CN108431408A - 用于风力涡轮机叶片的挠度监测系统 - Google Patents

Abstract

描述了一种包括用于监测风力涡轮机叶片挠度的系统的风力涡轮机叶片。所述系统包括无线距离测量系统，具有朝向叶片根端定位的至少一个无线通信装置和朝向叶片尖端定位并在内部定位在叶片本体内的至少一个无线通信装置。无线电吸收材料在内部布置在根端装置与尖端装置之间的无线通信路径中的叶片本体中。

Description

用于风力涡轮机叶片的挠度监测系统

技术领域

本发明涉及一种用于监测风力涡轮机叶片挠度的系统，并且涉及一种具有这种系统的叶片。

背景技术

现代风力涡轮机设计寻求结合各种叶片监测系统，以便提供可靠和可控的风力涡轮机的运行。这种监测系统可以包括叶片挠度监测系统，其用于在涡轮机运行期间提供表示风力涡轮机叶片挠度或挠曲。该信息可以用于监测风力涡轮机叶片未来撞击塔架的风险，并可以用于执行适当的控制器动作，例如，叶片俯仰或涡轮机制动，以最小化或消除这种风险。

在美国专利No.7,883,316中提供了这种挠度监测系统的实例，所述专利描述了一种挠度监测系统，所述系统利用无线通信网络，可操作来检测沿叶片长度的各个点的位置，并从该信息确定叶片弯曲。

WO 2014/027032建议使用安装在风力涡轮机叶片的根端处的与安装在叶片的尖端处的收发器通信的外部收发器。基于例如无线电通信测量，测量收发器之间的距离。关于装置之间的路径损耗方面优化收发器的定位。

US 2010/021298公开了一种包括机舱通信装置的无线挠度监测系统。

WO 2009/143848公开了一种光学监测系统。

然而，已经发现这些无线监测系统易受各种操作因素的影响，这些因素可能干扰和遮蔽通信信号，例如，信号反射、多径效应、由穿过不同材料层引起的信号衰减等，从而降低了监测系统的精确性和有效性。

本发明的目的是提供一种不易受上述因素影响的改进的叶片挠度监测系统。

发明内容

因此，提供一种风力涡轮机叶片，其包括翼型轮廓本体，所述翼型轮廓本体具有压力侧和吸力侧、以及前缘和后缘，所述前缘和后缘具有在它们之间延伸的弦长，所述叶片具有尖端和根端，所述风力涡轮机叶片进一步包括：

朝向所述尖端定位的至少一个尖端通信装置，

朝向所述根端定位的至少一个根端通信装置，所述至少一个根端通信装置经由无线通信路径与所述至少一个尖端通信装置无线电通信，以监测所述至少一个尖端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的距离，从而确定表示叶片挠度的所述至少一个尖端通信装置相对于所述至少一个根端通信装置的移动，其中

所述至少一个尖端通信装置在内部设置在翼型轮廓本体中，并且

其中，至少一个无线电波吸收材料在内部布置在翼型轮廓本体中，并且在所述无线通信路径中。

通过监测朝向叶片根端和尖端设置的通信装置之间的距离的变化，可以确定风力涡轮机叶片的挠度。然后该信息可用于提供改进的风力涡轮机控制，例如，在叶片挠曲可能导致塔架撞击的情况下，可以执行风力涡轮机叶片的紧急俯仰。

优选地可以使用超宽带（=UWB）无线电信号实现尖端与根端装置之间的通信。在本发明的实施例中，UWB脉冲信号从至少一个尖端通信装置发射，并由至少一个根端通信装置接收。然后，基于脉冲的飞行时间，通过比较发射脉冲的上升沿和相应的接收的第一脉冲可以确定尖端与根端装置之间的距离。三边测量和或三角测量可以用于确定尖端位置。

本文中无线电波吸收材料是指一种能够吸收无线电波，以减少多径分量的影响和在发射器与接收器之间的通信路径上传输的无线电信号的反射的材料。材料在给定无线电波频率下的吸收性取决于它的成分和性能。根据本公开的无线电波吸收材料的实例包括具有诸如渗透性和/或介电常数的性能的材料，当与没有提供无线电波吸收材料相比时，其使无线电波信号的多径分量减少至少50%，优选至少70%。

通过将无线电波吸收材料在内部定位在翼型轮廓本体中并定位在至少一个根端通信装置与在内部设置在翼型本体中的至少一个尖端通信装置之间的无线通信路径中，获得了装置之间的通信链路的改进的信号质量，并因此提供了一种改进的叶片挠度检测系统。

令人惊讶地发现，通过在至少一个根端通信装置与至少一个尖端通信装置之间的无线通信路径中布置无线电波吸收材料，有可能有效地减少多径信号的数量，而不遮蔽确定至少一个尖端通信装置与至少一个根端通信装置之间的距离所需的期望信号。

令人惊讶的是，无线电波吸收材料对总信号的衰减由通过提高接收端的脉冲保真度充分补偿，从而关于期望距离测量方面显著改进了信号质量。

此外，根端和尖端装置在叶片本身上的定位确保了装置之间的通信路径保持不变，而无论叶片俯仰或旋转，或涡轮机偏航移动。通过在相同的俯仰坐标系中设置装置，当与具有安装到叶片上的第一装置和安装到转子毂部或安装到涡轮机舱上的第二装置的替代系统相比时，这允许很大程度上简化了系统运行所需的计算。

此外，至少一个尖端通信装置在翼型轮廓本体中内部的定位，例如在叶片梁、翼梁或腹板上的定位，具有几个优点：

在外部安装在叶片上的装置将不可避免地会影响朝向尖端的空气动力学，并且很可能在风力涡轮机的运行期间产生噪声，这是非常不期望的，特别是靠近人们的家时。

此外，由于尖端高速穿过空气，叶片尖端周围的外部环境可能是高侵蚀性的，如果外部安装，就造成了损坏尖端通信装置的风险。这种损坏可能会随着时间的推移发生或在恶劣的风况下突然发生，而正是这种情况下，最需要的是挠度测量，以防止塔架撞击。

已经发现，通过将尖端通信装置在内部安装在翼型本体中，从而保护装置免受外部环境的影响，如果与能够部分地“清除”不期望的分量的通信信号的无线电波吸收材料结合，仍然有可能很好地确定尖端位置。

应注意到，在内部安装尖端通信装置，当与外部安装的装置相比时，结果表明多径分量更强。

实验表明，例如源自反射的源自部分中空翼型本体的壁的这种多径分量，在部分中空翼型本体内的引导脉冲和沿叶片表面传播的表面波可以通过布置在叶片内的通信路径中的无线电波吸收材料充分衰减，以允许以足够的精度进行距离测量，从而基于距离测量来确定叶片挠度。

这是令人惊讶的，因为在尖端与根端通信装置之间的通信路径上的无线电信号不可避免地必须穿过诸如层压结构层的不同材料，当至少一个尖端通信装置在内部布置在尖端附近的叶片中，而不管至少一个根端通信装置的精确安装位置时，通常会出现相当大的缺陷信号，使得测量不精确。

因此，在内部安装尖端通信装置，布置在尖端与根端装置之间的通信路径中的无线电波吸收材料可以有效地抑制多径分量，从而提高时域脉冲场分布中的波前保真度，当叶片严重挠曲时不使波前保真度失真。

在本发明的实施例中，所述无线电波吸收材料以距离尖端通信装置0.2-3.0米之间，优选地0.5-2米之间的距离布置在至少一个尖端通信装置与至少一个根端通信装置之间。

已经示出，当与接近叶片长度的通信路径的总长度相比时，通过以距离尖端通信装置相对短的距离将无线电波吸收材料布置在通信路径中，可以实现不需要的信号分量的最有效衰减。

当尖端通信装置发射UWB脉冲时，UWB脉冲的一部分穿过组成接近尖端通信装置的风力涡轮机叶片壳体的层压结构，并在到达无线电吸收材料之前离开部分中空翼型轮廓本体。

如果在接近脉冲源处抑制多径分量，则第一脉冲的接收端（至少一个根端通信装置）处的脉冲保真度大大增强。因此，信号的反射部分和引导信号在它们能够离开翼型轮廓本体并干扰作为第一脉冲接收的信号部分之前衰减。

根据本发明的优选实施例，选择无线电波吸收材料与所述至少一个尖端通信装置之间的距离，使得当与没有设置无线电波吸收材料相比时，无线电波信号的多径分量被抑制至少50%，优选地至少60%或至少70%。

在本发明的其他实施例中，所述无线电波吸收材料以距离所述尖端通信装置的一个距离布置在所述翼型轮廓本体中的一个或多个空腔中，并且在所述至少一个尖端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间，以部分地或完全地阻断由前缘抗剪腹板与所述翼型轮廓本体面向所述前缘的第一内表面之间的自由空间限定的第一空腔中的通信路径，以部分地或完全地阻断由所述前缘抗剪腹板、后缘抗剪腹板与所述翼型轮廓本体的第二内表面之间的自由空间限定的第二空腔中的通信路径，和/或以部分地或完全地阻断由所述后缘抗剪腹板与所述翼型轮廓本体面向所述后缘的第三内表面之间的自由空间限定的第三空腔中的通信路径。

将无线电吸收材料插在翼型轮廓本体内的空腔中是可行的和有效的，其中至少一个尖端通信装置布置在所述翼型轮廓本体中。

在一个实施例中，至少一个尖端通信装置安装在面向叶片前缘的抗剪腹板上，因此，无线电波吸收材料布置为例如以舱壁状方式在通信路径中的位置处封闭前缘抗剪腹板与叶片壳体之间的中空空间。

至少一个尖端通信装置也可以安装在后缘抗剪腹板与前缘抗剪腹板之间的位置处，然后无线电波吸收材料可以布置为封闭抗剪腹板之间的中空空间。

替代地或补充地，尖端通信装置也可以安装在后缘抗剪腹板上的位置处并面向后缘，然后无线电波吸收材料可以布置为封闭后缘抗剪腹板与叶片壳体之间的中空空间。

优选地，无线电波吸收材料布置为完全地封闭或阻挡尖端通信装置布置在其中的中空空间，无线电波吸收材料沿叶片的纵向方向具有一定厚度。因此，无线电波吸收材料布置为像朝向叶片尖端的一个小舱壁或多个小舱壁。

只要信号质量足够提高，无线电波吸收材料也可以不完全地封闭中空空间。例如，无线电波吸收材料可以设置有合适的形状，并安装在附接到抗剪腹板上的一个或多个支架上。

根据本发明的其他实施例，所述无线电波吸收材料在叶片的纵向方向上具有5-300 mm，优选20-200 mm，如50-150 mm的厚度。

无线电波吸收材料可以具有主要由吸收效率和在根端通信装置处接收的信号质量对无线电波吸收材料厚度的依赖性确定的一定的厚度。

表面波的抑制在某种程度上取决于无线电波吸收材料的厚度，其中厚吸收器是有利的。同时，当无线电波吸收材料导电时，厚吸收材料在雷击时可能更容易受到损坏。

根据本发明实施例，所述无线电波吸收材料布置为板，所述板包括一个或多个无线电吸收材料的一个或多个片材。

可以期望的是提供包括无线电波吸收材料层的无线电波吸收板。

这种板可以设计成具有合适的形状，用于直接关闭穿过翼型轮廓本体内的通信路径中的空气的信号通道。这种板可以粘合到叶片壳体的内表面上和/或抗剪腹板上。

面向尖端通信装置的板的表面可以是楔形的或具有金字塔结构。在一些优选实施例中，表面是平的表面。

一个或多个这种板可以布置在翼型内的通信路径中。

在本发明实施例中，所述一个或多个片材包括聚合泡沫。泡沫材料可以具有无线电波吸收特性，同时重量轻，这在用在风力涡轮机叶片中是很重要的。

根据本发明实施例，所述聚合泡沫选自由PUR、PS、PP、PE、PVC及其组合物构成的组。

根据本发明其他实施例，所述板包括外层材料，部分地或完全地封装一个或多个无线电吸收材料的所述片材，所述外层材料选自由PTFE、PP、PE、PC、PS、ABS、PBT、天然橡胶、合成橡胶及其组合物构成的组。

在本发明实施例中，所述无线电波吸收材料布置为包括间隔金属板的无源装置。

这种无线电波吸收材料的设计可以更容易与防雷系统集成。

此外，可以在不改变外部叶片表面曲率的情况下实现无线电信号的多径抑制。

在本发明实施例中，所述间隔金属板是铜板。

在本发明实施例中，所述间隔金属板之间的距离在1-10 cm，优选2-8 cm，如3-5cm的范围内。

为了与风力涡轮机叶片的防雷系统集成，间隔金属板可以通过例如铜线连接。

在本发明实施例中，所述间隔金属板的数量在2与20之间，如5与15之间。

根据本发明实施例，所述无线电波吸收材料包括碳。

泡沫材料可以进一步包括导电材料，优选碳，以增强无线电波吸收能力。

在无线电波吸收材料包括导电材料的实施例中，将无线电波吸收材料封装在非导电材料中以防止在发生雷击叶片情况下的任何损坏可能是特别重要的。

替代地或补充地，无线电波吸收材料可以电连接到风力涡轮机叶片的防雷系统上，以获得电位均衡。

在本发明其他实施例中，所述至少一个尖端通信装置包括发射来自脉冲发生器的窄时域脉冲的天线，并且所述至少一个根端通信装置包括接收所述窄时域脉冲的天线。

根据本发明实施例，所述至少一个尖端通信装置位于距离所述翼型轮廓本体的尖端的0.5与5 m之间，优选地距离所述翼型轮廓本体的尖端的2-4 m之间。

期望的是将尖端通信装置放置为接近尖端，以准确评估尖端位置和实际挠度。由于翼型轮廓本体内的空间朝向尖端变得越来越受限制，所以考虑空间，尖端通信装置可以定位为稍微远离尖端。

在本发明其他实施例中，所述至少一个根端通信装置在外部布置在所述翼型轮廓本体上。

因为风力涡轮机叶片的根部部分由于其通常的圆形几何形状对叶片的空气动力性能贡献很小或根本没有，所以通过将根端通信装置在外部放置在翼型轮廓本体上，不显著影响叶片在能量生产方面的性能。

在优选实施例中，两个根端通信装置安装在翼型轮廓本体的根部部分外部上的支架上。

本发明还涉及一种具有至少一个如本文所述的风力涡轮机叶片的风力涡轮机。

这种风力涡轮机可以被控制为基于由叶片挠度监测系统提供的位置数据避免塔架撞击。

在本发明实施例中，风力涡轮机进一步包括俯仰控制系统，所述俯仰控制系统可操作以调整所述风力涡轮机的至少一个风力涡轮机叶片俯仰，其中，所述俯仰控制系统的输入至少部分地基于表示叶片挠度的确定的所述至少一个尖端通信装置相对于所述至少一个根端通信装置的移动。

本发明进一步涉及一种安装在风力涡轮机叶片上的叶片挠度监测系统，所述风力涡轮机叶片包括翼型轮廓本体，所述翼型轮廓本体具有压力侧和吸力侧、以及前缘和后缘，所述前缘和后缘具有在它们之间延伸的弦长，所述叶片具有尖端和根端，所述监测系统包括：

朝向风力涡轮机叶片的尖端安装的至少一个尖端通信装置，

朝向风力涡轮机叶片的根端安装的至少一个根端通信装置，以及

控制器，所述控制器用于当安装在风力涡轮机叶片上时，在无线电通信中操作所述通信装置，以监测所述至少一个尖端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的距离，从而确定表示叶片挠度的所述至少一个尖端通信装置相对于所述至少一个根端通信装置的移动，其中

所述至少一个尖端通信装置在内部设置在翼型轮廓本体中，并且

其中，至少一个无线电波吸收材料在内部布置在翼型轮廓本体中，并且在所述无线通信路径中。

优选地，所述系统配置为使得通信信号沿着叶片的前缘或后缘传播，并且叶片的拍动方向弯曲导致信号传播时间的最大变化。

优选地，所述至少一个根端通信装置朝向所述风力涡轮机叶片的前缘或后缘定位。优选地，所述至少一个尖端通信装置朝向所述风力涡轮机叶片的前缘或后缘定位。在本发明一个方面中，所述至少一个根端通信装置和所述至少一个尖端通信装置朝向所述风力涡轮机叶片的同一侧定位。

由于任何风力涡轮机叶片将具有叶片被认证的最大挠度水平，这可以被视为最坏情况的挠曲方案。因此，通过例如，通过将根端通信装置安装在支架上，将至少一个根端通信装置与叶片的表面间隔开一定距离，可以确保可接受的信号通信水平，用于叶片的所有预测挠度水平。

应该理解，这些装置可以设置在叶片前缘或后缘处，或邻近前缘或后缘。

优选地，风力涡轮机叶片包括设置在第一支架上的第一根端通信装置和设置在第二支架上的第二根端通信装置，第一和第二根端通信装置朝向前缘或后缘设置，其中，所述第一根端通信装置位于所述前缘或后缘的压力侧上，并且所述第二根端通信装置位于所述前缘或后缘的吸力侧上。

通过将根端装置放置在前缘或后缘的任一侧上，根端装置可以设置在允许三边测量和/或三角测量距离或位置测量的可定义位置处。

优选地，所述至少一个根端通信装置可操作，以使用三边测量确定所述至少一个尖端通信装置的位置。附加地或替代地，所述至少一个根端通信装置可操作，以使用三角测量确定所述至少一个尖端通信装置的位置。

优选地，所述至少一个尖端通信装置和所述至少一个根端通信装置是超宽带（UWB）位置跟踪和/或通信装置，并且其中，所述通信路径是UWB信号通信路径。

UWB通信允许在低功率应用中在发射器与接收器装置之间执行范围或距离测量，使外部干扰的影响最小。

应该理解，所述至少一个尖端通信装置和/或所述至少一个根端通信装置从以下之一中选择：接收器、发射器、接收器-发射器电路或收发器。

附加地或替代地，风力涡轮机叶片进一步包括控制器，所述控制器可操作，以控制沿所述至少一个尖端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的无线通信路径传输的信号，其中，所述控制器进一步可操作，以基于以下的至少一个来调整所述信号的信号增益：测量的叶片挠度水平、预测的叶片挠度水平、经由所述通信路径接收的信号的信号强度水平。

根端与尖端装置之间的通信链路的这种自适应控制提供了改进的系统操作，并且由于优化的信号水平降低了操作功率需求。

优选地，风力涡轮机包括俯仰控制系统，所述俯仰控制系统可操作以调整所述风力涡轮机的至少一个风力涡轮机叶片俯仰，其中，所述俯仰控制系统的输入至少部分地基于表示叶片挠度的确定的所述至少一个尖端通信装置相对于所述至少一个根端通信装置的移动。

应该理解，风力涡轮机可以设置有补充安全系统，其可操作，以在发生叶片挠度测量系统故障的情况下，确保涡轮机安全，并防止塔架撞击等。

附图说明

现在将参考附图，仅通过示例描述本发明的实施例，其中：

图1示出了风力涡轮机；

图2示出了风力涡轮机叶片的示意图；

图3示出了图2的叶片的翼型轮廓的示意图；

图4展示了具有根据本发明实施例的叶片挠度监测系统的风力涡轮机叶片；

图5是在叶片的根端处截取的图4的叶片的实施例的横截面图；

图6a示出了尖端处的翼型轮廓本体的内部，示出了根据本发明实施例布置的尖端通信装置和无线电波吸收材料；

图6b示出了根据本发明实施例布置为板的无线电波吸收材料。

图7示出了来自根据本发明布置在叶片内部的尖端通信装置的无线电信号传播的示意图。

图8示出了距离尖端通信装置的一个距离布置的以间隔金属板形式的无线电波吸收材料的示意图。

应该理解，附图只是说明性的，并没有按比例提供。

具体实施方式

图1示出了根据所谓的“丹麦概念”的常规的现代迎风式风力涡轮机，其具有塔架4、机舱6以及具有大致水平的转子轴的转子。转子包括毂部8和从毂部8径向延伸的三个叶片10，每个叶片具有最接近毂部的叶片根部16和最远离毂部8的叶片尖端14。转子具有用R表示的半径。

图2示出了根据本发明实施例可以使用的风力涡轮机叶片10的第一实施例的示意图。风力涡轮机叶片10具有传统的风力涡轮机叶片的形状，并且包括：最接近毂部的根部区域30、最远离毂部的成型或翼型区域34、以及根部区域30与翼型区域34之间的过渡区域32。叶片10包括前缘18和后缘20，当叶片安装在毂部上时，前缘18面向叶片10的旋转方向，并且后缘20面向前缘18的相反方向。

翼型区域34（也称为成型区域）具有关于产生升力方面的理想的或近乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构方面的考虑具有大致圆形或椭圆形的横截面，例如使之更容易和更安全地将叶片10安装到毂部上。根部区域30的直径（或弦）一般沿整个根部区域30是恒定的。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形形状向翼型区域34的翼型轮廓50逐渐变化的过渡轮廓42。过渡区域32的弦长一般随着距毂部的距离r的增加而大致线性增加。

翼型区域34具有翼型轮廓50，翼型轮廓50具有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着距毂部的距离r的增加而减小。

应注意到，叶片的不同区段的弦通常不位于共同的平面中，因为叶片可能扭转和/或弯曲（即，预弯），因此提供具有相应地扭转和/或弯曲的线路的弦平面，这是最常见的情况，以补偿取决于距毂部的半径的叶片的局部速度。

图3示出了以各个参数描绘的风力涡轮机的典型叶片的翼型轮廓50的示意图，这些参数一般用来限定翼型的几何形状。翼型轮廓50具有压力侧52和吸力侧54，在使用过程中，即在转子的旋转过程中，压力侧和吸力侧通常分别面向迎风（或逆风）侧和背风（或顺风）侧。翼型50具有弦60，弦60具有在叶片的前缘56与后缘58之间延伸的弦长c。翼型50具有厚度t，其定义为压力侧52与吸力侧54之间的距离。翼型的厚度t沿弦60变化。与对称式轮廓的偏离由拱形线62表示，拱形线62是穿过翼型轮廓50的中线。该中线能够通过绘制从前缘56到后缘58的内接圆而得到。该中线遵循这些内接圆的中心，并且与弦60的偏离或距离称为拱高f。也可以通过使用称为上拱高和下拱高的参数来限定不对称性，其中上拱高和下拱高分别定义为从弦60到吸力侧54和压力侧52的距离。

翼型轮廓通常通过下列参数来表征：弦长c、最大拱高f、最大拱高f的位置df、最大翼型厚度t（其为沿中位拱形线62的内接圆的最大直径）、最大厚度t的位置dt、以及鼻部半径（未示出）。这些参数一般限定为与弦长c之比。

风力涡轮机叶片通常由纤维加强塑料材料，即玻璃纤维和/或碳纤维制成，这些材料布置在模具中并且用树脂固化以形成实心结构。当代的风力涡轮机叶片常常能够超过30-40米长，具有数米长的叶片根部直径。

参见图4，示出了风力涡轮机叶片10，其具有根据本发明实施例的叶片挠度监测系统。挠度监测系统包括布置在根部区域中的中空叶片本体外侧处的至少一个根端无线通信装置70以及布置在叶片本体内侧中的至少一个尖端无线通信装置72。尖端无线通信装置可以例如安装在具有翼梁盒设计的一般叶片中的前缘腹板上，所述翼梁盒设计具有前缘和后缘抗剪腹板。相应无线装置70、72可操作以建立通信链路，并在不同装置70、72之间执行距离测量。在根端无线通信装置70与尖端无线通信装置72之间的通信路径中布置无线电波吸收材料80。一般地，无线电波吸收材料80可以布置为有效地吸收前缘腹板与叶片壳体之间的中空叶片本体内的无线电波。这意味着，吸收器的圆周形状可以调整成前缘腹板与壳体之间的中空空间的圆周轮廓，通过将吸收器沿其圆周，例如，通过使用粘结剂或诸如螺栓、支架等的机械附接器件附接到壳体和腹板上以完全阻断通信路径。叶片10可以进一步包括控制器（未示出），所述控制器可操作以接收来自通信装置的距离测量细节，以确定测量的叶片挠度。

在一个方面中，根端和尖端装置70、72位于风力涡轮机叶片10的前缘18处。由于安装在前缘或后缘18、20上的通信装置比安装在叶片10的压力或吸力侧上的传感器不易受到拍动方向弯曲的影响，并且由于叶片10的边缘方向弯曲的程度被理解为显著小于拍动方向弯曲的程度，这为根端与尖端装置70、72之间的通信链路提供了改进的可靠性，因为装置之间的通信路径不太可能受到叶片10弯曲的干扰。

附加地或替代地，根端装置和尖端装置70、72可以安装在叶片后缘20处。

在本发明的优选实施例中，优选地设置第一和第二根端通信装置70a、70b。图5展示了位于叶片10的大致圆形根端16处的第一和第二根端通信装置70a、70b的横截面图。根端装置70a、70b设置在相应第一和第二支架74a、74b的远端上。

参见图5，支架74a、74b的高度选择为使得设置在相应支架74a、74b的远端上的根端装置70a、70b以高度H位于风力涡轮机叶片的外表面之上。此外，支架74a、74b定位为使得相应根端装置70a、70b优选地在叶片10的前缘18之上以距离D间隔开。

由于风力涡轮机叶片10的挠度特性可以从叶片构造的细节确定，此外，由于每个风力涡轮机叶片10具有限定叶片挠度形状的允许范围的最大认证挠度水平，所以有可能基于所考虑的风力涡轮机叶片配置本发明的叶片挠度监测系统的布置。

抑制来自叶片外表面的信号反射可能是有利的。特别地，当叶片挠曲时或在未挠曲的预弯叶片的情况下，来自尖端通信装置的信号可以从叶片反射并遮蔽由根端通信装置接收的信号。

因此，通过无线电波吸收涂层形式的表面处理或例如通过使表面粗糙化和/或在表面上设置小的凹陷和突起的其他方式提供具有散射效应的表面，可以使外部叶片表面在接近根端与尖端装置之间的视线的位置处反射较少。

在此上下文中，视线被理解为在尖端通信装置与根端通信装置之间穿过定位为挡道的（例如翼型壳体本体的层压结构）任何障碍物的定向线。

图6a展示了安装有尖端通信装置72和无线电波吸收材料80的叶片的尖端。在所示实施例中，尖端通信装置72安装在前缘抗剪腹板86上并面向前缘，并且吸收材料80布置为舱壁状板，在通信路径中的位置处大致封闭前缘抗剪腹板与叶片壳体之间的中空空间。

在其他实施例中，尖端通信装置可以安装在抗剪腹板之间或安装在后缘抗剪腹板上并面向后缘。此外，无线电波吸收材料80可以布置在抗剪腹板之间或布置在后缘抗剪腹板与叶片壳体之间的中空空间中。

图6b以更多细节示出了以板布置的无线电波吸收材料80。

所述板包括夹在板84之间的无线电波吸收材料的片材或层82，以在通信路径中的位置处提供形状适合抗剪腹板与叶片壳体之间的中空空间的无线电波吸收舱壁状板，以在通信路径中的位置处封闭/阻断抗剪腹板与叶片壳体之间的中空空间。

层82可以例如由包括碳的聚氨酯泡沫材料制成，并且板84可以例如由PTFE制成。

应注意到，无线电波吸收材料也可以是不分层而由一块形成的材料块。应进一步注意到，在一些实施例中，板84可以部分地或完全地封装无线电波吸收材料，并且无线电波吸收材料也可以不设置板84。

图7示出了尖端通信装置72向一个或多个根端通信装置（未示出）发送无线电信号的示意图。用虚线表示无线电吸收材料80。衍射脉冲100将向根部传播，而引导脉冲101和多径分量102将至少部分地被吸收材料80抑制。

在具有吸收材料80的位置中，表面波103也将不太明显。

无线电波吸收材料80相对于尖端通信装置72的定位必须关于抑制脉冲分量101、102和103进行优化，同时仍允许分量100形式的足够的能量到达根部以获得精确的测量。

图8示出了距离尖端无线通信装置72一个距离布置的以间隔金属板200形式的无线电波吸收材料80的示意图。

在另一方面中，优选地，根端装置位于距离叶片根端的叶片长度的0-25%之内。优选地，根端装置位于距离叶片根端的沿叶片纵向方向的10米之内。

应该理解，所述至少一个尖端通信装置和/或所述至少一个根端通信装置从以下之一中选择：接收器、发射器、接收器-发射器电路或收发器。应该进一步理解，至少一个尖端通信装置可以包括朝向所述尖端设置的天线，所述天线耦合到在例如朝向叶片根端的单独位置处设置的接收器、发射器、接收器-发射器电路或收发器装置上。

优选地，通信链路使用超宽带（UWB）技术，但应该理解，可以使用任何其他合适的基于无线电的通信和测距技术。

本发明的系统的进一步特征可以包括使用针对根端或尖端装置的专用天线设计，如，定向天线或圆极化天线，以便进一步改进装置之间的通信链路，和/或用于接收的信号的脉冲形状检测技术的实现。

应该理解，本发明的叶片挠度监测系统可以包括用于系统高效和有效运行的任何合适的控制系统。

本发明提供了一种确保精确监测叶片挠度的系统，其具有改进的信号质量。尖端通信装置设置在中空叶片本体内，从而保护装置免受恶劣的室外环境的影响，并消除由于在叶片尖端处在叶片外侧上布置这种通信装置而可能产生的任何噪声问题。无线电波吸收材料距离尖端通信装置的一个距离在尖端通信装置与根端通信装置之间的通信路径中布置在叶片内，以改进信号质量，并有效地抑制不需要的信号分量，该不需要的信号分量可能遮蔽距离测量从而遮蔽测量的叶片的挠度。

作为这种配置的结果，与现有技术的无线挠度监测系统相比，所述挠度监测系统具有相对低的功率要求，并且提供了改进的可靠性和信号质量。

本发明不限于本文中所描述的实施例，而是可以在不脱离本发明范围的情况下修改或调整。

Claims (19)

1.一种风力涡轮机叶片（10），包括翼型轮廓本体，所述翼型轮廓本体具有压力侧（52）和吸力侧（54）、以及前缘（18）和后缘（20），所述前缘和后缘具有在它们之间延伸的弦长（60），所述叶片具有尖端（14）和根端（16），所述风力涡轮机叶片进一步包括：

朝向所述尖端定位的至少一个尖端通信装置（72），

朝向所述根端定位的至少一个根端通信装置（70），所述至少一个根端通信装置经由无线通信路径与所述至少一个尖端通信装置无线电通信，以监测所述至少一个尖端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的距离，从而确定表示叶片挠度的所述至少一个尖端通信装置相对于所述至少一个根端通信装置的移动，其中

所述至少一个尖端通信装置在内部设置在所述翼型轮廓本体中，并且

其中，至少一个无线电波吸收材料（80）在内部布置在所述翼型轮廓本体中，并且在所述无线通信路径中。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，

其中，所述无线电波吸收材料（80）以距离所述尖端通信装置0.2-3.0米之间，优选地0.5-2米之间的距离布置在所述至少一个尖端通信装置（72）与所述至少一个根端通信装置（70）之间。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的风力涡轮机叶片，

其中，所述无线电波吸收材料（80）以距离所述尖端通信装置（72）的一个距离布置在所述翼型轮廓本体中的一个或多个空腔中，并且在所述至少一个尖端通信装置与所述至少一个根端通信装置（70）之间，以部分地或完全地阻断由前缘抗剪腹板（86）与所述翼型轮廓本体面向所述前缘的第一内表面之间的自由空间限定的第一空腔中的通信路径，以部分地或完全地阻断由所述前缘抗剪腹板、后缘抗剪腹板与所述翼型轮廓本体的第二内表面之间的自由空间限定的第二空腔中的通信路径，和/或以部分地或完全地阻断由所述后缘抗剪腹板与所述翼型轮廓本体面向所述后缘的第三内表面之间的自由空间限定的第三空腔中的通信路径。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述无线电波吸收材料（80）在所述叶片的纵向方向上具有5-300 mm，优选20-200 mm，如50-150 mm的厚度。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述无线电波吸收材料（80）布置为板，所述板包括一个或多个无线电吸收材料的一个或多个片材（82）。

6.根据权利要求5所述的风力涡轮机叶片，其中，所述一个或多个片材（82）包括聚合泡沫。

7.根据权利要求6所述的风力涡轮机叶片，其中，所述聚合泡沫选自由PUR、PS、PP、PE、PVC及其组合物构成的组。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述板包括外层材料（84），部分地或完全地封装一个或多个无线电吸收材料的所述片材（82），所述外层材料选自由PTFE、PP、PE、PC、PS、ABS、PBT、天然橡胶、合成橡胶及其组合物构成的组。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述无线电波吸收材料（80）包括碳。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述无线电波吸收材料布置为包括间隔金属板（200）的无源装置。

11.根据权利要求10所述的风力涡轮机叶片，其中，所述间隔金属板是铜板。

12.根据权利要求10或11中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述间隔金属板之间的距离在1-10 cm，优选2-8 cm，如3-5 cm的范围内。

13.根据权利要求10-12中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述间隔金属板的数量在2与20之间，如5与15之间。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的风力涡轮机叶片，

其中，所述至少一个尖端通信装置（72）包括发射来自脉冲发生器的窄时域脉冲的天线，并且所述至少一个根端通信装置（70）包括接收所述窄时域脉冲的天线。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的风力涡轮机叶片（10），

其中，所述至少一个尖端通信装置（72）位于距离所述翼型轮廓本体的尖端0.5与5 m之间，优选地距离所述翼型轮廓本体的尖端2-4 m之间。

16.根据权利要求1-15中任一项所述的风力涡轮机叶片（10），

其中，所述至少一个根端通信装置（70）在外部布置在所述翼型轮廓本体上。

17.一种风力涡轮机（2），具有至少一个如权利要求1-16中任一项所述的风力涡轮机叶片（10）。

18.根据权利要求17所述的风力涡轮机（2），进一步包括俯仰控制系统，所述俯仰控制系统可操作以调整所述风力涡轮机的至少一个风力涡轮机叶片俯仰，其中，所述俯仰控制系统的输入至少部分地基于表示叶片挠度的确定的所述至少一个尖端通信装置（72）相对于所述至少一个根端通信装置（70）的移动。

19.一种安装在风力涡轮机叶片上的叶片挠度监测系统，所述风力涡轮机叶片包括翼型轮廓本体，所述翼型轮廓本体具有压力侧（52）和吸力侧（54）、以及前缘（18）和后缘（20），所述前缘和后缘具有在它们之间延伸的弦长（60），所述叶片具有尖端（14）和根端（16），所述监测系统包括：

朝向风力涡轮机叶片（10）的尖端安装的至少一个尖端通信装置（72），

朝向风力涡轮机叶片的根端安装的至少一个根端通信装置（70），以及

控制器，所述控制器用于当安装在风力涡轮机叶片上时，在无线电通信中操作所述通信装置，以监测所述至少一个尖端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的距离，从而确定表示叶片挠度的所述至少一个尖端通信装置相对于所述至少一个根端通信装置的移动，其中

所述至少一个尖端通信装置在内部设置在所述翼型轮廓本体中，并且

其中，至少一个无线电波吸收材料（80）在内部布置在所述翼型轮廓本体中，并且在所述无线通信路径中。