[发明专利]风力涡轮机的细长构件及带有该构件的转子叶片和塔架

说明书

技术领域

本发明涉及一种装置，用于细长风力涡轮机元件等的挠曲(deflection) 和/或应变测量，所述元件例如是风力涡轮机转子叶片和风力涡轮机塔架。本 发明的挠曲和/或应变测量可用于反馈至周期桨距控制器。

背景技术

在许多方面，风力涡轮机的细长构件(elongated member)受到应力， 引起应变。例如，风力涡轮机塔架以及风力涡轮机转子叶片会暴露在强风下， 该强风在塔架和转子叶片上造成应变。转子叶片和/或塔架上的载荷会通过叶 片的桨距的变化而减小。这通常可通过独立的桨距控制器或通过周期桨距控 制器来实现。

一种有效的桨距控制，例如用于减小作用在转子上的载荷，需要关于作 用在叶片根部上的载荷的信息，该信息可以从转子叶片挠曲的测定提取。叶 片中的光纤是用于对转子载荷进行可靠且长期测量的典型传感器。这种系统 非常昂贵。

在US7,059,822B2中，披露了一种用于测定转子叶片挠曲的方法，其 中，转子叶片与轮毂联接。转子叶片包括梁，该梁的第一端联接至转子叶片 内的导流板，而梁的第二端靠近轮毂定位且用于通过位于轮毂中的至少一个 传感器对梁的挠曲进行测量。该梁位于转子叶片的中心线附近。基于与叶片 挠曲关联的梁的运动来测定叶片挠曲。

在WO03/029750A1中，披露了一种用于对构造元件的弯曲进行测量的 传感器构造。其包括定位为相对于待测弯曲的变形中性线/表面偏移的杆元 件。所述杆元件的第一端牢固地连接至构造元件且所述杆元件的第二端连接 至该构造元件。第二端连接提供了沿杆元件轴向方向的可移动性。通过测量 杆元件第二端相对于构造元件的位置来执行测量。

在US2006/0000269A1中，披露了一种用于测定转子叶片挠曲的方法， 其中，转子叶片联接至轮毂。梁的第一端联接至转子叶片。梁的第二端靠近 轮毂定位。梁的挠曲通过使用至少一个传感器来测量。叶片的挠曲基于梁的 挠曲来测定。

在US2006/0201257A1中，披露了一种用于定性评估涡轮机叶片疲劳寿 命的气体涡轮机叶片疲劳寿命评估方法。如果沿涡轮机叶片纵向方向的蠕变 伸长应变小于初始长度的0.5％，则该气体涡轮机叶片处于其疲劳寿命内。 而且，气体涡轮机叶片蠕变伸长应变测量设备包括第一固定端、第二固定端 和刻度盘。沿纵向方向的尺寸标记在涡轮机叶片的表面上。

发明内容

本发明的目的是提供一种有优点的风力涡轮机细长构件。本发明的另一 目的是提供一种有优点的风力涡轮机转子叶片。本发明的最后目的是提供一 种有优点的风力涡轮机塔架。

本发明的风力涡轮机细长构件潜在地受到应变。其包括用于测定第一点 和第二点之间的细长构件的挠曲和/或应变的传感器单元，这两个点设定在细 长构件的同一侧。传感器单元包括近程传感器，用于测定第二点和第三点之 间的距离。第三点通过不可挠或刚性支承件连接至第一点。第一点和第三点 之间的距离比第二点和第三点之间的距离大很多。

传感器单元可包括可压缩和/或可拉伸元件，位于第二点和第三点之间。

本发明基于的观点是，在风力涡轮机细长构件受到应变作用时，该细长 构件挠曲。由于挠曲，被作用的细长构件的两个远点之间的距离也改变。改 变的距离可用作挠曲的量度和/或用作应变的量度。

使用不可挠支承件具有的优点是，在第一点和第二点之间的距离改变 时，仅需测量第二点和第三点之间相对较小的距离，因为由于不可挠支承件， 第三点具有相对于第一点来说的固定且已知的关系。待测的相对较小的距离 增加了挠曲和/或应变的测定的准确性和鲁棒性(robustness)。

第二点和第三点之间的距离的测量或测定可特别地通过声、磁、电磁、 电容或感应测量来实现。优选的是，第二点和第三点之间的距离通过激光测 距传感器测定。

为了进一步增加风力涡轮机细长构件的挠曲和/或应变的测定中的准确 性，该方法可在细长构件的至少两个侧边执行。该侧边可以彼此垂直或平行 和/或相对。随后，设定在细长构件同一侧的第二点和第三点之间的距离可针 对每一侧分别地测定。