專(zhuān)利名稱(chēng)：風(fēng)力渦輪機(jī)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件及測(cè)定該構(gòu)件撓曲和/或應(yīng)變的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法和裝置，用于細(xì)長(zhǎng)(elongated)風(fēng)力渦輪機(jī)元件等 的撓曲和/或應(yīng)變的測(cè)量，所述元件例如是風(fēng)力渦輪^/L轉(zhuǎn)子葉片和風(fēng)力渦輪機(jī) 塔架。本發(fā)明的撓曲和/或應(yīng)變的測(cè)量可用于對(duì)周期槳距控制器的反饋或作為 對(duì)用于故障檢測(cè)的主渦輪機(jī)控制器的反饋。
背景技術(shù)：
在許多方面，風(fēng)力渦輪機(jī)的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件受到應(yīng)力，造成應(yīng)變。例如，風(fēng)力 渦輪機(jī)塔架以及風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片會(huì)暴露在強(qiáng)風(fēng)下，該強(qiáng)風(fēng)在塔架和轉(zhuǎn)子 葉片上造成應(yīng)變。轉(zhuǎn)子葉片和/或塔架上的載荷會(huì)通過(guò)葉片的槳距的變化而減 小。這通?？赏ㄟ^(guò)獨(dú)立槳距控制器或通過(guò)周期槳距控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
一種有效的槳距控制，例如用于減小作用在轉(zhuǎn)子上的載荷，需要關(guān)于作 用在葉片根部上的載荷的信息，該信息從轉(zhuǎn)子葉片撓曲的測(cè)定中提取。葉片 中的光纖是用于對(duì)轉(zhuǎn)子載荷進(jìn)行可靠且長(zhǎng)期測(cè)量的典型傳感器。這種系統(tǒng)非 常昂貴。
在US 7,059,822 B2中，披露了 一種用于測(cè)定轉(zhuǎn)子葉片撓曲的方法，其 中，轉(zhuǎn)子葉片與輪轂聯(lián)接。轉(zhuǎn)子葉片包括梁，該梁的第一端聯(lián)接至轉(zhuǎn)子葉片 內(nèi)的導(dǎo)流板，而梁的第二端靠近輪轂定位且用于通過(guò)位于輪轂中的至少 一個(gè) 傳感器測(cè)量梁的撓曲。該梁位于轉(zhuǎn)子葉片中心線附近。葉片撓曲的測(cè)定基于 與葉片撓曲關(guān)聯(lián)的梁的運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是提供一種用于測(cè)定組件(component)的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件 的撓曲和/或應(yīng)變的改進(jìn)且有利的方法。本發(fā)明的第二目的是提供一種組件的 有利的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件。本發(fā)明的第三目的是提供一種用于測(cè)定至少兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件 的撓曲和/或應(yīng)變的有利方法。本發(fā)明的第四目的是提供一種有利的風(fēng)力渦輪 機(jī)轉(zhuǎn)子葉片。本發(fā)明的第五目的是提供一種有利的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架。
，測(cè)定設(shè)
定到細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件同 一側(cè)的第 一點(diǎn)和第二點(diǎn)之間的撓曲和/或應(yīng)變。為了測(cè)定撓曲 和/或應(yīng)變，測(cè)定第二點(diǎn)和第三點(diǎn)之間的距離，該第三點(diǎn)通過(guò)不可撓支承件連 接至第一點(diǎn)。第一點(diǎn)和第三點(diǎn)之間的距離比第二點(diǎn)和第三點(diǎn)之間的距離大很多。此外，第二點(diǎn)和第三點(diǎn)之間的距離以時(shí)間步長(zhǎng)(time step)測(cè)定且對(duì)距 離變化的頻率進(jìn)行分析，以檢測(cè)頻率變化。該設(shè)備例如可以是風(fēng)力渦輪機(jī)。
本發(fā)明的方法允許測(cè)量細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件中的缺陷作為頻率測(cè)量結(jié)果，例如風(fēng)力 渦輪機(jī)葉片或塔架中的。在風(fēng)力渦輪機(jī)的情況下，可以進(jìn)一步設(shè)置警報(bào)器和./ 或依賴(lài)于測(cè)量結(jié)果停止風(fēng)力渦輪機(jī)。通常，對(duì)信號(hào)頻率進(jìn)行分析，用于頻率 變化的早期檢測(cè)，用于缺陷的早期檢測(cè)和用于結(jié)構(gòu)變化的早期檢測(cè)。
本發(fā)明基于的觀點(diǎn)是，例如風(fēng)力渦輪機(jī)這樣的組件的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件在被應(yīng)變 作用時(shí)，該細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件撓曲。由于撓曲，受作用的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的兩個(gè)遠(yuǎn)點(diǎn)之間的 距離也會(huì)變化。變化的距離被用作撓曲的量度和/或應(yīng)變的量度。
使用不可撓支承件具有的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)?shù)?一 點(diǎn)和第二點(diǎn)之間的距離改變 時(shí)，僅需要測(cè)量第二點(diǎn)和第三點(diǎn)之間相對(duì)較小的距離，因?yàn)橛捎诓豢蓳现С?件，第三點(diǎn)相對(duì)于第一點(diǎn)來(lái)說(shuō)具有固定且已知的關(guān)系。待測(cè)的相對(duì)較小的距 離增加了撓曲和/或應(yīng)變的測(cè)定的準(zhǔn)確性和魯棒性(robustness )。
第二點(diǎn)和第三點(diǎn)之間的距離的測(cè)量和測(cè)定可特別地通過(guò)聲、磁、電磁、 電容或感應(yīng)測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的是，第二點(diǎn)和第三點(diǎn)之間的距離通過(guò)激光測(cè) 距傳感器測(cè)定。
進(jìn)而，可以設(shè)置警報(bào)器和/或依賴(lài)于所測(cè)量的距離和/或頻率和/或頻率變 化來(lái)修正運(yùn)行情況。例如，在所測(cè)定的距離和/或頻率和/或頻率變化達(dá)到特 定值時(shí)，可停止風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行或減慢風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。
所測(cè)量的每個(gè)葉片的頻率和/或應(yīng)變變化也可在風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)， 與其它葉片的被測(cè)量的頻率和/或應(yīng)變變化進(jìn)行比較。這為風(fēng)力渦輪機(jī)控制器 提供更具魯棒性的信號(hào)，以確保風(fēng)力渦輪機(jī)僅在非常必要的情況下停止或減慢。
為了進(jìn)一步增加組件的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的撓曲和/或應(yīng)變測(cè)定中的準(zhǔn)確性，該組 件特別是風(fēng)力渦輪機(jī)，該方法可在細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的至少兩個(gè)側(cè)邊執(zhí)行。該側(cè)邊可 以彼此垂直或平行和/或相對(duì)。隨后，設(shè)定在細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件同一側(cè)的第二點(diǎn)和第三 點(diǎn)之間的距離可針對(duì)每一側(cè)分別地測(cè)定。
例如，在經(jīng)歷彎曲的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的平行且相對(duì)的兩側(cè)處的距離的測(cè)定提供 兩種不同的結(jié)果，代表了壓縮和拉伸。在一側(cè)處，設(shè)定在該側(cè)處的兩個(gè)遠(yuǎn) 點(diǎn)一一即第 一點(diǎn)和第二點(diǎn)一一之間的距離，與這些點(diǎn)之間的距離在細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件 不經(jīng)歷彎曲時(shí)相比減小。減小的距離是由于該側(cè)的壓縮造成的。因?yàn)榈谝稽c(diǎn) 和第三點(diǎn)之間的不可撓或剛性支承件，減小的距離可以在第二點(diǎn)和第三點(diǎn)之 間以高準(zhǔn)確性來(lái)測(cè)量。在第二側(cè)處，設(shè)定在該側(cè)的兩個(gè)遠(yuǎn)點(diǎn)——即第一點(diǎn)和 第二點(diǎn)一一之間的距離由于該側(cè)的拉伸而增大。該增大的距離可在設(shè)定在該 側(cè)的第二點(diǎn)和第三點(diǎn)之間被測(cè)量。
此外，可以在彼此垂直的側(cè)邊處測(cè)定距離。這提供了關(guān)于沿垂直方向撓 曲的信息。當(dāng)然，為了增加準(zhǔn)確性，在受作用的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的兩個(gè)或更多平行 側(cè)處的距離以及在兩個(gè)或更多的相對(duì)側(cè)處的距離被測(cè)量，以測(cè)定沿每個(gè)方向 的撓曲和/或應(yīng)變。
優(yōu)選地，本發(fā)明的方法可應(yīng)用于風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片或風(fēng)力渦輪機(jī)塔 架。在應(yīng)用于風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的情況下，關(guān)于作用在轉(zhuǎn)子葉片上的撓曲 和應(yīng)變的結(jié)果通?？捎米鲗?duì)獨(dú)立槳距控制的反饋或用作對(duì)周期槳距控制的 反饋。獨(dú)立槳距控制是指葉片或多或少彼此獨(dú)立地改變槳距的槳距控制。槳
本發(fā)明的組件的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，例如風(fēng)力渦輪機(jī)的，潛在地經(jīng)歷應(yīng)變。其包 括用于對(duì)第一點(diǎn)和第二點(diǎn)之間的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的撓曲和/或應(yīng)變進(jìn)行測(cè)定的傳感 器單元，這兩個(gè)點(diǎn)設(shè)定在細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的同一側(cè)。傳感器單元包括近程傳感器， 用于測(cè)定第二點(diǎn)和第三點(diǎn)之間的距離。第三點(diǎn)通過(guò)不可撓或剛性支承件連接 至第一點(diǎn)。第一點(diǎn)和第三點(diǎn)之間的距離比第二點(diǎn)和第三點(diǎn)之間的距離大很 多。傳感器單元還包括用于檢測(cè)距離變化的頻率的頻率檢測(cè)單元。頻率檢測(cè) 單元可用于頻率變化的早期檢測(cè)且通過(guò)該機(jī)構(gòu)可用于結(jié)構(gòu)變化的早期檢測(cè)。 不可撓或剛性支承件可用與組件相同的材料制造，以便補(bǔ)償熱膨脹。 傳感器可位于第二點(diǎn)處或第三點(diǎn)處。而且，傳感器單元可包括可壓縮和 /或可拉伸元件，位于第二點(diǎn)和第三點(diǎn)之間?？蓧嚎s和/或可拉伸元件可包括 從第二點(diǎn)延伸至第三點(diǎn)的中空空間。這使得可以在中空空間內(nèi)測(cè)量距離，這 減少了環(huán)境的影響。可壓縮和/或可拉伸元件例如可以是橡膠支承件或可伸縮 單元。如果支承件被設(shè)計(jì)成可伸縮的，則在可伸縮結(jié)構(gòu)具有低摩擦性時(shí)是有 利的。
近程傳感器例如可以是聲傳感器、磁傳感器、電磁傳感器、電容式傳感 器、或感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)傳感器。優(yōu)選的是，近程傳感器可以是激光測(cè)距傳感器。
所述，每個(gè)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的第二點(diǎn)和第三點(diǎn)之間的距離以時(shí)間步長(zhǎng)來(lái)測(cè)定，且對(duì) 距離變化的頻率進(jìn)行分析以檢測(cè)頻率變化。這可用于頻率變化和結(jié)構(gòu)變化的 早期檢測(cè)。
一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的所測(cè)定的距離和/或頻率和/或頻率變化可以與一 個(gè)或多個(gè)其它細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的所測(cè)定的距離和/或頻率和/或頻率變化進(jìn)行比較。 而且，可以設(shè)置警報(bào)器，和/或依賴(lài)于與一個(gè)或多個(gè)其它細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的所測(cè)定的 距離和/或頻率和/或頻率變化進(jìn)行比較的一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的所測(cè)定的距 離和/或頻率和/或頻率變化來(lái)減慢或停止風(fēng)力渦輪機(jī)。每個(gè)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件特別地 是風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的一部分。此外，每個(gè)獨(dú)立的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件是不同或獨(dú)立 的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的一部分。
本發(fā)明的風(fēng)力渦4侖^L轉(zhuǎn)子葉片包括如前所述的本發(fā)明的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件。有利 的是，細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件可包括至少兩個(gè)傳感器單元。該至少兩個(gè)傳感器單元可布置 為使得它們的不可撓支承件在細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的不同側(cè)處彼此平行地延伸。替換地 或額外地，傳感器單元也可布置為使得它們的不可撓支承件彼此垂直地延 伸。轉(zhuǎn)子葉片可包括葉片根部和肩狀部，且傳感器單元優(yōu)選地位于葉片根部 和肩狀部之間。傳感器單元定位在葉片根部附近是有利的，因?yàn)橛捎趶澢?起的力矩主要作用在葉片根部附近的轉(zhuǎn)子葉片上。
替換地，轉(zhuǎn)子葉片可包括葉片根部和肩部，該肩部是肩狀部附近的朝向 葉片根部的部分，且傳感器單元可位于該肩部處。
傳感器單元通常與周期槳距控制結(jié)合地應(yīng)用且用于獨(dú)立槳距控制器。獨(dú) 立槳距控制是指葉片或多或少彼此獨(dú)立地改變槳距的槳距控制。此外，對(duì)葉
準(zhǔn)確性，這使得可以基于升力/阻力計(jì)算(lift/drag calculation )進(jìn)行失速(stall)檢測(cè)。
本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架包括如前所述的本發(fā)明的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件。優(yōu)選的 是，本發(fā)明的帶有傳感器單元的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件位于塔架底部附 近或塔架頂部附近。對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中的兩個(gè)或多個(gè)傳感器單元的不可 撓支承構(gòu)件的平行和垂直延伸的描述也適用于風(fēng)力渦輪機(jī)塔架。
由于通過(guò)本發(fā)明的方法或通過(guò)任何本發(fā)明的裝置來(lái)測(cè)定撓曲和/或應(yīng)變，
所獲得的結(jié)果具有以下特點(diǎn)測(cè)量對(duì)局部幾何具有更顯著的魯棒性。進(jìn)而，
由于近程測(cè)量的大動(dòng)態(tài)范圍，測(cè)量更具魯^f奉性。


本發(fā)明的其它特征、性能和優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合附圖，根據(jù)實(shí)施例的以下描述而 變得更加清晰可見(jiàn)。所述特征和性能各自都是有利的或它們也可彼此組合。 圖1在截面圖中示意性地示出了風(fēng)力渦輪機(jī)未撓曲的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件。
圖2在截面圖中示意性地示出了風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的一部分。
圖3示意性地示出了傳感器單元。
圖4示意性地示出了沿圖3中的IV-IV方向的視圖。
圖5在截面圖中示意性地示出了風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的一部分。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將參考圖1至5描述本發(fā)明的實(shí)施例。首先，將參考圖l解釋本發(fā)明 的總的原理或構(gòu)思。圖l在截面圖中示意性地示出了風(fēng)力渦輪機(jī)未撓曲的細(xì) 長(zhǎng)構(gòu)件15。細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件15包括兩個(gè)遠(yuǎn)點(diǎn)，第一點(diǎn)16和第二點(diǎn)17。其進(jìn)一步 包括第三點(diǎn)18,該第三點(diǎn)通過(guò)細(xì)長(zhǎng)的不可撓或剛性支承件5連接至第一點(diǎn) 16,該支承件例如是剛性桿。在圖1中，不可撓支承件5平行于細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件15 延伸。而且，第三點(diǎn)18位于第一點(diǎn)16和第二點(diǎn)17之間。第一點(diǎn)16和第三 點(diǎn)18之間的距離比第二點(diǎn)17和第三點(diǎn)18之間的距離大很多。
在細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件15撓曲的情況下，第一點(diǎn)16和第二點(diǎn)17之間的距離改變 且因此第二點(diǎn)17和第三點(diǎn)18之間的距離也改變。為了測(cè)定撓曲，可測(cè)量或 測(cè)定第二點(diǎn)17和第三點(diǎn)18之間的距離，優(yōu)選地通過(guò)激光測(cè)距傳感器或任何 其它的近程(proximity)儀器。所使用的近程傳感器可位于第二點(diǎn)17處或 第三點(diǎn)18處。通過(guò)本發(fā)明，僅需測(cè)定第二點(diǎn)17和第三點(diǎn)18之間的相對(duì)較 小的距離，這可增加測(cè)量的準(zhǔn)確性。
圖2在截面圖中示意性地示出了風(fēng)力渦4侖^f幾轉(zhuǎn)子葉片1的一部分。轉(zhuǎn)子 葉片l包括葉片根部8、前緣ll、后緣12和肩狀部10，該肩狀部是葉片最 寬的地方。葉片l通常在葉片根部8處安裝至轉(zhuǎn)子輪轂。轉(zhuǎn)子葉片l的中心 線13 (也叫跨度)從葉片根部8的中心延伸至未在圖2中示出的葉片末梢。 所謂的弦長(zhǎng)(chord) 14是葉片1垂直于中心線13的寬度。弦長(zhǎng)14到達(dá)其 最大值的區(qū)域被稱(chēng)為葉片1的肩狀部10，即葉片最大寬度的位置。后緣12 經(jīng)由肩狀部10將葉片根部8連接至葉片1的末梢。前緣11是將葉片根部8 連接至末梢的側(cè)邊且如所示那樣沿弦向方向與后緣12相對(duì)地延伸。
風(fēng)力渦輪機(jī)葉片1內(nèi)部是中空的。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片l進(jìn)一步包括在葉片 中空本體內(nèi)部的兩個(gè)傳感器單元，用于測(cè)定葉片l的撓曲，還包括至少一個(gè) 頻率檢測(cè)單元19和分析器20。 一個(gè)傳感器單元用在葉片根部8附近沿前緣 11延伸的剛性支承件5安裝，而另一個(gè)傳感器單元用在葉片#>部8附近沿后 緣12延伸的剛性支承件5安裝。
承件5、近程傳感器4、可壓縮元件3和參考裝配件2。參考裝配件2包括第 二點(diǎn)17。不可撓支承件5的一端通過(guò)固定件6固定至葉片根部8，該固定件 6上定位有第一點(diǎn)16。近程傳感器4安裝至不可撓支承件5的另一端并設(shè)置 有第三點(diǎn)18。近程傳感器4還經(jīng)由可壓縮和/或可拉伸元件3連接至參考裝 配件2,該元件3在本實(shí)施例中是橡膠套形式的橡膠支承件。替換地，近程 傳感器4可安裝至參考裝配件2且可設(shè)置有第二點(diǎn)17。第三點(diǎn)18隨后可通 過(guò)不可撓支承件5的松弛端設(shè)置。
在本實(shí)施例中，傳感器4為近程儀器，例如激光測(cè)距傳感器。通常，近 程測(cè)量可以基于聲、磁、電磁、電容或感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)。本實(shí)施例中的近程傳感 器4測(cè)量或測(cè)定限定第三點(diǎn)18的近程傳感器4和限定第二點(diǎn)17的參考裝配 件2之間的距離。
頻率檢測(cè)單元19和分析器20連接至近程傳感器4。頻率檢測(cè)單元19 對(duì)被近程傳感器4測(cè)量的距離的頻率進(jìn)行檢測(cè)。所獲得的信號(hào)頻率被分析器 20分析，用于頻率改變的早期檢測(cè)。
結(jié)合長(zhǎng)度已知的不可撓支承件5,所測(cè)量的近程傳感器4和參考裝配件 2之間的距離可用于提供一種對(duì)第二點(diǎn)17和第一點(diǎn)16之間的距離的測(cè)量或 測(cè)定，該第二點(diǎn)17和第一點(diǎn)16之間的距離對(duì)應(yīng)于參考裝配件2和將不可撓 支承件5固定至葉片根部8的固定件6之間的差。這意味著，兩個(gè)遠(yuǎn)點(diǎn)一一 即第一點(diǎn)16和第二點(diǎn)17之間的距離被測(cè)定并提供關(guān)于這兩點(diǎn)之間細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件 撓曲的信息。
當(dāng)沒(méi)有撓曲發(fā)生時(shí)，兩個(gè)傳感器單元中的一個(gè)傳感器單元的不可撓支承
件5平行于前緣11,且兩個(gè)傳感器單元中的另一傳感器單元的不可撓支承件
5平行于后緣12。在本實(shí)施例中，前緣11和后緣12在葉片根部8附近彼此 平行。在渦輪機(jī)葉片撓曲的情況下，前緣11和后緣12撓曲。這造成各個(gè)傳 感器單元的參考裝配件2和固定件6之間距離的改變。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片朝 向后緣撓曲時(shí)，平行于前緣11的傳感器單元的第一點(diǎn)16和第二點(diǎn)17之間 的距離增大，而平行于后緣12的傳感器單元的第一點(diǎn)16和第二點(diǎn)17之間 的距離減小。
由于近程傳感器4和固定件6之間的距離——即第三點(diǎn)18和第一點(diǎn)16 之間的距離一一因?yàn)椴豢蓳现С屑?的不可撓性而不能改變，所以固定件6 和參考裝配件2之間所改變的距離作為近程傳感器4和參考裝配件2之間的 距離變化——即第二點(diǎn)17和第三點(diǎn)18之間的距離變化而發(fā)生。這種改變的 距離被近程傳感器4測(cè)量且可用于測(cè)定轉(zhuǎn)子葉片1的撓曲和/或作用在轉(zhuǎn)子葉 片1上的應(yīng)變。
圖3示意性地示出了其中一個(gè)傳感器單元。該傳感器單元包括兩個(gè)安裝 支架7、 27、不可撓支承件5、傳感器4和作為可壓縮和/或可拉伸元件3的 橡膠套。圖3中的左側(cè)安裝支架7可用于將傳感器單元固定至參考裝配件2 并設(shè)置第二點(diǎn)17。圖3中的右側(cè)安裝支架27可用于將傳感器單元安裝至固 定件6并設(shè)置第一點(diǎn)16。替換地，右側(cè)安裝支架27可被固定至參考裝配件 2且左側(cè)安裝支架7被固定至固定件6，這可以將傳感器4定位在葉片根部8 附近。傳感器4被連接至頻率檢測(cè)單元19和分析器20。
不可撓支承件5的一端固定至右側(cè)安裝支架27，該支架27對(duì)應(yīng)于第一 點(diǎn)16。在本實(shí)施例中是激光測(cè)距傳感器的近程傳感器4被安裝至不可撓支承 件5的另一端并設(shè)置第三點(diǎn)18。在圖3中，橡膠套3位于近程傳感器4和左 側(cè)安裝支架7之間，該支架7對(duì)應(yīng)于第二點(diǎn)17。替代橡膠套，也可使用其它 橡膠支承件或具有低摩擦性的可伸縮單元。
沿圖3中的IV-IV線方向所示的截面圖示于圖4中。圖4示意性地顯 示了本實(shí)施例的橡膠套3的橫截面。橡膠套3具有圓形橫截面，在其中心具 有中空空間9。在圖4的背景中可進(jìn)一步看到近程傳感器4和相應(yīng)的第三點(diǎn) 18，該第三點(diǎn)示意性地由近程傳感器4的表面表示。有利的是，近程測(cè)量在 可壓縮元件3的中空空間9內(nèi)被執(zhí)行。這允許通過(guò)避免環(huán)境影響而進(jìn)行無(wú)千 擾的測(cè)量。 現(xiàn)將參考圖5來(lái)描述本發(fā)明的改變例。圖5在截面圖中示意性地示出了
風(fēng)力渦耗4幾轉(zhuǎn)子葉片的一部分。與圖1至4中的元件相對(duì)應(yīng)的元件;陂標(biāo)以相 同的附圖標(biāo)記且不再詳細(xì)描述。對(duì)比圖2，參考裝配件2安裝在肩狀部10 處的后緣12處。不可撓支承件5的固定件6安裝在肩狀部10和葉片根部8 之間的后緣12處。這種布置允許對(duì)肩部的撓曲和/或應(yīng)變進(jìn)行測(cè)定，該肩部 是肩狀部10附近的朝向葉片根部8的部分。
在所有所述的改變例中，不可撓支承件5可有利地用與轉(zhuǎn)子葉片相同的 材料制造，以便補(bǔ)償熱膨脹。
第二點(diǎn)17和第三點(diǎn)18之間的距離以時(shí)間步(time step)來(lái)測(cè)定，距離 改變的頻率被分析器20分析，以檢測(cè)頻率變化。除了分析測(cè)量信號(hào)用于分 析絕對(duì)變化外，對(duì)信號(hào)頻率進(jìn)行分析用于頻率變化的早期檢測(cè)。
此外，可設(shè)置警報(bào)器和/或取決于所測(cè)定的距離和/或頻率和/或頻率變化 來(lái)修正運(yùn)行的情況。例如，當(dāng)所測(cè)定的距離和/或頻率和/或頻率變化達(dá)到特 定值時(shí)，可停止風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行或降低風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。
通常，所使用的傳感器單元的數(shù)量可依賴(lài)于應(yīng)被測(cè)量的撓曲或應(yīng)變的特 點(diǎn)而改變。在本實(shí)施例中，傳感器裝置測(cè)量邊緣方向(edge-wise)應(yīng)變，這 允許測(cè)定邊緣方向的力矩。此外，通過(guò)轉(zhuǎn)過(guò)90。的類(lèi)似傳感器單元，例如平 行于弦長(zhǎng)14，可測(cè)量拍打方向(flap-wise)的力矩。如果存在處于兩個(gè)方位 中的傳感器單元，則可以提供用于測(cè)定關(guān)于兩個(gè)軸線的力矩的機(jī)構(gòu)。當(dāng)然，矩。
所述傳感器單元還可應(yīng)用于風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的其它部件或風(fēng)力渦 輪機(jī)塔架，例如在塔架底部或塔架頂部。
與所引用的已有技術(shù)對(duì)比，本發(fā)明提供了 一種經(jīng)濟(jì)地測(cè)定風(fēng)力渦輪機(jī)細(xì) 長(zhǎng)構(gòu)件撓曲和/或應(yīng)變的可能性，因?yàn)樗鰝鞲衅鲉卧扇菀椎匕惭b在每個(gè)所 需位置。進(jìn)而，本發(fā)明允許以非常高的準(zhǔn)確性進(jìn)行測(cè)量，因?yàn)榕c所引用已有 技術(shù)相對(duì)地，撓曲或應(yīng)變?cè)趽锨驊?yīng)變發(fā)生的地方被測(cè)定，即在經(jīng)歷應(yīng)變的 細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件側(cè)邊附近測(cè)定，而不是如US 7,059,822 B2所4€出的那樣在細(xì)長(zhǎng)構(gòu) 件的中空本體的中心線附近被測(cè)定。
進(jìn)而，關(guān)于局部幾何(local geometry)中的變化，對(duì)撓曲和/或應(yīng)變的所 述測(cè)量具有魯棒性。由于在近程測(cè)量中的大動(dòng)態(tài)范圍，本發(fā)明提供了非常準(zhǔn)
確的結(jié)果。而且，對(duì)距離變化的頻率的分析可用于早期故障檢測(cè)。
權(quán)利要求
1、一種方法，用于測(cè)定組件的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的撓曲和/或應(yīng)變，其中，第一點(diǎn)(16)和第二點(diǎn)(17)設(shè)定在所述組件的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的同一側(cè)(11、12)，其中，所述細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的撓曲和/或應(yīng)變通過(guò)測(cè)定所述第二點(diǎn)(17)和第三點(diǎn)(18)之間的距離來(lái)測(cè)定，該第三點(diǎn)通過(guò)不可撓支承件(5)連接至第一點(diǎn)(16)，由此，所述第一點(diǎn)(16)和所述第三點(diǎn)(18)之間的距離比所述第二點(diǎn)(17)和所述第三點(diǎn)(18)之間的距離大很多，且其中所述第二點(diǎn)(17)和所述第三點(diǎn)(18)之間的距離以時(shí)間步長(zhǎng)來(lái)測(cè)定，并且對(duì)距離變化的頻率進(jìn)行分析來(lái)檢測(cè)頻率變化。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述組件為風(fēng)力渦輪機(jī)。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述第二點(diǎn)(17)和所述第 三點(diǎn)(18)之間的距離基于聲、磁、電磁、電容或感應(yīng)測(cè)量來(lái)測(cè)定。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述第二點(diǎn)(17)和所述第 三點(diǎn)(18)之間的距離通過(guò)激光測(cè)距傳感器測(cè)定。
5、 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，設(shè)置警報(bào)器和/或依 賴(lài)于所測(cè)定的距離和/或頻率和/或頻率變化來(lái)修正運(yùn)行情況。
6、 一種組件的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，該細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件潛在地經(jīng)歷應(yīng)變且該細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件包 括傳感器單元，該傳感器單元用于測(cè)定在第一點(diǎn)(16)和第二點(diǎn)(17)之間 的所述細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的撓曲和/或應(yīng)變，所述第一點(diǎn)和第二點(diǎn)設(shè)定在所述細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件 的同一側(cè)(ll、 12)，所述傳感器單元包括近程傳感器(4),用于測(cè)定所述 第二點(diǎn)(17)和第三點(diǎn)(18)之間的距離，該第三點(diǎn)(18)通過(guò)不可撓支承 件(5)連接至所述第一點(diǎn)(16)，所述第一點(diǎn)(16)和所述第三點(diǎn)(18)之 間的距離比所述第二點(diǎn)(17)和所述第三點(diǎn)(18)之間的距離大很多，所述 傳感器單元還包括用于檢測(cè)距離變化的頻率的頻率檢測(cè)單元。
7、 如權(quán)利要求6所述的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，其中，所述組件為風(fēng)力渦輪機(jī)。
8、 如權(quán)利要求6或7所述的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，其中，所述近程傳感器(4)位 于所述第二點(diǎn)(17)處或所述第三點(diǎn)(18)處。
9、 如權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，其中，所述傳感器單 元包括可壓縮和/或可拉伸元件(3)，其位于所述第二點(diǎn)(17)和所述第三點(diǎn)(18)之間。
10、 如權(quán)利要求9所述的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，其中，所述可壓縮和/或可拉伸元件(3)包括從所述第二點(diǎn)(17)延伸至所述第三點(diǎn)(18)的中空空間(9)。
11、 如權(quán)利要求9或IO所述的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，其中，所述可壓縮和/或可拉 伸元件(3)為橡膠支承件或可伸縮單元。
12、 如權(quán)利要求6至11中任一項(xiàng)所述的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，其中，所述近程傳 感器(4)為聲傳感器、磁傳感器、電磁傳感器、電容式傳感器或感應(yīng)場(chǎng)效 應(yīng)傳感器。
13、 如權(quán)利要求6至12中任一項(xiàng)所述的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，其中，所述近程傳 感器(4)是激光測(cè)距傳感器。
14、 一種方法，用于測(cè)定至少兩個(gè)如權(quán)利要求6至13中任一項(xiàng)所述的 細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的撓曲和/或應(yīng)變，其中，每個(gè)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的第二點(diǎn)(17)和第三點(diǎn)(18) 之間的距離以時(shí)間步長(zhǎng)來(lái)測(cè)定，并對(duì)距離變化的頻率進(jìn)行分析，以檢測(cè)頻率 變化。
15、 如權(quán)利要求14所述的方法，其中， 一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的所測(cè)定 的距離和/或頻率和/或頻率變化與一個(gè)或多個(gè)其它細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的所測(cè)定的距離 和/或頻率和/或頻率變化進(jìn)行比較。
16、 如與權(quán)利要求7結(jié)合的權(quán)利要求14或15所述的方法，其中，設(shè)置 警報(bào)器，和/或依賴(lài)于與一個(gè)或多個(gè)其它細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的所測(cè)定的距離和/或頻率 和/或頻率變化進(jìn)行比較的一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的所測(cè)定的距離和/或頻率和 /或頻率變化來(lái)減慢或停止所述風(fēng)力渦輪機(jī)。
17、 如權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中，每個(gè)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件是 風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片(1)的一部分。
18、 如權(quán)利要求14至17中任一項(xiàng)所述的方法，其中，每個(gè)獨(dú)立的細(xì)長(zhǎng) 構(gòu)件是不同或獨(dú)立的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片(1)的一部分。
19、 一種風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片(1 )，包括如權(quán)利要求6至13中任一項(xiàng) 所述的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件。
20、 如權(quán)利要求19所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片(1),其中，所述細(xì)長(zhǎng) 構(gòu)件包括至少兩個(gè)傳感器單元。
21、 如權(quán)利要求20所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片(1)，其中，兩個(gè)傳感 器單元被布置為使得它們的不可撓支承件在所述細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的不同側(cè)(11、 l2) 處彼此平行地延伸。
22、 如權(quán)利要求20或21所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片(1),其中，兩個(gè) 傳感器單元被布置為使得它們的不可撓支承件彼此垂直地延伸。
23、 如權(quán)利要求19至22中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片(1),其 中，所述轉(zhuǎn)子葉片(1)包括葉片根部(8)和肩狀部(10)，且所述傳感器 單元位于所述葉片根部(8)和所述肩狀部(10)之間。
24、 如權(quán)利要求19至22中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片(1 )，其 中，所述轉(zhuǎn)子葉片(1)包括葉片根部(8)和肩部，且所述傳感器單元位于 所述肩部處。
25、 一種風(fēng)力渦輪機(jī)塔架，包括如權(quán)利要求6至13中任一項(xiàng)所述的細(xì) 長(zhǎng)構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明涉及風(fēng)力渦輪機(jī)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件及測(cè)定該構(gòu)件撓曲和/或應(yīng)變的方法。該方法中，第一、二點(diǎn)設(shè)在構(gòu)件同一側(cè)，通過(guò)測(cè)定第二和第三點(diǎn)間的距離測(cè)定構(gòu)件撓曲和/或應(yīng)變，第三點(diǎn)由不可撓支承件連接至第一點(diǎn)，第一和第三點(diǎn)間的距離比第二和第三點(diǎn)間的大很多，以時(shí)間步長(zhǎng)測(cè)定第二和第三點(diǎn)間的距離并分析距離變化的頻率來(lái)檢測(cè)頻率變化。還提供一種細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，其受到應(yīng)變并包括傳感器單元以測(cè)定第一和第二點(diǎn)間細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的撓曲和/或應(yīng)變，第一、二點(diǎn)設(shè)在構(gòu)件同一側(cè)，傳感器單元包括近程傳感器來(lái)測(cè)定第二和第三點(diǎn)間的距離，第三點(diǎn)由不可撓支承件連接至第一點(diǎn)，第一和第二點(diǎn)間的距離比第二和第三點(diǎn)間的大很多，傳感器單元還包括頻率檢測(cè)單元來(lái)檢測(cè)距離變化的頻率。
文檔編號(hào)F03D1/06GK101387505SQ200810149429
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日
發(fā)明者伊布·弗賴(lài)登達(dá)爾, 佩德·B·埃尼沃爾德森 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司