叶片偏转监测系统技术方案

描述了一种风轮机叶片，其包括用于监测风轮机叶片的偏转的系统。该系统包括无线范围测量系统，其具有朝向叶片的根端定位的至少一个无线通信装置、以及朝向叶片的尖端定位的至少一个无线通信装置，这些通信装置包括基本上垂直于叶片的吸入侧和基本上平行于风轮机叶片的前缘极化的天线。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】叶片偏转监测系统专利
本专利技术涉及风轮机叶片，以及用于监测风轮机叶片的偏转的系统及方法。专利技术背景现代风轮机设计试图并入各种叶片监测系统，以便提供风轮机的可靠且受控的操作。此监测系统可包括叶片偏转监测系统，其用于在涡轮操作期间提供风轮机叶片偏转或挠曲的指示。该信息可用于监测未来塔架被风轮机叶片撞击的风险，并且执行适合的控制器动作，例如，叶片变桨或涡轮制动以使此风险最小化或消除。美国专利号7,883,316中提供了此偏转监测系统的实例，其描述了使用无线通信网络的偏转监测系统，其能操作成检测沿着叶片长度的各种点的位置，并且由此信息来确定叶片弯曲。WO2014027032提出了与安装在叶片的尖端处的收发器进行通信的安装在风轮机叶片的根端处的外部收发器的使用。例如，基于无线电通信，测量收发器之间的距离。相对于装置之间的路径损失来优化收发器的定位。US2010/021298公开了一种包括机舱通信装置的偏转监测系统。WO2009/143848公开了一种光学监测系统。然而，已经发现，此无线监测系统易受到可能干扰和掩盖通信信号的各种操作因素的影响，例如信号反射、多径效应、由穿过不同材料层引起的信号衰减等，从而降低了监测系统的精度和有效性。本专利技术的目的在于提供一种改进的叶片偏转监测系统，其不易受上述因素影响。专利技术概要本专利技术涉及一种风轮机叶片，其包括翼型轮廓本体，该翼型轮廓本体具有压力侧和吸入侧、以及前缘和后缘，弦长在前缘和后缘之间延伸，叶片具有尖端和根端，风轮机叶片被限定在XYZ坐标系中，该XYZ坐标系具有与从后缘到前缘的方向上的弦长相平行的X轴、垂直于X轴且在从压力侧到吸入侧的方向上的Y轴、以及垂直于XY平面且在从根端到尖端的叶片纵向方向上的Z轴，风轮机叶片还包括：朝向所述尖端定位的至少一个尖部通信装置，朝向所述根端定位的至少一个根部通信装置，所述至少一个根部通信装置经由无线通信路径与所述至少一个尖部通信装置进行无线电通信，以监测所述至少一个尖部通信装置与所述至少一个根部通信装置之间的距离来确定表示叶片偏转的所述至少一个尖部通信装置相对于所述至少一个根部通信装置的移动，其中所述至少一个尖部通信装置和至少一个根部通信装置包括基本上沿着XYZ坐标系的Y轴极化的天线。通过监测朝向叶片的根端和尖端提供的通信装置之间的距离的变化，可确定风轮机叶片的偏转。该信息然后可用于提供改进的风轮机控制，例如，在叶片偏转可导致塔架撞击的情况下，可执行风轮机叶片的紧急变桨。已经发现，包括在通信装置中的天线的Y轴极化提供了比其它极化更精确的估计尖部移动。这是令人惊讶的，因为例如沿着XYZ坐标系的X轴的极化将通过垂直于前缘而预计具有若干优点。因此，预计沿着前缘的表面波和空间波的激发在X轴极化中是最佳的。另外，接近前缘表面的空间波的增强将预计受益于X轴极化。本专利技术人令人惊讶地发现，尽管有上述预期，但是Y轴极化提高了接收到的信号的质量，并且因此有更精确和稳健的偏转估计。本专利技术人因此发现，在YZ平面中，除了导致强信号之外，Y轴极化还令人惊讶地提供了很干净的信号，而没有例如感应表面波的有害干扰。对于XZ平面，发现Y轴极化提供了比X轴极化更强的信号，这是令人惊讶的。因此，Y轴极化允许了表示叶片偏转的尖部通信装置与和根部通信装置之间的距离的精确估计。由于经验显示Y轴极化在YZ平面和XZ平面两者中是有益的，故Y轴极化在YZ平面(或XZ平面)围绕Z轴旋转产生的所有平面中都是有益的。在应用于围绕Z轴旋转+/-0到30度之间时的YZ平面中时，Y轴极化是特别有利的。根据本专利技术的实施例，尖部通信装置和根部通信装置之间的估计距离是在真实值的+/-2cm内。必须记住，尖部通信装置与根部通信装置之间的距离可超过30m、40m或更大，取决于风轮机叶片的总体长度。从至少一个尖部通信装置发送至至少一个根部通信装置的信号的飞行时间(=TOF)例如可通过比较发射信号与接收信号之间的信号上升边角(risingedgefoot)的时间差来估计。TOF可直接用于指示发射装置与接收装置之间的距离。在本专利技术的一个实施例中，所述至少一个尖部通信装置设置在翼型轮廓本体内部。安装在尖部附近的叶片外部的装置被预计为对朝尖端的空气动力有负面影响，并且很可能在风轮机的操作期间产生噪音，这是非常不期望的，尤其是在人们的家附近。另外，叶片的尖端周围的外部环境由于尖部穿过空气的速度而可能是高度侵蚀性的，如果安装在外部，则存在损坏尖部通信装置的风险。这种损坏可能随时间推移而发生，或在恶劣风力条件下突然发生，这正是最需要偏转测量来防止塔架撞击的情形。已经发现，通过将尖部通信装置安装在翼型件本体内部，从而保护装置免受外部环境，当使用Y轴极化时，仍可很好确定尖部位置，并且尽管叶片层压结构形式的障碍物使得尖部通信装置与根部通信装置之间的视线模糊。令人惊讶的是，当使用Y轴极化时，在将尖部通信装置安装在翼型件本体内部时经历的穿透损失仍将允许足够的信号强度来进行足够精确的距离估计。此外，将根部装置和尖部装置定位在叶片自身上确保了保持装置之间的通信路径，而不论叶片桨距或旋转，或涡轮偏航移动。通过将装置设置在相同的变桨坐标系中，与具有安装到叶片上的第一装置和安装到转子毂或涡轮机舱上的第二装置的备选系统相比时，这允许了系统操作所需的计划的极大简化。应注意的是，就内部安装的尖部通信装置而言，与外部安装的装置相比时，出现的多径分量强得多。已经发现，在使用Y轴极化时，这是可管理的。在本专利技术的一个实施例中，所述无线电通信使用窄时域脉冲。在本专利技术的一个实施例中，所述至少一个尖部通信装置从脉冲发生器发射窄时域脉冲，并且所述至少一个根部通信装置接收所述窄时域脉冲。尖部装置与叶根装置之间的通信优选地使用超宽带(=UWB)无线电信号来实现。在本专利技术的一个实施例中，UWB脉冲信号从至少一个尖部通信装置发射，并且由至少一个根部通信装置接收。尖部装置与叶根装置之间的距离然后可基于脉冲的飞行时间，通过比较发射脉冲和对应的接收第一脉冲的上升边(risingedge)来确定。三边测量和/或三角测量可用于确定尖部位置。优选地，所述至少一个尖部通信装置和所述至少一个根部通信装置是超宽带(UWB)位置跟踪和/或通信装置，并且其中所述通信路径是UWB信号通信路径。UWB通信允许在低功率应用中在发射器与接收器装置之间执行范围或距离测量，以最小化外部干扰的影响。应理解的是，所述至少一个尖部通信装置和/或所述至少一个根部通信装置选自以下的一个：接收器、发射器、接收器发射器电路，或收发器。在本专利技术的一个实施例中，所述至少一个尖部通信装置位于离翼型轮廓本体的尖端0.5到5m之间，优选为离翼型轮廓本体的尖端2-4m之间。优选地，所述至少一个尖部通信装置朝向所述风轮机叶片的前缘或后缘定位。例如，至少一个尖部通信装置可在面对叶片的前缘且接近叶片的尖端的抗剪腹板上安装在叶片本体内部。至少一个尖部通信装置也可安装在后缘抗剪腹板与前缘抗剪腹板之间的位置处。备选地或补充地，尖部通信装置也可安装在后缘抗剪腹板上的位置处，并且面对后缘。理想地，至少一个尖部通信装置应被定位成尽可能接近尖部，以准确地评估尖部位置和实际偏转。实际上，考虑到空间因素，这可能不是总是可能或期望的，例如，因为翼型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风轮机叶片(10)，其包括翼型轮廓本体(50)，所述翼型轮廓本体具有压力侧(52)和吸入侧(54)、以及前缘(18)和后缘(20)，弦长在所述前缘和所述后缘之间延伸，所述叶片具有尖端(14)和根端(16)，所述风轮机叶片(10)被限定在XYZ坐标系中，所述XYZ坐标系具有与从所述后缘到所述前缘的方向上的弦长相平行的X轴、垂直于所述X轴且在从所述压力侧到所述吸入侧的方向上的Y轴、以及垂直于XY平面且在从所述根端到所述尖端的所述叶片的纵向方向上的Z轴，所述风轮机叶片还包括：朝向所述尖端定位的至少一个尖部通信装置(72)，朝向所述根端定位的至少一个根部通信装置(70)，所述至少一个根部通信装置经由无线通信路径与所述至少一个尖部通信装置进行无线电通信，以监测在所述至少一个尖部通信装置与所述至少一个根部通信装置之间的距离来确定表示叶片偏转的所述至少一个尖部通信装置相对于所述至少一个根部通信装置的移动，其中所述至少一个尖部通信装置和至少一个根部通信装置包括基本上沿着所述XYZ坐标系的所述Y轴极化的天线。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.23 EP 16156966.01.一种风轮机叶片(10)，其包括翼型轮廓本体(50)，所述翼型轮廓本体具有压力侧(52)和吸入侧(54)、以及前缘(18)和后缘(20)，弦长在所述前缘和所述后缘之间延伸，所述叶片具有尖端(14)和根端(16)，所述风轮机叶片(10)被限定在XYZ坐标系中，所述XYZ坐标系具有与从所述后缘到所述前缘的方向上的弦长相平行的X轴、垂直于所述X轴且在从所述压力侧到所述吸入侧的方向上的Y轴、以及垂直于XY平面且在从所述根端到所述尖端的所述叶片的纵向方向上的Z轴，所述风轮机叶片还包括：朝向所述尖端定位的至少一个尖部通信装置(72)，朝向所述根端定位的至少一个根部通信装置(70)，所述至少一个根部通信装置经由无线通信路径与所述至少一个尖部通信装置进行无线电通信，以监测在所述至少一个尖部通信装置与所述至少一个根部通信装置之间的距离来确定表示叶片偏转的所述至少一个尖部通信装置相对于所述至少一个根部通信装置的移动，其中所述至少一个尖部通信装置和至少一个根部通信装置包括基本上沿着所述XYZ坐标系的所述Y轴极化的天线。2.根据权利要求1所述的风轮机叶片，其中，所述至少一个尖部通信装置设置在所述翼型轮廓本体内部。3.根据权利要求1-2中任一项所述风轮机叶片，其中，所述无线电通信使用窄时域脉冲。4.根据权利要求1-3中任一项所述风轮机叶片，其中，所述至少一个尖部通信装置从脉冲发生器发射窄时域脉冲，并且所述至少一个根部通信装置接收所述窄时域脉冲。5.根据权利要求2-4中任一项所述风轮机叶片，其中，所述至少一个尖部通信装置位于离所述翼型轮廓本体的所述尖端0.5到5m之间，优选为离所述翼型轮廓本体的所述尖端2-4m之间。6.根据权利要求1-5中任一项所述风轮机叶片，其中，所述至少一个根部通信装置布置在所述翼型轮廓本体外部。7.根据权利要求6所述风轮机叶片，其中，所述至少一个叶根通信在所述叶片的表面之上的高度H在0.2-2m之间，优选为在0.3-1.5m之间。8.根据权利要求3-7中任一项所述的风轮机叶片，其中，所述确定表示叶片偏转的所述至少一个尖部通信装置相对于所述至少一个根部通信装置的移动是基于检测所接收到的第一脉冲的上升边并且估计所述窄时域脉冲的飞行时间。9.根据权利要求1-8中任一项所述的风轮机叶片，其中，所述风轮机叶片包括被安装在所述叶片上的两个根部通信装置。10.根据权利要求9所述的风轮机叶片，其中，所述风轮机叶片包括基本上布置在所述叶片的YZ平面中的第一根部通信装置以及基本上布置在所述叶片的XZ平面中的第二根部通信装置。11.一种风轮机，其具有如权利要求1-10中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帅，C柏斯科夫，G佛洛伦德帕德森，
申请(专利权)人：LMWP专利控股有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK