[发明专利]叶片偏转监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机叶片的偏转的监测的系统和方法。

背景技术

为了提供风力涡轮机的可靠且受控的运行，当代的风力涡轮机设计试图结合多种叶片监测系统。这种监测系统可以包括叶片偏转监测系统，其用来提供涡轮机运行期间风力涡轮机叶片偏转或挠曲的指示。该信息能够用来监测风力涡轮机叶片将来撞击塔架的可能性，并且执行适当的控制器动作（例如，叶片俯仰或涡轮机制动）以避免这种预测的塔架撞击。

在美国专利No. 7,883,316中提供了这种偏转监测系统的示例，该美国专利描述了使用无线通信网络的偏转监测系统，其能够操作成检测沿着叶片的长度的多个点的位置以及根据该信息确定叶片弯曲。

然而，已经发现，这种无线监测系统容易受到降低监测系统的有效性的各种运行因素影响，这些因素例如为：来自反射或多路径效应的干涉，穿过不同材料的多个层导致的信号衰减，等等。传统地，这种监测系统安装在风力涡轮机叶片结构的内部，因此由于来自内部叶片层压体和叶片翼梁的信号反射而容易受到显著的干涉。

本发明的目的是提供一种受上述因素影响较小的改进的叶片偏转监测系统。

发明内容

因此，提供了一种风力涡轮机叶片，其包括具有压力侧和吸入侧以及前缘和后缘的翼面轮廓体，在前缘和后缘之间延伸有弦长，叶片具有顶端和根端，该风力涡轮机叶片还包括：

朝向所述顶端设置的至少一个顶端通信装置，

朝向所述根端设置的至少一个根端通信装置，所述至少一个根端通信装置与所述至少一个顶端通信装置通过无线通信路径无线地通信，以监测所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的距离，从而确定所述至少一个顶端通信装置相对于所述至少一个根端通信装置的移动，该移动指示叶片的偏转，其中，

所述至少一个根端通信装置设置在在所述根端从所述风力涡轮机叶片的外表面突出的至少一个支架上，其中所述根端通信装置与所述叶片的外表面间隔开，以使所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的通信路径中的路径损失最小化。

通过监测朝向叶片的根端和顶端设置的通信装置之间的距离的变化，相对容易确定风力涡轮机叶片的偏转。然后，该信息能够被用来提供改进的风力涡轮机控制，例如，在叶片偏转可能导致塔架撞击的情况下，可以实施风力涡轮机叶片的紧急俯仰调整。

通过将根端通信装置定位在叶片的外部上以及另外使通信路径与叶片表面间隔开，两个通信装置之间的通信路径较少地由于反射、多路径、信号衰减和/或信号吸收而受到路径损失的影响。这使得装置之间的通信链路的信号质量提高，因此提供了改进的叶片偏转检测系统。另外，根端装置和顶端装置在叶片自身上的定位确保了不管叶片俯仰或旋转或涡轮机摇摆运动如何，装置之间的通信路径都被保持。通过在同一个俯仰坐标系中设置装置，与第一装置安装于叶片而第二装置安装于转子毂或涡轮机舱体的替代系统相比，系统运行所需的计算大大简化。

优选地，所述至少一个支架从所述风力涡轮机叶片的外表面突出，所述至少一个根端通信装置位于所述至少一个支架的末端，风力涡轮机叶片具有用于风力涡轮机叶片的特征最大偏转形状，其中所述至少一个支架从风力涡轮机叶片的外表面突出的长度基于所述特征最大偏转形状选择，使得所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间的通信路径的路径损失在预定的可接受路径损失水平以下。

由于任何风力涡轮机叶片都将具有对叶片容许的（certified）最大偏转水平，所以这可以被看作是最差情况的偏转情形。因此，通过使根端通信装置与叶片的表面间隔开特定的距离，能够对叶片的所有预测偏转水平确保可接受的信号通信水平。

作为补充或替代，所述至少一个支架从所述风力涡轮机叶片的外表面突出，所述至少一个根端通信装置位于所述至少一个支架的末端，其中所述至少一个顶端通信装置设置在风力涡轮机叶片的外表面上，风力涡轮机叶片具有一定范围的容许偏转形状，其中，

所述至少一个支架从风力涡轮机叶片的外表面突出的长度被选择成使得对于所述叶片的所述一定范围的容许偏转形状，在所述至少一个顶端通信装置与所述至少一个根端通信装置之间保持了视线通信路径。

通过将根端通信装置设置在相对较长的支架上，能够对风力涡轮机叶片的所有预测偏转形状保持顶端装置与根端装置之间的视线连接，从而对装置之间的通信路径产生极佳的信号质量。

然而，将理解的是，顶端通信装置可以设置在叶片本体的内部，例如设置在内部叶片梁、腹板或翼梁上。