CN102889175B - 检测风力涡轮机转子叶片上的冰的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种检测风力发电机转子叶片上的冰的系统和方法。在一个实施例中，所述方法可包括：使所述转子叶片在一定桨距角范围内变桨；监测所述转子叶片变桨时所述风力涡轮机的冰相关参数；以及将所监测的冰相关参数与所述冰相关参数的预定基线廓线进行比较。

Description

检测风力涡轮机转子叶片上的冰的系统和方法
技术领域
本发明大体上涉及风力涡轮机，确切地说，涉及一种用于检测风力涡轮机转子叶片上的冰的系统和方法。
背景技术
通常情况下，风力涡轮机包括塔筒、安装在塔筒上的机舱，以及连接到机舱的转子。转子通常包括可旋转轮毂以及连接到轮毂并从该轮毂向外延伸的多片转子叶片。每片转子叶片围绕轮毂间隔排列，以促使转子旋转，从而将风的动能转化成可用的机械能，随后转化成电能。
在某些大气条件下，冰可能会堆积或者聚积在风力涡轮机的转子叶片上。随着聚积在转子叶片上的冰层逐渐变厚，叶片的气动表面会改变，从而降低气动性能。此外，冰聚积会显著增加转子叶片的重量，从而因作用在转子叶片上的弯矩和/或其他旋转力增加而破坏结构。此外，当聚积在每片转子叶片上的冰量不同时，可能会出现质量不平衡，从而严重损坏风力涡轮机。
鉴于与冰聚积相关的缺点，风力涡轮机可在确定一片或多片转子叶片的表面上已聚积冰时关机。风力涡轮机的运行随后可在证实转子叶片上不再存在冰时重新开始。因此，在风力涡轮机因冰聚积而关机之后，必须对每片转子叶片进行检查，以确定冰是否实际上和/或仍存在叶片上。通常，这要求每片叶片可从地面上的位置进行直观检查。但由于存在落冰风险，因此执行直观检查的服务人员必须位于距风力涡轮机安全距离处。因此，通常难以直观检测转子叶片上的冰聚积情况。此外，对转子叶片进行此类直观检查通常花费大量时间，从而不必要地增加风力涡轮机关机以检查冰聚积情况的时间量。
因此，本技术中需要一种能对风力涡轮机转子叶片上的冰进行准确且有效检测的系统和方法。
发明内容
以下说明将部分阐明本发明的各方面内容和优点，或者，这些方面和优点在说明中可能是显而易见的，或者通过实践本发明能够推导出。
一方面，本发明涉及一种用于检测风力涡轮机转子叶片上的冰的方法。所述方法通常可包括：使所述转子叶片在一定桨距角范围内变桨；监测所述转子叶片变桨时所述风力涡轮机的冰相关参数；以及将所监测的冰相关参数与所述冰相关参数的预定基线廓线(baselineprofile)进行比较。
其中使所述转子叶片在一定变桨角范围内变桨包括在所述风力涡轮机未运行时使所述转子叶片在所述桨距角范围内变桨。
其中使所述转子叶片在一定变桨角范围内变桨包括使所述转子叶片从顺桨位置以至少45度进行变桨。
其中使所述转子叶片在一定变桨角范围内变桨包括使所述转子叶片从顺桨位置变桨(feathered position)到功率位置(power position)。
其中监测所述转子叶片变桨时所述风力涡轮机的冰相关参数包括监测使所述转子叶片在所述桨距角范围内变桨所需的扭矩量。
其中监测使所述转子叶片在所述桨距角范围内变桨所需的扭矩量包括：监测所述转子叶片变桨时对所述风力涡轮机的变桨调整机构的电流输入；以及使所述电流输入与使所述转子叶片变桨所需的所述扭矩量相关联。
其中监测所述转子叶片变桨时对所述风力涡轮机的变桨调整机构的电流输入包括由控制器接收与对所述变桨调整机构的所述电流输入相关的信号。
其中监测使所述转子叶片在所述桨距角范围内变桨所需的扭矩量包括：监测所述转子叶片变桨时对所述风力涡轮机的变桨调整机构的压力输入；以及使所述压力输入与使所述转子叶片变桨所需的所述扭矩量相关联。
其中监测所述转子叶片变桨时对所述风力涡轮机的变桨调整机构的压力输入包括由控制器接收与对所述变桨调整机构的所述压力输入相关的信号。
其中监测使所述转子叶片在所述桨距角范围内变桨所需的扭矩量包括：监测所述转子叶片变桨时所述转子叶片的变桨轴承处存在的力；以及使所述力与使所述转子叶片变桨所需的所述扭矩量相关联。
其中监测所述转子叶片变桨时所述转子叶片的变桨轴承处存在的力包括由控制器接收与所述变桨轴承处存在的所述力相关的信号。
其中使所述转子叶片在一定变桨角范围内变桨包括使所述转子叶片以恒定的扭矩在一定桨距角范围内变桨。
其中监测所述转子叶片变桨时所述风力涡轮机的冰相关参数包括监测使所述转子叶片在所述桨距角范围内变桨所花费的时间量。
其中将所监测的冰相关参数与所述冰相关参数的预定基线廓线进行比较包括确定所述冰相关参数是否处于所述预定基线廓线的百分比变化范围内。
另一方面，本发明涉及一种用于检测风力涡轮机的转子叶片上的冰的系统。所述系统通常可包括：变桨调整机构，其经配置以使所述转子叶片变桨；以及传感器，其经配置以监测所述转子叶片变桨时所述风力涡轮机的冰相关参数。此外，所述系统可包括以可通信方式连接到所述变桨调整机构和所述传感器的控制器。所述控制器可经配置以控制所述变桨调整机构，从而使所述转子叶片在一定桨距角范围内变桨。此外，所述控制器可经配置以从所述传感器接收与所述冰相关参数相关的信号，并将所述冰相关参数与预定基线轮廓进行比较，以确定所述转子叶片上是否存在任何冰。
其中所述冰相关参数包括使所述转子叶片在所述桨距角范围内变桨所需的扭矩量。
其中所述传感器包括电流传感器，其经配置以监测对所述变桨调整机构的电流输入，或者所述传感器包括压力传感器，其经配置以监测对所述变桨调整机构的压力输入。
所述传感器经配置以监测所述风力涡轮机的变桨轴承处存在的力。
其中所述控制器经配置以控制所述变桨调整机构，从而使所述转子叶片从顺桨位置以至少45度进行变桨。
其中所述控制器经配置以控制所述变桨调整机构，从而在所述风力涡轮机未运行时使所述转子叶片在所述桨距角范围内变桨。
参考以下具体说明和所附权利要求书可更好地理解本发明的这些以及其他特征、方面和优点。附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，展示了本发明的各个实施例，并与具体说明一起解释本发明的原理。
附图说明
本说明书参考附图，针对所属领域的技术人员，完整且可实现地详细揭示了本发明，包括其最佳模式，其中：
图1所示为风力涡轮机的一个实施例的透视图；
图2所示为风力涡轮机的机舱的一个实施例的简化内部视图；
图3所示为可包括在风力涡轮机的涡轮控制器内的合适部件的一个实施例的示意图；
图4所示为用于检测风力涡轮机转子叶片上的冰的方法的一个实施例的流程图；
图5所示为在一定桨距角范围变桨的转子叶片的基线扭矩廓线的一个实施例；以及
图6所示为在一定桨距角范围变桨的转子叶片的基线时间廓线的一个实施例。
部件标号列表：
标号 部件 标号 部件
10 风力涡轮机 12 塔筒
14 表面 16 机舱
18 转子 20 可旋转轮毂
22 转子叶片 24 发电机
26 涡轮控制器 28 变桨轴
30 变桨调整机构 32 转子轴
34 发电机轴 36 齿轮箱
38 变桨驱动电机 40 变桨驱动齿轮箱
42 变桨驱动齿轮 44 变桨轴承
46 传感器 48 传感器
50 处理器 52 存储装置
54 通信模块 56 传感器接口
100 方法 102 方法项
104 方法项 106 方法项
110 廓线 112 百分比变化
114 线 210 廓线
212 百分比变化 214 线
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各个实施例，附图中将图示本发明实施例的一个或多个实例。各个实例用以解释本发明，而非限制本发明。事实上，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，所属领域的技术人员可对本发明做出各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分说明的特征可用于另一个实施例，从而得到又一个实施例。因此，本发明应涵盖所有属于所附权利要求书及其等效物的范围内的此类修改和变化。
一般而言，本发明涉及一种用于检测风力涡轮机转子叶片上的冰的系统和方法。具体而言，所揭示的系统和方法提供一种用于在风力涡轮机未运行时检测转子叶片上的冰聚积情况的手段。例如，在若干个实施例中，风力涡轮机关机之后，每片转子叶片可在一定桨距角范围内变桨，同时监测风力涡轮机的冰相关参数。所监测的冰相关参数随后可与此参数的预定基线廓线进行比较，以便确定任意转子叶片上是否存在冰。
现在参考附图，图1所示为风力涡轮机10的一个实施例的透视图。如图所示，风力涡轮机10通常包括从支撑表面14延伸的塔筒12、安装在塔筒12上的机舱16，以及连接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转轮毂20，以及连接到可旋转轮毂20并从该轮毂向外延伸的至少一片转子叶片22。例如，在所述实施例中，转子18包括三片转子叶片22。但在一个替代实施例中，转子18可包括一片或三片以下转子叶片22。每片转子叶片22可围绕轮毂20间隔排列，以促使转子18旋转，从而将风的动能转化成可用的机械能，随后转化成电能。例如，轮毂20以可旋转方式连接到位于机舱16内的发电机24(图2)，以使发电机产生电能。
风力涡轮机10还可包括处于机舱16中心的涡轮控制系统或涡轮控制器26。通常情况下，涡轮控制器26可包括计算机或其他合适的处理单元。因此，在若干个实施例中，涡轮控制器26可包括合适的计算机可读指令，所述指令在实施时会配置控制器26，以执行多种不同功能，例如，接收、传输和/或执行风力涡轮机控制信号。因此，涡轮控制器26通常可经配置以控制多种运行模式(例如，启动或关机顺序)和/或风力涡轮机10的部件。例如，控制器26可经配置以调整每片转子叶片22围绕其变桨轴28的叶片间距或桨距角(即，确定叶片22相对于风向的角度的角)，以便控制转子叶片22的旋转速度和/或风力涡轮机10生成的功率输出。例如，涡轮控制器26可能通过向风力涡轮机10的一个或多个变桨驱动装置或变桨调整机构30(图2)传输合适的控制信号而单独或同时控制转子叶片22的桨距角。在风力涡轮机10运行期间，控制器26通常可控制每个变桨调整机构30，以便使每片转子叶片22的桨距角在0度(即，转子叶片22的功率位置(power position))与90度(即，转子叶片22的顺桨位置(feathered position))之间变化。
现在参考图2，所示为图1所示的风力涡轮机10的机舱16的一个实施例的简化内部视图。如图所示，发电机24可设置在机舱16内。通常情况下，发电机24可连接到转子18，以用于从转子18生成的旋转能中产生电能。例如，如所述实施例所示，转子18可包括转子轴32，所述转子轴连接到轮毂20，从而与轮毂一起旋转。转子轴32又通过齿轮箱36以可旋转方式连接到发电机24的发电机轴34。众所周知，转子轴32可响应于转子叶片22和轮毂20的旋转而向齿轮箱36提供低速高扭矩输入。齿轮箱36随后可经配置以将低速高扭矩输入转换成高速低扭矩输出，以驱动发电机轴34，从而驱动发电机24。
此外，涡轮控制器26也可位于机舱16内。众所周知，涡轮控制器26以可通信方式连接到风力涡轮机10的任意数目个部件，以便控制此类部件的运行。例如，如上文所述，涡轮控制器26以可通信方式连接到风力涡轮机10的每个变桨调整机构30(图示其中一个)，以促使每片转子叶片22围绕其变桨轴28旋转。
通常情况下，每个变桨调整机构30可包括任意合适的部件，且可具有使变桨调整机构30如本专利申请文件所述那样运行的任意合适的配置。例如，在若干个实施例中，每个变桨调整机构30可包括变桨驱动电机38(例如，任意合适的电动机)、变桨驱动齿轮箱40，以及变桨驱动齿轮42。在此类实施例中，变桨驱动电机38可连接到变桨驱动齿轮箱40，从而变桨驱动电机38向变桨驱动齿轮箱40施加机械力。类似地，变桨驱动齿轮箱40可连接到变桨驱动齿轮42，以与所述变桨驱动齿轮一起旋转。变桨驱动齿轮42又可与连接在轮毂20与对应转子叶片22之间的变桨轴承44旋转配合，这样变桨驱动齿轮42旋转便可使变桨轴承44旋转。因此，在此类实施例中，变桨驱动电机38的旋转驱动变桨驱动齿轮箱40和变桨驱动齿轮42，从而使变桨轴承44和转子叶片22围绕变桨轴28旋转。
在各替代实施例中，应了解，每个变桨调整机构30可具有促使转子叶片22围绕其变桨轴28旋转的任意其他合适的配置。例如，已知变桨调整机构30包括液压或气动驱动装置(例如，液压缸或气动缸)，所述驱动装置经配置以向变桨轴承44传输旋转能，从而使转子叶片22围绕其变桨轴28旋转。因此，在若干个实施例中，替代于上述电动式变桨驱动电机38，每个变桨调整机构30可包括利用流体压力向变桨轴承44施加扭矩的液压或气动驱动装置。
仍参考图2，风力涡轮机还可包括多个传感器46、48，用于监测风力涡轮机10的一个或多个参数和/或条件。如本专利申请文件所使用的那样，风力涡轮机10的参数和/或条件可在传感器46、48用来确定现值时进行“监测”。因此，术语“监测”及其变化用来表明传感器46、48无需对被监测的参数和/或条件进行直接测量。例如，传感器46、48可用来生成与被监测的参数和/或条件相关的信号，所述信号随后可由涡轮控制器26或其他合适的装置用来确定实际参数和/或条件。
因此，在本发明的若干个实施例中，风力涡轮机10可包括一个或多个传感器46、48，其经配置以监测使每片转子叶片22围绕其变桨轴28变桨所需的扭矩量。具体而言，在若干个实施例中，风力涡轮机10可包括一个或多个传感器46，其经配置以向涡轮控制器26传输与由每个变桨调整机构30生成的扭矩量直接相关的信号。例如，传感器46可包括一个或多个扭矩传感器，其连接到变桨驱动电机38、变桨齿轮箱40和/或变桨驱动齿轮42的一部分，以便监测由每个变桨调整机构30生成的扭矩。或者，传感器46可包括一个或多个合适的传感器，所述合适的传感器经配置以向涡轮控制器26传输与由每个变桨调整机构30生成的扭矩量间接相关的信号。例如，在变桨驱动机构30为电驱动的实施例中，传感器46可包括一个或多个电流传感器，其经配置以检测供应给各变桨调整机构30的变桨驱动电机38的电流。类似地，在变桨调整机构30为液压或气动驱动的实施例中，传感器42可包括一个或多个合适的压力传感器，其经配置以检测液压或气动驱动装置内的流体压力。在此类实施例中，涡轮控制器26通常可包括合适的计算机可读指令(例如，采用合适的方程、传递函数、模型等形式)，所述指令在实施时会配置控制器26，以使电流输入或压力输入与由每个变桨调整机构30生成的扭矩相关联。
除了上述传感器46之外或作为替代，风力涡轮机10还可包括一个或多个传感器48，其配置成通过测量变桨轴承44处存在的力(例如，变桨驱动齿轮42与变桨轴承44之间的接口处存在的力)来监测使每片转子叶片22变桨所需的扭矩。例如，传感器48可包括一个或多个压力传感器和/或经配置以传输与变桨轴承44处存在的力相关的信号的任意其他合适的传感器。在此类实施例中，与上文所述相似，涡轮控制器26通常可包括合适的计算机可读指令(例如，采用合适的方程、传递函数、模型等形式)，所述指令在实施时会配置控制器26，以使变桨轴承44处存在的力与使每片转子叶片22变桨所需的扭矩相关联。
应了解，风力涡轮机10还可包括各种其他传感器，用于监测风力涡轮机10的任意其他合适的参数和/或条件。例如，风力涡轮机10可包括多个传感器，用于监测每片转子叶片22的桨距角、转子叶片22上的任意弯矩、转子18和/或转子轴32的速度、发电机24和/或发电机轴34的速度、转子轴32和/或发电机轴34上的扭矩、风速和/或风向，和/或任意其他合适的参数和/或条件。
现参考图3，所示为根据本发明各方面的可包括在涡轮控制器26内的合适部件的一个实施例的框图。如图所示，涡轮控制器26可包括一个或多个处理器50以及相关存储装置52，这两部分经配置以执行多种计算机实施的功能(例如，执行本专利申请文件中所述的方法、步骤、计算等)。本专利申请文件中所用的术语“处理器”不仅指现有技术中所提及的包括于计算机中的集成电路，还指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路，以及其他可编程电路。此外，存储装置52通常可包括存储元件，所述存储元件包括，但不限于，计算机可读媒体(例如，随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性媒体(例如，闪存)、软盘、只读光盘(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能光盘(DVD)，和/或其他合适的存储元件。此类存储装置52通常可经配置以存储合适的计算机可读指令，所述指令在由处理器50实施时会配置涡轮控制器26，以执行多种功能，所述功能包括，但不限于，向一个或多个变桨调整机构30传输合适的控制信号、监测风力涡轮机10的各种参数和/或条件，以及各种其他合适的计算机实施的功能。
此外，涡轮控制器26还可包括通信模块54，用以促进控制器26与风力涡轮机10的各部件之间的通信。例如，通信模块54可用作接口，以供涡轮控制器26将控制信号传输到每个变桨调整机构30，从而控制转子叶片22的桨距角。此外，通信模块54可包括传感器接口56(例如，一个或多个模数转换器)，以将从风力涡轮机10的传感器46、48传输的信号转换成可由处理器50知晓且处理的信号。
应了解，传感器46、48可使用任意合适的方法以可通信方式连接到通信模块54。例如，如图3所示，各传感器46、48经由有线连接而连接到传感器接口56。但在其他实施例中，传感器46、48可经由无线连接而连接到传感器接口56，例如，通过使用所属领域已知的任意合适的无线通信协议。
现在参考图4，所示为用于检测风力涡轮机转子叶片上的冰的方法100的一个实施例的流程图。如图所示，方法100通常包括：使转子叶片在一定桨距角范围内变桨102；监测所述转子叶片变桨时风力涡轮机的冰相关参数104；以及将所监测的冰相关参数与冰相关参数的预定基线廓线进行比较106。
一般而言，所揭示的方法100可为检测转子叶片22上的冰聚积情况提供简单且准确的测试。具体而言，所揭示的方法100为在风力涡轮机10未运行时(即，转子18未旋转时)检测转子叶片22上的冰聚积情况提供测试。例如，如上文所述，风力涡轮机10通常在确定冰聚积在一片或多片转子叶片22上时关机，以防止损坏转子叶片22，和/或降低冰从转子叶片22落下造成损坏/破坏的可能性。此外，当风力涡轮机10因一片或多片转子叶片22上确定或实际上出现冰聚积而关机后，风力涡轮机10的运行通常不会重新开始，直到证实叶片22上不再存在冰为止。因此，所揭示的方法100可快速且准确地检测出冰的存在，从而使风力涡轮机10的停机时间最短。
在若干个实施例中，应了解，所揭示的方法100可由涡轮控制器26自动执行。例如，涡轮控制器26可具有合适的计算机可读指令，所述指令在实施时会配置控制器26，以向变桨调整机构30传输控制信号，从而使转子叶片22在一定桨距角范围内变桨。此外，涡轮控制器26可经配置以监测每片转子叶片22变桨时风力涡轮机10的冰相关参数，并且基于所述冰相关参数确定是否有冰聚积在叶片22上。例如，控制器26可经配置以将所监测的冰相关参数与此参数的预定基线廓线进行比较，从而确定转子叶片22上是否存在冰。
如图4所示，在102中，一片或多片转子叶片22可在一定桨距角范围内变桨。如上文所述，所揭示的方法100通常设计成非运行冰检测测试。因此，在若干个实施例中，风力涡轮机10可在使转子叶片22在所述桨距角范围内变桨之前关机。例如，每片转子叶片22最初可变桨到顺桨位置(即，90度桨距角)，以便阻止转子18旋转，从而阻止风力涡轮机10暂停运行。
风力涡轮机10关机之后，转子叶片22随后可使用上述变桨调整机构30在所述桨距角范围变桨。在若干个实施例中，涡轮控制器26可经配置以单独控制变桨调整机构30，这样便可一次使一片转子叶片22变桨。例如，控制器26可经调整以最初向其中一个变桨调整机构30传输合适的控制信号，这样只有受此变桨调整机构30控制的转子叶片22在所述桨距角范围变桨。在使转子叶片22变桨并让其返回到顺桨位置之后，控制器26可接着向其中另一变桨调整机构30传输合适的控制信号，这样另一转子叶片22便在所述桨距角范围变桨。通过以这种方式使转子叶片22中的每片叶片变桨，未被测试的转子叶片22可固定在顺桨位置，从而防止转子18旋转。
通常情况下，在执行所揭示的方法100期间，每片转子叶片22可在任意合适的桨距角范围内变桨。如下文将更详细地描述，每片转子叶片22在变桨时通常会使风力涡轮机10的冰相关参数在叶片22变桨时被监测，从而表明冰是否已聚积在叶片22上。因此，应了解，每片转子叶片22变桨的角范围通常可变化，具体取决于多种因素，所述因素包括，但不限于，每片转子叶片22的配置、风力涡轮机10的配置、被监测的特定冰相关参数和/或涉及冰相关参数所需的数据量，以便准确评估转子叶片22上是否存在冰。但在若干个实施例中，每片转子叶片22通常可以离顺桨位置至少45度进行变桨，例如，使每片转子叶片以离所述顺桨位置至少90度，或离所述顺桨位置至少180度，以及这两者之间的所有其他子范围进行变桨。例如，在一个实施例中，每片转子叶片22可变桨共约180度，例如，通过使每片转子叶片22从顺桨位置变桨到功率位置再回到顺桨位置。在另一实施例中，每片转子叶片22可按顺时针或逆时针方向围绕变桨轴28变桨一整周(即，360度)。
仍参考图4，在104中，风力涡轮机10的冰相关参数在转子叶片22在所述桨距角范围内变桨时被监测。本专利申请文件中所用的术语“冰相关参数”通常是指可随着转子叶片22进行变桨而变化的风力涡轮机10的任意参数和/或条件，具体取决于叶片22上是否存在冰。例如，在若干个实施例中，所述冰相关参数可对应于使每片转子叶片22在所述桨距角范围变桨所需的扭矩量。具体而言，如上文所述，冰在转子叶片22上聚积会增加叶片的重量，并可能会改变叶片的质量分布。因此，使没有冰聚积的转子叶片22变桨所需的扭矩通常不同于使聚积了冰的相同转子叶片22变桨所需的扭矩。
如上文所述，使每片转子叶片22变桨所需的扭矩可使用一个或多个合适的传感器46、48进行监测。例如，对各变桨调整机构30所生成的扭矩的监测可直接使用合适的扭矩传感器，或间接使用各种其他合适的传感器(例如，经配置以监测对变桨调整机构30的电流输入和/或压力输入的电流传感器和/或压力传感器)。或者，使各转子叶片变桨所需的扭矩可通过监测风力涡轮机10的变桨轴承44处存在的力来进行监测。
在其他实施例中，冰相关参数可对应于使各转子叶片22在所述桨距角范围变桨所需的时间量。例如，在一个实施例中，各变桨调整机构30可经配置以使各转子叶片22以恒定的扭矩变桨。因此，由于冰聚积造成重量增加和/或质量分布变化，因此，使各转子叶片22变桨所需的时间会根据冰的存在而变化。在此类实施例中，涡轮控制器26通常配置成测量使各转子叶片22变桨所需的时间。例如，控制器26可具有合适的计算机可读指令和/或合适的数字硬件(例如，数字计数器)，用于配置控制器26，以在各叶片22在所述桨距角范围变桨时监测所经过的时间量。
在其他实施例中，应了解，冰相关参数可对应于表明转子叶片22上存在冰的风力涡轮机10的任意其他合适的参数和/或条件。例如，所述冰相关参数可对应于作用在转子叶片22上的弯矩和/或其他应力，因为此类弯矩和/或其他应力通常会因由冰聚积造成的重量增加而变化。在此类实施例中，一个或多个应变计和/或其他合适的传感器可安装在转子叶片22内，以便监测此类弯矩和/或其他应力。
仍参考图4，在106中，所监测的冰相关参数可与预定基线廓线进行比较，以便确定转子叶片22上实际上是否存在冰。一般而言，基线廓线可对应于参考值的预定集，所述参考值等于在假设进行变桨的转子叶片22存在冰时所监测的冰相关参数的预期或实际值。例如，当冰相关参数对应于使各转子叶片22变桨所需的扭矩量时，所述基线廓线可包括等于在叶片22上不存在冰时使各转子叶片22在桨距角范围内变桨所需的扭矩量的预定值集。因此，基线廓线的变化通常可表明转子叶片22上的冰聚积情况。
应了解，特定冰相关参数的基线廓线通常会随着风力涡轮机10和/或转子叶片22的不同而有所不同。因此，在若干个实施例中，所监测的冰相关参数的单个基线廓线可针对每片转子叶片22进行确定。一般而言，转子叶片22的基线廓线可使用所属领域已知的任意合适的手段和/或方法进行确定。例如，在一个实施例中，每片转子叶片22的基线廓线可通过实验进行确定，例如，通过在已知叶片22上没有冰时单独使每片转子叶片22在上述桨距角范围内变桨，并监测叶片22的冰相关参数，以建立基线廓线。在另一实施例中，每片转子叶片22的基线廓线可通过数学方法进行建模或确定，例如，通过基于每片叶片22的配置、每个变桨调整机构30的规格和/或预期冰相关参数因存在冰而发生的变化等来计算基线廓线。
也应了解，在若干个实施例中，为特定转子叶片22建立的基线廓线可不断更新。具体而言，由于风力涡轮机部件磨损和断裂及其他因素，转子叶片22的基线廓线可随时间而变化。例如，变桨轴承44中一个轴承的磨损和断裂可能会显著影响对应转子叶片22的基线廓线。因此，在若干个实施例中，涡轮控制器26可经配置以基于所计算和/或所预期的涡轮部件磨损和/或基于可造成基线廓线随时间变化的任意其他因素来不断调整每片转子叶片22的基线廓线。
现在参考图5，所示为根据本发明各方面的使转子叶片22在一定桨距角范围内变桨所需的扭矩的基线扭矩廓线110的一个实例。具体而言，基线扭矩廓线110图示针对没有冰聚积且桨距角从顺桨位置延伸到功率位置并回到顺桨位置的转子叶片22。因此，在执行所揭示的方法100期间，当转子叶片22在此类桨距角进行变桨时，使叶片22变桨所需的扭矩可不断与基线扭矩廓线110进行比较，以确定转子叶片22上是否聚积任何冰。
此外，在若干个实施例中，预定公差或百分比变化112可并入基线廓线110中，以适应因传感器不准确、部件磨损和/或与转子叶片22上的冰聚积无关的其他因素而导致的轻微偏差。例如，如图5所示，各桨距角的扭矩值范围可结合于基线扭矩廓线110与线114之间，所述线114对应于基线扭矩廓线110的容许百分比变化112。因此，只要针对转子叶片22监测的扭矩值处于基线扭矩廓线110与线114之间所界定的范围内，便可假设叶片22上不存在冰。但如果所监测的扭矩值中的任意值在容许百分比变化112之外，则可假设转子叶片22上已聚积了冰，而且风力涡轮机10的运行可延迟，直到确定叶片22上不再存在冰为止。例如，涡轮控制器26可经配置以等待预定时间，且随后重新执行所揭示的方法10，以便确定先前检测到的冰是否已融化或者是否已从转子叶片22上除去。
应了解，基线廓线110的容许百分比变化112通常会基于多种因素而变化，所述多种因素包括，但不限于，转子叶片22的配置、所使用的任意传感器46、48的准确性，和/或任意相关风力涡轮机部件(例如，变桨轴承44)的预期磨损。然而，所属领域的一般技术人员能基于上述因素和/或可能会造成基线廓线110和/或所监测的冰相关参数发生变化的任意其他合适的因素，为每个基线廓线110确定合适的百分比变化112。还应了解，容许百分比变化112不仅需要对应于使叶片22如图4所示那样变桨所需的扭矩大小的增加。例如，在其他实施例中，容许百分比变化112可对应于基线扭矩廓线110的增/减变化，或使叶片22变桨所需的扭矩大小的增加减少。
现在参考图6，所示为根据本发明各方面的使转子叶片22以恒定扭矩在一定桨距角范围内变桨所需的时间量的基线时间廓线210的一个实例。具体而言，基线时间廓线210图示针对没有冰聚积且桨距角从顺桨位置延伸到功率位置并回到顺桨位置的转子叶片22。因此，在执行所揭示的方法100期间，当转子叶片22以此类桨距角变桨时，使叶片22变桨所需的时间量可不断与基线时间廓线210进行比较，以确定转子叶片22上是否聚积任何冰。
此外，与图5所示相似，在若干个实施例中，预定公差或百分比变化212可并入基线廓线210中。例如，如图6所示，各桨距角的时间值范围可结合于基线时间廓线210与线214之间，所述线214对应于基线时间廓线210的容许百分比变化212。因此，只要所监测的时间值处于基线时间廓线210与线214之间所界定的范围内，便可假设转子叶片22上不存在冰。但如果所监测的时间值中的任意值在容许百分比变化212之外，则可假设转子叶片22上已聚积了冰，而且风力涡轮机10的运行可延迟，直到确定叶片22上不再存在冰为止(例如，通过在预定时间之后重新执行所揭示的方法100)。
如上文所述，应了解，本发明还涉及一种用于检测风力涡轮机转子叶片22上的冰的系统。因此，在若干个实施例中，所述系统通常可包括：变桨调整机构30，其经配置以使转子叶片22围绕其变桨轴28变桨；以及一个或多个传感器46、48，其经配置以监测叶片22变桨时风力涡轮机10的冰相关参数。此外，所述系统可包括以可通信方式连接到变桨调整机构30和传感器46、48的控制器26。如上文所述，控制器26可经配置以控制变桨调整机构30，从而使转子叶片22跨过一定的桨距角范围进行变桨。此外，控制器26还可经配置以从传感器46、48接收与所监测的冰相关参数有关的信号，并将此监测的参数与预定基线廓线进行比较，从而确定转子叶片22上是否存在任何冰。
本说明书使用了各种实例来揭示本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并可包括所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。

Claims (15)

1.一种检测风力涡轮机(10)的转子叶片(22)上的冰的方法(100)，所述方法(100)包括：
在一定桨距角范围内对所述转子叶片(22)进行变桨；
监测所述转子叶片(22)变桨时所述风力涡轮机(10)的冰相关参数；以及
将所监测的冰相关参数与所述冰相关参数的预定基线廓线(110、210)进行比较。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中使所述转子叶片(22)在一定桨距角范围内变桨包括在所述风力涡轮机(10)未运行时使所述转子叶片(22)在一定桨距角范围内变桨。
3.根据权利要求1所述的方法(100)，其中使所述转子叶片(22)在一定桨距角范围内变桨包括使所述转子叶片(22)从顺桨位置以至少45度进行变桨。
4.根据权利要求1所述的方法(100)，其中使所述转子叶片(22)在一定桨距角范围内变桨包括使所述转子叶片(22)从顺桨位置变桨到功率位置。
5.根据权利要求1所述的方法(100)，其中监测所述转子叶片(22)变桨时所述风力涡轮机(10)的冰相关参数包括监测使所述转子叶片(22)在所述桨距角范围内变桨所需的扭矩量。
6.根据权利要求5所述的方法(100)，其中监测使所述转子叶片(22)在所述桨距角范围内变桨所需的扭矩量包括：
监测所述转子叶片(22)变桨时对所述风力涡轮机(10)的变桨调整机构(30)的电流输入；以及
使所述电流输入与使所述转子叶片(22)变桨所需的所述扭矩量相关联。
7.根据权利要求6所述的方法(100)，其中监测所述转子叶片(22)变桨时对所述风力涡轮机(10)的变桨调整机构(30)的电流输入包括由控制器(26)接收与对所述变桨调整机构(30)的所述电流输入相关的信号。
8.根据权利要求5所述的方法(100)，其中监测使所述转子叶片(22)在所述桨距角范围内变桨所需的扭矩量包括：
监测所述转子叶片(22)变桨时对所述风力涡轮机(10)的变桨调整机构(30)的压力输入；以及
使所述压力输入与使所述转子叶片(22)变桨所需的所述扭矩量相关联。
9.根据权利要求8所述的方法(100)，其中监测所述转子叶片(22)变桨时对所述风力涡轮机(10)的变桨调整机构(30)的压力输入包括由控制器(26)接收与对所述变桨调整机构(30)的所述压力输入相关的信号。
10.根据权利要求5所述的方法(100)，其中监测使所述转子叶片(22)在所述桨距角范围内变桨所需的扭矩量包括：
监测所述转子叶片(22)变桨时所述转子叶片(22)的变桨轴承(44)处存在的力；以及
使所述力与使所述转子叶片(22)变桨所需的所述扭矩量相关联。
11.根据权利要求10所述的方法(100)，其中监测所述转子叶片(22)变桨时所述转子叶片(22)的变桨轴承(44)处存在的力包括由控制器(26)接收与所述变桨轴承(44)处存在的所述力相关的信号。
12.根据权利要求1所述的方法(100)，其中使所述转子叶片(22)在一定桨距角范围内变桨包括使所述转子叶片(22)以恒定的扭矩在一定桨距角范围内变桨。
13.根据权利要求12所述的方法(100)，其中监测所述转子叶片(22)变桨时所述风力涡轮机(10)的冰相关参数包括监测使所述转子叶片(22)在所述桨距角范围(102)内变桨所花费的时间量。
14.根据权利要求1所述的方法(100)，其中将所监测的冰相关参数与所述冰相关参数的预定基线廓线(110、210)进行比较(106)包括确定所述冰相关参数是否处于所述预定基线廓线(110、210)的百分比变化(112、212)范围内。
15.一种检测风力涡轮机(10)的转子叶片(22)上的冰的系统，所述系统包括：
变桨调整机构(30)，其经配置以使所述转子叶片(22)变桨；
传感器(46、48)，其经配置以监测所述转子叶片(22)变桨时所述风力涡轮机(10)的冰相关参数；以及
控制器(26)，其以可通信方式连接到所述变桨调整机构(30)和所述传感器(46、48)，所述控制器(26)经配置以控制所述变桨调整机构(30)，从而使所述转子叶片(22)在一定桨距角范围内变桨，所述控制器(26)经进一步配置以从所述传感器(46、48)接收与所述冰相关参数有关的信号，并将所述冰相关参数与预定基线廓线(110、210)进行比较，从而确定所述转子叶片(22)上是否存在任何冰。
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