[发明专利]风力涡轮机和确定在叶片本体上冰层存在和/或厚度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机，如具有叶片并且具有冰检测系统的风力涡轮机。

背景技术

在风力涡轮机于寒冷天气中操作期间，冰可能由于水在寒冷表面上冻结而在风力涡轮机叶片的表面上形成。冰在表面上的积累能够导致不良后果。例如，由于冰的积累而导致的风力涡轮机叶片的轮廓变化降低机翼的升阻比，这能够导致风力涡轮机的转速减小。当这种情况发生时，风力涡轮机不能获得最优速度，并且风力涡轮机的效率降低。此外，在风力涡轮机叶片上积累的冰的重量将会给叶片增加重量并且将会引起叶片上的应力。这可能导致叶片中的应力失效。

除了目视检查之外，还已做出多种尝试以检测冰在叶片上的形成或积累。一种尝试是使用电磁辐射(例如红外线)以便通过例如以红外光照射积累的冰来检测冰的存在，并且将反射光与在无冰积累的表面处反射的光相比较以确定冰的积累。然而，这样的尝试不能精确地确定冰的存在和厚度。在另一种尝试中，系统使用从发射装置发射并且由接收器接收的光束以检测冰，冰由于存在于发射装置和接收器之间的冰对光束造成的扰乱而被检测到。在所述尝试中，发射装置和接收器的固定件扰乱叶片的空气动力学特性并且降低叶片的效率。

本发明目的在于提供一种用于检测在风力涡轮机叶片上的冰的系统，所述系统减少或避免以上所述的缺点。

发明内容

本发明提供一种风力涡轮机，其包括叶片和连接到叶片并且能够绕轴线旋转的轮毂。叶片具有细长的叶片本体，所述叶片本体沿纵向轴线延伸并且具有在叶片本体的一个纵向端部处的叶根和在叶片本体的另一个纵向端部处的叶尖。叶片本体经由叶根连接到轮毂。叶片本体还具有前缘和后缘，所述前缘和后缘均从叶根延伸到叶尖。后缘与前缘沿叶片本体的翼展方向隔开。叶片本体还具有从前缘延伸到后缘并且从叶根延伸到叶尖的上蒙皮和下蒙皮。下蒙皮与上蒙皮沿叶片本体的厚度方向隔开。风力涡轮机还具有用于检测在叶片本体上的冰层的系统。所述系统包括用于发射光束的光源，以及分光型光学元件，其光学地连接到光源以便接收从光源发射的光束。分光型光学元件适于将从光源接收的光束分解为参考光束和检测光束。边界区域设置在叶片本体处以便暴露于叶片本体的外部环境并且光学地连接到分光型光学元件以便接收检测光束。边界区域设置成将检测光束的内部被反射部分在边界区域处反射、将检测光束的传输部分通过边界区域传输到叶片本体的外部环境、以及允许检测光束的传输部分的已从叶片本体的外部被反射的外部被反射部分通过边界区域再次传输。所述系统还包括光测量装置，所述光测量装置光学地连接到分光型光学元件以便接收参考光束、检测光束的内部被反射部分、以及检测光束的外部被反射部分。光测量装置配置成分析被接收光并且取决于所述分析来确定在叶片本体上的冰层的存在和/或厚度。

风力涡轮机允许精确地确定在风力涡轮机叶片上形成的冰层。这有助于防止冰层的积累，从而有助于维持风力涡轮机的效率。

边界区域可以包括单一边界表面或可以包括使检测光束至少部分地传输和/或被反射的另外的边界表面。

根据本发明的一个方面，所述分析包括测量被接收光的光谱属性以获得被接收光的光谱数据并且将已获得的光谱数据转换为代表在叶片本体上的冰层的存在和/或厚度的数据。这有助于容易并且精确地执行所述分析。

根据另一个方面，将光谱数据转换为代表在叶片本体上的冰层的存在和/或厚度的数据包括对光谱数据执行傅立叶变换。这有助于以容易的方式精确地执行所述分析。

根据另一个方面，所述分析包括将光谱数据与预定冰厚度的预定光谱数据相比较以确定在叶片本体上的冰层的厚度。这有助于以容易的方式精确地执行所述分析。

根据另一个方面，测量装置包括用于将被接收光根据其波长分解的光谱分解元件和用于测量被接收光的取决于其波长的强度的传感器阵列，用以测量被接收光的光谱属性，其中被接收光的取决于其波长的强度代表光谱数据。这有助于容易并且精确地执行所述分析。

根据另一个方面，边界区域设置在叶片本体处以便允许检测光束的传输部分的已从叶片本体的外部被反射的第一外部被反射部分和第二外部被反射部分通过边界区域再次传输。

根据另一个方面，代表被转换的光谱数据的图表包括针对特定厚度的至少一个强度峰值，其中冰层的厚度能够取决于强度峰值出现处的厚度来确定。这允许以容易的方式确定冰层的厚度并且从而确定冰层的存在。

根据另一个方面，分光型光学元件经由发光光导件光学地连接到光源。这有助于以容易的方式连接所述光学元件和光源。