利用每个转子叶片的两个负载传感器并且基于转子数据确定叶片弯矩制造技术

本发明专利技术涉及一种用于监测和/或控制风力涡轮机的组件。该组件包括：第一应变传感器，其用于在第一空间方向上测量风力涡轮机的转子叶片的第一叶片弯矩；第二应变传感器，其用于在不同于第一空间方向的第二空间方向上测量风力涡轮机的转子叶片的第二叶片弯矩；用于确定设置在风力涡轮机中的转子叶片的力和力矩的恒定分量的装置；以及控制器，其用于组合第一叶片弯矩、第二叶片弯矩和恒定分量。

Using two load sensors for each rotor blade and based on the rotor data to determine the blade moment

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用每个转子叶片的两个负载传感器并且基于转子数据确定叶片弯矩
本专利技术的实施方式总体上涉及控制和/或调节或监测风力涡轮机的操作。实施例尤其涉及包括应变测量系统的设备和方法，所述应变测量系统考虑转子数据或对其进行测量。
技术介绍
风力涡轮机受到复杂的控制或调节，其例如由于变化的操作条件是必要的。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，以及由法律所规定的多种安全措施，监测以及监测所必需的传感器受到多种约束。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，以检测叶片负载、加速度或其他物理测量参数。迄今为止，叶片弯矩通过在转子叶片中设置的负载传感器进行测量。通常，四个应变传感器以半桥形式成对互连在叶根中。在此应注意的是，旨在通过附加的传感器(超过两个传感器)将测量不确定性降至最小。为此，系统配备了两个以上的负载传感器。例如，US2009/0246019描述了一种由叶根中的四个应变传感器组成的用于结冰检测的测量系统。IEC61400-13标准是对于测量风力涡轮机中的转子叶片弯矩的基础。在此描述了如何通过叶根中的应变传感器的直接测量和相应的校准来推断叶片弯矩的间接测量值。为此，利用以方位角相对成对的四个应变传感器来确定力矩。这种布置抑制了转子叶片作用在测量上的不期望的恒定分量(向心力、温度膨胀等)。此外，通过这种布置补偿了传感器的(例如对温度的)寄生敏感度。在WO2017/000960A1中描述了一种测量系统，该测量系统能够通过每个转子叶片仅使用三个应变传感器来确定叶片弯矩。在这种情况下，专利技术人认为传感器彼此独立，其中不形成任何对，这允许传感器自由地以方位角定位。在这种情况下，布置三个传感器使得不存在相对于彼此以0°或180°的角度的传感器对。因此，每个传感器分别覆盖相邻传感器的弯矩的一部分。光纤传感器是有望在未来应用中有前景的一组传感器。因此，期望进一步改进用于监测具有光纤传感器的风力涡轮机的测量。因此，总体上，期望实现在控制和监测方面、在风力涡轮机的转子叶片的传感器方面、在风力涡轮机的转子叶片方面、以及在风力涡轮机本身方面的改进。
技术实现思路
根据一种实施方式，提供了一种用于监测和/或控制风力涡轮机的组件。该组件包括第一应变传感器，其用于在第一空间方向上测量风力涡轮机的转子叶片的第一叶片弯矩；第二应变传感器，其用于在不同于第一空间方向的第二空间方向上测量风力涡轮机的转子叶片的第二叶片弯矩；用于确定设置在风力涡轮机中的转子叶片的力和力矩的恒定分量的装置；以及控制器，其用于组合第一叶片弯矩、第二叶片弯矩和恒定分量。根据另一实施方式，提供了一种用于监测和/或控制风力涡轮机的方法。该方法包括在至少两个不同的空间方向上测量风力涡轮机的转子叶片的弯矩；并且测量设置在风力涡轮机上的转子叶片的力和力矩的恒定分量；并且通过结合叶片弯矩和恒定分量来监测和/或控制风力涡轮机。附图说明实施例在附图中示出，并且在下面的描述中更详细地解释。在附图中：图1示意性地示出了根据本文所描述的实施方式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所描述的实施方式的具有转子叶片和传感器的风力涡轮机的一部分；图3示意性地示出了根据本文所描述的实施方式的具有传感器的风力涡轮机的转子叶片；图4A示意性地示出了根据本文所描述的另一实施方式的具有转子叶片和传感器的风力涡轮机的一部分；图4B示意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。图5示意性地示出了根据本文所描述的实施方式的用于在应变传感器中使用的具有光纤布拉格光栅的光导体；图6示意性地示出了根据本文所描述的实施方式的光纤应变传感器或根据本文所描述的实施方式的用于监测和/或控制和/或调节的方法的测量设置；并且图7示出了根据本文所描述的实施方式的用于监测和/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相同的部件或步骤。具体实施方式在下文中，将详细地参考本专利技术的各种实施方式，其中在附图中示出一个或更多个示例。风力涡轮机的转子叶片中的叶片弯矩能够用于许多应用。其中包括转子叶片的单个桨距控制、负载监测、峰值负载关断、转子不平衡的检测或风场测量。能够通过转子叶片中的测量技术来监测和调节风力涡轮机。此外，可以实现以下一种或更多种应用：转子叶片的单个桨距控制、转子叶片的升力优化、转子叶片或风力涡轮机的负载调节、转子叶片或风力涡轮机上的负载测量、风力涡轮机的部件状态确定(例如转子叶片的状态确定)、结冰检测、风力涡轮机部件(例如转子叶片)的寿命估算、风场的调节、转子的拖尾效应的调节、基于负载的风力涡轮机的调节、相对于相邻风力涡轮机的风力涡轮机的调节、预测性维护、塔间隙测量、峰值负载关断和不平衡检测。本专利技术的实施方式涉及风力涡轮机的转子叶片中的应变传感器的组合以及转子数据的测量或使用。根据本文所述的实施方式，叶片弯矩可以划分为两个维度：拍打方向和摆动方向。通过对叶片桨距角的了解，能够计算在转子平面内并垂直于转子平面的叶片弯矩。此外，能够根据确定的叶片的弯矩确定转子的弯矩和通过动力总成系统耦合的塔架的弯矩。根据本文所述的能够与其他实施方式组合的实施方式，提供了用于监测和/或控制风力涡轮机的组件。该组件包括：第一应变传感器，其用于在第一空间方向上测量风力涡轮机的转子叶片的第一叶片弯矩；第二应变传感器，其用于在不同于第一空间方向的第二空间方向上测量风力涡轮机的转子叶片的第二叶片弯矩；一种装置，其用于确定设置在风力涡轮机中的转子叶片的力和力矩的恒定分量；以及控制器，其用于组合第一叶片弯矩、第二叶片弯矩和恒定分量。迄今为止，通过转子数据得出了由转子叶片中的其他负载传感器检测到的用于精确确定叶片弯矩的测量数据。在这种情况下，转子数据具体地包括转子角、转子速度、桨距角和/或转子振动。根据一些实施方式，一个或更多个转子数据项可以由一个或更多个加速度传感器、一个或更多个陀螺仪传感器、由安装在设备中的一个或更多个角度位置编码器或类似物或其组合来确定。本专利技术的实施例允许在保持精度的同时省去在转子叶片中的两个以上负载传感器的仪表。根据能够与本文所述的实施方式组合的其他实施方式，温度补偿的应变传感器(例如无源温度补偿的应变传感器、特别是光纤温度补偿的应变传感器)可以用于应变测量。温度补偿的应变传感器、特别是无源温度补偿的应变传感器是温度不变的。它们设置有能够补偿叶片材料的热膨胀的传感器结构。这允许在确定叶片弯矩时实现更高的精度。图1示出了风力涡轮机的转子叶片100。转子叶片100具有沿其纵向延伸的轴线101。转子叶片的长度105从叶片凸缘102或叶根到叶片尖端104。此外，图1示出了应变传感器或应变仪的装置120。装置120包括第一应变传感器122和第二应变传感器124。将参考图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于监测和/或控制风力涡轮机的组件，包括：/n第一应变传感器(122)，其用于在第一空间方向上测量风力涡轮机的转子叶片的第一叶片弯矩；/n第二应变传感器(124)，其用于在不同于所述第一空间方向的第二空间方向上测量风力涡轮机的转子叶片的第二叶片弯矩；/n装置(420)，其用于确定设置在风力涡轮机中的转子叶片的力和力矩的恒定分量；以及/n控制器，其用于组合所述第一叶片弯矩、所述第二叶片弯矩和恒定分量。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170714 DE 102017115926.61.一种用于监测和/或控制风力涡轮机的组件，包括：
第一应变传感器(122)，其用于在第一空间方向上测量风力涡轮机的转子叶片的第一叶片弯矩；
第二应变传感器(124)，其用于在不同于所述第一空间方向的第二空间方向上测量风力涡轮机的转子叶片的第二叶片弯矩；
装置(420)，其用于确定设置在风力涡轮机中的转子叶片的力和力矩的恒定分量；以及
控制器，其用于组合所述第一叶片弯矩、所述第二叶片弯矩和恒定分量。


2.根据权利要求1所述的组件，其中，用于确定恒定分量的装置(420)包括传感器(422)。


3.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述装置(420)设置在风力涡轮机的轮毂或机舱中。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中，所述第一空间方向和所述第二空间方向围成70°至110°的角度。

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【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯·施密德，托马斯·绍斯，
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