CN105089931A - 风机及其叶片对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种本风机叶片的对准方法，在该方法中，通过位于叶片的具有已知的扭转角的叶片部位上的传感器来测量该叶片部位的安装角，将所述测得的安装角与所述已知的扭转角进行比较，若所述测得的安装角不等于所述已知的扭转角，则调节所述叶片的位置。本发明还涉及一种用所述方法来对准叶片的风机。

Description

风机及其叶片对准方法

技术领域

本发明涉及一种风机，尤其是涉及风机的叶片对准方法。

背景技术

风能被认为是目前最洁净环保的可用能源之一，基于这个原因风机受到越来越多的关注。工程规模的风机一般包括塔架、发电机、机舱、以及一个或多个转子叶片。所述转子叶片捕捉风的动能，通过转动能的形式传输该动能，驱动传动轴，该传动轴将转子叶片连接到变速箱，或者，在没有变速箱的情况下，将转子叶片直接连接到发电机。发电机将机械能转化为电能分配到公用电网。

典型地，所述组装在轮毂上的转子叶片与风发生空气动力作用。为了提高其捕捉风能的效率，在将叶片组装到轮毂上之后通常还需要调节桨距，以获得所需的桨叶角，这一般是通过将叶片和轮毂按一定位置对准来实现的。目前是在工厂中先对叶片和轮毂进行标记，然后在电机的安装现场手动地将标记对准，从而实现叶片和轮毂之间的对准。但手动对准可能引入较高的偏差和错误率，而如果未对准可能会导致年发电量(annualenergyoutput，AEP)的损失，比如，3度的偏差可能会导致5％的年发电量损失。此外，未对准还可能会导致电机振动和不对称力的产生，导致电机承受更严重的工作负荷，这将导致风机元部件的损害，降低其使用寿命。

因此，需要有一种新的叶片对准方法以及能用该方法对准其叶片的风机。

发明内容

本发明的特点和优势将在下文中进行描述，或是可以通过下文的描述明显获知，或是可以通过实施本发明而获知。

本发明的一个方面涉及一种风机叶片的对准方法，在该方法中，通过位于具有已知的扭转角的叶片部位上的传感器来测量该叶片部位的安装角，并将所述测得的安装角与所述已知的扭转角进行比较。若所述测得的安装角不等于所述已知的扭转角，则调节所述叶片的位置。

本发明的另一个方面涉及一种风机，其包括转子，转子有叶片。该风机还包括传感器和控制系统，其中传感器用来测量叶片部位的安装角，该叶片部位具有已知的扭转角，控制系统包括处理单元，用来将所述传感器测得的安装角与所述已知的扭转角进行比较，并根据比较结果判断是否调整所述叶片的位置。

结合下文的具体描述和权利要求中的内容，可以更容易理解本发明的这些或其它一些特征和优势。附图作为本说明书的一部分，显示了本发明的一些实施方式，其可与说明书的具体描述一起用来解释本发明。

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1是一种示例性的风机的立体示意图；

图2显示了图1所示的风机中的一个叶片的正视图，该视图从叶片根端的角度获得；

图3为图2所示的叶片的截面图，显示了一个叶片部位的内部结构；

图4为显示了一种示例性的风机的叶片对准过程的流程图。

具体实施方式

现将结合某些优选实施例并参照附图对本发明的一个或多个范例加以描述。各范例仅是以举例的形式对本发明进行解释和说明的作用，不应对本发明起到限制。实际上，本领域的技术人员可以理解，在不背离本发明的范围和精神的情况下，可对本发明可以作出许多修改和变型。比如，一个实施例中的一部分的特征可以与另一个实施例结合使用从而进一步产生一个实施例。因此，应认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

本发明的实施例涉及具有改进的叶片对准能力的风机及其叶片对准方法。在风机叶片的特定位置，如零位值部位或其它具有已知的扭转角的叶片部位上(通过预埋或组装的方式)提供传感器，假设叶片位于理想的扭转角对准位置，该部位的扭转角就是叶片设计或模拟过程中确定的扭转角。所述传感器，如角度传感器，可选地，与计算单元和方法一起使用，可测量并获得其所在位置的角度信息。如果所述传感器所获得的角度等于所述已知的扭转角，则认为叶片是对准的。

请参照附图，图1为风机100一个实施例的立体图，如图所示，所述风机100包括从支持面101上延伸的塔架102、组装于塔架102上的机舱103、以及连接于机舱103的转子104。所述转子104包括可旋转的轮毂106和自轮毂106向外延伸出来的至少一个转子叶片108。比如，在图示的实施例中，所述转子104包括三个转子叶片108。但在其它实施例中，所述转子104也可能包括多于或少于三个的转子叶片108。每一叶片108可相对轮毂106隔开，以方便转动所述转子104来将风的动能转化为可用的机械能再转化为电能。比如，所述轮毂106可旋转地连接于一个位于所述机舱103内的发电机(未图示)上，来用风能发电。

所述风机100还可包括位于所述机舱103内的风机控制器120。但在其它实施例中，所述控制器120也可位于风机100的其它元件内或是位于风机的外部。此外，所述控制器120还可与任意数量的风机元件相连，以控制这些元件的操作和(或)实施控制动作。这样，控制器120可包括计算机或其它合适的处理单元。因此，在一些实施例中，所述控制器120可能包括合适的计算机可读指令，实施该指令可让控制器120执行各种不同的功能，比如，接收、输送和(或)执行风机控制信号。控制器120一般设置来控制风机100的不同操作模式(例如，启动或关闭序列)，下调或上调风机100的估值，和(或)控制风机100的不同元件。比如，所述控制器120可设置来控制每一转子叶片108的桨距或桨叶角(可用来确定转子叶片108相对于风的方向的一个角度)，从而通过调节至少一个转子叶片108相对于风的角度位置来控制风机100所产生的输出功率。比如，控制器120可通过使所述转子叶片108绕纵摇轴(pitchaxis)123旋转，单独地或同时，将合适的控制信号传输到风机100的桨距调节驱动器(pitchdrive)或桨距调节机构(未图示)，来控制所述转子叶片108的桨叶角。

所述叶片包括一系列的具有特定翼切形的截面。为了最好地获取风能，这些截面的排列组合方式可让它们的弦线从叶片的根端到顶端逐渐扭转，从正的扭转角到零扭转角再到负的扭转角。比如，在图2所示的从叶片108的根端获得的叶片108的正视图中，靠近根端的叶片部位201的弦线202有一个正的扭转角α，中间附近的叶片部位203的弦线204的扭转角为零，顶端或靠近顶端的叶片部位205的弦线206有一个负的扭转角β。

为了调节风机的输出功率以及电机元件上的负载，所述风机的叶片有不同的桨距，即，每一叶片108、109或110可绕其纵摇轴(例如，纵向轴)旋转。准确地调节桨距来获得需要的桨叶角以确保各叶片及整个系统的合适操作很重要，这一般是通过将叶片的一个弦线与轮毂上的一条参考线对齐来实现的。通常将弦线扭转角为零的叶片部位，即零扭转部位(zerotwiststation)，用作叶片与轮毂对准的基准(尽管如上所述，其他具有已知扭转角的叶片部位也可用作基准)。

由于所述叶片108、109和110的尺寸很大，而安装所述叶片的塔架102也很高，很难手动地实现准确的对准。如图2和图3所示，在一个具有已知的扭转角的叶片部位，如零扭转部位203提供传感器301。所述传感器单独地或者是跟控制系统一起，可获得其所在位置的安装角。所述传感器可以是位置传感器，用来获得位置信息，所获得的位置信息经过处理后可计算出所述叶片部位的安装角。所述传感器也可以是角度传感器，可用来进行角度测量。在一种具体的实施方式中，所述传感器是角度传感器，例如微惯性测量单元(microinertialmeasurementunit，MIMU)。其中，微型惯性测量单元是一种全面的运动捕获感应装置，用于感应但不局限于三维方向信号(俯仰角、横滚角和偏航角)、三维加速度信号、三维转速信号、三维磁场信号等。在非限定实施方式中，该微型惯性测量单元可能包括三维加速计、三维陀螺仪、三维磁力计或只包括上述三种测量仪器中的一种或两种。

所述传感器可在叶片组装到轮毂之前或之后提供，即，可在叶片组装到轮毂之前，比如在该叶片的制造过程中将传感器预埋或预组装到叶片上，也可在叶片组装到轮毂之后但在进行叶片对准之前将传感器组装到叶片上。所述传感器可位于其所在的叶片部位的任何位置，比如，传感器可融入叶片部位基体内，也可组装到叶片部位的表面、抗剪腹板(shearweb)或翼梁帽(sparcap)上。比如，如图3所示，传感器可安装到叶片部位203的内表面或位于叶片部位203内的抗剪腹板209或翼梁帽211。在一种具体的实施方式中，可将传感器301预埋到预制块305内，再将该预制块融入或组装到叶片部位203。

所述传感器可以包括用来供电和传输信号的线，也可以是无线的。在一些实施方式中，所述传感器是无线的，包括电池和无线信号传输装置。在一些实施方式中，所述传感器包括沿着叶片的抗剪腹板、翼梁帽或内表面延伸的用来供电和(或)传输信号的线。

为了基于传感器获得的信息实现叶片对准，所述风机可进一步包括控制系统，用来将所述传感器测得的安装角与所述已知的扭转角进行比较，判断测得的安装角是否等于所述已知的扭转角，并基于此判断确定是否需要调节该叶片的位置来调节所述叶片部位的安装角。所述控制系统可包括接收器，用来接收传感器测得的角度或位置信息。此外，所述控制系统还可包括计算单元，用来处理所述角度或位置信息，来计算传感器所在位置的叶片部位的安装角。比如，若所述传感器是用来获得位置信息的位置传感器，所述控制系统可包括计算单元，用来处理所述位置信息以计算所述叶片部位的安装角。所述控制系统被编程来在传感器测得的安装角不等于已知的扭转角时让叶片沿其纵摇轴旋转，到传感器测得的安装角等于已知的扭转角时停止旋转。

本发明实施例的另一方面涉及一种风机叶片的对准方法。在该方法中，用位于叶片的具有已知的扭转角的叶片部位上的传感器来测量该叶片部位的安装角，若所测得的安装角不等于所述已知的扭转角，则调节所述叶片的位置来调整该叶片部位的安装角。如前所述，所述叶片位置的调节是通过使叶片绕其纵摇轴旋转来实现的。例如，在如图4所示的实施方式的方法中，在步骤401中，通过位于叶片的具有已知的扭转角的叶片部位上的传感器来测量该叶片部位的安装角；在步骤403中，判断所获得的安装角是否等于所述已知的扭转角；若所获得的安装角不等于已知的扭转角，则在步骤407中，让所述叶片绕其纵摇轴旋转；若所获得的安装角等于已知的扭转角了，则在步骤405中，让所述叶片停止绕其纵摇轴旋转，完成叶片对准。

在一些实施方式中，在操作传感器测量安装角之前，可将安装有该传感器的叶片置于一定位置，比如，置于一个可让叶片的纵轴大致位于垂直方向的位置，这可以通过转动转子来实现。

本文结合特定的实施例对本发明，包括本发明的最佳实施方式进行了说明，使得本领域技术人员可以实施发明，包括制造和使用任何装置或系统和实行任何相应的方法。本发明的保护范围是由权利要求确定的，其可能包括本领域技术人员想到的其它实施例。因此，若这些实施例包括了权利要求中的结构要素，没有字面违背权利要求的范围，或是包括了权利要求中的对等结构要素，且与权利要求的字面语言没有实质性的背离，则这些实施例也应包括在权利要求保护的范围内。

Claims (17)

1.一种风机叶片的对准方法，包括：

通过位于具有已知的扭转角的叶片部位上的传感器来测量该叶片部位的安装角；

将所述测得的安装角与所述已知的扭转角进行比较；以及

若所述测得的安装角不等于所述已知的扭转角，则调节所述叶片的位置。

2.如权利要求1所述的对准方法，其中所述叶片位置的调节是通过让叶片绕其纵摇轴旋转来实现的。

3.如权利要求1所述的对准方法，其在用所述传感器测量所述叶片部位的安装角之前进一步包括将叶片置于一定的位置的步骤。

4.如权利要求1所述的对准方法，所述传感器位于扭转角约为零的叶片部位。

5.如权利要求1所述的对准方法，其中所述传感器是用来获得位置信息的位置传感器，测量叶片部位的安装角包括对所获得的位置信息进行处理来计算出所述叶片部位的安装角的步骤。

6.如权利要求1所述的对准方法，其中所述传感器是用来测角度的角度传感器。

7.如权利要求6所述的对准方法，其中所述角度传感器为微惯性测量单元，该微型惯性测量单元包括三维加速计、三维陀螺仪、三维磁力计中的至少一种或它们的任意组合。

8.如权利要求1所述的对准方法，其中所述传感器是融入所述叶片部位的基体的，或是组装在所述叶片部位的表面或抗剪腹板或翼梁帽上。

9.如权利要求1所述的对准方法，其中所述传感器预埋在预制块中，该预制块融入或组装于所述叶片部位。

10.一种风机，包括：

转子，包括叶片；

传感器，用来测量叶片部位的安装角，该叶片部位具有已知的扭转角；以及

控制系统，包括处理单元，用来将所述传感器测得的安装角与所述已知的扭转角进行比较，并根据比较结果判断是否调整所述叶片的位置。

11.如权利要求10所述的风机，若所述测得的安装角不等于所述已知的扭转角，则调节所述叶片的位置。

12.如权利要求10所述的风机，其中所述叶片部位的扭转角约为零。

13.如权利要求10所述的风机，其中所述传感器是用来获得位置信息的位置传感器，所述处理单元包括计算单元，用来处理位置信息以计算所述叶片部位的安装角。

14.如权利要求10所述的风机，其中所述传感器是用来测角度的角度传感器。

15.如权利要求14所述的风机，其中所述角度传感器为微惯性测量单元，该微型惯性测量单元包括三维加速计、三维陀螺仪、三维磁力计中的至少一种或它们的任意组合。

16.如权利要求10所述的风机，其中所述传感器是融入所述叶片部位的基体的，或是组装在所述叶片部位的表面或抗剪腹板或翼梁帽上。

17.如权利要求10所述的风机，其中所述传感器预埋在预制块中，该预制块融入或组装于所述叶片部位。