器(90)，其构造成使用所述至少一个第一偏移和所述至少一个参考偏移计算所述轴(20)的净偏移。
2.根据权利要求1所述的测量系统(50)，其特征在于，所述第一轴构件(60)是毂缘(22)。
3.根据权利要求1到2中的任一项所述的测量系统(50)，其特征在于，所述至少一个第二传感器(54)接近第二轴构件(70)定位，并且其中，所述至少一个参考偏移是所述第二轴构件(70)的第二偏移。
4.根据权利要求3所述的测量系统(50)，其特征在于，所述第二轴构件(70)是安装到所述轴(20)的盘(40)。
5.根据权利要求1到4中的任一项所述的测量系统(50)，其特征在于，所述至少一个第一传感器(52)和所述至少一个第二传感器(54)是近程传感器。
6.根据权利要求1到5中的任一项所述的测量系统(50)，其特征在于，所述基部(80)是轴台组件(30)。
7.根据权利要求1到6中的任一项所述的测量系统(50)，其特征在于，所述至少一个第一传感器(52)和所述至少一个第二传感器(54)关于所述轴(20)基本周向相等地定位。
8.根据权利要求1到7中的任一项所述的测量系统(50)，其特征在于，所述处理器(90)还构造成基于所述轴(20)的净偏移调整所述风力涡轮(10)的至少一个转子叶片(16)的变桨轴线。
9.一种用于测量风力涡轮(10)中的轴(20)的净偏移的方法，所述方法包括：
测量第一轴构件(60)的至少一个第一偏移；
测量至少一个参考偏移；并且
使用所述至少一个第一偏移和所述至少一个参考偏移计算所述轴(20)的净偏移，
其中，所述轴(20)构造在基部(80)上，并且其中，所述至少一个第一偏移和所述至少一个参考偏移都相对于所述基部(80)测量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少一个参考偏移是第二轴构件(70)的第二偏移。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述至少一个第一传感器(52)接近所述第一轴构件(60)定位以测量所述至少一个第一偏移，并且至少一个第二传感器(54)接近所述第二轴构件(70)定位以测量所述至少一个第二偏移，并且其中，所述至少一个第一传感器(52)和所述至少一个第二传感器(54)联接在一起并且构造在所述基部(80)上。
12.根据权利要求9到11中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一轴构件(60)是毂缘(22)，并且所述第二轴构件(70)是安装到所述轴(20)的盘(40)。
13.根据权利要求9到12中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括基于所述轴(20)的净偏移调整所述风力涡轮(10)的至少一个转子叶片(16)的变桨轴线。
14.根据权利要求9到13中的任一项所述的方法，其特征在于，所述基部(80)是轴台组件(30)。
15.根据权利要求9到14中的任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个第一偏移和所述至少一个参考偏移在关于所述轴(20)的基本周向相等的位置处测量。
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