涉及风力涡轮机的改进制造技术

本发明专利技术涉及一种用于在转子的旋转期间确定风力涡轮机转子的叶片的尖端角度的方法及风力涡轮机。该方法包括：(a)从风力涡轮机转子的第一叶片朝向该转子的第二叶片发出光信号；(b)在该转子的第二叶片处接收该光信号；(c)基于接收到的光信号的特性计算该第一叶片或第二叶片的尖端角度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
现代实用规模的风力涡轮机具有包括多个非常长的细长叶片的转子。图1示出了典型的风力涡轮机叶片10，该叶片10在纵向上从相对宽的根端12朝向相对窄的尖端14逐渐变细。图1中还示出了该叶片的纵向轴线L。叶片的根端12在横截面中为圆形。从该根部向外，该叶片在横截面中具有翼剖面16。叶片的根部通常经由桨距机构连接于该转子的轮毂，该桨距机构使得叶片围绕纵向桨距轴线L转动以便改变该叶片的桨距。改变叶片的桨距改变了其迎风角。这用来控制叶片的能量捕获，并且因此控制转子速度，使得它随着风速变化而保持在运行极限内。在低度风至中度风中，尤其重要的是要控制叶片的桨距，以便使叶片的能量捕获最大化并且使风力涡轮机的生产率最大化。风力涡轮机叶片的能量捕获通常从根部朝向尖端增大。由此，叶片10的内侧或根部部分12倾向于捕获最少的能量，而叶片的外侧或尖端部分14倾向于捕获最多的能量。因此，对于叶片的外侧的桨距角的精确控制是合乎要求的，以便使涡轮机的输出功率最大化。现代风力涡轮机叶片其高度通常为50-80米，或者在一些情况下更长，并且通常由诸如玻璃纤维加强塑料(GFRP)之类的复合材料制成。这些叶片因此是相对柔性的，并且在操作期间不可避免地在一定程度上弯曲和扭曲。叶片的相对窄的外侧部分尤其容易扭曲和弯曲。虽然该桨距机构能够精确控制叶片根部的角度，但是这并不必然反映叶片尖端的角度，而叶片的尖端如上所述更容易受到弯曲和扭曲的影响。r>本专利技术提供了一种用于精确测量叶片尖端的角度的方法和设备，使得在控制策略中可以采用该信息。例如，在桨距控制策略中可以采用尖端角度的精确测量值，从而能够精确控制叶片的外侧部分的迎角，能够使叶片的能量捕获最大化。这些测量值可以同样用在叶片载荷计算和控制策略中，用于保护叶片使其免受极限载荷的影响。如现在将参照图2a和图2b作为示例描述的那样，叶片的尖端角度在本文中被定义为叶片在尖端处的弦线与处于与叶片的纵向轴线L垂直的平面中的参考轴线之间的角度。该弦线为连接叶片的前缘18和叶片10的后缘20的直线D。图2a和2b图示出了风力涡轮机叶片10的尖端的处于与纵向轴线L垂直的并且沿着图1中的线A-A获取的平面中的横截面。在图2a中，叶片10具有第一尖端角度，而在图2b中，叶片10具有第二尖端角度。该尖端角度在图2a和图2b中被标记为θ。纵向轴线L垂直于图2a和图2b中的页面。L-y平面限定了转子叶片的旋转平面，并且x轴线垂直于该平面。叶片10围绕转子轴线的旋转方向在图2a和图2b中以R表示，这在使该叶片转过2π弧度的角度时，在L-y平面中描绘出圆形。风向在图2a和图2b中被表示为W。在图2a和图2b中，风向被图示为垂直于L-y平面，尽管实际上，风相对于L-y平面的方向是变化的，并且可以以不同的角度入射。在图2a中，叶片尖端角度θ被定义为在弦线D平行于该x轴线并且因此垂直于L-y平面时为0弧度。图2b图示了相对于x轴线转过角度θ的叶片尖端。在随后对于本专利技术的讨论中，将运用叶片尖端角度的上述定义。换句话说，该叶片尖端角度θ被相对于垂直于叶片的旋转平面(图2a和2b的L-y平面)形成的轴线(图2a和2b的x轴线)限定。但是，将理解的是，该尖端角度可以被相对于另一任意基准定义，并且使得该定义不应被视为是对本专利技术的范围进行的不适当的限制。现代风力涡轮机是非常高的结构，并且叶片尤其容易受到雷击的影响。因此，大多数的风力涡轮机叶片结合有防雷系统，用于将来自雷击的电能安全地引导至地面。本专利技术的目的在于避免在风力涡轮机叶片上使用金属部件或电气部件，因为这些会优先于该叶片上的雷电接收器吸引雷击，这会导致损坏该叶片。
技术实现思路
在这个背景下，本专利技术的第一方面提供了一种在转子的旋转期间确定风力涡轮机转子的叶片的尖端角度的方法。该方法包括下列步骤：(a)从该风力涡轮机转子的第一叶片朝向该转子的第二叶片发送光信号；(b)在该转子的第二叶片处接收该光信号；(c)基于接收到的光信号的特性计算第一叶片或第二叶片的尖端角度。光信号的使用能够以高精度水平来确定叶片的尖端角度。步骤(a)可包括从位于第一叶片的尖端附近的发送器发出光信号，从而提高了所确定的叶片尖端角度的精度。步骤(b)可包括在位于第二叶片的尖端附近的接收器处接收该光信号。该配置提高了所确定的叶片尖端角度的精度。优选地，经由沿着第一叶片纵向地延伸的第一光纤将光从远程设置的光源传送至发送器。在某些实施例中，经由沿着第二叶片纵向地延伸的第二光纤将接收到的光信号传送到远程设置的检测器。光源和检测器可以被方便地设置在轮毂中或远离叶片的任何地方。光纤的使用避免了叶片内的设备导电，这会在不利的天气条件下吸引雷电。在一些实施例中，步骤(a)包括分别从第一发送器和第二发送器发出出基本上相同的第一光信号和第二光信号，该第一发送器和该第二发送器位于第一叶片的尖端附近，并且被沿着第一叶片的弦向方向间隔开；并且步骤(c)包括计算第一叶片的尖端角度。在当前的上下文内，基本上相同的光信号涉及相干的并且基本上为单色的光信号。步骤(b)可包括在第一接收器和第二接收器处接收发出的光信号，该第一接收器和该第二接收器位于第二叶片的尖端附近，并且被沿着第二叶片的弦向方向间隔开；并且步骤(c)包括计算第二叶片的尖端角度。优选地，将接收到的光信号转换成基本上相同的第一光信号和第二光信号。步骤(c)可包括确定第一光信号与第二光信号之间的光程差，并且使用该光程差来计算该尖端角度。在第一信号与第二信号之间呈现出的光程差将导致干涉信号，通过该干涉信号可以计算叶片尖端角度。步骤(a)可包括将发出的光信号的频率从第一频率连续地改变成第二频率；并且步骤(b)可包括检测当使频率在第一频率与第二频率之间变化时在第一光信号与第二光信号之间出现的相长和相消干涉所引起的闪烁的干涉信号。随后，基于在步骤(b)中检测到的干涉信号的特性，在步骤(c)中计算该叶片尖端角度。步骤(c)可包括统计当使频率从第一频率转变成第二频率时在干涉信号中出现的闪烁的次数，并且基于统计出的闪烁次数计算叶片尖端角度。每次闪烁均与干涉信号的幅度波峰相关联。因此，能够确定与使频率从第一频率改变成第二频率相关联的波周期数的变化，通过该变化可以确定总光程差。这能够计算出该叶片尖端角度。作为选择，步骤(c)可包括确定干涉信号的闪烁频率，并且基于该闪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在风力涡轮机转子的旋转期间确定风力涡轮机转子的叶片的尖端角度的方法，所述方法包括：(a)从所述风力涡轮机转子的第一叶片朝向所述转子的第二叶片发送光信号；(b)在所述转子的所述第二叶片处接收所述光信号；以及(c)基于接收到的光信号的特性计算所述第一叶片或所述第二叶片的所述尖端角度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.23 DK PA2013702771.一种在风力涡轮机转子的旋转期间确定风力涡轮机转子的叶片的尖
端角度的方法，所述方法包括：
(a)从所述风力涡轮机转子的第一叶片朝向所述转子的第二叶片发送
光信号；
(b)在所述转子的所述第二叶片处接收所述光信号；以及
(c)基于接收到的光信号的特性计算所述第一叶片或所述第二叶片的
所述尖端角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)包括从位于所述第一
叶片的尖端附近的发送器发出光信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述方法还包括经由沿着所述第
一叶片纵向地延伸的第一光纤将光从远程定位的光源传送到所述发送器。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，步骤(b)包括在
位于所述第二叶片的尖端附近的接收器处接收所述光信号。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述方法还包括经
由沿着所述第二叶片纵向地延伸的第二光纤将所述接收到的光信号传送至
远程定位的检测器。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中：
步骤(a)包括分别从第一发送器和第二发送器发出基本上相同的第一
光信号和第二光信号，所述第一发送器和所述第二发送器位于所述第一叶
片的尖端附近并且被沿着所述第一叶片的弦向方向间隔开；以及
步骤(c)包括计算所述第一叶片的所述尖端角度。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中：
步骤(b)包括在第一接收器和第二接收器处接收所发出的光信号，所
述第一接收器和所述第二接收器位于所述第二叶片的尖端附近并且被沿着
所述第二叶片的弦向方向间隔开；以及
步骤(c)包括计算所述第二叶片的所述尖端角度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述方法还包括将所述接收到的
光信号转换成基本上相同的第一光信号和第二光信号。
9.根据权利要求6或8所述的方法，其中，步骤(c)包括确定所述第
一光信号与所述第二光信号之间的光程差，并且使用所述光程差来计算所
述尖端角度。
10.根据权利要求6、8或9所述的方法，其中：
步骤(a)包括将所述发出的光信号的频率从第一频率连续地改变成第
二频率；
步骤(b)包括当使所述频率在所述第一频率与所述第二频率之间变化
时，检测由在所述第一光信号与所述第二光信号之间出现的相长和相消干
涉所引起的闪烁的干涉信号；以及
步骤(c)包括基于在步骤(b)中检测到的所述干涉信号的特性计算
叶片尖端角度。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(c)包括统计在使所述
频率从所述第一频率改变成所述第二频率时出现在所述干涉信号中的闪烁
的次数，并且基于统计出的闪烁的次数计算所述叶片尖端角度。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(c)包括确定所述干涉
信号的闪烁频率，并且基于所述闪烁频率计算所述叶片尖端角度。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中：
步骤(a)包括从所述第一叶片朝向所述第二叶片发送光谱；
步骤(b)包括在所述第二叶片处接收所述光谱中的一个或多个频率；
以及
步骤(c)包括基于检测到的光的频率计算所述尖端角度。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，相应的频率以从所述第一叶片
朝向所述第二叶片空间移动的方式传播开。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，步骤(a)还包括通过采

\t用诸如棱镜之类的折射装置使白色光折射来形成所述光谱。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：
从沿着所述第一叶片的长度间隔开的多个发送器发出光和/或在沿着
所述第二叶片的长度间隔开的多个接收器处接收发出的光；并且基于所接
收到的光的特性确定沿着所述第一叶片的扭曲和/或载荷。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，来自每个发送器的光都由同一
接收器接收。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，每个发送器都发送具有
不同于由其它发送器发送的频率的独特的频率或独特的频率范围的光。
19.如权利要求16至18中的任一项所述的方法，其中，每个发送器都
发送具有不同于由其它发送器发送的光的偏振的独特的偏振的光。
20.一种风力涡轮机，包括：
具有多个叶片的转子；
光源；
设置在所述转子的第一叶片上的发送器，所述发送器被布置成从所述
光源朝向所述转子的第二叶片发出光信号；
设置在所述第二叶片上的接收器，所述接收器被布置成接收从所述第
一叶片发出的所述光信号；
用于检测接收到...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·S·奥勒森，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK