用于监测转子叶片的应变和振动测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于风力涡轮机的监测和/或控制的组件。用于风力涡轮机的监测和/或控制的组件包括：两个应变传感器(特别是三个应变传感器)的布置、第一光纤振动传感器以及至少一个第二光纤振动传感器，所述两个应变传感器检测风力涡轮机的转子叶片在至少两个不同空间方向上的叶片弯矩；所述第一光纤振动传感器用于检测转子叶片在第一空间方向上的振动；所述至少一个第二光纤振动传感器用于检测转子在第二空间方向上的振动，所述第二空间方向不同于第一空间方向。

Strain and vibration measurement system for monitoring rotor blades

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监测转子叶片的应变和振动测量系统
本专利技术的实施例通常涉及控制和/或调节或监测风力涡轮机的运行。实施例尤其涉及包括应变和振动测量系统的装置和方法。
技术介绍
风力涡轮机受到可能例如改变运行条件所需要的复杂控制或调节。此外，测量对于监测风力涡轮机的状态是必要的。由于与风力涡轮机的运行相关的条件，例如温度变化、天气和气象条件，特别是剧烈变化的风力条件以及法律规定的大量安全措施，监测和监测所需的传感器受到许多限制。转子叶片可以配备有应变传感器、加速度传感器或其他传感器，以便检测叶片载荷、加速度或其他物理测量参数。文献US2009/0246019描述了在叶片根部中由四个应变传感器组成的一种测量系统，用于结冰检测。文献WO2017/000960A1描述了一种测量风力涡轮机和风力发电厂的载荷的方法，用于这种载荷测量。载荷传感器被配置为测量叶片的根端的机械变形。载荷传感器可以是光学应变仪，例如，光纤布拉格光栅。在WO1999/057435中描述了用于叶片状态监测的三轴加速度传感器。在监测风力涡轮机的运行状态时，使用多个传感器。例如，可以测量用于测量转子叶片的弯曲的应变测量值、用于测量转子叶片加速度的加速度测量值或其他参数。光纤传感器似乎是有望在更多应用中取得成功的一组传感器。因此，期望进一步改善用于利用光纤传感器监测风力涡轮机的测量。总体上，因此期望能够实现在用于风力涡轮机的转子叶片的传感器中，用于风力涡轮机的转子叶片中以及在风力涡轮机自身中的控制和监测方面的改进。
技术实现思路
根据一个实施例，提供了一种用于风力涡轮机的监测和/或控制的组件。用于风力涡轮机的监测和/或控制的组件包括至少两个应变传感器(特别是三个应变传感器)的布置、第一光纤振动传感器以及至少一个第二光纤振动传感器，所述至少两个应变传感器检测风力涡轮机的转子叶片在至少两个不同的空间方向上的叶片弯矩；所述第一光纤振动传感器用于检测转子叶片在第一空间方向上的振动；所述至少一个第二光纤振动传感器用于检测转子在第二空间方向上的振动，所述第二空间方向不同于第一空间方向。根据另一实施例，提供了一种用于风力涡轮机的监测和/或控制的方法。该方法包括测量风力涡轮机的转子叶片在两个不同空间方向上的振动，其中，通过至少两个光纤振动传感器来执行振动的测量；测量风力涡轮机的转子叶片在至少两个不同的空间方向上的弯矩；基于振动测量的两个不同空间方向上的振动以及弯矩测量的至少两个不同空间方向上的弯矩来监测和/或控制风力涡轮机。附图说明示例性实施例在附图中示出并在下面的描述中更详细地解释。在附图中：图1示例性地示出了根据本文描述的实施例的具有传感器的风力涡轮机的转子叶片；图2示意性地示出了根据本文描述的实施例的具有转子叶片和传感器的风力涡轮机的一部分；图3示例性地示出了根据本文描述的其他实施例的具有传感器的风力涡轮机的一部分；图4A示例性地示出了具有应变传感器的风力涡轮机的转子叶片的横截面；图4B示意性地示出了根据本文描述的实施例的具有传感器的风力涡轮机的转子叶片；图5示意性地示出了根据本文描述的实施例的用于振动传感器的具有光纤布拉格光栅的光纤；图6示意性地示出了根据本文描述的实施例的用于光纤振动传感器或根据本文描述的实施例的用于监测和/或控制和/或调节的方法的测量设置；和图7示出了根据本文描述的实施例的用于监测和/或控制和/或调节风力涡轮机的方法的流程图。在附图中，相同的附图标记表示相同或功能上等同的部件或步骤。具体实施方式在下文中，更详细参照本专利技术的各种实施例，附图中示出了一个或更多个示例。能够通过转子叶片中的测量技术系统进行监控和调节风力涡轮机。因此，可以实现以下应用中的一个或更多个：转子叶片的单独桨距控制、转子叶片的浮力优化、转子叶片或风力涡轮机的载荷调节、转子叶片或风力涡轮机上的载荷测量、确定风力涡轮机部件的状态(例如，确定转子叶片的状态)、结冰检测、估计风力发电机部件(例如，转子叶片)的寿命、基于风场的调节、基于转子的尾随效应(trailingeffect)的调节、基于载荷的调节、相对于相邻风力涡轮机对风力涡轮机的调节、预测性维护、塔架间隙测量、峰值载荷关闭以及不平衡检测。本专利技术的实施例涉及风力涡轮机的转子叶片中的应变传感器和振动传感器的组合。在此，可以获得关于风力涡轮机的转子叶片的叶片载荷和振动的完整图像，其中能够实现部件的冗余度和材料使用之间的优化关系(CoO＝拥有成本)。此外，还有用于优化风力涡轮机的新应用选项。图1示出了风力涡轮机的转子叶片100。转子叶片100具有沿其纵向延伸部的轴线101。转子叶片的长度105从叶片法兰102或叶片根部到达叶片尖端104。根据本文所述的实施例，在轴向或径向区域中，即沿轴线101的区域中，定位有振动传感器110和振动传感器112。振动传感器110(即第一振动传感器)检测第一空间方向上的振动，振动传感器112(即第二振动传感器)检测第二空间方向上的振动，该第二空间方向不同于第一空间方向。能够例如出于冗余的目的设置另外的振动传感器，用于在第一和/或第二空间方向上进行测量。第一空间方向可以是例如转子叶片的摆动方向，即，从叶片前边缘到叶片后边缘的方向。第二空间方向可以是转子叶片的拍打方向，即垂直于摆动方向的方向。根据本文描述的实施例，第一空间方向和第二空间方向能够围成70°至90°的角度。根据其他实施例，振动传感器可以优选地布置在径向向外(即朝向叶片尖端)的区域中。振动传感器能够例如设置在风力涡轮机的转子叶片的半径的外侧80％至外侧60％的区域中的径向位置处，如图1中的区域107所示。根据本文描述的实施例，特别地，通过使用光纤传感器(例如光纤振动传感器)使得传感器在面向叶片尖端的区域中的布置成为可能。能够设置不带电气部件的光纤传感器。这样可以避免雷击直接发生在电子部件和/或用于电子部件的电缆或信号电缆中。即使在通过避雷针进行雷击的情况下，即在地电势下受控地进行的情况下，也能够防止由感应产生的电流对电缆或信号电缆造成损坏。根据本文描述的实施例，优选地使用光纤振动传感器，如将参考图3更详细地解释的。图1还示出了应变传感器或应变仪的布置120。布置120包括第一应变传感器142、第二应变传感器124和第三应变传感器126。根据一些实施例，第三应变传感器可以被视为可选的。该布置将参照图3和图4更详细描述。三个应变传感器的布置能够检测两个不同的空间方向。通过沿方位角放置三个应变传感器，在两个空间方向(例如拍打方向和边缘方向)上检测叶片弯曲或叶片弯矩。根据典型实施例，三个应变传感器可以在转子叶片的坐标系中沿着转子叶片的纵向延伸设置在不同的角度坐标处。三个不同空间方向中的一个或更多个可以与振动传感器的第一空间方向或振动传感器的第二空间方向之一不同，或者可以与振动传感器的第一空间方向或第二空间方向之一一致。图2示出了风力涡轮机200。风力涡轮机200包括塔架40和机舱42。转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于风力涡轮机的监测和/或控制的组件，包括：/n至少两个应变传感器(122、124、126)的布置(120)，所述布置检测风力涡轮机的转子叶片(100)在至少两个不同空间方向上的叶片弯矩；/n第一光纤振动传感器(110)，其用于检测转子叶片在第一空间方向上的振动；和/n至少一个第二光纤振动传感器(112)，其用于检测转子叶片在第二空间方向上的振动，所述第二空间方向不同于第一空间方向。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170714 DE 102017115927.41.一种用于风力涡轮机的监测和/或控制的组件，包括：
至少两个应变传感器(122、124、126)的布置(120)，所述布置检测风力涡轮机的转子叶片(100)在至少两个不同空间方向上的叶片弯矩；
第一光纤振动传感器(110)，其用于检测转子叶片在第一空间方向上的振动；和
至少一个第二光纤振动传感器(112)，其用于检测转子叶片在第二空间方向上的振动，所述第二空间方向不同于第一空间方向。


2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一空间方向和第二空间方向围成70°至110°的角度。


3.根据权利要求1至2中任一项所述的组件，其中，设置有三个应变传感器，并且所述三个应变传感器布置在约120°的方位角度布局中。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中，所述至少两个应变传感器是光纤应变传感器。...

【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯·施密德，拉尔斯·霍夫曼，
申请(专利权)人：福斯四X股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE