测量风力涡轮机上的载荷的方法技术

本发明专利技术公开了一种测量风力涡轮机上的载荷的方法以及一种用于这种载荷测量的风力涡轮机。风力涡轮机包括至少一个转子叶片和与转子叶片相关联的至少一个载荷传感器。至少一个载荷传感器位于转子叶片远离转子叶片的翼弯矩轴线和边缘弯矩轴线的位置处。在该位置处，转子叶片上的载荷的襟翼弯矩分量和边缘弯矩分量是可测量的。从载荷传感器测量载荷值，并且测量的载荷值被用于确定载荷的襟翼弯矩分量和载荷的边缘弯矩分量，并且可选地或附加地确定载荷的轴向力分量。

A method of measuring the load on a wind turbine

The present invention discloses a method for measuring the load on a wind turbine and a wind turbine for this load measurement. The wind turbine includes at least one rotor blade and at least one load sensor associated with the rotor blade. At least one load sensor is located at the axis of the wing moment and the axis of the edge bending moment of the rotor blade away from the rotor blade. At this position, the bending moment component and the edge moment component of the flaps on the load on the rotor blade are measurable. The load values are measured from load sensors, and the measured load values are used to determine the flap moment components and the load moment components, and optionally or additionally determine the axial force components of the load.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】测量风力涡轮机上的载荷的方法
本专利技术涉及一种测量风力涡轮机上的载荷的方法，以及一种用于这种载荷测量的风力涡轮机。
技术介绍
仔细控制风力涡轮机的部件的载荷，以最大限度地提高效率，并尽量减少磨损和损坏。载荷传感器通常安装在风力涡轮机上，典型地安装在转子叶片上。这些传感器需要提供对涡轮机上载荷的精确测量，并且传感器还需要定期校准，以便确定和追踪由传感器测量的值与涡轮机部件上的实际载荷之间的任何偏移。在先前考虑的用于测量风力涡轮机上的载荷的系统中，在每个转子叶片上存在单一传感器。其只测量沿“襟翼”或“襟翼方向”的弯矩。在另一个以前的系统中，存在四个传感器可以测量沿襟翼方向和边缘方向两者的弯矩。传感器安装在叶片的根部，并与主弯矩轴线、“襟翼”和“边缘”对齐，如图3所示，转子叶片组件的根部处的横截面。转子叶片组件(300)具有由虚线304表示的外侧叶片部分和具有圆周302的叶片根部。四个传感器(306)安装在叶片根部的圆周上。第一对传感器安装成与边缘弯矩轴线(308)(穿过叶片的前后边缘的轴线)对齐并位于其相反两端处。第二对被安装成与襟翼轴线(310)(正交于边缘轴线)对齐并位于其相反两端处。每一个轴线具有两个传感器允许用于抵消轴向力(即重力和离心力)并提供更纯粹弯矩的差动测量。叶片设计在沿主轴线安装传感器(例如，带有内部腹板的结构性外壳叶片)时产生了问题。也可能有其他硬件，或典型的避雷导体阻碍传感器对齐。先前的用于叶片载荷传感器的校准和操作的实施方式要求传感器沿主弯矩轴线放置，以便提供精确的测量和校准。因此，它们结合有不准确性，对未来开发而言不够灵活。由于所需的传感器数量多，以及安装和维修的复杂性，它们也可能是昂贵的。其他先前的系统已经在不同位置使用了成对传感器，例如每一个传感器位于边缘轴线和襟翼轴线上的成对传感器，或者一对传感器与一个轴线对齐而单一传感器与另一个轴线对齐。然而，这些要求传感器与主轴线对齐，或者至少与轴线平行配对，因为它们将力分别沿边缘方向或襟翼方向分解。本专利技术旨在解决这些问题，并对已知的装置和方法进行改进。
技术实现思路
在所附权利要求中阐述了本专利技术的各方面和实施方式。总的来说，本专利技术的第一方面的实施方式可以提供一种测量风力涡轮机上的载荷的方法，风力涡轮机包括至少一个转子叶片和与转子叶片相关联的至少一个载荷传感器，其中所述至少一个载荷传感器定位在转子叶片上的远离转子叶片的襟翼弯矩轴线和边缘弯矩轴线的位置处，于是转子叶片上的载荷的襟翼弯矩分量和边缘弯矩分量是可测量的，所述方法包括：测量来自载荷传感器的载荷值；并且使用测量出的载荷值来确定：载荷的襟翼弯矩分量；和载荷的边缘弯矩分量。使用相同传感器测量襟翼和边缘分量允许使用离轴的传感器，所述传感器不需要与边缘或襟翼轴线中的一个对齐。传感器可能处于距一个或多个轴线的偏离位置，或者显著地或基本上离轴，或者不与一个或另一个轴线对齐。传感器也可能不是差分对传感器的一部分。一个或多个传感器是离轴的意味着涡轮机系统可以更容忍传感器的放置，因为传感器可以放置在阻碍与轴线对齐的障碍物周围。这继而减少了维修访问以重新安装传感器。较少的竞争/阻碍部件也可能导致更长的部件和传感器寿命。载荷的襟翼和边缘分量是可测量的，可能意味着它们是可估算的或足够重要以便可测量/被测量。载荷的襟翼和边缘分量的大小可以相当，这可能意味着它们的大小可以进行比较，或者可实行以进行比较，或者足够重要以进行比较。例如，各分量可以具有相似的数量级。离轴距离将会确定在给定位置处的两个分量的次级或更小的量级。传感器离轴的位置可以由沿辅助方向或轴线的最小载荷限定。在实施方式中，使用测量出的载荷值的步骤包括使用仅来自所述传感器的载荷值来确定襟翼和边缘弯矩分量两者，或两个分量的一个估值(仅使用该传感器)。适当地，所述至少一个载荷传感器定位在转子叶片上的距转子叶片的襟翼弯矩轴线和边缘弯矩轴线的交点最小径向角度的位置处。例如，由从传感器绘制到轴线交点的线朝向的角度可以是最小角度，例如10度。在实施方式中，使用测量出的载荷值的步骤包括使用测量出的载荷值来确定转子叶片上的载荷的轴向分量。因此轴向、边缘和襟翼分量都是使用来自(单一)传感器的载荷值确定的。可选地，风力涡轮机包括与转子叶片相关联的至少三个载荷传感器。由于每个传感器提供(至少)边缘和襟翼分量的测量，因此不再需要使用四个传感器，并且在实施方式中，仅需要三个载荷传感器来计算各分量。这通过去除典型的第四传感器来降低成本和复杂性。在其它实施方式中，每个转子叶片可以有五个或更多个传感器。虽然这可能不提供额外的经济性，但是五个或更多的离轴传感器可以提供更准确的结果或额外的感测选项。在一个实施方式中，所述方法包括：测量来自所述至少三个载荷传感器中的每一个的载荷值；并且使用来自所述至少三个载荷传感器中的全部的测量出的载荷值来计算所述至少一个转子叶片的载荷。稍后详细描述的这个和其他实施方式通过使用三个离轴传感器、使用来自每一个的载荷值以提供载荷的至少襟翼和边缘分量、并且使用所有这些数据以计算载荷估值来提供很大改进的传感器校准和系统精度，以及产品优化。例如，拥有三个信息来源可以解决描述的模型中的三个未知数。适当地，所述至少三个载荷传感器定位在围绕转子叶片周边的等距位置处。替代地，传感器可以处于周边的任何点上，没有特别规定的间隔，尽管至少一个是离轴的。在实施方式中，各传感器将处于同一平面内，例如占据穿过叶片根部、与叶片轴线正交的截面的平面。在各实施方式中，所述至少一个传感器定位在转子叶片的叶片根部处。叶片的定位外围可以是叶片根部的圆周。一个或多个传感器也可以或替代地沿转子叶片的长度布置。本专利技术的第二方面的一个实施方式可以提供一种测量风力涡轮机上的载荷的方法，风力涡轮机包括至少一个转子叶片和与转子叶片相关联的至少三个载荷传感器，其中所述至少三个载荷传感器定位在转子叶片上的远离襟翼弯矩轴线和边缘弯矩轴线两者的位置处，所述方法包括：测量来自载荷传感器的载荷值；并且对于所述至少三个载荷传感器中的每一个而言，使用测量出的载荷值来确定转子叶片上的载荷的轴向力分量、襟翼弯矩分量和边缘弯矩分量。这样使用来自所有三个传感器的多分量数据来计算估值提供了改进的校准和系统准确度。适当地，所述方法进一步包括估计以下中的至少一个：载荷的襟翼弯矩分量；载荷的边缘弯矩分量；和载荷的轴向力分量。因此，在转子叶片上只有一个或两个传感器可用的实施方式中，估算这三个因素中的至少一个可能是必要的或适当的，因为来自一个或两个传感器的测量出的值可能不能令人满意地完成载荷计算。例如，如果在载荷计算模型中有三个未知数，并且两个传感器提供两个测量输入，则估值可以用于第三个未知数。本专利技术的第三方面的一个实施方式可以提供一种计算机程序，或包括计算机程序代码的计算机可读介质，当被加载到计算机或处理器中或者在计算机或处理器上运行时，所述计算机程序代码适于使计算机或处理器执行根据上述方面和实施方式中的任何一个的方法。本专利技术的第四方面的一个实施方式可以提供一种风力涡轮机，其包括：至少一个转子叶片；与转子叶片相关联的至少一个载荷传感器，其中，所述至少一个载荷传感器定位在转子叶片上的远离转子叶片的襟翼弯矩轴线和边缘弯矩轴线的位置处，于是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量风力涡轮机上的载荷的方法，风力涡轮机包括至少一个转子叶片和与转子叶片相关联的至少一个载荷传感器，其中所述至少一个载荷传感器定位在转子叶片上的远离转子叶片的襟翼弯矩轴线和边缘弯矩轴线两者的位置处，在所述位置处，能够测量转子叶片上的载荷的襟翼弯矩分量和边缘弯矩分量，所述方法包括：测量来自载荷传感器的载荷值；以及使用测量出的载荷值以确定：载荷的襟翼弯矩分量；以及载荷的边缘弯矩分量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.30 DK PA2015704171.一种测量风力涡轮机上的载荷的方法，风力涡轮机包括至少一个转子叶片和与转子叶片相关联的至少一个载荷传感器，其中所述至少一个载荷传感器定位在转子叶片上的远离转子叶片的襟翼弯矩轴线和边缘弯矩轴线两者的位置处，在所述位置处，能够测量转子叶片上的载荷的襟翼弯矩分量和边缘弯矩分量，所述方法包括：测量来自载荷传感器的载荷值；以及使用测量出的载荷值以确定：载荷的襟翼弯矩分量；以及载荷的边缘弯矩分量。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个载荷传感器定位在转子叶片上的距转子叶片的襟翼弯矩轴线和边缘弯矩轴线的交叉点最小径向角度的位置处。3.根据在前权利要求中任一项所述的方法，其中使用测量出的载荷值的步骤包括使用测量出的载荷值以确定转子叶片上的载荷的轴向分量。4.根据在前权利要求中任一项所述的方法，风力涡轮机包括与转子叶片相关联的至少三个载荷传感器。5.根据权利要求4所述的方法，所述方法包括：测量来自所述至少三个载荷传感器中的每一个的载荷值；以及使用来自所述至少三个载荷传感器中的全部的测量出的载荷值以计算用于所述至少一个转子叶片的载荷。6.根据权利要求4或5所述的方法，其中所述至少三个载荷传感器定位在围绕转子叶片的外周的等距位置处。7.根据在前权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个传感器定位在转子叶片的叶片根部处。8.一种测量风力涡轮机上的载荷的方法，风力涡轮机包括至少一个转子叶片和与转子叶片相...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·特格森，F·卡波内蒂，D·希尔顿，
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