[发明专利]风力涡轮叶片边缘监测系统

说明书

技术领域

本主题大体上涉及风力涡轮转子叶片的领域。更具体而言，本主题涉及用于及早检测可能沿风力涡轮转子叶片的前缘或后缘发生的分离的监测系统。

背景技术

转子叶片是用于将风能转化为电能的风力涡轮的主要元件。叶片具有翼型的截面轮廓，使得在运行期间，空气在叶片上流动并在侧面之间产生压力差。因此，从压力侧朝吸力侧导向的升力作用在叶片上。升力在主转子轴上产生扭矩，主转子轴齿轮连接到用于产生电能的发电机。

风力涡轮转子叶片一般为中空结构，其通常通过接合两个半部，即上(吸力侧)壳体构件和下(压力侧)壳体构件而构成。壳体构件通常用合适的粘结材料在沿叶片后缘和前缘的粘结线处粘结在一起。诸如一个或多个翼梁缘条(spar cap)、抗剪腹板等的任何形式的内部支撑结构通常也可粘结到壳体构件中的每一个。

目前存在的问题是，壳体构件可能由于粘结材料中的物理变化中的任一种或组合而沿边缘中的一个或两个分离，这些物理变化包括：低粘结强度、制造或应用缺陷、过大振动、叶片中的裂缝、前缘侵蚀等。如果不及早检测到，这种分离会导致整个叶片的失效，这种失效的修复可能是非常耗时且昂贵的。在各个位置监测叶片以发现分离的出现并采取必要的预防措施可避免这一问题。

因此，该行业将受益于能够及早检测到沿叶片的一个或两个边缘的叶片分离的风力涡轮转子叶片边缘监测系统。

发明内容

本发明的方面和优点将部分地在下面的描述中陈述，或者可由该描述显而易见，或者可通过实施本发明来了解。

根据各种实施例，监测系统被可操作地配置用于风力涡轮，以检测沿转子叶片的边缘的在叶片壳体构件之间的分离的发生。该系统可配置用于转子叶片中的任一个或全部且包括设置在转子叶片的内部腔体内的传感器。传感器配置并且相对于转子叶片的前缘或后缘取向以检测转子叶片内的物理特性，该物理特性指示在壳体构件之间沿相应边缘的分离的出现。控制器配置成接收来自传感器的信号并在确定分离已发生后启动自动响应。

该系统可包括一个，或在其它实施例中多个传感器，传感器设置在转子叶片内以便监测沿前缘或后缘中的一个或两个的纵向部分的物理特性。

在特定实施例中，传感器为光传感器，其配置成检测由沿相应边缘的分离导致的转子叶片内的内部光。例如，控制器可配置成比较由光传感器检测到的内部光的量和设定点值并在限定的差值处启动自动响应。设定点值可为编程在控制器中的限定值或在备选实施例中可由环境光传感器提供，环境光传感器设置在转子叶片的外部且与控制器通信，其中，控制器比较由内部传感器检测到的内部光的量和由环境传感器检测到的环境光的量并在限定的差值处启动自动响应。

在又一实施例中，传感器可为声传感器，其配置在转子叶片的内部腔体内以检测由沿相应边缘的分离导致的叶片内增加的噪音水平。分离可通过比较检测到的噪音水平和阈值或设定点值来确定，设定点值可为编程的值。备选地，检测到的噪音水平可与初始基线噪音水平相比较，其中噪音水平之间的差值指示分离。

在又一实施例中，传感器可为压力传感器，其配置成检测由沿相应边缘的分离导致的转子叶片内的环境压力的变化。控制器可比较检测到的环境压力与设定点值，并且在限定的差值处启动自动响应。

在不同的实施例中，传感器可为距离传感器，其配置在转子叶片的内部腔体内以检测由沿相应边缘的分离导致的壳体构件之间的距离上的变化。距离传感器可为有源传感器，例如IR传感器或超声波传感器。

在另一实施例中，距离传感器可为电传感器，其配置成检测由沿相应边缘的分离产生的电气特性上的变化。例如，电传感器可包括跨越(span)壳体构件之间的电阻路径，当沿相应边缘发生分离时，电阻路径的电阻值变化。

在检测到分离时产生的自动响应可以是下列中的任一个或组合：产生指示检测到的分离的信号以用于任何目的，例如示出或控制功能；产生警报；或启动风力涡轮预防措施，例如停止或制动风力涡轮转子。

本发明还包括用于检测在壳体构件之间沿风力涡轮转子叶片的边缘的分离的各种方法实施例。该方法包括监测转子叶片的内部腔体内的物理特性并检测指示沿相应边缘的分离的发生的物理特性中的变化，并且启动对所检测到的分离的自动响应。监测的物理特性可为转子叶片内的光、声音或压力中的一个或组合。

在其它实施例中，该方法可包括例如用任何合适的无源或有源技术监测邻近相应的边缘的壳体构件之间的距离。

响应于所检测到的分离，该方法可包括下列中的任一个或组合：产生指示检测到的分离的信号；产生警报；或启动风力涡轮预防措施。