损伤评估装置制造方法及图纸

本发明专利技术描述了一种损伤评估装置(1)，其用于评估电连接到风力涡轮机转子叶片(20)的引下线(20C)的闪电接收器(20R)的损伤程度，所述损伤评估装置(1)包括：测量脉冲模块(10、11)，其包括布置成将脉冲(P)发射到所述引下线(20C)的一端中的脉冲发生器(10)和布置成检测返回信号(R、R1、R2、R3)的返回信号检测器(11)；返回信号分析模块(12)，其配置成确定所述返回信号(PR)相对于预期返回信号(Re)的改变程度；以及损伤估计模块(12)，其配置成将相对的改变程度与转子叶片LPS的损伤量度(D

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】损伤评估装置


[0001]本专利技术描述了一种损伤评估装置，其用于评估电连接到风力涡轮机转子叶片的引下线的闪电接收器的损伤程度。本专利技术还描述了一种损伤评估方法和一种校准方法。

技术介绍

[0002]风力涡轮机一般配备有防雷系统(LPS)，其包括引下线的网络，该网络用于在雷击的情况下将闪电流安全地引导至地面。一般而言，到地面的电流路径将包括在风力涡轮机的各个区域处的若干引下线，如技术人员将知晓的那样。风力涡轮机的转子叶片由于其暴露的位置而特别容易受到雷击。因此，通常为转子叶片配备至少一个闪电接收器和引下线，以将该接收器电连接到LPS的其余部分。转子叶片引下线会聚在轮毂中，并且桥(例如，一组碳刷)提供从轮毂到地面的闪电路径，例如到机舱中，从机舱到塔架以及从塔架到地面。
[0003]可假定转子叶片引下线从转子叶片的内根端向外朝向外末梢端延伸。应当理解，闪电接收器被安装在转子叶片的外部处，并且被电连接到引下线。引下线及其接收器在本文中可统称为“转子叶片LPS”。转子叶片LPS可包括以一定间隔附接到引下线的若干接收器，例如靠近末梢端的接收器，以及在末梢和根部之间以一定间隔附接到引下线的多个另外的接收器。接收器的质量可与其距根部的距离成正比，这是因为沿转子叶片向外更远的接收器更有可能吸引雷击。
[0004]接收器通常是由一种或多种金属或金属合金制成的紧凑块体，并且设计成安全地吸引雷击并形成到引下线的稳固连接，而同时对转子叶片的空气动力学性能具有最小的影响。安装在风力涡轮机转子叶片上的接收器每年可能接收多次雷击，例如数百次，这取决于风力涡轮机的地理位置。对接收器的每次雷击都会导致接收器的快速加热和膨胀，以及金属的一些汽化。接收器还经受环境影响，例如极热、极冷、冰雹的冲击等。最终，任何这样的接收器都将表现出某种损伤。接收器的可靠性最初可能不受轻微损伤的影响，但随后累积的雷击最终会对接收器的功能具有不利影响。当接收器的质量因汽化而已减少到其不再能够为引下线提供安全电流路径的程度时，可能会引起严重的故障。对这种受损接收器的雷击可能导致转子叶片的主体的严重损伤。
[0005]为此原因，重要的是，定期检查接收器并修理或更换任何受损的接收器，以便避免灾难性故障。由于接收器位于转子叶片的外部上，因此它们的物理状态通常只能由佩戴安全带的技术人员通过目视检查来评估。然而，对转子叶片接收器执行这样的目视检查是危险的、昂贵的和耗时的，使得风力涡轮机维护的这一方面呈现出显著的成本因素。可替代地，可部署配备有摄像机的无人机来获取转子叶片LPS接收器的图像，但难以由此类图像评估接收器损伤的程度。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术的一个目的在于提供一种评估风力涡轮机转子叶片的闪电接收器的健康状况的更经济的方法。
[0007]该目的通过权利要求1的损伤评估装置以及通过权利要求11的评估风力涡轮机转子叶片的闪电接收器的损伤程度的方法来实现。
[0008]在本专利技术的背景下，风力涡轮机包括安装到轮毂的多个转子叶片，通常为三个。这些转子叶片和轮毂统称为气动转子。如上面所解释的，可假定风力涡轮机的每个转子叶片配备有从转子叶片的根端朝向末梢端延伸的至少一个LPS引下线，并且配备有一个或多个闪电接收器，该闪电接收器安装到靠近末梢端从转子叶片向外的面，并且电连接到引下线。
[0009]根据本专利技术，该损伤评估装置包括测量脉冲模块，其具有：脉冲发生器，其布置成将脉冲发射到引下线(在其内端处)中；以及返回信号检测器，其布置成检测在通过转子叶片LPS的各种元件反射脉冲之后返回的信号。根据LPS引下线及其接收器的实现，单个发射脉冲可能会产生复杂的返回信号，使得针对发射脉冲后的每个反射返回信号记录时间延迟、失真和衰减。该损伤评估装置还包括：返回信号分析模块，其被配置成确定反射返回信号相对于预期返回信号的改变程度(extent of alteration)；以及损伤估计模块，其被配置成将相对的改变程度与转子叶片LPS的损伤量度(measure)相关联。
[0010]在本专利技术的背景下，健康转子叶片的“预期返回信号”可在转子叶片寿命中的早期确定，例如在转子叶片的安装之前或之后不久。转子叶片LPS的物理特性(几何形状、接收器位置、接收器质量等)将控制预期返回信号的时域和频域属性。例如，当沿引下线间隔地布置若干接收器时，这些接收器中的每一个都将对返回信号产生贡献，并且每个此类贡献的时域位置为接收器的实际位置的特性。利用此信息，可分析返回信号，以确定转子叶片LPS的若干接收器中的每一个的健康状况。接收器的物理特性的任何改变都将会以某种方式影响返回信号。同样，引下线的物理状态也将会影响返回信号，使得也可通过分析返回信号来确定引下线的损伤。
[0011]本专利技术的损伤评估装置的一个优点在于其利用已经安装在转子叶片中的引下线来提供执行LPS接收器健康诊断的模式。因此，本专利技术的损伤评估装置可轻而易举地实现。所述脉冲发生器和返回信号检测器可作为一简单的现成单元或一组单元购买，并且测量脉冲模块与引下线的连接相对简单。
[0012]所述分析模块和损伤估计模块可完全或部分地实现为在诸如风力涡轮机控制器的控制单元的处理器上运行的软件模块，所述风力涡轮机控制器例如已经安装在风力涡轮机中的本地风力涡轮机控制器，或者远程风电场控制器，并且因此，可能与有利的低成本相关联。已经安装在现有系统上的软件能够以相对少的工作量来更新，以安装和运行本申请的相关方法步骤。
[0013]根据本专利技术，评估接收器损伤的程度的方法包括以下步骤：提供这样的损伤评估装置；操作测量脉冲模块的脉冲发生器，以将脉冲发射到风力涡轮机的转子叶片的闪电引下线的一端中；操作返回信号检测器，以检测反射信号；分析反射返回信号，以确定相对于预期返回信号的改变程度；以及将相对的改变程度与转子叶片LPS的损伤量度相关联。
[0014]本专利技术的方法的一个优点在于可用相对少的工作量获得损伤估计，这是因为该方法仅需要将脉冲发射到已经安装在转子叶片中的引下线中并且评估反射信号。本专利技术基于如下见解：即对接收器的结构的任何改变都将使得已知或预期的信号形状失真，并且失真的程度(相对于预期信号形状)将与引下线的接收器的改变程度、即损伤程度相关。本专利技术使得可以通过分析一个或多个反射信号来执行精确的LPS接收器损伤评估，并且这能够用
很少的计算工作量以简单的方式完成。
[0015]通过以合适的间隔定期评估接收器健康状况，可以区分健康和受损的接收器，使得可避免不必要的例行检查，并且可仅在这些变得必要时才安排接收器维护过程。
[0016]本专利技术的特别有利的实施例和特征通过从属权利要求给出，如在以下描述中揭示的。视情况可结合不同权利要求类别的特征，以给出本文未描述的另外的实施例。
[0017]在下文中，可假定闪电引下线从转子叶片的根部区域朝向转子叶片的末梢延伸。引下线的“内端”应理解为终止于叶片的根部区域中或附近的端部。引下线的“外端”应理解为终止于叶片的末梢中或附近的端部。引下线可沿转子叶片的长度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种损伤评估装置(1)，用于评估电连接到风力涡轮机转子叶片(20)的引下线(20C)的闪电接收器(20R)的损伤程度，所述损伤评估装置(1)包括：
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测量脉冲模块(10、11)，其包括布置成将脉冲(P)发射到所述引下线(20C)的一端中的脉冲发生器(10)和布置成检测返回信号(R、R1、R2、R3)的返回信号检测器(11)；
‑
返回信号分析模块(12)，其配置成确定所述返回信号(P
R
)相对于预期返回信号(R
E
)的改变程度；以及
‑
损伤估计模块(12)，其配置成将相对的改变程度与接收器(20R)的损伤量度(D
good
、D
mild
、D
poor
、D
fail
)相关联。2.根据权利要求1所述的损伤评估装置，其中，所述脉冲分析模块(12)被配置成量化所述返回信号(R、R1、R2、R3)相对于所述预期返回信号(R
E
)的时间延迟。3.根据前述权利要求中任一项所述的损伤评估装置，其中，所述脉冲分析模块(12)被配置成量化所述返回信号(R、R1、R2、R3)相对于所述预期返回信号(R
E
)的衰减。4.根据前述权利要求中任一项所述的损伤评估装置，所述脉冲分析模块(12)被配置成量化所述返回信号(R、R1、R2、R3)相对于所述预期返回信号(R
E
)的失真。5.根据前述权利要求中任一项所述的损伤评估装置，其中，对接收器(20R)的损伤的评估(D
good
、D
mild
、D
poor
、D
fail
)基于所述返回信号(R、R1、R2、R3)的时间延迟和/或衰减和/或失真进行。6.根据前述权利要求中任一项所述的损伤评估装置，其中，对所述引下线(20C)的损伤的评估基于所述返回信号(R、R1、R2、R3)的时间延迟和/或衰减和/或失真来进行。7.根据前述权利要求中任一项所述的损伤评估装置，包括查找表(120)，所述查找表(120)将时间延迟和/或衰减和/或失真的值与接收器类型的损伤量度相关联。8.一种风力涡轮机(2)，包括：
‑
多个转子叶片(20)，其中，每个转子叶片(20)包括防雷系统的引下线(20C)和至少一个闪电接收器(20R)，所述闪电接收器(20R)布置在转子叶片外部处并且电连接到所述引下线(20C)；以及
‑
根据权利要求1至7中任一项所述的损伤评估装置(1)，其用于评估所述接收器(20R)的损伤程度。9.根据权利要求8所述的风力涡轮机，其中，测量脉冲模块(10、11)包括单脉冲发生器(10)以及用于每个转子叶片引下线(20)的返回信号检测器(11)。10.根据权利要求8或权利要求9所述的风力涡轮机，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：