湍流传感器和叶片状况传感器系统技术方案

本发明专利技术包括用于确定风力涡轮机叶片状况的湍流传感器和传感器系统。湍流传感器包括传感器薄膜，所述传感器薄膜设置在风力涡轮机叶片的表面。光源和光探测器设置在所述叶片上位于传感器腔内，所述光源照射所述传感器薄膜并且探测反射回的光。所述反射光与非反射光混合产生一种表明空气流质量的干涉图，与层流还是湍流无关。所述湍流传感器能够被使用在传感器系统中，用于探测诸如灰尘或冰的不需要物质在所述叶片上的积聚。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种湍流传感器和叶片状况传感器系统，具体地涉及一种用于安装在风力涡轮机上以探测风力涡轮机部件上诸如灰尘和冰的积聚物的湍流传感器和传感器系统。
技术介绍
图1显示了一种风力涡轮机1，包括风力涡轮机塔架2，在风力涡轮机塔架2上安装风力涡轮机机舱3。包括至少一个风力涡轮机叶片5的风力涡轮机转子4安装在轮毂6 上。轮毂6通过从所述机舱前面延伸出的低速轴(未显示)连接到机舱3。图1所示的风力涡轮机可以是以家庭或公用照明设施用途为目的的小型风力涡轮机，或者可以是例如适合用于风力农场上大规模发电所使用的大型风力涡轮机。在后一状况下，所述转子的直径能够大至100米或者更大。风力涡轮机经常位于诸如近海、沿海、或者高架区域的条件恶劣区域，并且在运行期间诸如冰和灰尘等不需要的物质常常能够积聚在所述风力涡轮机部件的表面上。特别是由于气候条件突然变化导致冰能够迅速地积聚。这样的物质的积聚是不期望的，因为由于腐蚀、增加的磨损或者由物质的额外重量而引起增加的机械应力能够降低部件的寿命。在最坏的状况下，这样的物质能够导致风力涡轮机部件过早和完全失效。由于经常难以接近风力涡轮机的位置，申请人认为需要一种方法来探测积聚在风力涡轮机部件上的不良物质，从而能够更高效地维护风力涡轮机部件，并且能够提高所述部件的寿命。此外，在大多数风力涡轮机中，诸如那些使用桨距角或失速控制所述转子叶片相对于风向的桨距角来运行的风力涡轮机被仔细地控制以便从风中提取最优能量，并且避免发电机上的过载危险。所述叶片上物质的积聚能够使得所述叶片从风中提取能量的效率变差，并且此外能够使得更难精确控制用于能量调节和安全的叶片桨距角。因而，特别需要一种探测到积聚在风力涡轮机叶片上的不需要物质的方法。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，提供一种用在具有腔的风力涡轮机部件上的湍流传感器。 所述湍流传感器包括传感器薄膜，用于探测经过所述风力涡轮机部件表面的空气流的湍流，其中，所述传感器薄膜集成到所述表面并且覆盖所述腔的至少一部分；光源，所述光源位于所述传感器腔内，用于照射所述腔内侧的传感器薄膜的表面；光探测器，所述探测器位于所述腔内，用于探测从所述薄膜的表面反射的光，并且为处理器提供输出，所述处理器从所述经过确定横过所述传感器薄膜的空气流的湍流值。由于所述传感器薄膜的小位移能够用所述光源和探测器探测到的事实，本专利技术提供一种敏感的传感器系统。此外，所述传感器相对容易安装和能够设置在所述风力涡轮机叶片上便于保护，并且确保所述传感器的出现不干涉测量。由于几乎没有移动部件，所述传感器是防温度极端变化的。在一个实施例中，在所述腔内的所述光源和光探测器是连接到光电光源的光导纤维。这允许避免在所述传感器上使用电气部件，并且意味着所述传感器将是防雷击的。这些对于风力涡轮机叶片格外常见。用于所述传感器的任何电气部件能够被容纳在所述风力涡轮机的电屏蔽的部件内。优选地，所述传感器包括加法器，所述加法器用于将来自所述薄膜表面反射的光添加到参照光信号以形成表明所述薄膜位移的干涉图。使用干涉图提供说明所述薄膜的位移的最精确方法，因为所述薄膜的小位移能够用于产生在强度上大的变化。对于较大的位移，产生正弦曲线强度图，意味着从所述正弦频率和出现率的分析可以获得关于产生位移的速度和位移的方向的信息。在一个实施例中，所述加法器包括位于所述传感器腔内的局部镜子以反射来自所述光源的光的一部分到所述光探测器并且提供所述参照光信号。这样，所述传感器的所有部件局部地设置在所述传感器腔内，便于更换和维护。在另一个实施例中，所述传感器腔是封闭的。这允许所述腔环境维持在确保所述传感器薄膜良好运行的湿度和温度水平。此外，所述腔可以充满诸如惰性气体的不同于空气的气体。在一个实施例中，所述传感器薄膜可以用与所述风力涡轮部件的所述表面所构造的材料不同的材料构造成。这允许所述薄膜传感器能够在张力和响应性方面更精确地调整其功能使其适合作为传感器运行。取决于安装，所述传感器薄膜可以可选择地由所述叶片表面本身构成。在一个实施例中，所述薄膜传感器包括处理器，所述处理器用于分析在预定时间段内干涉图的正弦变化以确定所述空气流是否是湍流。所述处理器可以使用图识别或统计技术分析所述图并且确定相关的置信度水平。分析的时间段越长，产生的传感器结果的置信度就越高。在本专利技术的另一方面中，提供一种传感器系统，所述传感器系统用于探测风力涡轮机叶片的表面状况。所述传感器系统包括根据上述第一方面所述的一个或多个湍流传感器，用于产生表明经过所述风力涡轮机叶片表面的湍流空气流的输出；存储器；以及处理器；其中所述处理器从接收到来自所述一个或多个湍流传感器的输出确定所述叶片表面的状况。所述叶片状况变化(例如，所述叶片表面的磨损或者诸如灰尘或冰的物质的积聚) 将极大影响经过所述叶片表面的空气流。所述风力涡轮机传感器提供探测叶片状况变化的可靠的并且便宜的方法。优选地，所述存储器记录在一定时间段内从所述一个或多个湍流传感器接收到的输出，并且所述处理器基于与过去输出相比较的输出变化确定所述叶片表面的状况。这允许所述湍流传感器的所述过去输出作为一个参照，用于与所述湍流传感器的即时或当前的读数相比较。例如，灰尘的积聚可以证明灰尘本身是在探测的湍流上的逐渐增加。另一方面，冰的积聚可以很快发生在几个小时内。这样，所述物质的性质也能够推断出。优选地， 所述传感器系统包括在所述叶片的迎风面和背风面上的多个传感器，以致可以获得全面的传感器检查。5在另一个实施例中，所述处理器将来自一个风力涡轮机叶片上的湍流传感器的输出与来自另一个风力涡轮机叶片上的湍流传感器的输出进行比较。这允许所述处理器指出所述叶片是否正确地安装和运行，并且提供额外数据用于比较叶片状况。优选地，所述传感器系统探测物质在叶片表面上的积聚。优选地，所述处理器确定所述叶片表面的状况，其中，当预定数量的所述湍流传感器表明是湍流时，物质被认为积聚在所述叶片表面上。本专利技术也提供一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括如上所述的湍流传感器或者叶片状况传感器系统。附图说明现在，参考附图，且用实例的方式更详细地描述本专利技术的优选实施例，其中图1说明一种风力涡轮机；图2说明根据本专利技术的湍流传感器的第一实例；图3说明根据本专利技术的湍流传感器的第二实例；图4说明合并了诸如在图2或图3所示的传感器的一种示例性传感器系统；图5是从所述传感器信号发展的示例性强度图形的说明；图6是使用在控制和报警系统中的传感器结果表的说明。具体实施例方式图2说明根据本专利技术优选实施例的湍流传感器的第一实例。所述湍流传感器在施工现场显示为集成到风力涡轮机转子的叶片或其它部件中。传感器10包括传感器外壳11，传感器外壳11具有限定腔13的侧壁12。传感器装置位于腔13中，用附图标记14概括地表示。传感器外壳11的一个表面设有传感器薄膜 15。实践中，传感器10安装在叶片5上，使得传感器薄膜15将腔13与外面空气隔开，并且使得传感器薄膜15与经过所述叶片表面的空气流接触。所述腔由侧壁12和薄膜15完全与外面环境密封，从而所述薄膜表面的运动能够被认为是完全由于经过叶片表面5的空气流的变化所致。密封所述腔起到保持所述薄膜的内表面干净的作用，并且允许调整所述腔的内部环境以避免能够影响传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于具有腔的风力涡轮机部件的湍流传感器，所述湍流传感器包括：传感器薄膜，用于探测经过所述风力涡轮机部件表面的空气流的湍流，其中所述传感器薄膜集成到所述表面并且覆盖所述腔的至少一部分；光源，所述光源位于所述传感器腔内，用于照射所述腔内的所述传感器薄膜的表面；光探测器，所述光探测器位于所述传感器腔内，用于探测从所述薄膜的表面反射的光，并且用于提供输出给处理器，所述处理器从所述输出确定经过所述传感器薄膜的空气流的湍流值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·奥勒森，
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：DK