CN102628425A - 用于风力涡轮机检查的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于对风力涡轮机进行检查的方法和系统。所述方法包括以下步骤：提供至少一个远程操作空中平台(ROAP)；提供附连至所述ROAP的至少一个无损评估(NDE)装置；以及提供附连至所述ROAP的至少一个距离测量系统。所述距离测量系统用于确定所述ROAP与所述风力涡轮机的至少一部分之间的距离。所述方法还包括对所述ROAP进行定位，使得所述至少一个无损评估装置获取用于检查所述风力涡轮机的数据。
Description
技术领域
本发明总体涉及用于对风力涡轮机进行检查的方法和系统。更具体地，本发明涉及采用用于对风力涡轮机进行检查的远程操作空中平台的方法和系统。
背景技术
需要对风力涡轮机进行定期检查，以保持其可靠和有效的操作。但是，总是由于外部影响(例如，雷电、风、雨、冰雹等)或由于导致各种部件疲劳的常规磨损和撕裂对风力涡轮机造成损伤。
很难对塔架的外侧进行检查，并且经常需要大型起重机来提供对例如叶片的各种部件进行严格检查的接近路径。技术人员能够手动地爬上塔架并且降下，但这是耗时、劳动密集并且危险的活动。风力涡轮机的内侧也需要进行检查，并且技术人员必须爬上塔架而且进入机舱。这也是耗时并且劳动密集的活动。此外，任何一个技术人员每天能够进行的攀爬的次数通常是有限的。对于具有大量风力涡轮机并且每个风力涡轮机都需要进行检查的风力发电厂而言，这尤其是成问题的。此外，当工作人员处于风力涡轮机内侧时，通常必须关闭风力涡轮机，这降低了当前接收检查的风力涡轮机的生产能力。
对离岸风力涡轮机的检查也是具有挑战性的，这主要是由于涡轮机的可达性。离岸风力涡轮机能够经受更加恶劣的运行环境，并且定期检查对于保持风力涡轮机的有效性和健康而言是重要的。
发明内容
在本发明的一个方面中，提供一种用于对风力涡轮机进行检查的方法。该方法包括以下步骤：提供至少一个远程操作空中平台(ROAP)；提供附连至远程操作空中平台的至少一个无损评估(NDE)装置；以及提供附连至远程操作空中平台的至少一个距离测量系统。距离测量系统用于确定远程操作空中平台与风力涡轮机的至少一部分之间的距离。该方法还包括对至少一个远程操作空中平台进行定位，使得无损评估装置获取用于检查风力涡轮机的数据。
在本发明的另一个方面中，提供一种用于对风力涡轮机进行检查的系统。该系统包括：至少一个远程操作空中平台(ROAP)；附连至远程操作空中平台的至少一个无损评估(NDE)装置；以及附连至远程操作空中平台的至少一个距离测量系统。距离测量系统用于确定远程操作空中平台与风力涡轮机的至少一部分之间的距离。远程操作空中平台定位成使得无损评估装置获取用于检查风力涡轮机的数据。
所述的系统，包括对所述风力涡轮机的外部和内部中的至少一个进行检查。且内部检查进一步包括对塔架的内部和机舱的内部中的至少一个进行检查。
所述的系统，其中，所述至少一个远程操作空中平台进一步包括直升机和小型飞船中的至少一种。且所述至少一个无损评估装置进一步包括视觉摄像机、红外摄像机、声波发射器、声波接收器、辐射源、辐射探测器、超声装置、射线照相装置、热像装置和电磁装置中的至少一种。所述至少一个距离测量系统进一步包括接触式冲突探测器、电磁收发器、声波收发器、激光收发器、雷达收发器、基于视觉的接收器和RFID标记收发器中的至少一种。所述至少一个远程操作空中平台在所述风力涡轮机的内部内进行导航，并且导航基本由远程操作者执行或者基本遵守预编程自主路径执行。
所述系统进一步包括：再充电站，所述再充电站用于在所述风力涡轮机内对所述至少一个远程操作空中平台进行再充电；
其中所述至少一个远程操作空中平台返回所述再充电站进行再充电。所述系统进一步包括：感应充电系统，所述感应充电系统位于所述再充电站中；以及感应充电接收器，所述感应充电接收器位于所述至少一个远程操作空中平台中。
所述的系统，所述系统进一步包括：多个远程操作空中平台；
其中所述多个远程操作空中平台中的每一个都或者由人工操作者进行远程控制，或者被控制成在预编程自主路径上导航到特定目标区域。
所述系统进一步包括：至少一个清洁设备，所述至少一个清洁设备附连至所述至少一个远程操作空中平台；并且其中所述至少一个清洁设备利用压缩空气、水、流体、研磨材料和磨削材料中的至少一种。
所述系统进一步包括：至少一个修复设备，所述至少一个修复设备附连至所述至少一个远程操作空中平台；并且
其中所述至少一个修复设备利用研磨材料、磨削材料、涂料、粘合剂和密封材料中的至少一种。
所述系统进一步包括：全球定位接收器，所述全球定位接收器附连至所述至少一个远程操作空中平台，所述全球定位接收器用于确定所述至少一个远程操作空中平台的相对位置；其中所述全球定位接收器用于对所述至少一个远程操作空中平台进行导航并且/或者保持所述至少一个远程操作空中平台在飞行过程中的位置。
附图说明
图1是风力涡轮机的局部侧视图；
图2是图1的风力涡轮机的机舱内部的局部透视图；
图3示出了根据本发明的一个方面的用于对图1和图2的风力涡轮机进行检查的远程操作空中平台(ROAP)的透视图；
图4示出了根据本发明的一个方面的用于对图1和图2的风力涡轮机进行检查的远程操作空中平台(ROAP)的侧视图；
图5示出了根据本发明的一个方面的风力涡轮机和用于对风力涡轮机进行检查的远程操作空中平台的侧视图；
图6示出了根据本发明的一个方面的安装在充电坞站上的远程操作空中平台(ROAP)的示意图；
图7示出了根据本发明的一个方面的安装在充电坞站上的远程操作空中平台(ROAP)的阵列的示意图；
图8示出了根据本发明的一个方面的远程操作空中平台(ROAP)的示意图。
400 小型飞船
附图标记列表： 410 腔
100 风力涡轮机 420 尾翼
102 机舱 430 控制壳体
104 塔架 440 推力装置
106 转子 442 转向推力装置
108 转子叶片 450 无损评估装置
110 毂 451 无损评估装置
112 控制面板 460 距离测量装置
114 变桨驱动 505 门
116 主转子轴 510 远程操作空中平台
118 齿轮箱 525 外部位置
120 发电机 535 内部位置
122 联接件 600 充电坞站
124 偏航驱动 601 线圈
126 偏航甲板 620 电源
128 气相臂 700 充电坞站
130 主轴承 810 远程操作空中平台
132 主框架 820 清洁设备
310 远程操作空中平台或 822 喷嘴无人驾驶飞行器 824 源
312 转子叶片 830 修复设备
320 无损评估装置 832 修复头
330 距离测量装置 840 GPS接收器
具体实施方式
在一些构造中并且参照图1，风力涡轮机100包括机舱102，机舱102中容纳有发电机(未示于图1中)。机舱102安装在高高的塔架104的顶上，塔架104仅有一部分示于图1中。风力涡轮机100还包括转子106，转子106包括附连至旋转的毂110的一个或更多个转子叶片108。尽管图1所示的风力涡轮机100包括三个转子叶片108，但是本发明并不需要对转子叶片108的数目进行具体限制。
参照图2，各种部件容纳在风力涡轮机100的机舱102中或塔架104中。基于本领域公知的因素和条件对塔架104的高度进行选择。在一些构造中，控制面板112内的一个或更多个微型控制器包括用于进行总体系统监测和控制的控制系统。一些构造中使用备选的分布或集中的控制结构。可变的叶片变桨驱动114可以设置成对在风的作用下驱动毂110的叶片108(未示于图2中)的桨距进行控制。叶片108的桨距角可以通过叶片变桨驱动114进行独立控制。毂110和叶片108共同构成风力涡轮机转子106。
风力涡轮机的传动系包括主转子轴116(也称作“低速轴”)，主转子轴116通过主轴承130连接至毂110并且(在一些构造中)在轴116的相对端处连接至齿轮箱118。齿轮箱118驱动发电机120的高速轴。在其它构造中，主转子轴116直接联接至发电机120。高速轴(图2中未标示)用于驱动发电机120，发电机120安装在主框架132上。在一些构造中，转子转矩通过联接件122传递。在本发明的一些构造中，发电机120是直接驱动永磁发电机。偏航驱动124和偏航甲板126提供了用于风力涡轮机100的偏航取向系统。气象臂128为涡轮机控制系统提供信息(可以包括风向和/或风速)。在一些构造中，偏航系统安装在凸缘上，该凸缘设置在塔架104的顶上。
图3示出了根据本发明的一个方面的用于对风力涡轮机进行检查的远程操作空中平台(ROAP)310的透视图。ROAP310可以包括用于推进的一个或更多个转子叶片312、无损评估(NDE)装置320、修复/清洁装置(未示于图3中)以及至少一个距离测量系统或装置330。ROAP310能够围绕风力涡轮机100或在风力涡轮机100内飞行以进行检查。在本发明的其它应用中，也能够将无人驾驶飞行器(UAV)用作ROAP装置。
ROAP310能够成直升机或小型飞船的形式，或者任何其它的能够飞行或具有足够的机动性的装置。直升机可以具有一个或更多个主转子，并且还可以同时包括一个或更多个尾桨。主转子通常在一个或更多个基本水平的平面中进行定向，而尾桨通常在基本竖直的平面中进行定向。但是，因为主转子能够用于改变飞行的方向和/或空间定向，所以具有一个或更多个主转子的直升机可以具有尾桨或者可以不具有尾桨。此外，ROAP能够装配有全球定位系统(全球以及本地GPS)和飞行控制系统，以手动地或自主地对ROAP进行控制，并且/或者将ROAP编程成在遵守预定的飞行轨迹的同时执行检查或修复任务。ROAP能够将检查数据无线传输给地面站或远程操作者。ROAP能够携带其它的附件，比如像携带光源来增强图像检索，携带激光指示器来产生叶片表面上的亮对比点从而使得摄像机的镜头能够通过将该点作为基准进行对焦。
无损评估(NDE)装置320包括视觉摄像机、红外摄像机、声波发射器、声波接收器、辐射源和辐射探测器，或者具体应用中需要的任何其它合适的评估装置。其它的NDE装置也能属于超声型、射线照相型、热像型和电磁型。摄像机能够用于获取可能的缺陷或损伤(例如裂纹、分层、褪色、溢油或热点)的图像。声波接收器能够用于探测不期望的噪声或振动。辐射装置能够用于探测其它的损伤。
距离测量系统或装置330能够包括接触式冲突探测器、电磁收发器、声波收发器、激光收发器、雷达收发器、基于视觉的接收器和RFID标记收发器。RFID标记能够位于风力涡轮机100上和风力涡轮机100内的不同位置处。这些RFID标记能够用于帮助确定远程操作空中平台310的具体位置。
图4示出了根据本发明的一个方面的成小型飞船400形式的远程操作空中平台的侧视图。小型飞船400包括腔410，例如球囊、飞艇、小型飞船或其它比空气轻的装置。用于通过这种装置产生升力的方法是通过对环境空气进行加热或者通过其它合适的方法由密度比环境大气小的气体实现的。多个尾翼420联接至腔410，尾翼420可以包括用于对小型飞船400在变桨或偏航上进行转向的控制表面。控制壳体430也联接至腔410，控制壳体430可以包括适于接收和处理接收到的(或产生的)信号的控制装置，以用于对小型飞船400的操作进行控制。壳体430对一个或更多个推力装置440进行支承。推力装置440可以是用万向架安装的，以提供升力和/或推力。腔410如前所述地提供升力，因此，推力装置440构造成提供辅助升力以协助保持高空的有效载荷并且/或者用于控制小型飞船400的竖直定位。此外，可以包括转向推力装置442，以提供另一个控制机构并且协助将小型飞船“指定”在期望方向上。
至少一个无损评估(NDE)装置450和一个或更多个距离测量装置460联接至小型飞船400，所述一个或多个距离测量装置460可以是距离测量系统的一部分。如结合直升机式ROAP进行描述的，NDE装置450能够包括视觉摄像机、红外摄像机、声波发射器、声波接收器、辐射源、辐射探测器、超声装置、射线照相装置、热像装置和电磁装置或者具体应用中需要的任何其它合适的评估装置。其它的NDE装置451也可以分布在腔410上或小型飞船400上的不同位置处。距离测量装置可以包括接触式冲突探测器、电磁收发器、声波收发器、激光收发器、雷达收发器、基于视觉的接收器和RFID标记收发器。
图5示出了根据本发明的一个方面的部分成横截面的用于对风力涡轮机进行检查的方法和系统的侧视图。远程操作空中平台(ROAP)510能够围绕风力涡轮机100的外部和/或内部飞行。在一个方面中，ROAP510能够从相对于风力涡轮机100的外部位置525开始飞行。人工操作者(未示出)或自主程序能够用于对ROAP510进行导航使其到达风力涡轮机100处并且围绕风力涡轮机100。在对各种图像进行检查的过程中，可以通过ROAP510上的NDE装置获取声音数据或其它数据。获取的数据可以本地存储在ROAP510内并且/或者传输至ROAP510外部的远程位置。
ROAP510还可以用于对风力涡轮机100的内部进行检查。对于内部检查而言，ROAP或者能够从风力涡轮机内的位置535出发，或者可以在风力涡轮机的外侧开始飞行，并且接着穿过门505或任何数目的通气孔(未示出)或位于风力涡轮机100中的不同位置中的出入舱口(未示出)进入风力涡轮机。
在一个示例中，ROAP510在塔架104内的位置535处开始飞行。ROAP能够飞上塔架104并且进入机舱。在机舱中，ROAP510能够对多个部件中的任何一个进行检查，包括但不限于发电机、齿轮箱、轴承以及高速轴或低速轴。ROAP510还能够从机舱102内或从位于毂110上的外部舱口(未示出)进入毂110。
图6示出了停靠在充电坞站600上的远程操作空中平台510的示意图。充电坞站600能够包括联接至电源620的一个或更多个感应线圈601。电源620示成是交变电流(AC)源，但是也能使用直流(DC)电源。ROAP510能够在位于坞站600上的同时进行再充电。
图7示出了停靠在充电坞站700上的远程操作空中平台510的阵列的示意图。充电坞站700类似于坞站600，但是包括多个感应线圈(未示出)或联接至电源(未示出)的感应线圈的阵列(未示出)。多个ROAP充电坞站700能够用于对用于检查一个或多个涡轮机的多个ROAP进行充电。
如一个示例，多个ROAP充电坞站700能够容纳在风力涡轮机100内并且用于对多个ROAP510进行充电。多个ROAP能够预编程成对风力涡轮机内的特定位置或部件进行检查。例如，第一ROAP能够被发送到对塔架104进行检查的路径上，第二ROAP能够被发送到对机舱102的内部或容纳在机舱102中的部件进行检查的路径上，而第三ROAP能够编程成在风力涡轮机外侧飞行并且对叶片进行检查。多个ROAP还能够由人工操作者或通过可编程计算机进行远程控制。
对于处于离岸位置或者难以到达的地面环境的远程风力涡轮机而言，与多个ROAP充电坞站700相结合的ROAP的阵列或者与单个ROAP充电坞站600相结合的单个ROAP能够大大方便风力涡轮机检查。固定式摄像机很难获取每一个可能的目标区域，因此移动式ROAP提供了大大改进的用于检查的移动载体(mobile vehicle)。能够在需要时对离岸涡轮机进行检查并且能够在非检查时段对ROAP进行再充电，或者错开使用，使得在使用第一组ROAP的同时对第二组ROAP进行充电。
移动载体(例如，小型货车或卡车)也能够使用多个ROAP充电坞站700对多个ROAP进行充电。在一个或更多个ROAP外出进行检查的同时，其它ROAP能够进行充电。这将大大缩短检查过程中的停工时间。ROAP还能够构造成利用例如电池或燃料电池的可更换电源，并且可以将太阳能电池板(未示出)结合到ROAP中以延长飞行时间或者协助再充电。
ROAP还能够装配有用于接收指令或程序并且用于传输获取的数据的有线或无线传输能力。ROAP510能够包括USB连接或例如WIFI、(Bluetooth SIG的注册商标)、红外装置的无线链路或者任何其它合适的无线链路。能够将补充的接收器和/或发送器结合到充电坞站600、700中或者位于ROAP的范围内的合适的电子设备(例如，计算机、膝上型计算机等)中。
图8示出了具有清洁设备和修复设备的远程操作空中平台810的示意图。清洁设备820可以包括具有喷嘴822的主管构件，并且可以附连至ROAP810。清洁剂的源824连接至主管构件。源824能够提供压缩空气、水、研磨材料、磨削材料或者任何其它合适的流体。压缩空气能够存储在附连至ROAP810的合适容器中并且接着通过喷嘴822排出，以吹掉或移除风力涡轮机的各种部件上的碎屑或不需要的材料。水、水混合物(例如，包括防冻剂等)、清洁流体或表面活性剂可以用于洗掉风力涡轮机的各种部件上的碎屑或不需要的材料。研磨材料(例如，砂、玻璃细珠、碳酸氢钠爆炸介质、氧化铝、胡桃壳等)能够用于敲掉或移除风力涡轮机的各种部件上的碎屑或不需要的材料。磨削材料(例如，磨砂盘/头、切割轮等)也能够用于去除不需要的材料。
修复设备830也可以附连至ROAP810。修复设备830可以包括具有修复头832的主管。修复头能够包括使用研磨材料或磨削材料的固定的、旋转的或可伸缩的构件。研磨材料(例如，砂、玻璃细珠、碳酸氢钠爆破介质、氧化铝、胡桃壳等)能够用于敲掉或移除碎屑或不需要的材料，或者用于制备用于后续修复层的表面。磨削材料(例如，磨砂盘/头、切割轮等)也能够用于去除不需要的材料以及制备用于后续修复层的表面。头部832还能够用于将涂料、粘合剂和/或密封材料应用到进行修复的期望区域。马达或供给设备834能够用于为头部832提供动力或者向头部832供给需要的材料。此外，清洁设备和修复设备中的主管都可以包括能够用于使喷嘴822和头部832延伸或缩回的可伸缩构件。
全球定位接收器840能够附连至ROAP810，并且接收器840能够用于确定ROAP810的相对位置。接收器840还能够用于导航和/或保持ROAP810在飞行过程中的位置。全球定位接收器840还可以构造成将数据传回远程控制单元，并且该数据能够用于导航、定位和检查目的。
本书面说明书使用示例对本发明进行了公开，其中包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实施本发明，其中包括制造和使用任何装置或系统并且执行所包含的任何方法。本发明的专利范围通过权利要求进行限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其他示例。如果这些其它的示例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果这些其它的示例包括与权利要求的字面语言没有实质区别的等同结构元件，则期望这些其它的示例落入权利要求的范围内。
Claims (15)
1.一种用于对风力涡轮机(100)进行检查的方法，所述方法包括以下步骤：
提供至少一个远程操作空中平台(ROAP)(310)；
提供至少一个无损评估(NDE)装置(320)，所述至少一个无损评估(NDE)装置(320)附连至所述至少一个远程操作空中平台；
提供至少一个距离测量系统(330)，所述至少一个距离测量系统(330)附连至所述至少一个远程操作空中平台，所述距离测量系统用于确定所述至少一个远程操作空中平台与所述风力涡轮机的至少一部分之间的距离；
对所述至少一个远程操作空中平台进行定位，使得所述至少一个无损评估装置获取用于检查所述风力涡轮机的数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
对所述风力涡轮机的外部进行检查。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
对所述风力涡轮机的内部进行检查。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述内部进行检查的步骤进一步包括以下步骤中的至少一个：
对塔架的内部进行检查和对机舱的内部进行检查。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供至少一个远程操作空中平台的步骤进一步包括以下步骤：
提供直升机和小型飞船中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供至少一个无损评估装置的步骤进一步包括以下步骤：
提供视觉摄像机、红外摄像机、声波发射器、声波接收器、辐射源、辐射探测器、超声装置、射线照相装置、热像装置和电磁装置中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供至少一个距离测量系统的步骤进一步包括以下步骤：
提供接触式冲突探测器、电磁收发器、声波收发器、激光收发器、雷达收发器、基于视觉的接收器和RFID标记收发器中的至少一种。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述至少一个远程操作空中平台进行定位的步骤进一步包括以下步骤：
在所述风力涡轮机的所述内部内对所述至少一个远程操作空中平台进行导航，其中所述导航基本由远程操作者执行。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述至少一个远程操作空中平台进行定位的步骤进一步包括以下步骤：
在所述风力涡轮机的所述内部内对所述至少一个远程操作空中平台进行导航，其中所述导航基本在预编程自主路径上执行。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
在所述风力涡轮机内提供用于所述至少一个远程操作空中平台的再充电站；
其中所述至少一个远程操作空中平台返回所述再充电站进行再充电。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
在所述再充电站中提供感应充电系统；以及
在所述至少一个远程操作空中平台中提供感应充电接收器。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供至少一个远程操作空中平台的步骤进一步包括以下步骤：
提供多个远程操作空中平台；
其中所述多个远程操作空中平台中的每一个都能够由人工操作者进行远程控制或者被控制成在预编程自主路径上导航到特定目标区域。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
提供至少一个清洁设备，所述至少一个清洁设备附连至所述至少一个远程操作空中平台；并且
其中所述至少一个清洁设备利用压缩空气、水、流体、研磨材料和磨削材料中的至少一种。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
提供至少一个修复设备，所述至少一个修复设备附连至所述至少一个远程操作空中平台；并且
其中所述至少一个修复设备利用研磨材料、磨削材料、涂料、粘合剂和密封材料中的至少一种。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
提供全球定位接收器，以确定所述至少一个远程操作空中平台的相对位置；
其中所述全球定位接收器用于对所述至少一个远程操作空中平台进行导航并且/或者保持所述至少一个远程操作空中平台在飞行过程中的位置。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Application publication date: 20120808 |