CN118224047A - 用于监测用于风力涡轮的轴承的损坏的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于监测用于风力涡轮的轴承的损坏的系统和方法。具体而言，一种用于监测风力涡轮的回转环轴承的损坏的方法，包括将至少一个光纤传感器布置成邻近回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地布置在回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上。此外，该方法包括经由控制器接收来自至少一个光纤传感器的信号，该信号指示与回转环轴承相关联的一个或多个变化。该方法还包括经由控制器将与回转环轴承相关联的一个或多个变化与损坏阈值比较。此外，该方法包括当一个或多个变化超过损坏阈值时经由控制器实施控制动作，以防止或最小化回转环轴承发生进一步损坏。

Description

用于监测用于风力涡轮的轴承的损坏的系统和方法

技术领域

本公开大体上涉及风力涡轮，并且更具体地涉及用于针对损坏来监测轴承以及接合到和/或邻近风力涡轮的轴承的构件的系统和方法。

背景技术

风功率被认为是目前可获得的最清洁、最环保的能源之一，并且在该方面，风力涡轮在已得到增加的关注。现代风力涡轮通常包括塔架、生成器、变速箱、机舱以及经由转子毂接合到机舱的一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型件原理从风捕获动能，并通过旋转能传输动能以转动转子毂。旋转的转子毂转动轴，该轴将转子毂联接到变速箱，或如果不使用变速箱，则直接联接到生成器。然后，生成器将机械能转换为可部署到公用电网的电能。

一些风力涡轮具有大构件(例如，长转子叶片)以帮助风力涡轮产生更多电能。然而，较大的构件常常使风力涡轮的其它构件承受增加的负载(例如，不对称负载)。例如，与长转子叶片相关联的不对称负载可能是变化风况、偏航失准、桨距失准等的结果，并且不对称负载可能造成接合到长转子叶片的其它构件(例如变桨轴承)和/或邻近结构(例如，在每个转子叶片和转子毂的对接部处邻近变桨轴承的结构，诸如每个转子叶片的叶片根部和/或转子毂的毂本体)的应变或损坏。

例如，轴承(诸如风力涡轮的变桨轴承或偏航轴承)有规律地经历一种或多种负载。负载可为归因于风力涡轮操作而导致的平均负载以及归因于变化环境条件而导致的动态波动负载的结果。因而，负载可造成接合到和/或邻近风力涡轮的轴承的其它构件的应变或损坏。在更糟糕的场景下，过度的应变和/或损坏可造成轴承失效。例如，变桨轴承的失效可迫使风力涡轮停机和维修。因此，风力涡轮运营商可归因于风力涡轮的停机时间而遭受重大损失。

鉴于上文提到的情况，需要用于监测轴承和/或接合到和/或邻近轴承的构件的系统和方法，其可提供关于相关联损坏的早期预警信号。

发明内容

本公开的方面和优点将在以下描述中部分阐述，或可从描述清楚，或可通过本公开的实践而获知。

在一方面，本公开针对一种用于监测风力涡轮的回转环轴承的损坏的方法。该方法的实施例包括将至少一个光纤传感器布置成邻近回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地布置在回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上。该方法的实施例还包括经由控制器接收来自至少一个光纤传感器的信号，该信号指示与回转环轴承相关联的一个或多个变化。该方法的实施例还包括经由控制器将与回转环轴承相关联的一个或多个变化与损坏阈值比较。该方法的实施例还包括当一个或多个变化超过损坏阈值时经由控制器实施控制动作，以防止或最小化回转环轴承发生进一步损坏。

在又一方面，本公开针对一种用于监测用于风力涡轮的回转环轴承的损坏的系统。该系统的实施例包括至少一个光纤传感器，该光纤传感器布置成邻近转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地布置在回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上。该系统的实施例还包括通信地联接到该至少一个光纤传感器的控制器，该控制器配置成执行多个操作，该多个操作包括：接收来自至少一个光纤传感器的一个或多个传感器信号，该一个或多个传感器信号指示与回转环轴承或邻近回转环轴承的结构相关联的一个或多个变化；将与回转环轴承或邻近回转环轴承的结构相关联的一个或多个变化与损坏阈值比较；以及当一个或多个变化超过损坏阈值时实施控制动作，以防止或最小化回转环轴承或邻近回转环轴承的结构发生进一步损坏。

本公开的这些及其它特征、方面和优点将参考以下描述和所附权利要求书变得更好理解。并入本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且连同描述用于阐释本公开的原理。

附图说明

包括针对本领域中的普通技术人员的其最佳模式的本公开的完整且充分的公开在参考附图的说明书中阐述，在附图中：

图1示出了根据本公开的风力涡轮的实施例的透视图；

图2示出了根据本公开的风力涡轮的机舱的实施例的简化内部视图；

图3示出了根据本公开的风力涡轮的控制器的实施例的示意图；

图4示出了根据本公开的风力涡轮的转子叶片的实施例的透视图；

图5示出了根据本公开的风力涡轮的传感器的简化内部视图；

图6示出了根据本公开的风力涡轮的毂的实施例的透视图；

图7示出了根据本公开的风力涡轮的毂的实施例的透视图，特别示出了与毂一起布置的测量系统；以及

图8示出了根据本公开的用于监测风力涡轮的轴承的损坏的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考本公开的实施例，其一个或多个示例在图中示出。每个示例通过阐释本公开的方式提供，而不限制本公开。实际上，对于本领域中的技术人员将清楚的是，可在本公开中制作出各种改型和变型，而不脱离本公开的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。因此，意图本公开覆盖如归入所附权利要求书和其等同物的范围内的此类改型和变型。

大体上，本公开针对用于监测风力涡轮的回转环轴承的损坏的系统和方法。因此，本公开的系统和方法在本文中描述为它们可涉及风力涡轮轴承，至少包括诸如变桨轴承、偏航轴承和/或类似轴承的回转环轴承，以及接合到和/或邻近此类轴承的构件。在特定实施例中，例如，构件可包括在每个转子叶片和转子毂的对接部处邻近变桨轴承的结构，诸如每个转子叶片的叶片根部和/或转子毂的毂本体。然而，应当认识到，根据本公开的系统和方法不限于与风力涡轮一起使用，而是适用于任何合适的轴承应用。例如，应当理解，在实施例中，如本文中描述的系统和方法可应用于本领域中已知的和/或以后开发的任何合适的回转环轴承，并且不限于特定的回转轴承构造。

因此，在实施例中，本公开的系统和方法包括将至少一个光纤传感器布置成邻近回转环轴承的内座圈和/或外座圈或至少部分地布置在回转环轴承的内座圈和/或外座圈上。因此，控制器配置成接收来自光纤传感器的信号，该信号指示与回转环轴承相关联的一个或多个变化。然后，控制器可将变化与损坏阈值比较，并且在变化超过损坏阈值时实施控制动作，以防止或以其它方式最小化回转环轴承发生进一步损坏。

现在参考图1，示出了可实施根据本公开的用于监测损坏的系统100的风力涡轮10的实施例的透视图。如图所示，风力涡轮10大体上包括从支承表面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16，以及联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转的毂20和至少一个转子叶片22，它们一起限定转子叶片22和毂20的对接部21。在特定实施例中，如图所示，转子18包括三个转子叶片22。然而，在备选实施例中，转子18可包括多于或少于三个的转子叶片22。每个转子叶片22可围绕毂20间隔开，以便于使转子18旋转来使来自风的动能能够转换成可用的机械能，并且随后转换成电能。例如，毂20可以可旋转地联接到定位在机舱16内的生成器24(图2)，特别是电产生器，以允许产生电能。

此外，如图所示，转子叶片22联接到毂20并从毂20向外延伸，并且因此对接部21可大体上限定负载传递区域。更具体地，在所示实施例中，从风引起至转子叶片22的负载可经由负载传递区域传递到毂20。

在另外的实施例中，如图1中所示，风力涡轮10可进一步包括用于控制各种风力涡轮构件和/或用于实施本文中描述的方法和/或系统的控制器26。此外，如图所示，风力涡轮10可位于机舱16内。然而，在其它实施例中，控制器26可位于风力涡轮10的任何其它构件内或位于风力涡轮外部的位置处。此外，控制器26可通信地联接到和/或可包括任意数量的构件，以便控制此类构件的操作和/或实施校正动作。

现在参考图2，示出了风力涡轮10的机舱16的实施例的简化内部视图。如图所示，生成器24可联接到转子18，以用于从由转子18生成的旋转能来产生电功率。例如，如所示实施例中所示，转子18可包括转子轴34，该转子轴联接到毂20以用于与其一起旋转。转子轴34继而又可通过变速箱38可旋转地联接到生成器24的生成器轴36。如大体上所理解的，转子轴34可响应于转子叶片22和毂20的旋转来提供低速高转矩输入到变速箱38。然后，变速箱38可构造成将低速高转矩输入转换成高速低转矩输出，以驱动生成器轴36并且因此驱动生成器24。

每个转子叶片22还可包括桨距调整机构32，桨距调整机构配置成使每个转子叶片22围绕其变桨轴线28旋转。此外，毂20可限定毂腔74，并且桨距调整机构32的至少一些例如可至少部分地位于毂腔74内。此外，每个桨距调整机构32可包括变桨驱动马达40(例如，任何合适的电、液压或气动马达)、变桨驱动变速箱42和变桨驱动小齿轮44。在此类实施例中，变桨驱动马达40可联接到变桨驱动变速箱42，使得变桨驱动马达40将机械力给予变桨驱动变速箱42。类似地，变桨驱动变速箱42可联接到变桨驱动小齿轮44以用于与其一起旋转。变桨驱动小齿轮44继而又可与联接在毂20和与其对应的转子叶片22之间的变桨轴承46(其是一种类型的回转环轴承)旋转接合，使得变桨驱动小齿轮44的旋转造成变桨轴承46的旋转。因此，在此类实施例中，变桨驱动马达40的旋转驱动变桨驱动变速箱42和变桨驱动小齿轮44，从而使变桨轴承46和转子叶片22围绕变桨轴线28旋转。

类似地，风力涡轮10可包括通信地联接到控制器26的一个或多个偏航驱动机构66，其中每个偏航驱动机构66构造成改变机舱16相对于风的角度(例如，通过接合风力涡轮10的偏航轴承68)。如本文中所使用，用语“偏航”是指机舱16相对于风向的定向。类似于变桨轴承46，本文中描述的偏航轴承68也是一种类型的回转环轴承。

仍然参考图2，如本文中详细描述的，风力涡轮10还可包括用于测量各种操作参数的一个或多个传感器48、50，这些操作参数可用于计算一个或多个轴承的应变和/或损坏。例如，在某些实施例中，传感器可包括至少一个传感器48，以用于测量转子叶片22的位置/定向、变形和/或负载(诸如转子叶片22的桨距角、转子叶片22的弯矩、应变等)。在另一个实施例中，风力涡轮10还可包括用于监测生成器24(例如转矩、旋转速度、加速度和/或功率输出)的生成器传感器(未示出)；用于测量转子18中的不平衡负载的传感器(例如主轴弯曲传感器)；和/或在本地或远程的并且用于测量各种风参数的各种风传感器50，风参数诸如是风速、风峰、风湍流、风切变、风向变化、空气密度、风锋、风场条件等。此外，传感器可位于风力涡轮10的地面附近、机舱16上、或风力涡轮10的气象杆上或远离风力涡轮10。

还应当理解，任何其它数量或类型的传感器可使用且可在任何位置处。例如，传感器可为纤布拉格光栅传感器、微惯性测量单元(MIMU)、应变仪、加速度计、压力传感器、迎角传感器、振动传感器、接近传感器、光检测和测距(LIDAR)传感器、相机系统、光纤系统、风速计、风向标、声波检测和测距(SODAR)传感器、红外激光器、辐射计、皮托管、雷达气球、其它光学传感器和/或任何其它合适的传感器。应当认识到，如本文中所使用，用语“监测”和其变型指示各种传感器可配置成提供监测的参数的直接测量或此类参数的间接测量。因此，传感器例如可用于生成与监测的参数相关的信号，该信号然后可由控制器26用来确定实际参数，例如可用于经由至少一个光纤传感器生成多个脉冲，以及通过一根或多根光纤束反射和传输多个信号，并分析反射和传输的多个信号以用于指示应变或损坏的反射信号的波长或频率的变化。

现在参考图3，示出了根据本公开的控制器26的各种构件的实施例的框图。如图所示，如本文中详细公开的，控制器26可包括一个或多个处理器58和相关联的存储器装置60，其配置为执行各种计算机实施的功能(例如，执行方法、步骤、计算等和存储相关数据)。另外，控制器26还可包括通信模块62以便于控制器26与风力涡轮10的各种构件之间的通信。此外，通信模块62可包括传感器接口64(例如，一个或多个模数转换器)，以允许从传感器48、50传输的信号转换成可由处理器58理解和处理的信号。应当认识到，传感器48、50可使用任何合适的手段通信地联接到通信模块62。例如，如图3中所示，传感器48、50经由有线连接来联接到传感器接口64。然而，在其它实施例中，传感器48、50可经由无线连接联接到传感器接口64，诸如通过使用本领域中已知的任何合适的无线通信协议。

因此，在实施例中，如本文中详细论述的，认识到，控制器26可为根据本公开的用于监测损坏的系统100的一部分，并且可配置成响应于由控制器26接收的信号(例如，指示回转环轴承46、68的应变或损坏的传感器信号、指示转子叶片22的叶片根部23的应变或损坏的传感器信号，以及指示毂20的应变或损坏的传感器信号)，控制各种操作模式(例如，启动或停机序列)，使风力涡轮10降额，和/或控制风力涡轮10的各种构件。

如本文中所使用，用语“处理器”不但是指本领域中称为包括在计算机中的集成电路，而且是指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路，以及其它可编程电路。另外，存储器装置60可大体上包括存储器元件，包括但不限于，计算机可读介质(例如，随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如，闪速存储器)、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能盘(DVD)和/或其它合适的存储器元件。此存储器装置60大体上可配置成存储合适的计算机可读指令，当由处理器58实施时，该合适的计算机可读指令将控制器26配置为执行各种功能，包括但不限于基于多个操作数据确定风力涡轮10的一个或多个当前风力涡轮参数、确定最大风力涡轮参数、传输合适的控制信号以实施控制动作以减小作用在风力涡轮上的负载，以及各种其它合适的计算机实施的功能。

现在参考图4，示出了根据本公开的转子叶片22的实施例的透视图。转子叶片22包括构造成用于将转子叶片22安装到毂20的叶片根部23和与叶片根部23相对设置的叶片末梢25。转子叶片22的本体27可在叶片根部23与叶片末梢25之间纵向延伸，并且大体上可例如用作转子叶片22的外壳，或用作转子叶片22的叶片侧壁53。如大体上所理解的，本体27可限定空气动力学轮廓(例如，通过限定翼型件形横截面，诸如，对称或弧形的翼型件形横截面)，以使转子叶片22能够使用已知的空气动力学原理从风捕获动能。因此，本体27可大体上包括在前缘33与后缘35之间延伸的压力侧29和吸入侧31。另外，转子叶片22可具有限定本体27在叶片根部23与叶片末梢25之间的总长度的翼展37，以及限定本体27在前缘33与后缘35之间的总长度的翼弦39。认识到，当本体27从叶片根部23延伸到叶片末梢25时，翼弦39按长度可相对于翼展37变化。

此外，在所示实施例中，转子叶片22还可包括多个T形螺栓或根部附接组件41，以用于将叶片根部23联接到风力涡轮10的毂20。大体上，每个根部附接组件41可包括安装在叶片根部23的一部分内的筒形螺母43，以及联接到筒形螺母43且从筒形螺母43延伸以便从叶片根部23的根部端47向外突出的根部螺栓45。如本文中详细描述的，通过从根部端47向外突出，根部螺栓45大体上可用于在对接部21(图1和图2)处将叶片根部23联接到毂20(例如，经由回转环轴承46)。

此外，在所示实施例中，转子叶片22还包括叶片侧壁53，该叶片侧壁53在叶片根部23与叶片末梢25之间并沿翼展37延伸，限定本体27的总长度。叶片侧壁53具有内表面57和外表面59，内表面57和外表面59至少部分地限定从叶片根部23朝向叶片末梢25延伸的叶片腔61。叶片腔61可经由开口71进入。

大体上参考图1和图4-7，示出了用于监测风力涡轮10的损坏的系统100(例如，经由用于风力涡轮10的控制器26实施)的不同构件的各种视图。特别地，例如，如图1中所示，系统100可配置成监测叶片根部23与毂20之间的对接部21处的损坏。在另一个实施例中，系统100可配置成监测变桨轴承46(参见例如图6)。在又一个实施例中，系统100可配置成监测毂20(参见例如图7)。

更具体地，在所示实施例中，如图4-7中所示，用于监测损坏的系统100还可包括测量系统146。测量系统146可具有一个或多个处理器和/或与控制器26(图3)类似地配置。因此，在实施例中，测量系统146可补充或辅助控制器26并且因此可为可选的。此外，在实施例中，测量系统146可位于机舱16内、机舱16上或邻近机舱16。备选地，测量系统146可为遍布风力涡轮10、支承表面14上、远程风场结构(未示出)内、远程控制中心(未示出)处等的分布式系统。

在某些实施例中，如本文中详细描述的，系统100可通信地联接到桨距调整机构32(图2)以控制转子叶片22的桨距。在另一个实施例中，每个转子叶片22的桨距角由用于监测损坏的系统100经由专用于该转子叶片22的控制器26来控制。备选地，用于所有转子叶片22的桨距角可由用于监测损坏的系统100经由共用的控制器26同时控制。类似地，如本文中详细描述的，用于监测损坏的系统100可通信地联接到偏航驱动机构66(图2)以调整机舱16的偏航。

在另外的实施例中，例如，测量系统146包括一个或多个传感器148(参见例如图4-7)并且可通信地联接到控制器26。因而，在实施例中，传感器148可包括应变仪、光纤传感器、温度传感器、压力计等，并且可位于风力涡轮10上的各种位置处并且通信地联接到控制器26。

在实施例中，例如，传感器148可联接到转子叶片22的部分(特别地，叶片根部23)、变桨轴承46、偏航轴承68和/或毂20以将指示应变或损坏的一个或多个信号传输到测量系统146。在某些实施例中，例如，传感器148可联接到转子叶片22的内表面和转子叶片22的外表面，和/或联接在内表面与外表面之间。因而，传感器148可配置成传输指示转子叶片22的相应部分的位置、指示转子叶片22的桨距角、指示转子叶片22的偏转或变形或弯曲、和/或指示作用在转子叶片22的相应部分上的负载、应变和/或损坏的信号。

例如，如图5中所示，传感器148可配置为光纤束150的一部分。因此，在实施例中，传感器148沿光纤束150轴向间隔开，并且配置成传输指示转子叶片22的相应部分的位置和/或指示作用在转子叶片22的相应部分上的负载、应变和/或损坏的信号，例如，以传输指示叶片根部23的损坏的信号。此外，如图5中所示，如本文中详细描述的，光纤束150可包括多芯光纤104，其包括多个纤芯106、108、110，以使用于监测损坏的系统100能够发送和接收信号。备选地，多芯光纤104可包括任何数量的纤芯以使系统100能够如本文中所描述那样起作用。在所示实施例中，传感器148可为设置在每个纤芯106、108、110内的纤布拉格光栅112。每个纤布拉格光栅112配置成当多芯光纤104的位置和/或定向变化时测量相应纤芯106、108、110上的应变。每个纤布拉格光栅112配置成反射预定频带的光，该预定频带的光取决于在相应纤芯106、108、110中形成的调制周期。

在某些实施例中，测量系统146可包括频域反射计(未示出)，频域反射计与多芯光纤104通信地联接以接收从每个纤布拉格光栅112传输的信号。因而，每个纤布拉格光栅112配置成将指示纤布拉格光栅112的光路长度的信号传输到频域反射计，并且频域反射计配置成计算每个纤布拉格光栅112与频域反射计之间沿相应纤芯106、108、110的光路长度。

在风力涡轮10的操作期间，转子叶片22从中性位置到偏转位置(图1-虚线转子叶片22)的移动可造成多芯光纤104和纤布拉格光栅112与转子叶片22一起移动。当多芯光纤104和纤布拉格光栅112移动时，纤布拉格光栅112拉伸或压缩，造成纤布拉格光栅112的调制周期变化，这继而又造成由纤布拉格光栅112反射的频率的偏移。因此，频域反射计可配置成计算频率变化，并且至少部分地基于计算的频率变化来计算每个纤布拉格光栅112和多芯光纤104的移动的幅度和方向。因而，测量系统146配置成至少部分地基于计算的每个纤布拉格光栅112的移动的幅度和方向来计算每个纤布拉格光栅112的位置。测量系统146还配置成至少部分地基于计算的每个纤布拉格光栅112的位置或计算的频率变化来计算转子叶片22的形状、偏转、变形、应变或损坏。

现在参考图6，示出了根据本公开的毂20的实施例的透视图。大体上，如图所示，变桨轴承46包括外座圈52、内座圈54以及设置在外座圈52与内座圈54之间的多个滚子元件(未示出)。外座圈52大体上构造成使用多个毂螺栓98和/或其它合适的紧固机构安装到毂20。类似地，如本文中详细描述的，内座圈54大体上构造成安装到叶片根部23(图4)。如大体上所理解的，内座圈54可构造成相对于外座圈52(经由滚子元件)旋转，以允许调整每个转子叶片22的桨距角。如图2中所示，外座圈52和内座圈54的此相对旋转可使用桨距调整机构32来实现。

在所示实施例中，毂20包括毂本体70，毂本体70具有与转子叶片22中的每一个对应的接合区域72，并且大体上可用作结构壳，或用作限定毂20的毂腔74的毂壁73。如大体上所理解的，每个接合区域72限定通向毂腔74的开口76。转子叶片22包括多个T形螺栓或根部附接组件41(参见例如图4)，并且多个T形螺栓或根部附接组件41将叶片根部23联接到毂20的接合区域72，其间具有回转环轴承46。这形成了如本文中详细描述的对接部21。

此外，在所示实施例中，毂20的毂壁73具有至少部分地限定毂腔74的内表面77和外表面78。毂腔74可经由开口76中的每一个进入。因此，在实施例中，传感器148可联接到毂壁73。更具体地，如图所示，传感器148可围绕回转环轴承46的外座圈52的外周边联接到毂壁73的外表面78。备选地，传感器148可联接到毂壁73的内表面77(图7)，和/或联接到毂壁73的外表面78，但位于毂20的接合区域72与回转环轴承46的外座圈52之间。因而，毂20的传感器148可配置成传输指示毂壁73的偏转或变形或弯曲的信号，例如指示毂壁73中的塞孔裂纹(未示出)和/或螺栓孔腐蚀裂纹(未示出)的信号。例如，毂20的传感器148可配置成传输指示作用在毂20的接合部分上和/或作用在对接部21上(例如作用在回转环轴承46上)的负载、应变和/或损坏的信号。

此外，在所示实施例中，传感器148可构造为光纤束150的一部分(参见例如图5)，具有围绕变桨轴承46的外座圈52的外周边接合(例如使用粘合剂)的长度。传感器148沿光纤束150轴向间隔开，并且配置成传输指示作用在对接部21上的负载、应变和/或损坏的信号，例如，传输指示毂壁73在毂20的接合区域72处或邻近毂20的接合区域72的损坏的信号。

在风力涡轮10的操作期间，如图6中所示，例如，裂纹99可沿毂本体70的毂壁73传播。裂纹99可能造成光纤束150的多芯光纤104和纤布拉格光栅112变形。当多芯光纤104和纤布拉格光栅112变形时，纤布拉格光栅112拉伸或压缩，造成纤布拉格光栅112的调制周期变化，这继而又造成由纤布拉格光栅112反射的频率的偏移。因而，测量系统146和/或控制器26配置成至少部分地基于例如计算的每个纤布拉格光栅112的变形、拉伸或压缩的幅度和方向来计算每个纤布拉格光栅112的位置。测量系统146和/或控制器26还配置成至少部分地基于计算的纤布拉格光栅112中的一个或多个的变化和计算的频率变化来计算毂20的形状、偏转、变形、应变或损坏。

在所示实施例中，系统100配置成操作桨距调整机构32以调制转子叶片22的桨距角。备选地，系统100可配置成操作偏航驱动机构66。

现在参考图7，示出了根据本公开的毂20的另一个实施例的透视图。在示出的实施例中，传感器148在毂20的接合区域72后面联接到毂壁73的内表面77，和/或围绕开口76的周边在毂20的接合区域72上联接到毂壁73的外表面78。

现在参考图8，示出了根据本公开的用于监测风力涡轮的回转环轴承的损坏的方法200的实施例的流程图。方法200在本文中描述为例如使用上文描述的风力涡轮10来实施。然而，应当认识到，所公开的方法200可使用本领域中现在已知的或以后开发的任何其它合适的风力涡轮来实施。另外，尽管图8出于图示和论述的目的示出了以特定顺序执行的步骤，但本文中所描述的方法不限于任何特定的顺序或布置。使用本文中提供的公开的本领域中的技术人员将认识到，可以以各种方式省略、重新布置、组合和/或调整方法的各种步骤。

如(202)处所示，方法200包括将至少一个光纤传感器布置成邻近回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地布置在回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上。在实施例中，(202)包括将至少一个光纤传感器至少部分地布置在风力涡轮的毂的外表面上。在另一个实施例中，(202)包括将至少一个光纤传感器至少部分地布置在风力涡轮的毂内。在另一个实施例中，(202)包括将多个光纤传感器周向分布成邻近回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地周向分布在回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上。

如(204)处所示，方法200还包括经由控制器接收来自至少一个光纤传感器的信号，该信号指示与回转环轴承相关联的一个或多个变化。如(206)处所示，方法200还包括经由控制器将与回转环轴承相关联的一个或多个变化与损坏阈值比较。如(208)处所示，方法200还包括当一个或多个变化超过损坏阈值时经由控制器实施控制动作，以防止或最小化回转环轴承发生进一步损坏。

更具体地，在某些实施例中，方法200可包括比较来自多个光纤传感器的信号以评估回转环轴承中发生的损坏。此外，在某些实施例中，方法200可包括经由至少一个光纤传感器生成多个脉冲；反射和传输多个脉冲；以及分析反射和传输的多个脉冲以产生指示回转环轴承的应变的信号。在此类实施例中，方法200可包括确定反射和传输的多个脉冲中的频率偏移。

本公开的其它方面由以下条款的主题提供：

一种用于监测风力涡轮的回转环轴承的损坏的方法，该方法包括将至少一个光纤传感器布置成邻近回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地布置在回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上；经由控制器接收来自至少一个光纤传感器的信号，该信号指示与回转环轴承相关联的一个或多个变化；经由控制器将与回转环轴承相关联的一个或多个变化与损坏阈值比较；以及当一个或多个变化超过损坏阈值时经由控制器实施控制动作，以防止或最小化回转环轴承发生进一步损坏。

前述条款的方法，其中将至少一个光纤传感器布置成邻近回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地布置在回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上进一步包括：将至少一个光纤传感器至少部分地布置在风力涡轮的毂的外表面上。

前述条款中的任何的方法，其中将至少一个光纤传感器布置成邻近回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地布置在回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上进一步包括：将至少一个光纤传感器至少部分地布置在风力涡轮的毂内。

前述条款中的任何的方法，其中将至少一个光纤传感器布置成至少部分地邻近回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地布置在回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上进一步包括：将多个光纤传感器周向分布成邻近回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地周向分布在回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上。

前述条款的方法，进一步包括比较来自多个光纤传感器的信号以评估在回转环轴承中发生的损坏。

前述条款中的任何的方法，进一步包括经由至少一个光纤传感器生成多个脉冲；反射和传输多个脉冲；以及分析反射和传输的多个脉冲以产生指示回转环轴承的应变的信号。

前述条款的方法，其中分析反射和传输的多个脉冲以产生指示应变的信号进一步包括确定反射和传输的多个脉冲中的频率偏移。

前述条款中的任何的方法，其中与回转环轴承相关联的一个或多个变化包括应变、温度和变形中的至少一者。

前述条款中的任何的方法，其中至少一个光纤传感器是纤布拉格光栅光纤束。

前述条款中的任何的方法，其中将至少一个光纤传感器至少部分地布置在回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上进一步包括：经由粘合剂将至少一个光纤传感器固定成邻近回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地固定在回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上。

前述条款中的任何的方法，其中回转环轴承包括风力涡轮的变桨轴承或偏航轴承中的一者。

一种用于监测用于风力涡轮的回转环轴承的损坏的系统，该系统包括：至少一个光纤传感器，该至少一个光纤传感器布置成邻近回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地布置在回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上；以及通信地联接到至少一个光纤传感器的控制器，该控制器配置成执行多个操作，该多个操作包括：接收来自至少一个光纤传感器的一个或多个传感器信号，该一个或多个传感器信号指示与回转环轴承或邻近回转环轴承的结构相关联的一个或多个变化；将与回转环轴承或邻近回转环轴承的结构相关联的一个或多个变化与损坏阈值比较；以及当一个或多个变化超过损坏阈值时实施控制动作，以防止或最小化回转环轴承或邻近回转环轴承的结构发生进一步损坏。

前述条款的方法，其中至少一个光纤传感器至少部分地布置在风力涡轮的毂的外表面上。

前述条款中的任何的方法，其中至少一个光纤传感器至少部分地布置在风力涡轮的毂的内表面上。

前述条款中的任何的方法，其中至少一个光纤传感器周向分布成邻近回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地周向分布在回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上。

前述条款中的任何的方法，其中控制器进一步配置成：比较来自至少一个光纤传感器的信号以评估在回转环轴承中发生的损坏。

前述条款中的任何的方法，其中至少一个光纤传感器配置成生成多个脉冲并且反射和传输多个脉冲，并且其中控制器进一步配置成分析反射和传输的多个脉冲以产生与回转环轴承或邻近回转环轴承的结构相关联的一个或多个变化的信号。

前述条款的方法，其中控制器进一步配置成确定反射和传输的多个脉冲中的频率偏移。

前述条款中的任何的方法，其中至少一个光纤传感器是纤布拉格光栅光纤束。

前述条款中的任何的方法，其中回转环轴承包括风力涡轮的变桨轴承或偏航轴承中的一者。

本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本公开，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本公开的可专利范围由权利要求书限定，并且可包括本领域中的技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括并非不同于权利要求书的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的书面语言无实质差别的等同结构元件，则意图此类其它示例在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于监测风力涡轮的回转环轴承的损坏的方法，所述方法包括：

将至少一个光纤传感器布置成邻近所述回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地布置在所述回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上；

经由控制器接收来自所述至少一个光纤传感器的信号，所述信号指示与所述回转环轴承相关联的一个或多个变化；

经由所述控制器将与所述回转环轴承相关联的所述一个或多个变化与损坏阈值比较；以及

当所述一个或多个变化超过所述损坏阈值时经由所述控制器实施控制动作，以防止或最小化所述回转环轴承发生进一步损坏。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述至少一个光纤传感器布置成邻近所述回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地布置在所述回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上进一步包括：

将所述至少一个光纤传感器至少部分地布置在所述风力涡轮的毂的外表面上。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述至少一个光纤传感器布置成邻近所述回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地布置在所述回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上进一步包括：

将所述至少一个光纤传感器至少部分地布置在所述风力涡轮的毂内。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，将至少一个光纤传感器布置成至少部分地邻近所述回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地布置在所述回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上进一步包括：

将多个光纤传感器周向分布成邻近所述回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地周向分布在所述回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括比较来自所述多个光纤传感器的信号以评估在所述回转环轴承中发生的损坏。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

经由所述至少一个光纤传感器生成多个脉冲；

反射和传输所述多个脉冲；以及

分析反射和传输的多个脉冲以产生指示所述回转环轴承的应变的信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，分析所述反射和传输的多个脉冲以产生指示应变的所述信号进一步包括：

确定所述反射和传输的多个脉冲中的频率偏移。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，与所述回转环轴承相关联的一个或多个变化包括应变、温度和变形中的至少一者。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个光纤传感器是纤布拉格光栅光纤束。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，将至少一个光纤传感器至少部分地布置在所述回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上进一步包括：

经由粘合剂将所述至少一个光纤传感器固定成邻近所述回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者或至少部分地固定在所述回转环轴承的内座圈或外座圈中的至少一者上。