[发明专利]风力涡轮机塔架至桨叶末端测量系统

说明书

在一种风力涡轮机中，包括支撑机舱的塔架、可旋转地连接至机舱并具有桨叶末端部分的至少一个桨叶、用于测量风力涡轮机的塔架与桨叶末端部分之间的距离的系统，该系统包括在桨叶末端部分的表面上的指示器条、环绕塔架的指示器环、机舱中的相机，相机被定位为使得，当桨叶末端处于最接近塔架位置时，桨叶末端部分和指示器环位于相机视野内时，相机以数字方式记录其在此最接近位置的视场的图像，在该最接近位置，指示器环和相机之间的距离基本上等于指示器条与相机之间的距离，且该系统包括图像处理器和末端‑塔架间隙计算器单元，其接收数字记录的图像并使用数字记录的图像信息来计算指示器条与指示器环之间的物理间隔距离，物理间隔距离指示桨叶末端‑塔架间隙。

技术领域

本发明涉及一种具有塔架至桨叶末端间隙测量系统的风力涡轮机。此外，本发明涉及一种用于估计风力涡轮机中的桨叶末端至塔架距离的方法。现有技术中公知的末端-塔架间隙估计器对于商业应用而言太不精确，且太昂贵或不可靠。需要一个稳健且准确的系统。此外，还需要一种能够预先估计下一个“最接近位置”处的末端-塔架间隙值的系统，因为这种预先估计值可用于涡轮机控制逻辑中以采取纠正措施。例如，当末端-塔架间隙降至预定阈值以下时，采取涡轮机控制措施以提高操作安全性。这样的措施可以包括例如通过改变桨距角β或者降低旋转速度ω来减小桨叶100上的负荷。

背景技术

现有技术中公知的末端-塔架间隙估计器对于商业应用而言太不精确，且太昂贵或不可靠。需要一个稳健且准确的系统。

EP 2 402 603A2，DE 10 2006 054 667A1，DE 10 2005 048 805 523A1，US 2004/0057828A1都采用了有源发射机，或者在桨叶末端处，或者围绕塔架沿周向放置，以测量末端-塔架间隙。公开的有源发射机包括发光系统，声学系统，雷达系统或电磁感应系统。然而，在本领域中众所周知，由于可能发生雷击事件，因此在现场不允许与涡轮机中的电气系统的其余部分电接触的位于桨叶末端的任何电气系统。因此，现有技术中唯一可接受的解决方案是使用桨叶末端处的无源系统的解决方案。所有可接受的现有技术系统都采用位于塔架上的一个或多个有源发射机。为了覆盖所有可能的风力涡轮机配置，随着改变偏航角以跟随风向，现有技术的系统采用围绕塔架的圆周在空间上间隔开的多个传感器。由于系统位于塔架外部，因此它们位于活跃的雷击区域中，必须加以保护以防雷击。此外，当前塔架的高度远高于100米，使得这些传感器在塔架上的位置难以到达和维修。因此，由于初始资本投资的高成本和维护的高成本，这些系统不是最佳的。

所需要的是一种末端-塔架间隙系统，其中塔架和桨叶末端组件都是无源的，低成本的，无需维护，在恶劣的操作条件下稳健耐用，并且在雷击时稳健耐用。

此外，现有技术的系统仅在桨叶通过时才测量末端-塔架间隙。还需要一种能够预先估计下一个“最接近位置”处的末端-塔架间隙值的系统，因为这样的预先估计可用于涡轮机控制逻辑中以采取纠正措施。例如，当末端-塔架间隙降至预定阈值以下时，采取涡轮机控制措施以提高操作安全性。这样的措施可以包括例如通过改变桨距角β或者降低旋转速度ω来减小桨叶100上的负荷。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括塔架、舱室、毂以及矩形地附接到毂的至少一个桨叶，该至少一个桨叶具有桨叶末端部分，毂绕着毂旋转轴线以旋转速度旋转，转子编码器提供相对于参考位置的绕所述毂旋转轴线的转子角位置的测量值，当所述至少一个桨叶指向地面并且平行于塔架时，转子角位置是检测位置，该风力涡轮机具有运行涡轮机控制逻辑的涡轮机控制系统，该风力涡轮机还包括：

-指示器条，位于桨叶末端部分中并围绕或环绕桨叶末端部分，

-指示器环，围绕或环绕塔架，指示器环位于塔架上，距毂的距离基本上等于指示器条至毂的距离，