[发明专利]风力发电设备的碰撞警告系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于监视风力发电设备上可能会出现的转子叶片与塔架相互碰撞的方法和装置，所述风力发电设备具有一个塔架和一个设置在所述塔架上的、带有转子叶片的转子。 

现有技术

大多数风力发电设备的转子叶片都由纤维增强塑料制成。由纤维增强塑料构成的结构部件的构造的特别之处在于叶片叶身的各个区域的纤维布置和排列不同。不同的纤维如玻璃纤维和碳纤维也可以相互组合构成实心的层压塑料或多层层压塑料。由此使风力发电设备的转子叶片具有一个复杂的、不均匀的结构。 

转子的任务是将运动的空气团的动能转换成可以利用的转矩。所述转子应该在风力发电设备长达20年的普遍使用期间中安全可靠地，不接触塔架地完成上述任务。在德国LIoyd风力发电设备分级标准第六章″结构，，6.2.4.1中，参考方案(7)和(8)给出了在所有负载情况下叶片与塔架之间所需的最小距离：参考数值是空载状态下叶片与塔架之间的距离。在任何情况下，旋转的转子的转子叶片均不能越过一个最小距离，该最小距离是空载状态下距离的30％。 

在工作时叶片结构受到叶片本身的重量和风的动态载荷；外表面受到气候环境的损害；层压塑料还会吸收水份。 

在20年的使用寿命中转子叶片一般能够安全可靠地承受所有工作负载和强烈风暴所带来的极限负载。在叶片的使用过程中，由于层压塑料长时间受力出现的老化情况以及所有与时间相关的材料特性的变化情况都可以通过安全系数来克服。也就是说，一般如此确定所述转子叶片的尺寸，以至于20年后同样可以承受所有负载。 

实际的运转负载(斜向气流，叶片在旋转平面内的振动，激波离体效应(stalleffekte)和其他类似的负载)和制造时的边界条件，以及由于外部 

影响-例如雷击-所造成的损坏都对转子叶片的疲劳强度和其在最大负荷下的强度有影响。 

由于运转而逐渐降低的材料特性实质上指的就是叶片的磨损。众所周知，对于纤维增强塑料来讲可以通过刚性和强度的降低来识别其材料特性的下降。材料特性的这种消极的变化已经通过实验室试验在实验样本上得到证明。同样已知的是刚性是随着固有频率的变化和弯曲特性的变化而变化的。但是，通过现今的知识水平无法清楚地测算出利用简单的实验样本-在相同的纤维构造下单向的纤维排列-通过实验室试验得到的认识结果在复杂的结构，如风力发电设备的转子叶片中的应用程度。 

目前普遍的检测方法是将转子叶片放在肉眼检验的常规距离之中。会将叶片拆下来进行测量，例如测量其固有频率。可选择地可以进行温度图检测或用X光射线或超声波检查叶片。所有这些检测方法的相同之处在于，虽然能够发现异常情况但是并不能对强度进行评估，所以无法给出关于稳定性的可靠结论。 

根据迄今为止风力发电设备的运转经验，为了避免叶片和塔架相互碰撞会通过控制转子运转来实质上提高稳定性和预先发现错误。在运转时转子和塔架相撞会导致非常严重的损害以至于造成整个装置的全部报废。DE102005048805和US2004/0057828公开了一种位置固定地设置在塔架上的、单独的距离传感器。 

但是该传感器只有在特定风向下才能确定叶片的弯曲。而且，US2004/0057828中公开的转子具有条斑状皮萎缩，其有很强的移动。 

发明内容

本发明目的是提供一种方法和装置，该方法和装置能够在风力发电设备整个运转期间可靠地检测到其转子的转子叶片的挠度且及早识别出临界变化从而避免进一步的损害。 

该目的涉及方法部分由本发明所提供的用于监测风力发电设备的转子 叶片和塔架的可能碰撞的方法来实现，所述风力发电设备具有一个塔架和一个设置在塔架上的、带有转子叶片的转子，其中，在运转时通过无接触的距离测量来测量转子叶片的弯曲并在弯曲超过一个临界尺寸时给出一个碰撞警告，并且，这样选择用于测距的传感器/传感器组的设置方式，以至于利用传感器/传感器组或者数学方法，可以在工作过程中确定在每个围绕塔架纵轴旋转可能得到的旋转位置上的弯曲。 

优选地，借助无接触距离测量来确定转子叶片末端与塔架之间的距离。 

优选地，为了确定用于发出碰撞警告所预定的临界值，采用按百分比降低初始距离，所述初始距离是在转子无负载的条件下预先用无接触距离测量针对叶片测得的距离。 

优选地，通过光学进行无接触距离测量。 

优选地，借助超声波遥测进行无接触距离测量。 

优选地，借助雷达遥测进行无接触距离测量。