[发明专利]涉及风力涡轮机的改进

说明书

一种确定风力涡轮机叶片的扭转角的方法，该方法包括在风力涡轮机叶片上提供第一和第二发射器，第一发射器以第一距离与接收器隔开，并且第二发射器以第二距离与接收器隔开，发射器设置成使得叶片的扭转引起第一或第二距离中的一个增加并且第一或第二距离中的另一个减少；从第一和第二发射器中的每个朝向接收器发射闪烁信号，闪烁信号具有闪烁频率；改变闪烁信号的闪烁频率；在闪烁频率改变时监控由接收器接收到的闪烁信号的幅值；确定导致由接收器接收的闪烁信号的幅值增加的特定闪烁频率；以及利用确定出的特定闪烁频率来计算叶片扭转角。

技术领域

本发明总体上涉及风力涡轮机并且更具体地涉及一种用于在风力涡轮机的使用期间确定风力涡轮机叶片的扭转程度的方法和系统。

背景技术

现代实用级(utility-scale)风力涡轮机具有转子，该转子包括非常长且纤细叶片。图1示出典型的风力涡轮机叶片10，该风力涡轮机叶片从相对较宽的根端12朝向相对较窄的梢端14纵向地渐缩。还在图1中示出叶片10的纵向轴线L。叶片的根端12的横截面为圆形。从根部向外，叶片的横截面具有翼形轮廓16。

叶片的根部一般经由变桨机构连接到转子的轮毂，该变桨机构使叶片围绕纵向变桨轴线L转动以便改变叶片的桨距。改变叶片的桨距改变其相对于风的迎角。这用于控制叶片的能量捕获，并且由此控制转子速度，以使得其在风速变化时维持在操作限度内。在低至中等的风中，特别重要的是控制叶片的桨距以便使叶片的能量捕获最大化并且使风力涡轮机的生产率最大化。

风力涡轮机叶片的能量捕获总体上随着从根部朝向梢部移动而增加。由此，叶片10的内侧或根部部分12倾向于捕获最少的能量，而叶片的外侧或梢部部分14倾向于捕获最多的能量。因此期望对于叶片的外侧部分的桨距角进行准确控制以便使风力涡轮机的输出最大化。

现代风力涡轮机叶片一般具有50-80米的长度，并且不断地有动力开发更长的叶片以从风中捕获更多的能量。叶片总体上由复合材料、诸如玻璃纤维增强塑料(GFRP)制成。叶片因此为相对柔性的并且在操作期间不可避免地弯曲和扭转到一定程度。叶片的相对较窄的外侧部分特别容易受到扭转和弯曲影响。

虽然变桨机构允许对于叶片的根部的角度进行准确控制，但这不一定反映出如上文所述更容易受到弯曲和扭转影响的叶片的梢部的角度。本发明提供一种用于准确地测量叶片梢部的扭转角的方法和装置，以使得能够在控制策略中利用该信息。例如，能够在桨距控制策略中利用扭转角的准确测量，允许对于叶片的外侧部分的迎角进行准确控制，以使得能够最大化叶片的能量捕获。还可以在叶片载荷计算和控制策略中利用测量以保护叶片不遭受极端载荷。

叶片的扭转角在此定义为叶片在梢部处的翼弦线与基本上垂直于叶片的纵向轴线L的平面中的参考轴线之间的夹角，如现在将会参照图2a和2b通过实施例的方式描述。翼弦线是将叶片10的前缘18连接到后缘20的直线D。

图2a和2b展示在基本上垂直于纵向轴线L的平面中并且沿图1中的线A-A截取的风力涡轮机叶片10的梢部的横截面图。在图2a中，叶片10具有第一扭转角，而在图2b中，叶片10具有第二扭转角。扭转角在图2a和2b中标记为θ。纵向轴线L在图2a和2b中基本上垂直于纸平面。

L-y平面限定转子的旋转平面，并且x轴垂直于该平面。转子围绕转子轴线的旋转方向由图2a和2b中的R指示出，当转子转过2π弧度的角度时，该旋转方向跟踪L-y平面中的圆。风向指示为图2a和2b中的W。在图2a和2b中，风向展示为垂直于L-y平面，尽管实际上相对于L-y平面的风向改变，并且可以是以不同角度入射。

在图2a中，叶片梢部扭转角θ定义为0弧度，即，当翼弦线D平行于x轴并且因此垂直于L-y平面时。图2b展示叶片梢部相对于x轴转过角度θ，从而使得θ>0。