CN104047804A - 测量风力涡轮机的叶片的偏转的装置 - Google Patents

Abstract

测量风力涡轮机的叶片的偏转的装置。根据发明的装置，确定风力涡轮机的叶片的偏转。接近于叶片的尖端布置发射机，同时接近于叶片的根端布置接收机。发射机和接收机准备用于从发射机发送到接收机的监视信号的无线传输。接近于叶片的根端布置监视系统。监视系统准备生成监视信号。监视系统通过电缆约束通信线路与发射机相连，因此监视信号被从监视系统传输到发射机。该监视系统甚至与接收机相连，因此监视信号被从接收机传输到监视系统。该监视系统准备基于传输的监视信号来确定叶片的偏转。

Description

测量风力涡轮机的叶片的偏转的装置

技术领域

本发明涉及一种测量风力涡轮机的叶片的偏转的装置。

背景技术

现代风力涡轮机的叶片显示出45米或更多的长度。叶片针对其重量、针对其空气动力特性及针对基于叶片性质的电功率的最可能的生成而被优化。

因此，该优化迟早将导致相当灵活且长的叶片。由于叶片的灵活性，出现了在操作中的风力涡轮机的转动叶片的尖端可能撞击塔架的问题。

塔架与叶片尖端之间的距离也被称为“叶片尖/塔架间隙”。

通过监视叶片的尖端来测量转动叶片的偏转是已知的。

一个可能性是在叶片表面上附着应变仪。其主要用于测试目的以在叶片收到旋转移动的应力时收集关于叶片的某些知识。量规（gauge）的安装和用于测量数据的传输的相应总线系统的安装是相当昂贵并耗费时间且精细的。由于系统的整个设备可能被暴露于雷击，所以整个系统不适合于较长时间段。

文献DE 10 2006 054 667 A1描述了一种警告系统，其被布置成防止风力涡轮机的转动转子叶片撞击风力涡轮机塔架。转动叶片的弯曲由传感器确定。该传感器执行光学测量、超声波测量或基于雷达的测量，其被用来确定叶片的弯曲。

文献EP 2 485 011 A1描述了一种测量风力涡轮机叶片的偏转的装置。无源反射器被布置在叶片的尖端处。天线系统被布置在机舱（nacelle）的顶部处并接近于叶片的根端。天线系统被构建为线性天线系统且包含发射天线和接收天线。无源反射器和天线系统被无线电信号耦合，其被经由反射器从发射天线朝着接收天线发送。接收天线与评估单元相连，其准备基于接收无线电信号的确定相角来测量叶片的偏转。

如DE 10 2006 054 667 A1中和EP 2 485 011 A1中所描述的解决方案导致“叶片尖/塔架间隙”，其并不是足够精确的，因为这些解决方案信任类似于反射器和传感器之类的无源元件。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种用来以高的和准确的方式测量风力涡轮机的叶片的偏转的改进装置。

通过权利要求1的特征达到此目的。本发明的优选实施例由从属权利要求解决。

根据发明的装置，风力涡轮机的叶片的偏转被确定。发射机被接近于叶片的尖端布置，而接收机被接近于叶片的根端布置。发射机和接收机准备用于从发射机发送到接收机的监视信号的无线传输。

监视系统被接近于叶片的根端布置。监视系统准备生成监视信号。

监视系统通过电缆约束通信线路与发射机相连，因此监视信号被从监视系统传输至发射机。该监视系统甚至与接收机相连，因此监视信号被从接收机传输到监视系统。

该监视系统准备基于传输的监视信号来确定叶片的偏转。

发明的装置允许针对叶片偏转确定准确的结果。因此，能够由优化的风力涡轮机叶片来保持“叶片尖/塔架间隙”。

发明的装置是基于导致关于叶片偏转的准确信息的有源部件。

发明的装置允许降低叶片的复杂性。不再存在对以过度的方式浪费叶片材料而仅仅为了减少叶片偏转的需要。因此能够降低转子的成本且甚至转子的质量，导致更平衡的转子装置。

由于此，甚至减少了作用于转子及其轴承上的重力负荷，增强了风力涡轮机的可靠性和寿命。

另外，也能够减少现在被用来增加“叶片尖/塔架间隙”的叶片的预弯曲。

因此，减少了或者甚至避免了针对预弯曲叶片发生的运输问题。

在优选配置中，监视系统与紧急停止系统（emergency-stop-system）相连。该紧急停止系统被布置成并准备一旦叶片的偏转超过某个阈值值、就停止风力涡轮机操作。

因此，在最坏情况下，能够发起风力涡轮机的相当快速的紧急停止。

紧急停止系统是改进安全系统的一部分，因为叶片偏转被连续地监视。

如果叶片偏转超过给定阈值值，则发起安全停止序列。

因此，能够通过叶片材料的一定减少来降低叶片的硬度。这导致改善的叶片灵活性，并且其又导致用于制造叶片的降低的成本。

叶片偏转和此知识与紧急停止系统的组合的组合导致廉价、容易且准确的风力涡轮机安全系统。

在优选配置中，发射机、接收机和监视系统是有源雷达系统的一部分。

在有源雷达系统解决方案的优选配置中，监视系统准备基于传输监视信号的到达角数据来确定叶片的偏转。

在有源雷达系统解决方案的优选配置中，监视系统准备基于传输监视信号的飞行时间数据来确定叶片的偏转。

处理飞行时间数据的非常灵敏的方式是接收监视信号的相位分析。这允许随时间推移而跟踪相位，并且允许以波长的几分之一的准确度来测量发射机与接收机之间的变化距离（即接收机的天线与发射机的天线之间的距离）。

完成相位分析的非常精细的方式被称为“距离多普勒处理”，其优选地与此配置组合地使用。

在有源雷达系统解决方案的优选配置中，监视系统准备基于发射机与接收机之间的测量距离来确定叶片的偏转，同时使用该距离作为用于叶片偏转的等效特性。

例如，能够测量接收机的天线与发射机的天线之间的距离。

该监视系统将测量距离与预定最小距离相比较。如果测量距离下降到最小距离以下，则检测到比允许的更强的偏转，因此触发紧急停止系统。依次，停止风力涡轮机的操作。

在有源雷达系统解决方案的优选配置中，监视系统准备基于在其之下从接收机的位置看到发射机的位置的角度的测量变化来确定叶片的偏转。角度的这些变化被用作用于叶片偏转的等效特性。

在优选配置中，监视系统通过电缆约束通信线路与接收机相连。

在优选配置中，监视系统通过作为光学通信系统的一部分的光纤与发射机相连。

这形成用于被用作监视信号的光学已调制信号从监视系统到发射机的传输的基础。由于信号调制，监视信号的传输是安全的，并且不易于失败。

甚至能够在发射机处使用简单的光学检测装置。因此，基于传输的光学已调制信号的监视信号的重构是相当容易且廉价的。

光学传输甚至允许一方面发射机的且另一方面接收机和监视系统的电解耦。

由于光学连接且由于无线连接，增强了系统的雷电保护，同时未将所使用的部件暴露于到叶片表面中的雷击。

在优选配置中，发射机准备用于监视信号到接收机的射频传输。甚至接收机也准备接收监视信号，其被发射机作为射频信号发射。

因此，能够由廉价且可靠的部件和众所周知的传输技术来建立传输。

在优选配置中，在叶片的尖端处将发射机布置在叶片内。

在优选配置中，另外在叶片的根端处将接收机布置在叶片内。

在优选配置中，甚至在叶片的根端处且接近于接收机将监视系统布置在叶片内。

因此，保护了系统的所有相关部件不受环境影响，增加了整体测量和安全系统的寿命。

由于接收机被布置在叶片的根端处，所以增加了所确定偏转的准确度。

由于其在叶片的根端处的位置，存在对接收机和对监视系统的相当好且容易的接近以便如果需要的话，执行维护服务。

在优选配置中，将接收机和监视系统组合成集成装置。因此，建立了相干接收，甚至鉴于上面描述的“飞行时间测量”增强了偏转的确定的准确度。

在优选配置中，未将接收机和监视系统组合，因此在监视系统内但远离发射机和接收机生成发射的监视信号。监视系统以及接收机被布置在叶片处。

因此，允许如上面描述的“到达角检测”，同时不存在对经由某种旋转接头从即机舱和旋转叶片发射任何信号的需要。因此，增加了偏转检测装置的可靠性和寿命。

发明的装置甚至允许当如果风力涡轮机被停止时监视叶片偏转。所有相关部件是风力涡轮机的很好集成的部分，因此，该装置是“长期功能完好的”。

由于所使用的雷达信号，甚至在坏天气条件下整个系统也是非常可靠的。

此外，整个系统提供了高准确度和采样率，并且不需要任何种类的精细图像处理。

优选地，接收机和发射机被多个监视信号耦合。因此，增强了叶片偏转检测，并且收集的结果是相当可靠的。

优选地，风力涡轮机的每个叶片包含本发明装置。因此，增强了叶片偏转检测，并且收集的结果就每个叶片而言是相当可靠的。

优选地，发射机准备对无线发射监视信号进行调制，因此结果更加准确。

借助于图1更详细地示出了本发明。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个优选装置且不应限制本发明的基本思想和范围。

具体实施方式

在此图中以“切断”方式示出的风力涡轮机WT示出了机舱NAC、集线器HB和叶片BL。

具有集成天线TRANT的发射机TRA被接近于叶片的尖端布置。

发射机TRA优选地被布置到叶片腔体中，其从叶片BL的根端RE延伸到叶片BL的尖端TE。

具有集成天线RECANT的接收机REC被布置在叶片BL的根端RE处。

接收机REC优选地被布置到叶片腔体中，其从叶片BL的根端RE延伸到叶片BL的尖端TE。

发射机TRA和接收机REC准备用于监视信号的基于射频的信号传输。经由RF连接从发射机TRA传输到接收机REC的监视信号被标记为监视信号RFS。

监视系统MS被布置成接近于接收机REC且被布置成到叶片腔体中。

监视系统MS准备生成被使用的监视信号RFS和OFS。

监视系统MS通过光纤OF与发射机TRA相连。因此，监视信号OFS经由光纤OF被从监视系统MS传输到发射机TRA。

监视系统MS与接收机REC相连，因此，被接收机RFC作为信号RFS接收到的监视信号被从接收机REC传输至监视系统MS。

监视系统MS准备基于所传输监视信号OFS和RFS来确定叶片BL的偏转DEF。

监视系统MS与紧急停止系统ESS相连。紧急停止系统ESS被布置成并准备一旦叶片BL的偏转DEF超过某个阈值值、就停止风力涡轮机WT的操作。

通过光纤OF发送的监视信号OFS可能包含一个或多个激光脉冲。

接收机REC和发射机TRA是有源雷达系统的一部分。发射机TRA将激光脉冲转换成在雷达系统中被用作雷达信号的监视信号RFS。

该雷达信号被接收机REC的天线RECANT接收。雷达信号被转换并传递到监视系统MS。

基于接收到的雷达信号，计算“飞行时间”或“到达角”。

如果这些值中的一个在预定义阈值值外面，则停止信号被发起并被发送到紧急停止系统ESS。

叶片BL将俯仰至停止位置，例如以停止风力涡轮机的操作。

作为选择，在预定义时间段内一旦预定义阈值值被接近、就可以向风力涡轮机控制器发送“预警信号”。基于此“预警信号”，能够在预期的时间调整叶片俯仰位置以减少作用于叶片上的风压负载并因此也减少叶片偏转。

Claims (13)

1.一种测量风力涡轮机的叶片的偏转的装置，

—其中，接近于叶片的尖端布置发射机，并且其中，接近于叶片的根端布置接收机，

—其中，所述发射机和所述接收机准备用于从发射机发送到接收机的监视信号的无线传输，

—其中，接近于叶片的根端布置监视系统，并且其中，该监视系统准备生成监视信号，

—其中，所述监视系统通过电缆约束通信线路与发射机相连，因此监视信号被从监视系统传输至发射机，

—其中，所述监视系统与接收机相连，因此监视信号被从接收机传输到监视系统，并且

—其中，所述监视系统准备基于所传输监视信号来确定叶片的偏转。

2.根据权利要求1所述的装置，

—其中，所述监视系统与紧急停止系统相连，并且

—其中，所述紧急停止系统被布置成并准备一旦叶片的偏转超过某个阈值值、就停止风力涡轮机操作。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中，所述发射机、所述接收机和所述监视系统是有源雷达系统的一部分。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述监视系统被准备成基于传输监视信号的到达角数据来确定叶片的偏转。

5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述监视系统被准备成基于传输监视信号的飞行时间数据来确定叶片的偏转。

6.根据权利要求3所述的装置，其中，所述监视系统准备基于所述发射机与所述接收机之间的测量距离来确定叶片的偏转，同时使用该距离作为用于叶片偏转的等效特性。

7.根据权利要求3所述的装置，其中，所述监视系统准备基于在其之下从接收机的位置看到发射机的位置的角度的测量变化来确定叶片的偏转，同时使用角度的变化作为用于叶片偏转的等效特性。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述监视系统通过电缆约束通信线路与接收机相连。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述监视系统通过作为光学通信系统的一部分的光纤与发射机相连。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述光学通信系统准备将监视信号作为光学已调制信号来从监视系统传输到发射机。

11.根据权利要求1所述的装置，

—其中，所述发射机准备用于监视信号到接收机的射频传输，并且

—其中，所述接收机准备接收被发射机作为射频信号发射的监视信号。

12.根据权利要求1所述的装置，

—其中，所述发射机在叶片的尖端处被布置在叶片内，和/或

—其中，所述接收机在叶片的根端处被布置在叶片内，和/或

—其中，所述监视系统被在叶片的根端处且接近于接收机被布置在叶片内。

13.根据权利要求1所述的装置，

—其中，所述监视系统与风力涡轮机控制器相连，

—其中，所述监视系统被布置成并准备一旦叶片的偏转在预定义时间段内接近于某个阈值值、就发起预警信号，同时该预警信号被发射到风力涡轮机控制器，并且

—其中，所述控制器被布置成且准备调整叶片俯仰位置，并且因此又降低对预警信号的叶片偏转无关性。