风力涡轮叶片的检测系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种可用于对运行中的风力涡轮机的叶片进行检测的检测系统和方法。该检测系统包括光投射单元、成像单元及处理单元。光投射单元可产生并投射光图样到运行中的风力涡轮机的叶片上。成像单元可在所述叶片的转动过程中对由投射到所述叶片上的所述光图样在所述叶片上所产生的复数个扫描图案进行成像。处理单元可对来自于所述成像单元的所述成像的复数个扫描图案进行处理以对所述叶片的偏转状态进行检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种风力润轮机叶片(Wind Turbine Blade)的检测系统和方法,尤其涉及一种可对风力涡轮机叶片的偏转(Deflection)状态进行检测的检测系统和方法。
技术介绍
随着对环境及气候变化的不断关注，风力涡轮机已被广泛的应用来把风能转变为其他形式的可用能源，比如电能。特别的，风力涡轮机设置有叶片，其可扑捉风力的动能，并通过其转动把风力的动能转变为电能。在能量的转变过程中，为了提高能量的输出，风力涡轮机的叶片通常具有较大的尺寸。然而，由于风力涡轮机叶片的大尺寸的影响，在风力涡轮机运行过程中，风力载荷(Wind Load)会导致叶片发生偏转，这可增加叶片因疲劳而失效的风险，同时也增加了叶片与风力涡轮机塔架发生碰撞的可能性。因而，就有必要对风力涡轮叶片的偏转状况进行检测，这样不仅能通过真实的运行数据来验证叶片的设计，而且能在风力涡轮机运行过程中对叶片的健康状态进行评估。目前，已经有一些尝试来检测风力涡轮机叶片的偏转状态，比如在叶片上安装有感应器来对叶片的偏转状态进行检测。然而，这样的方式需要对叶片进行改动来安装感应器，而且增加的风力涡轮机安装和维护的难度。所以，需要提供一种新的对风力涡轮机叶片进行检测的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例提供了一种可用于对运行中的风力涡轮机的叶片进行检测的检测系统。该检测系统包括 光投射单元、成像单元及处理单元。该光投射单元可产生并投射光图样到运行中的风力涡轮机的叶片上。该成像单元可在所述叶片的转动过程中对由投射到所述叶片上的所述光图样在所述叶片上所产生的复数个扫描图案进行成像。该处理单元可对来自于所述成像单元的所述成像的复数个扫描图案进行处理以对所述叶片的偏转状态进行检测。本专利技术另一个实施例提供了一种可用于对运行中的风力涡轮机的叶片进行检测的检测方法。该检测方法包括产生并投射光图样到运行中的风力涡轮机的叶片上；在所述叶片的转动过程中对由投射到所述叶片上的所述光图样在所述叶片上所产生的复数个扫描图案进行成像；及对来自于所述成像单元的所述成像的复数个扫描图案进行处理以对所述叶片的偏转状态进行检测。附图说明通过结合附图对于本专利技术的实施例进行描述，可以更好地理解本专利技术，在附图中:图1为本专利技术风力涡轮机叶片的检测系统的一个实施例的示意图2为本专利技术风力涡轮机叶片的检测系统的光投射单元的一个实施例的示意图；图3到图7为本专利技术投射到风力涡轮机叶片上的光投射图案的多个实施例的示意图；图8为本专利技术风力涡轮机叶片的检测系统的另一个实施例的示意图；及图9为图1所示的风力涡轮机叶片的检测系统所检测的叶片上的顺翼展方向(Spanwise)的三个位置的摆振方向(Flapwise)坐标(Coordinate)的实验曲线图。具体实施例方式图1所示为本专利技术的可用来对风力涡轮机12的叶片11进行检测的检测系统10的一个实施例的示意图。如图1所示，风力涡轮机12包括塔架(Tower) 13、设置在塔架13上端的机舱(Nacelle) 14及转子(Rotor) 15。塔架13自支撑装置100，如地面或平台向上延伸，其具有适当的高度及形状并在机舱14和支撑装置100间定义有空腔(未图示)。转子15设置有可转动的轮毂16及至少一个叶片11。可转动的轮毂16与机舱14相对接，叶片11设置在轮毂16上并从该轮毂16向外延伸。在图1所示的实施例中，风力涡轮机12设置有复数个叶片11，比如三个叶片。叶片11围绕着轮毂16设置并彼此间隔一定的距离，这样，叶片11就可随着转子15的轮毂16的转动而转动，从而捕获风力的动能(Kinetic Energy)并通过转动把该动能转变成其他形式的能量，如电能。在一些实施例中，每一个叶片11的长度可处于从15米到91米的范围内。在另一些实施例中，每一个叶片11具有其他合适的长度来捕获风力的动能。这样，在风力涡轮机12运转过程中，风力可沿着方向17击打叶片11，转子15沿着转动方向18进行转动从而带动叶片11转动来捕获并 传输风能。可见，在风力涡轮机12的运转过程中，叶片11可受到风载或其他力量的影响，比如离心力的影响，这就可导致叶片11发生偏转而使其从中性或非偏转位置偏转到偏转位置。在本专利技术实施例中，为了确保风力涡轮机12安全稳定的运行，检测系统10被用来对风力涡轮机12的叶片11的偏转(Deflection)状态进行检测从而来评估叶片11在运行过程中的健康状态及利用检测得到的现场数据来验证叶片的设计。所谓的“偏转”可包括叶片的扭转(Torsional Twist)及/或叶片的前后(或摆振)方向的弯曲(Flapwise Bending)。在本实施例中，尽管风力涡轮机12为水平轴风力涡轮机(Horizontal Axis WindTurbine),在其他示例中,风力润轮机12也可为垂直轴风力润轮机(Vertical Axis WindTurbine)。为了便于说明，风力涡轮机12的一些元件未图示。在图1中，检测系统10包括有光投射单元19、成像单元20、处理单元21及监控装置22。在本专利技术实施例中，光投射单元19可用来投射至少一种光图样(Light Pattern)到风力涡轮机12的叶片11上。在本实施例中，该光投射单元19独立设置。在其他示例中，光投射单元19也可与处理单元21相连接并受其控制来产生并投射光图样。在一些示例中，光投射单元19可包括至少一个光源，其可直接产生并投射光图样到相应的叶片11上。在非限定示例中，光投射单元19可进一步包括光源元件,其包括但不限于透镜，从而来便于把来自光源的光图样投射到相应的叶片11上。在一些应用中，光源可包括白光源(White Light Source)。另外，光源也可包括萊弧灯、金属齒化物弧光灯、齒素灯、磷光体错射系统、光纤稱合激光、发光二极管(Light-emitting Diode,LED)光源及激光。图1中所示的三角架101和触发装置30会在下面进行描述。图2所示为本专利技术光投射单元19的一个实施例的示意图。如图2所示，光投射单元19包括复数个光源23从而投射复数个光图样到叶片11上。在其他实施例中，也可仅设置一个光源23并借助于分光装置(未图示)来投射一种或多种光图样到叶片11上。在非限定示例中，光投射单元19可投射不同的光图样到相应的叶片11上。图3到图7所示为投射到风力涡轮机叶片11上的光投射图案的多个实施例的示意图。为了便于说明，如图3到图7所示,光图样可用圆形的光标记(Light Marker),比如光点(Light Dot)来表示，而且这些投射到叶片11上的光标记是当叶片11没有转动或以较低的速度转动时获得的。虽然当叶片11以较高的速度转动时，投射到其上的光标记的形状会发生改变，但是对本专利技术实施例中的处理方法仍然可以应用其上。如图3所不,光图样24包括一列由四个光标记25组成的图样。该四个光标记25沿着由上而下的方向26设置且彼此相隔一定的距离。在本示例中，光标记25为光点。基于不同的检测需求，相邻的光标记25间的距离也可随着变化。在一些应用中，光图样24可包括复数列由光点25组成的图样。其中，每一列包括至少一个光点25。如图4所示，光图样24包括四列光点，每一列包括一个光点25。在本实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可用于对运行中的风力涡轮机的叶片进行检测的检测系统，包括：光投射单元，其可产生并投射光图样到运行中的风力涡轮机的叶片上；成像单元，其可在所述叶片的转动过程中对由投射到所述叶片上的所述光图样在所述叶片上所产生的复数个扫描图案进行成像；及处理单元，其可对来自于所述成像单元的所述成像的复数个扫描图案进行处理以对所述叶片的偏转状态进行检测。

【技术特征摘要】
1.一种可用于对运行中的风力涡轮机的叶片进行检测的检测系统，包括: 光投射单元，其可产生并投射光图样到运行中的风力涡轮机的叶片上； 成像单元，其可在所述叶片的转动过程中对由投射到所述叶片上的所述光图样在所述叶片上所产生的复数个扫描图案进行成像；及 处理单元，其可对来自于所述成像单元的所述成像的复数个扫描图案进行处理以对所述叶片的偏转状态进行检测。2.如权利要求1所述的检测系统，其中所述光投射单元相距于所述风力涡轮机的叶片一定的距离而设置，所述成像单元设置在所述光投射单元与所述叶片之间。3.如权利要求1所述的检测系统，其中所述光投射单元与所述成像单元可不动的设置在地面上。4.如权利要求1所述的检测系统，其中所述光投射单元与所述成像单元设置在所述风力涡轮机的机舱上。5.如权利要求1所述的检测系统，其中所述光图样可包括由至少一列光标记形成的光图样，其中所述至少一列光标记可包括沿由上而下设置的至少一个光标记。6.如权利要求5所述的检测系统，其中所述光图样包括复数列光标记，每一列光标记包括一个光标记，且相邻的两个光标记沿所述由上而下的方向间隔设置。7.如权利要求5所述的检测系统，其中所述至少一个光标记包括光点或线性光线。8.如权利要求1所述的检测系统，进一步包括可用来触发所述成像单元对所述复数个扫描图案进行成像的触发装置 。9.如权利要求1所述的检测系统，其中所述处理单元可用来对所述扫描图案进行分离处理来获得在所述叶片的相应的转动周期内所述叶片上顺翼展方向的...

【专利技术属性】
技术研发人员：万新军，凯文G哈丁，徐书宽，彼得弗瑞兹，宋桂菊，谢广平，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：