CN1599840A - 风电设备具有警示灯的转子扇叶 - Google Patents

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Abstract

最常见的几种带有扇叶的风电设备早已广为人知。并且人们知道，在某种状况下，在风电设备安装区域、合适的时间，为引起天空交通的注意力一提醒他们风电设备的存在，风电设备一定要安装一种危险警示灯。为了上述的目的，众知的是在扇叶上常用一种有红色涂料的警示灯。这样就可以防止一架飞机，特别是一家军用飞机碰撞到风电设备或转叶上。这个发明的目的是要在扇叶顶尖处提供光亮。这种方法比之前的提议要更可靠。修整发生的任何损坏再也不会像以前那样的复杂和昂贵，而是可以非常迅速的修理。一种风电设备的转子扇叶，这个扇叶连接至风电设备的轮毂并在扇叶的一端具有扇叶尖部，扇叶尖部与扇叶在轮毂连接处相对，其特征在于：至少一个光波导管放置在从扇叶轮毂连接部到扇叶尖部的位置上。

Description

风电设备具有警示灯的转子扇叶
最常见的几种带有扇叶的风电设备早已广为人知。并且人们知道，在某种状况下，在风电设备安装区域、合适的时间，为引起天空交通的注意力一提醒他们风电设备的存在，风电设备一定要安装一种危险警示灯。为了上述的目的，众知的是在扇叶上常用一种有红色涂料的警示灯。这样就可以防止一架飞机，特别是一家军用飞机碰撞到风电设备或转叶上。
为了改进对空中交通的警示灯，在给扇叶涂上信号式颜色的方法之外，在扇叶的顶尖处运用白炽灯或其它形式光的提议也已经提出过。所述灯或其它方式光会在晚间开亮，这样它们就能轻易地被空中交通看到。然而白炽灯或其它形式光的缺点是它们只具备有限的耐用性且更换已用坏的发光装置的成本相对于利益来说不是很能让人接受。很多因素导致在扇叶顶尖处更换发光装置的花费可能达到几千德国马克。因为不仅风电设备的运行一定要停止，而这是非常昂贵的，而且需要用起重机把维护人员从风电设备的塔上或风电设备前方的地面上举起来。
那种花费与实际的技术失效花费相比是非常的不值得的。
作为这个问题的一种解决方案，一个提议指出这种在扇叶尖部的发光装置可能是多余的。然而即使是这样的一种概念也不可能总是能保证所述发光装置不会失效。在这方面光形式失效的原因可以是多样的，可能是扇叶顶尖处的光设备受到机械式损伤(受颗粒物、冰雹、雨点等撞击)或者是个别的电连接中断，或者是其它的原因。
这个发明的目的是要避免上面指出的缺点而在扇叶顶尖处提供光亮。这种方法比之前的提议要更可靠。修整发生的任何损坏再也不会像以前那样的复杂和昂贵，而是可以非常迅速的修理。
所述发明的目的是由权利要求1实现的。有益的改进在附加权利要求中阐明了。
所述发明基于以下概念：将所有发光装置都从扇叶的尖部区域(扇叶顶尖)移至大约轮毂处附近区域，例如转子本身的轮毂。如果一种发光装置失效，维护人员可以非常容易的用一种简单的方法来更换它。
当这种发光装置，所述是指放置在光电设备基柱上的一种可发光的装置像例如一种激光或一个发光二极管或若干个发光二极管。所发出的光被导入一种玻璃光纤的管路(光波导管、光导管)，这个管路用一种容易导出光的方式摆放在扇叶的表面到尖部区域。
在扇叶尖部的光波导管的尾端遭到损坏，即便这是几乎不可能发生的，那样也不会导致整个光波导管的失效，而是光仍会继续传播直至引导出来。因为在扇叶尖部区域没有任何的电子元件存在，光波导管是保护得很好的。
补充前述，所述发明还能够提供使用所述光波导管来实施扇叶自身可能的应力和负荷测量。
在这个方面可参考如下：当光导入光导管时，所述光束在光导管内部相应边缘被反射并传播至光导管的出口端。
根据引入的光量与导出光量之间份额的比例可以假设一个参量方面的值。在最优化的状况下此值为1，此时在引入光导管的光量等于光导管导出端的光量强度(单位流明)。
然而光导管的参量不仅仅是取决于光导管的材料或被导入光的性质，还取决于光导管的摆放方式。如果例如说光导管放置成一条直线，其参量一般来说会好于如果光导管放置成其它各种几何形状，包括线圈、蛇行弯曲或拱形或多种半径的弧线。
光导管向垂直于其延伸的方向上运动表明光在光导管内部的传播被部分地限制住了，结果会是总体参量水平下降。
依据本发明，例如风电设备扇叶，还可以应用所述最后提及的效应对扇叶挠曲进行光学的/电子的测量。因为一个光导管实际上形成一个回路，从扇叶轮毂外开始，经过一个在扇叶里给定的导管设置，经过扇叶尖部再回到轮毂。然后，在光导管导出端安放一个合适的检测器。使用一种合适的处理设备(处理器)可以测量导出光的强度且导出光的量是与在光导管里穿出的光量稳定相关的。
现在因为扇叶上的负荷不断增长(风速在提高)，扇叶也变得逐渐挠曲。这种情况就会自动导致参量的减损或降低，一种扇叶机械负荷的测量方法也可以从具体参量水平中推导出来。
于是，基于上面对此发明各方面的描述，还可以得出结论扇叶的负荷不只集中在轮毂部分，扇叶根部，而是还在个别点上，特别是在扇叶的尖部区域。而且由于狂风或其它事件引起的扇叶尖部可能产生的过长延伸也会骤然增大，并且还可以在同时应用于停止风电设备运转或对扇叶迎角实施调整，这样可以避免有害的过长延伸局面。因为这种过载状况通常会导致扇叶以及整个风电设备服务寿命的显著降低。
不言而喻的是，光导管能够在各种不同形状下穿过，它可能放置在扇叶本身里或扇叶最外边的表层下，或是在扇叶上。光导管既可以从扇叶同一侧面或不同侧面的根部开始到扇叶尖部再回来，也可以把光导管盘成螺旋状结构绕在整个扇叶上，从扇叶根部开始到扇叶尖部再回来，或者也可用若干束光波导管在扇叶附近(或扇叶本身)放置成多种形状。
，光导管由于扇叶的挠曲之原因偏离自身纵长方向越多，那么相应的总体参量下降得就越多，而且通过灵敏的测量和交互折返线，在某些情况下还可以精确找到扇叶上有害的过长延伸的正发生位置或已经发生的位置。
将光波导管放置在扇叶里或扇叶上的优点还在于按那种方式安放可以早在扇叶的生产阶段实施完成。而且光导管本身通常极其结实并且不会导电，所以光导管就已被很好的保护住而不会受一些例如雷电袭击风电设备的干扰。
另外，对可能发生的扇叶过载的测量，运用光导管(或波导管)的方法会比例如用带状应变片(SGS)或其它在扇叶轮毂部或根部测量机械负荷的测量仪器快很多。由于一个关于导出光强度的电子信号可以用光检测器在光波导管的出口端测出，所述电子信号可直接传送到一个风电设备的遥控监测站。在那里电子信号可正确评估，如果风电设备不具备自动控制系统，可以用于迅速干涉风电设备的运转。当参量水平降低到一个给定值以下，所述自动控制系统会自动实施设备控制或进行能够使扇叶负荷减轻的改进。
当光导管放置为一个扇叶尖部的发光设置(尖部发光设置)，发光设置不用在转子回转的整个过程中开亮，只需要在各扇叶分别在自己位置到9点至3点之间(扇叶按顺时针方向旋转)或优选于10点至2点之间的区域开亮。
用二极管发光来充入光，不仅可以充入单色白光到光波导管中，而且可以用其它各种颜色光。光还可以通过在扇叶尖部放置合适的导出位置的光波导管而被直接发射到各个方向，在此情况下，为了提高光强度水平，在光波导管的尾端装有适合的透镜，同时可以保护光波导管的相应端。
所述发明在此之后将利用实施例予以描述。在附图中：
图1为一个所述发明第一实施例的转子扇叶的示意图，和
图2为另一个实施例的扇叶的示意图。
图1为一个带有光波导管14的扇叶10，光波导管放置在扇叶上(或扇叶里)，光波导管在扇叶尖部15按一种折回的方式放置。一个发光二极管16连接于光波导管14，一个相应的接受光二极管18放在另外一端连接。发光二极管把光充入进光波导管然后接受二极管18接收已经穿越光导管的光。
以前风电设备开始运作时，扇叶完全非挠曲的(即不会在风作用下变形)，基准测量为该情况下在接收二极管单元18里测量的所接收的光的量。光的数量部分通常表达为百分值，百分值总是低于100％。如果测量值为100％，发光单元16发出的所有光应当必须通过光波导管14到达接收单元18，这样参量水平值就会是1。
现在当风电设备进入运行，也会有一种结果，在风和动态压力下，整个扇叶会挠曲，特别是尖部区域，同时也会导致光波导管初始位置发生变化，那样会在光波导管内产生一个不同的反射路径。发生的结果通常为对比于基准状况下光输出的降低，降低的光输出可以在接收光单元18中测量。
由上所述，在接收单元18(或光调制测量)中的定量的光测量(光调制测量)可以确定转子扇叶的挠曲变形程度。在扇叶变形后，参量会低于基准状况的参量水平。
如果在扇叶上某种过长延伸是有害的，也就是说参量水平降低至预定值以下，那么用所述发明的方法同样可以监控。如果必要，为进行自我保护，测量数据还可用于终止整部风电设备的运转。
根据所述发明的上述描述，还有优点在于：当风电设备的转子扇叶可能存在毛细裂缝时，毛细裂缝大体横穿过光导管，光导管会极迅速地撕裂以致整体光的传播不仅是被干扰而且是完全崩溃。光导管会以这种方式撕裂的原因是：光导管在长度方向通常设计成非常多孔隙的，只有很微量的弹性。如果现在在光导管中传播的光敏感地感受到毛细裂缝的干扰，那么整个设备就会停止而可能在早期阶段就调查扇叶中可能存在的毛细裂缝。
图1中没有示出进一步处理测量的光的设置。可以用传统的方法产生一个源于光量的电子信号，然后在处理器或其它处理仪器中进行处理，以确定所接收光的数量值，这个数量值也会与穿进光导管的光量有关。所述关于参量的值可以直接从差值(发射光量/接收光量)中导出。可以提供一张适用的列有各层次参量的给定值的记忆表，当被确定的参量值低于或高于给定的参量标准，就可对风电设备采取必要的措施，例如可以停止风电设备。
另外且补充图1中的结构，图2为一束光波导管放置于扇叶轮毂部(扇叶根部)到扇叶尖部。在轮毂区域，通过一个灯14来把光充入到光波导管中，在尖部区域光从光波导管中导出。这样尖部区域至少在晚间被很好的照明，空中交通就会注意到这个风电设备。
可以理解上述选择可以互相结合，那样除照明尖部外，还有可能实施对扇叶轻微偏转的监控。在这种情况下，灯14也可以代表一个发光二极管。
可以理解开亮灯14和16可以做成取决于各自一天中的时间，黑暗时或各自的每个扇叶转动位置。例如，灯可在一个扇叶在10点到12点/14点位置时开亮。
这个方法有以下优点，一方面发光装置受到了保护，另一方面发光装置只有当扇叶在其还可以见得到的位置处点亮。还有，当发光装置开亮时，风电设备周围对环境的污染减到最小。
非常明显，上述通过光波导管的光路安排也可以由其它形式发光装置来体现，例如，由配套电缆提供能量的发光二极管。
控制发光装置的控制器材优选连接于风电设备系统，这样发光装置的开亮可以与扇叶位置相关。

Claims (8)

1.一种风电设备的转子扇叶，这个扇叶连接至风电设备的轮毂并在扇叶的一端具有扇叶尖部，扇叶尖部与扇叶在轮毂连接处相对，其特征在于：至少一个光波导管放置在从扇叶轮毂连接部到扇叶尖部的位置上。
2.根据权利要求1的扇叶，其特征在于：若干光波导管放置在从扇叶轮毂连接部到扇叶尖部的位置上。
3.根据前述权利要求中之一条的扇叶，其特征在于：所述光波导管在扇叶表面终止于扇叶尖部区域。
4.一种具有一个扇叶连接部而连接至风电设备转子轮毂的风电设备的扇叶，并在扇叶的一端具有扇叶尖部，扇叶尖部与扇叶在轮毂连接处相对，其特征在于光导管放置于扇叶长度的方向，在其中光从入口端进入光导管并从出口端导出，出口处提供一个可检测导出光量的检测器，这个监测器与一个评估装置相连接，评估装置可以评估导入与导出光的量。
5.根据权利要求4的扇叶，其特征在于：评估装置与一个风电设备的控制装置相连接，如果导出光量低于一个预定值则风电设备会停机。
6.一种具有一个根据前述权利要求之一条的扇叶的风电设备，安装了发光装置，通过这个装置光被导入到光波导管中且在扇叶尖部处可见的导出。
7.一种具有一个根据前述权利要求之一条的扇叶的风电设备，提供了控制系统，控制系统通过相关的单个扇叶位置来控制发光装置的开亮，优选当扇叶在10点到14点之间的区域时开亮发光装置于。
8.一种带有由若干扇叶组成的转子的风电设备，带有发光装置以照亮扇叶尖部，其中扇叶尖部的照明只在有限的扇叶位置区域开亮，例如在扇叶到9点至15点之间的位置或扇叶在10点至14点之间的位置。
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