[发明专利]用于监测风力涡轮机叶片偏转的系统和方法

说明书

本发明公开了一种用于监测包括塔架的风力涡轮机的涡轮叶片偏转的系统。该系统包括安装在风力涡轮机上的位置检测装置，所述位置检测装置包括位置检测组件，每个位置检测组件检测涡轮叶片的相应一个区段的存在或不存在；和偏转控制器，所述偏转控制器被设置为接收存在或不存在检测和使用存在或不存在检测来确定涡轮叶片各区段相对于塔架的距离，由此涡轮机叶片各区段相对于塔架的的距离代表涡轮机叶片的偏转。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年12月16日提交的美国专利临时申请62/435,189的优先权，其说明书通过引用整体并入本文。

背景

(a)领域

本发明涉及一种用于监测物体的偏转或弯曲的装置，优选地用于监测风力涡轮机叶片的偏转或弯曲。

(b)相关现有技术

现代风力涡轮机的叶片很长；其长度可达88米甚至更长。因此，为了通过调整叶片节距角来优化其气动外形，需要对其形状和特征进行检测，特别是为了防止负载突然变化导致风力涡轮机运行时达到临界偏转或撞击塔架而损坏一个或多个叶片。

更具体地，需要知道叶片尖端附近的偏转或弯曲以防止这些损坏。

众所周知，在叶片表面安装应变计。这些应变计主要用于测试目的，以便在叶片受到压力时收集有关叶片的某些知识。

仪表的安装和所需的电缆的安装是昂贵的，尤其是在运行中的风力涡轮机旁边。设备(尤其是电缆)暴露在雷击中，因此仪表主要用于限时测试目的。

如美国专利9,000,970B2中所述，还已知使用包括设置在第一位置的反射器和设置在第二位置的天线系统的系统。天线系统包含发射天线和接收天线，而反射器和天线系统通过无线电信号耦合。无线电信号通过反射器从发射天线发送到接收天线。接收天线与评估单元连接，评估单元准备基于接收的无线电信号测量物体的第一端和物体的第二端之间的偏转。

如美国专利公开2011/0135466A1中所述，还已知使用包括被动位置检测装置和控制器的系统。被动位置检测装置被配置为获取和传输与至少一个涡轮机叶片的位置直接相关的数据。控制器被设置为从被动位置检测装置接收数据并将这些数据与已知的位置参照进行比较以确定涡轮机叶片偏转。

其它文献，例如欧洲专利公开EP2339173，美国专利7,246,991和US7,059,822，以及美国专利公开US2011/0134366也旨在解决相同的问题，但成功率有限。

由于系统组件的位置，检测方法的特性以及例如检测位置等其它因素，这些系统仅可以测量某一特定的叶片偏转。其中它们的大多数，只有叶片顶端的偏转可以近似。大多数还需要叶片上的组件。它们对天气很敏感。因此，这些解决方案都没有提供所需的精度水平，也没有提供面对风力涡轮机的所有运行条件的可靠性。

因此，需要改进风力涡轮机领域，更确切地说，需要改进风力涡轮机叶片的偏转监测领域。

发明内容

根据一个实施方式，公开了一种用于监测包括塔架的风力涡轮机的涡轮机叶片偏转的系统，其中涡轮机叶片包括沿着涡轮机叶片长度的区段，该系统包括：安装在风力涡轮机上的位置检测装置，位置检测装置包括位置检测组件，每个位置检测组件检测涡轮机叶片的相应一个区段的存在或不存在；和偏转控制器，被设置为接收存在或不存在检测和使用存在或不存在检测来确定涡轮机叶片的每个区段相对于塔架的距离，由此涡轮机叶片的每个区段相对于塔架的距离代表涡轮机叶片的偏转。

根据一个方面，位置检测组件包括脉冲激光源和传感器。

根据一个方面，在相对于水平面的不同角度设置每个位置检测组件。