CN102562468A - 用于监测风力涡轮机的转子叶片的状态的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监测风力涡轮机的转子叶片的状态的系统和方法。提供了一种用于风力涡轮机(10)的转子叶片监测系统(12)，该风力涡轮机包括至少一个转子叶片(30)，该转子叶片包括在根部部分(50)与顶端部分(52)之间延伸的侧壁(54)。转子叶片监测系统包括：联接到转子叶片侧壁的光纤束(76)，该光纤束具有从根部部分朝向顶端部分延伸的长度；以及联接到光纤束的多个传感器(48)，该多个传感器中的各个传感器沿着光纤束沿轴向隔开，且配置成用以传送表示转子叶片的相应部分的位置的信号。

Description

用于监测风力涡轮机的转子叶片的状态的系统和方法
技术领域
本文所述的主题大体涉及用于测量风力涡轮机的状态的系统和方法，且更具体而言，涉及包括配置成测量转子叶片的状态的转子叶片监测系统的风力涡轮机。
背景技术
因为许多已知的风力涡轮机为公用电网提供电功率，至少一些风力涡轮机具有有助于供应较大的电功率量的较大的构件(例如，直径超过三十米的转子)。然而，较大的构件通常经受由风切变、偏航失准和/或紊流导致的增大的载荷(例如，非对称的载荷)，且已知增大的载荷会助长转子叶片和/或风力涡轮机的其它构件上的显著的疲劳循环。
至少一些已知的风力涡轮机包括固定在塔架顶部上的机舱。机舱包括通过轴联接到发电机上的转子组件。在已知的转子组件中，多个转子叶片从转子延伸。该转子叶片定向成使得从转子叶片上经过的风使转子转动且使轴旋转，从而驱动发电机来产生电力。已知的转子叶片大体会经受来自环境元素的操作损害，诸如风切变，极端温度，结冰和一般的机械磨损。此外，已知的转子叶片可经受导致疲劳开裂和/或故障的应力，疲劳开裂和/或故障可最终导致风力涡轮机的次优的性能。至少一些已知的监测系统包括应变计，其联接到已知的转子叶片的根部部分，且配置成测量根部部分处的应变。用于监测一些已知的转子叶片的传统的方法包括手动检查，其可能不频繁、昂贵和/或耗时，并且在可解决次优的性能之前引入了不合需要的延迟和花费。
发明内容
在一方面，提供了一种用于风力涡轮机的转子叶片监测系统。该风力涡轮机包括至少一个转子叶片。转子叶片包括在根部部分和顶端部分之间延伸的侧壁。转子叶片监测系统包括联接到转子叶片侧壁的光纤束。该光纤束具有从根部部分朝向顶端部分延伸的长度。多个传感器联接到光纤束。该多个传感器中的各个传感器沿着光纤束沿轴向隔开，且配置成用以传送表示转子叶片的相应部分的位置的信号。
在另一方面，提供了一种风力涡轮机。该风力涡轮机包括塔架、联接到塔架上的机舱、可旋转地联接到机舱的毂以及联接到毂的至少一个转子叶片。转子叶片包括至少一个限定从转子叶片的根部部分朝向顶端部分延伸的腔的侧壁。该叶片侧壁在前缘和沿轴向隔开的后缘之间延伸。光纤束联接到叶片侧壁。该光纤束具有从根部部分朝向顶端部分延伸的长度。多个传感器联接到光纤束。该多个传感器中的各个传感器沿着光纤束沿轴向隔开，且配置成用以传送表示转子叶片的相应部分的位置的信号。
在又一方面，提供了一种用于监测风力涡轮机的转子叶片的方法。转子叶片包括在前缘和后缘之间延伸的侧壁。该转子叶片在根部部分和顶端部分之间延伸。该方法包括操作性地将光纤束联接到转子叶片。该光纤束从转子叶片的根部部分朝向顶端部分延伸。该光纤束具有沿着转子叶片的中心线轴线延伸的长度。多个传感器联接到光纤束。该多个传感器的各个传感器沿着光纤束的长度沿轴向隔开。各个传感器将至少一个表示转子叶片相应部分的位置的信号传送到测量系统。该测量系统至少部分地基于所接收的信号计算转子叶片的偏转。
附图说明
图1是示例性风力涡轮机的透视图。
图2是用于图1中所示的风力涡轮机的包括示例性转子叶片监测系统的示例性转子叶片的透视图。
图3是图2中所示的转子叶片的沿着剖面线3-3的截面图。
图4是沿着区域4-4得到的图2中所示的转子叶片监测系统的一部分的截面图。
图5是示出了图2中所示的转子叶片监测系统的框图。
图6是示出了用于操作用于图1中所示的风力涡轮机的转子叶片监测系统的示例性方法的流程图。
部件列表：
  10   风力涡轮机
  12   转子叶片监测系统
  14   塔架
  16   支承面
  18   机舱
  20   发电机
  22   齿轮箱
  24   转子
  26   转子轴
  28   毂
  30   转子叶片
  32   叶片根部部分
  34   载荷传递区
  36   翼展方向轴线
  37   风的方向
  38   旋转轴线
  40   中性位置
  42   偏转位置
  44   桨距调节系统
  45   偏航系统
  46   测量系统
  47   偏航轴线
  48   传感器
  50   根部部分
  52   顶端部分
  54   叶片侧壁
  58   内表面
  60   叶片腔
  62   第一叶片区段
  64   第二叶片区段
  66   前缘
  68   后缘
  70   弦向轴线
  72   开口
  74   毂腔
  76   光纤束
  78   第一端
  80   第二端
  82   长度
  84   中心线轴线
  86   外表面
  88   RP传感器
  90   TP传感器
  92   LE传感器
  94   TE传感器
  96   第一组
  98   第二组
  100   第一翼展方向距离
  102   第二翼展方向距离
  104   多芯光纤
  106   三个纤维芯
  108   纤维芯
  110   纤维芯
  112   光纤布拉格光栅
  114   频域反射计
  116   控制系统
  118   网络
  120   存储器区域
  122   处理器
  124   控制接口
  126   风力涡轮机控制装置
  128   传感器接口
  130   通信接口
  132   处理器
  134   存储器区域
  136   媒体输出构件
  138   用户
  140   输入装置
  142   通信接口
  200   方法
  202   将光纤束联接到转子叶片
  204   将传感器联接到光纤束
  206   传送表示转子叶片的至少一部分的位置的至
  少一个信号
 208   基于所接收的信号计算转子叶片的形状
 210   传送表示转子叶片的根部部分的位置的信号
 212   传送表示转子叶片的顶端部分的位置的信号
 214   计算顶端部分相对于根部部分的偏转
具体实施方式
本文所述的实施例通过提供有助于在三维坐标系内测量转子叶片的状态的系统而克服了已知的转子叶片监测系统的缺点。更具体而言，本文所述的实施例包括有助于感测转子叶片的截面形状和/或偏转以及基于感测的偏转确定转子叶片的状态的转子叶片监测系统。另外，本文所述的状态测量系统包括光纤束，光纤束包括多个光纤布拉格光栅，以使得状态测量系统能够在三维坐标系内计算转子叶片的偏转。通过在三维上感测转子叶片的形状，本文所述的状态测量系统比已知的监测系统更准确地计算转子叶片的偏转和形状。
图1是包括转子叶片监测系统12的示例性风力涡轮机10的透视图。在该示例性实施例中，风力涡轮机10是水平轴风力涡轮机。备选地，风力涡轮机10可为竖直轴风力涡轮机。在该示例性实施例中，风力涡轮机10包括从支承面16延伸的塔架14，安装在塔架14上的机舱18，位于机舱18内的发电机20，联接到发电机20上的齿轮箱22，以及利用转子轴26可旋转地联接到齿轮箱22的转子24。转子24包括可旋转的毂28和联接到毂28且从毂28向外延伸的至少一个转子叶片30。备选地，风力涡轮机10并不包括齿轮箱22，使得转子24通过转子轴26联接到发电机20。
在该示例性实施例中，转子24包括三个转子叶片30。在一个备选实施例中，转子24包括多于或少于三个转子叶片30。转子叶片30绕着毂28隔开，以有助于使转子24旋转，以便使得动能能够从风转换成可用的机械能，且随后转换成电能。转子叶片30通过在多个载荷传递区34处将叶片根部部分32联接到毂28而匹配到毂28上。对转子叶片30所引起的载荷通过载荷传递区34传递到毂28。在该示例性实施例中，各个转子叶片30限定纵向翼展方向轴线36，且具有在大约30米(m)(99英尺(ft))到大约120m(394ft)的范围中的长度。备选地，转子叶片30可具有使得风力涡轮机10能够如本文所述起作用的任何合适的长度。例如，转子叶片长度的其它非限制性实例包括10m或更少，20m，37m，或者大于120m的长度。
在风从方向37冲击转子叶片30时，转子24绕着旋转轴线38旋转。在转子叶片30旋转且经受离心力时，转子叶片30还经受各种力和力矩。这样，转子叶片30可从中性位置(即非偏转位置40)振荡、偏转和/或旋转到偏转位置42(图1中以虚线示出)。此外，各个转子叶片30的桨距角或叶片桨距，即确定转子叶片30相对于风的方向37的投影的角度，可通过桨距调节系统44来改变，以通过调节转子叶片30相对于风向量的角度位置控制振荡、载荷和/或风力涡轮机10所产生的功率。
在该示例性实施例中，风力涡轮机10包括联接到机舱18和塔架14以调节机舱18的偏航的偏航系统45。如本文所用，用语“偏航”指机舱18相对于风的方向37的定向。在该示例性实施例中，偏航系统45配置成选择性地使机舱18和转子24相对于塔架14绕着偏航轴线47旋转，以控制转子24相对于风的方向37的投影。转子叶片监测系统12以操作通信的方式耦联到偏航系统45，以调节机舱18的偏航。
在该示例性实施例中，转子叶片监测系统12耦联到一个或多个转子叶片30以监测转子叶片30。更具体而言，转子叶片监测系统12耦联到转子叶片30，以使得能测量转子叶片30相对于翼展方向轴线36的形状和/或位置。转子叶片监测系统12包括耦联成与多个传感器48通信的测量系统46。各个传感器48联接到转子叶片30，以在限定的位置处检测转子叶片30的至少一部分的位置，以及将表示感测的位置的信号传送到测量系统46。在该示例性实施例中，测量系统46位于机舱18中。备选地，测量系统46可为在风力涡轮机10的各处、在支承面16上、在风力场内部和/或在远程控制中心处的分布式系统。在该示例性实施例中，转子叶片监测系统12以操作通信的方式耦联到桨距调节系统44，以控制转子叶片30的桨距。在一个实施例中，各个转子叶片30的桨距角由转子叶片监测系统12单独地控制。备选地，所有转子叶片30的桨距角可同时由转子叶片监测系统12控制。
在风力涡轮机10的运行期间，随着风从方向37冲击转子叶片30，空气动力学载荷赋予转子叶片30，以引起转子24旋转。各个转子叶片30经受各种环境力，即导致转子叶片30从中性位置40振荡和/或偏转到偏转位置42的风力载荷和/或旋转载荷。当转子叶片30偏转和/或扭转到偏转位置42时，转子叶片30可经受增大的载荷应力和/或疲劳循环。随着时间过去，增大的载荷应力和/或疲劳循环在转子叶片30中引起结构开裂和增大的机械磨损。转子叶片监测系统12配置成监测转子叶片30的形状和/或位置，并且监测转子叶片30从预定位置起的偏转。另外，转子叶片监测系统12配置成当转子叶片30从预定位置起偏转时通知操作者。
在一个实施例中，转子叶片监测系统12配置成操作桨距调节系统44，以调整转子叶片30的桨距角，以有助于减少转子叶片30的偏转，使得转子叶片30在位置值的预定范围内操作。备选地，转子叶片监测系统12可操作桨距调节系统44来改变转子叶片30的桨距角，使得转子叶片30运动到顺桨位置。在该顺桨位置上，转子叶片30相对于风向量的投影提供了转子叶片30的朝向风向量定向的最小表面积，这有助于降低转子24的旋转速度和/或有助于转子24的失速。在一个备选实施例中，转子叶片监测系统12配置成操作偏航系统45，以调节机舱18的偏航，以便有助于降低转子叶片30的偏转和/或调节转子叶片30、转子轴26、发电机20和/或机舱18的振动。
图2是适用于风力涡轮机10的示例性转子叶片30的透视图。图3是转子叶片30沿着图2中的弦向剖面线3-3的截面图。图4是转子叶片监测系统12的一部分的且沿着图2中的区域4得到的截面图。图3和图4中所示的相同的构件标有与图2中所使用的相同的参考标号。在该示例性实施例中，转子叶片30包括第一部分，即根部部分50，和第二部分，即与根部部分50相对的顶端部分52。根部部分50配置成有助于将转子叶片30安装到毂28。转子叶片30包括在根部部分50与顶端部分52之间且沿着纵向翼展方向轴线36延伸的叶片侧壁54。叶片侧壁54具有至少部分地限定从根部部分50朝向顶端部分52延伸的叶片腔60的内表面58。
在该示例性实施例中，叶片侧壁54包括第一叶片区段62，诸如吸力侧叶片区段，以及相对的第二叶片区段64，诸如压力侧叶片区段。在该实施例中，第一叶片区段62沿着前缘66和沿轴向隔开的后缘68联接到第二叶片区段64。叶片侧壁54沿着限定在前缘66和后缘68之间的弦向轴线70在前缘66和后缘68之间延伸。在该示例性实施例中，第一叶片区段62和第二叶片区段64联接在一起而在根部部分50处形成开口72。毂28限定毂腔74，并且联接到转子叶片30，使得开口72在毂腔74和转子叶片腔60之间提供流连通。
参照图3，在该示例性实施例中，三个垂直的轴X，Y和Z延伸穿过转子叶片30而相对于转子叶片30限定了三维笛卡尔坐标系，使得Z-轴基本与纵向翼展方向轴线36同轴，且使得X-轴基本与弦向轴线70同轴。在该示例性实施例中，传感器48联接到叶片侧壁54，以便感测转子叶片30相对于X-轴，Y-轴和Z-轴的位置，并且将表示感测的位置的信号传送到测量系统46。在运行期间，转子叶片30可从中性位置40运动到一个或多个偏转位置42(图1-3中以虚线显示)。如图2中所示，在运行期间，在风冲击转子叶片30时，转子叶片30可沿着Y-轴从中性位置40振荡到偏转位置42。另外，转子叶片30还可沿着X-轴(在图2中以虚线显示)运动到偏转位置42。此外，在风从方向37冲击转子叶片30时，转子叶片30可扭转，使得一部分，即顶端部分52，绕着Z-轴旋转到偏转位置42(在图3中以虚线显示)。
再次参照图2，在该示例性实施例中，转子叶片监测系统12包括联接到各个传感器48的光纤束76。光纤束76在第一端78和第二端80之间延伸，且具有长度82(在图4中示出)，该长度沿着在第一端78和第二端80之间延伸的中心线轴线84限定。在该示例性实施例中，各个传感器48限定在光纤束76内，且沿着光纤束76并且至少部分地沿着长度82沿轴向隔开。在该示例性实施例中，光纤束76联接到转子叶片30的内表面58，且从根部部分50朝向顶端部分52延伸。备选地，光纤束76可联接到转子叶片30的外表面86和/或联接在内表面58与外表面86之间。
在该示例性实施例中，一个或多个第一传感器，即根部部分(RP)传感器88，定位在根部部分50附近，以感测根部部分50的位置。一个或多个第二传感器，即顶端部分(TP)传感器90，定位在顶端部分52的附近，以感测顶端部分52的位置。光纤束76联接在各个RP传感器88之间，以及各个TP传感器90之间，以使得转子叶片监测系统12能够确定转子叶片30沿着X-轴和/或沿着Y-轴的形状和/或偏转。转子叶片监测系统12还包括一个或多个第三传感器，即定位在前缘66附近的前缘(LE)传感器92，以及一个或多个第四传感器，即定位在后缘68附近的后缘(TE)传感器94。光纤束76还联接在各个LE传感器92之间，以及各个TE传感器94之间，以使得转子叶片监测系统12能够确定转子叶片30绕Z-轴的形状和/或偏转。备选地，传感器48可在转子叶片30上定位在任何合适的位置处，以便使得转子叶片监测系统12能够如本文所述起作用。在一个实施例中，光纤束76具有从根部部分50朝向顶端部分52延伸以及在前缘66和后缘68之间延伸的正弦形状。
在一个示例性实施例中，转子叶片监测系统12包括位于根部部分50内的第一组96传感器48，以及位于顶端部分52内的第二组98传感器48。第一组96的相邻的传感器48各自沿着翼展方向轴线36隔开第一翼展方向距离100。第二组98的相邻的传感器48隔开小于第一翼展方向距离100的第二翼展方向距离102，使得转子叶片监测系统12在顶端部分52中比在根部部分50中包括更大密度的传感器48。
参照图4，在该示例性实施例中，光纤束76包括多芯光纤104，其包括三个纤维芯106，108和110，以使得转子叶片监测系统12能够确定转子叶片30沿着X-轴，Y-轴以及Z-轴的形状和/或偏转。备选地，多芯光纤104可包括任何数量的纤维芯，以使得转子叶片监测系统12能够如本文所述起作用。在该示例性实施例中，各个传感器48包括设置在各个纤维芯106，108和110内的光纤布拉格光栅112。各个光纤布拉格光栅112配置成在多芯光纤104的位置和/或定向改变时测量相应的纤维芯106，108和/或110上的应变。各个光纤布拉格光栅112配置成反映取决于在相应的纤维芯106，108和/或110中形成的调制周期的光的预先确定的频带。
在该示例性实施例中，测量系统46包括频域反射计114(在图5中示出)，该频域反射计114耦联成与多芯光纤104信号通信，以接收从各个光纤布拉格光栅112传送的信号。各个光纤布拉格光栅112配置成将表示光纤布拉格光栅112的光路长度的信号传送到频域反射计114。频域反射计114配置成沿着相应的纤维芯106，108和/或110计算在各个光纤布拉格光栅112与频域反射计114之间的光路长度。
在运行期间，转子叶片30从中性位置40到偏转位置42的运动使得多芯光纤104和光纤布拉格光栅112与转子叶片30一起运动。在多芯光纤104和光纤布拉格光栅112运动时，光纤布拉格光栅112伸展或收缩，使得光纤布拉格光栅112的调制周期改变，这又会导致光纤布拉格光栅112所反映的频率的变化。频域反射计114配置成计算频率的变化，以及至少部分地基于计算出的频率变化来计算各个光纤布拉格光栅112的运动的幅度和方向，以及多芯光纤104的运动的幅度和方向。测量系统46配置成至少部分地基于各个光纤布拉格光栅112的运动的计算出的幅度和方向来计算各个光纤布拉格光栅112的位置。测量系统46还配置成至少部分地基于各个光纤布拉格光栅112的计算出的位置来计算转子叶片30的形状和/或偏转。
图5是示出了转子叶片监测系统12的框图。在该示例性实施例中，转子叶片监测系统12包括通过网络118耦联到测量系统46的控制系统116。例如，网络118可包括而不限于因特网、局域网(LAN)、广域网(WAN)、无线LAN(WLAN)以及网状网络和/或虚拟专用网络(VPN)。使用无线网络连接(例如，以太网或光纤)，无线通信装置(诸如射频(RF))，电气和电子工程师协会(IEEE)802.11标准(例如，802.11(g)或802.11(n))，微波存取全球互通(WIMAX)标准，移动电话技术(例如，移动通信全球标准(GSM))，卫星通信链接和/或任何其它合适的通信措施，控制系统116和测量系统46彼此通信和/或与网络118通信。WIMAX是俄勒冈州(Oregon)比佛敦(Beaverton)的WiMax Forum的注册商标。IEEE是纽约州纽约市的电气和电子工程师协会公司的注册商标。
在该示例性实施例中，测量系统46是实时控制器，其包括任何合适的基于处理器或者基于微处理器的系统，诸如包括微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路和/或能够执行本文所述的功能的任何其它电路或处理器的计算机系统。在一个实施例中，测量系统46可为包括只读存储器(ROM)和/或随机存取存储器(RAM)的微处理器，诸如，例如具有2Mbit(兆比特)ROM和64Kbit(千比特)RAM的32位微型计算机。如本文所用，用语“实时”指在输入的改变影响结果之后非常短的时间段处出现的结果，而该时间段是可基于结果的重要性和/或系统处理输入来产生结果的能力来选择的设计参数。
在该示例性实施例中，测量系统46包括存储器区域120，其配置成存储表示和/或指示转子叶片30的运行状态的可执行指令和/或一个或多个运行参数。运行参数可表示和/或指示(不限于)位置、偏转、旋转速度、风速和/或风向。在一个实施例中，存储器区域120配置成存储从控制系统116接收的位置值的预定范围。位置值的预定范围包括沿着转子叶片30的对应于联接到转子叶片30上的各个传感器48的位置的位置值。在该示例性实施例中，测量系统46还包括处理器122，处理器122耦联到存储器区域120且编程为至少部分地基于一个或多个运行参数计算转子叶片30的状态。例如，处理器122可编程为基于位置值的预定范围计算转子叶片30的状态。在一个实施例中，处理器122可包括处理单元，诸如而不限于集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)和/或任何其它可编程电路。备选地，处理器122可包括多个处理单元(例如，在多芯构造中)。
在该示例性实施例中，处理器122耦联到频域反射计114，以便接收表示各个传感器48的位置的信号。处理器122编程为比较从频域反射计114接收的感测的位置与位置值的预定范围。处理器122进一步编程为如果感测的位置不在位置值的预定范围内则确定转子叶片30的状态低于预定转子叶片状态。
在该示例性实施例中，测量系统46包括传感器接口128，传感器接口128耦联到至少一个传感器48，诸如，例如RP传感器88，TP传感器90，LE传感器92和TE传感器94中的一个或多个，以便从传感器48接收信号。各个传感器48产生和传送对应于转子叶片30的感测的位置的信号。此外，例如，各个传感器48可持续地、周期性地或者仅一次地传送信号，但还构思了其它信号定时。此外，各个传感器48可或者以模拟的形式或者以数字的形式传送信号。在一个实施例中，传感器接口128包括将由传感器48产生的模拟电压信号转换成可由测量系统46使用的多比特数字信号的模-数转换器。
在一些实施例中，测量系统46包括通信接口130。通信接口130配置成与诸如控制系统116的一个或多个远程装置通信地耦联。通信接口130可配置成将运行参数和/或控制参数(例如，桨距角值)传送到远程装置。例如，通信接口130可配置成在信号中对运行参数和/或控制参数进行编码。另外或备选地，通信接口130可配置成从远程装置接收运行参数和/或控制参数，以及至少部分地基于所接收的运行参数和/或控制参数控制风力涡轮机10的运行。
各种连接可用于控制接口124和控制装置126之间，以及传感器接口128和传感器48之间。这样的连接可包括而不限于电导线，低电平串行数据连接(诸如推荐标准(RS)232或RS-485)，高电平串行数据连接(诸如通用串行总线(USB)或电气和电子工程师协会(IEEE)1394(a/k/a FIREWIRE))，并行数据连接(诸如IEEE1284或IEEE488)，短程无线通信信道(诸如BLUETOOTH)和/或专用(例如，不可访问的外部风力涡轮机10)网络连接(不管是有线的还是无线的)。
在该示例性实施例中，控制系统116包括用于执行指令的处理器132。在一些实施例中，可执行指令存储在存储器区域134中。处理器132可包括一个或多个处理单元(例如，在多芯构造中)。存储器区域134是允许存储和获取诸如可执行指令和/或其它数据的信息的任何装置。
控制系统116包括配置成至少部分地基于计算出的转子叶片30的状态控制风力涡轮机10的运行的控制接口124。在一些实施例中，控制接口124操作性地耦联到一个或多个风力涡轮机控制装置126，例如桨距调节系统44和偏航系统45(图1中示出)。
另外，控制系统116包括用于对用户138呈现信息的至少一个媒体输出构件136。媒体输出构件136是能够将信息传达给用户138的任何构件。媒体输出构件136可包括而不限于显示器装置(例如，液晶显示器(LCD)，有机发光二极管(OLED)显示器，或者音频输出装置(例如，扬声器或者耳机)。在该示例性实施例中，测量系统46配置成将表示转子叶片30的形状的信号传送给控制系统116。处理器132编程为从控制系统接收信号，以及将所接收的信号转换成在媒体输出构件136上显示的转子叶片30的形状。例如，处理器132可编程为持续地或者周期性地显示转子叶片30的形状，但是还构想了其它显示定时。处理器132还编程为同时显示转子叶片30的中性位置40以及感测的偏转位置42。
在一些实施例中，控制系统116包括输入装置140，以便接收来自用户138的输入。输入装置140可包括例如键盘、指点装置、鼠标、触针、触敏面板(例如，触摸垫或触摸屏)、陀螺仪、加速计、位置检测器和/或音频输入装置。单个构件，诸如触摸屏，可用作媒体输出构件136的输出装置与输入装置140二者。控制系统116还包括通信接口142，该通信接口142配置成通信地耦联到网络118和/或转子叶片监测系统12。
在该示例性实施例中，传感器48配置成感测转子叶片30的至少一部分的位置，以及将表示感测的位置的信号传送到测量系统46。测量系统46配置成至少部分地基于所接收的信号计算转子叶片30的形状和/或偏转。测量系统46进一步配置成在确定转子叶片30的状态不同于预定转子叶片状态时将通知信号传送到操作者。测量系统46配置成在确定转子叶片30的感测的位置不同于转子叶片30的预定位置时确定转子叶片30的状态小于预定转子叶片状态。
在一个实施例中，RP传感器88配置成感测根部部分50的位置，以及将表示感测的位置的信号传送到测量系统46。TP传感器90配置成感测顶端部分52的位置，以及将表示感测的位置的信号传送到测量系统46。测量系统46配置成至少部分地基于来自RP传感器88和TP传感器90的所接收的信号计算顶端部分52相对于根部部分50的沿着X-轴以及沿着Y-轴的位移。
在另一个备选实施例中，LE传感器92配置成感测前缘66相对于翼展方向轴线36的形状，以及将表示感测的形状的信号传送到测量系统46。TE传感器94配置成感测后缘68相对于翼展方向轴线36的形状，以及将表示感测的形状的信号传送到测量系统46。测量系统46配置成计算前缘66相对于后缘68沿着X-轴的位移。另外，测量系统46配置成至少部分地基于来自TE传感器94和LE传感器92的所接收的信号计算转子叶片30沿着X-轴和沿着Y-轴的形状和/或位移。测量系统46还配置成计算转子叶片30绕着Z-轴的形状和/或偏转。
在风力涡轮机10运行期间，测量系统46配置成将表示转子叶片30的感测的形状的信号传送到控制系统116。测量系统46可配置成持续地或者周期性地将感测的形状传送到控制系统116。控制系统116配置成在从测量系统46接收到信号之后利用媒体输出构件136显示转子叶片30的感测的形状。在一个实施例中，测量系统46配置成在确定了转子叶片30的状态小于预定转子叶片状态时将通知信号传送到控制系统116。控制系统116配置成在从测量系统46接收到通知信号后利用媒体输出构件136对用户138显示通知。在一个备选实施例中，控制系统116配置成在确定转子叶片30的状态小于预定转子叶片状态时操作桨距调节系统44来调整转子叶片30的桨距角，以便调节转子叶片30的偏转。在另一个备选实施例中，控制系统116配置成在确定转子叶片30的状态小于预定转子叶片状态时控制偏航系统45来调节机舱18的偏航，以便降低转子叶片30的偏转和/或减少转子叶片30、转子轴26、发电机20和/或机舱18的振动。
在一个备选实施例中，转子叶片测量系统12可为独立的系统，且用来有助于转子叶片30的设计和/或测试(诸如，例如在风洞中测试转子叶片期间)。在这种实施例中，测量系统46可耦联成与用户计算机装置操作通信，用户计算机装置配置成确定被测试的转子叶片的空气动力学响应。在该示例性实施例中，转子叶片测量系统12可用于具有各种形状和/或构造的转子叶片，诸如，例如包括小翼、后掠形的翼展方向轮廓和/或构造成以便进行扭转来减轻空气动力学载荷的叶片的转子叶片。
图6是示出了测量转子叶片30的状态的示例性方法200的流程图。在该示例性实施例中，方法200包括将光纤束76联接202到转子叶片30。传感器48联接204到光纤束76，且沿着光纤束76的长度82沿轴向隔开。各个传感器48将表示转子叶片30的至少一部分的位置的至少一个信号传送206到测量系统46。测量系统46至少部分地基于所接收的信号计算208转子叶片30的形状。
在一个实施例中，方法200还包括从RP传感器88传送210表示根部部分50的位置的信号。TP传感器90传送212表示顶端部分52的位置的信号。测量系统46至少部分地基于所接收的信号计算214顶端部分52相对于根部部分50的偏转。测量系统46将表示转子叶片30的偏转的信号传送到媒体输出构件136。媒体输出构件136显示表示转子叶片30的偏转的信号。LE传感器92传送表示前缘66的位置的信号。TE传感器94传送表示后缘68的位置的信号。测量系统46计算前缘66相对于后缘68沿着弦向轴线70的位移。
本文所述的方法、系统和设备的示例性技术效果包括以下中的至少一个：(a)将表示转子叶片的至少一部分的位置的至少一个信号从传感器传送到控制系统；(b)由控制系统至少部分地基于所接收的信号计算转子叶片的形状；(c)至少部分地基于所接收的信号计算顶端部分相对于根部部分的偏转；以及(d)在输出装置上显示表示转子叶片的偏转的信号。
上述系统和方法有助于测量风力涡轮机所使用的转子叶片的状态。更具体而言，转子叶片监测系统有助于感测转子叶片的形状和/或偏转以及基于感测的偏转确定转子叶片的状态。此外，本文所述的系统在三维坐标系内感测转子叶片的偏转，其使得转子叶片监测系统能够比已知的监测系统更准确地计算偏转和形状。另外，本文所述的系统在确定转子叶片的状态不同于预定转子叶片状态时操作风力涡轮机来降低转子叶片的偏转。这样，有助于减少或者消除在运行期间可对转子叶片和/或风力涡轮机发生的损害，从而延长风力涡轮机的操作寿命。
以上详细描述了用于测量用于风力涡轮机的转子叶片的状态的系统和方法的示例性实施例。系统和方法不限于本文所述的具体实施例，而是相反，系统的构件和/或方法的步骤可相对于本文所述的其它构件和/或步骤独立地以及单独地使用。例如，方法还可结合涡轮机监测系统来使用，并且不限于仅利用本文所述的风力涡轮机系统来实践。相反，该示例性实施例可结合许多其它涡轮机监测应用来实现和使用。
虽然本发明的各种实施例的具体特征可在一些图中示出而在其它图中未示出，但这仅仅是为了方便。根据本发明的原理，图的任何特征可结合任何其它图的任何特征来参照和/或要求保护。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可获得专利保护的范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它示例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构元件，则这样的其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于与风力涡轮机(10)一起使用的转子叶片监测系统(12)，所述风力涡轮机包括至少一个转子叶片(30)，所述转子叶片包括在根部部分(50)和顶端部分(52)之间延伸的侧壁(54)，所述转子叶片监测系统包括：
联接到所述转子叶片侧壁的光纤束(76)，所述光纤束具有从所述根部部分朝向所述顶端部分延伸的长度；和，
联接到所述光纤束的多个传感器(48)，所述多个传感器中的各个传感器沿着所述光纤束沿轴向隔开，且配置成用以传送表示所述转子叶片的相应部分的位置的信号。
2.根据权利要求1所述的转子叶片监测系统(12)，其特征在于，还包括通信地耦联到各个传感器(48)的测量系统(46)，以便从各个所述传感器接收信号，所述测量系统配置成基于所接收的信号计算所述转子叶片(30)的偏转。
3.根据权利要求1所述的转子叶片监测系统(12)，其特征在于，所述光纤束(76)包括多芯光纤(104)。
4.根据权利要求1所述的转子叶片监测系统，其特征在于，各个传感器包括光纤布拉格光栅(112)，以用于传送表示所述传感器(48)的光路长度的信号。
5.根据权利要求1所述的转子叶片监测系统(12)，其特征在于，还包括定位在所述根部部分(50)附近的第一传感器(48)，以及定位在所述顶端部分(52)附近的第二传感器。
6.根据权利要求5所述的转子叶片监测系统(12)，其特征在于，所述测量系统(46)配置成计算所述顶端部分(52)相对于所述根部部分(50)的沿着所述转子叶片(30)的翼展方向轴线(36)的位移。
7.根据权利要求6所述的转子叶片监测系统(12)，其特征在于，所述光纤束(76)从所述转子叶片(30)的前缘(66)延伸到后缘(68)，所述转子叶片监测系统还包括定位在所述前缘附近的第三传感器以及定位在所述后缘附近的第四传感器。
8.根据权利要求7所述的转子叶片监测系统(12)，其特征在于，所述测量系统(46)配置成计算所述前缘(66)相对于所述后缘(68)的沿着所述转子叶片(30)的弦向轴线(70)的位移。
9.根据权利要求2所述的转子叶片监测系统(12)，其特征在于，还包括操作性地耦联到桨距调节系统(44)上的控制系统(116)，所述控制系统配置成至少部分地基于计算出的偏转调节所述转子叶片(30)的桨距。
10.一种风力涡轮机(10)，包括：
塔架(14)；
联接到所述塔架的机舱(18)；
可旋转地联接到所述机舱的毂(28)；
联接到所述毂的至少一个转子叶片(30)，所述转子叶片包括限定从所述转子叶片的根部部分(50)朝向顶端部分(52)延伸的腔的至少一个侧壁，所述叶片侧壁(54)在前缘(66)和沿轴向隔开的后缘(68)之间延伸；
联接到所述叶片侧壁的光纤束(76)，所述光纤束具有从所述根部部分朝向所述顶端部分延伸的长度(82)；以及，
联接到所述光纤束的多个传感器(48)，所述多个传感器中的各个传感器沿着所述光纤束沿轴向隔开，且配置成用以传送表示所述转子叶片的相应部分的位置的信号。
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