專利名稱：用于檢測風(fēng)力渦輪機葉片運轉(zhuǎn)的空氣動力學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及風(fēng)力渦輪機葉片的運轉(zhuǎn)，更具體地說，涉及一種用于檢測風(fēng)力渦 輪機葉片運轉(zhuǎn)的空氣動力學(xué)裝置。
背景技術(shù)：
最近，作為環(huán)保且成本相對低廉的替代能源，風(fēng)力渦輪機已經(jīng)受到越來越多的關(guān) 注。隨著這種不斷增加的興趣，已做出大量努力來發(fā)展可靠且高效的風(fēng)力渦輪機。通常，風(fēng)力渦輪機包括具有多個葉片的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子安裝到位于桁架或管狀塔筒頂部的 殼體或外罩上。公用級風(fēng)力渦輪機(即設(shè)計成為公共電網(wǎng)提供電能的風(fēng)力渦輪機)可以具有 大型轉(zhuǎn)子(例如直徑為40米或更長)。這些轉(zhuǎn)子上的葉片將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)扭矩或力，旋轉(zhuǎn)扭 矩或力驅(qū)動通過齒輪箱旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上的一個或多個發(fā)電機。齒輪箱將渦輪轉(zhuǎn)子的固有 的低的旋轉(zhuǎn)速度提高，以使發(fā)電機將機械能有效地轉(zhuǎn)換成電能，電能被供給到公共電網(wǎng)中。風(fēng)場的運營者想要風(fēng)力渦輪機連續(xù)并以最大效率運轉(zhuǎn)，從而為其投資提供最大的 回報。干擾連續(xù)運轉(zhuǎn)和最大效率的運轉(zhuǎn)狀況是不合需要的，并應(yīng)予以避免?？赡芨蓴_葉片 有效運轉(zhuǎn)并因而干擾風(fēng)力渦輪機功率輸出的風(fēng)力渦輪機葉片的兩個運轉(zhuǎn)狀況是葉片結(jié)冰 和葉片失速。在某些大氣條件下，轉(zhuǎn)子葉片覆蓋了冰。積冰通常發(fā)生在翼的前緣，并造成升舉能 力下降。隨著冰層逐漸變厚，翼上增加了重量，改變了升舉翼表面。對于風(fēng)力渦輪機，這種 改變可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片的空氣動力學(xué)性能下降。這種下降的性能可能直接導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)載的 增加和/或功率輸出的損失。葉片上的積冰還可能對葉片下面的人員和設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。葉片上形成的重 的冰在運轉(zhuǎn)期間可能松脫，并且從100米或更高的高度跌落到地面上。風(fēng)力渦輪機葉片相對于風(fēng)的運動將氣流分隔在壓力側(cè)和吸力側(cè)之間。風(fēng)力渦輪機 葉片的翼形狀造成在吸力側(cè)比壓力側(cè)上流動更快，導(dǎo)致吸力側(cè)上的壓力低于壓力側(cè)，從而 在葉片上產(chǎn)生凈力，導(dǎo)致葉片運動(可比擬于用于飛機機翼的升力)。然而，如果葉片相對 于風(fēng)力的攻角變得太大，那么上表面的氣流會突然停止，粘滯于機翼的表面上。相反，空氣 以不規(guī)則的旋渦形式旋流(也被稱為湍流)。來自機翼上表面的低壓力的升力將很快消失。 這種現(xiàn)象被稱為失速。在不同的時間，基于局部狀況，失速可能發(fā)生在葉片的不同部分上。然而，失速導(dǎo) 致較低的葉片性能，并從而使風(fēng)力渦輪機產(chǎn)生較低的功率。如果失速狀況發(fā)生在葉片的逐 漸增多的部分上，那么風(fēng)力渦輪機的功率輸出將不斷下降。因此，需要提供一種方法用于檢測由于積冰或失速狀況而引起的異常運轉(zhuǎn)，從而 能夠減少停機時間并增強風(fēng)力渦輪機的有效運轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測風(fēng)力渦輪機葉片的運轉(zhuǎn)狀況并確定何時存在物理狀況的裝置和方法。簡要地說，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種風(fēng)力渦輪機。該風(fēng)力渦輪機 包括具有至少一個葉片的轉(zhuǎn)子。一個或多個振動傳感器安裝在葉片上，并配置成可監(jiān)測葉 片的物理狀況，其變化與葉片組成部分的振動相符。處理器可運轉(zhuǎn)地聯(lián)接在所述一個或多 個振動傳感器上。處理器可配置成使用葉片的組成部分的振動頻率來確定葉片的物理狀 況，并在確定時產(chǎn)生指示葉片物理狀況的信號。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于檢測風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子的風(fēng)力渦輪機葉片 的物理狀況的方法，所述轉(zhuǎn)子具有一個或多個轉(zhuǎn)子葉片。該方法包括在運轉(zhuǎn)過程中監(jiān)測風(fēng) 力渦輪機的至少一個物理狀況，該物理狀況的變化與葉片的組成部分的振動相符。一個或 多個安裝在葉片的組成部分上的振動傳感器的振動頻率受到監(jiān)測。該方法包括根據(jù)一個或 多個安裝在葉片的組成部分上的振動傳感器的振動頻率而由處理器確定葉片的物理狀況。 如果確定物理狀況存在，那么就提供信號。


當(dāng)參照附圖閱讀以下詳細(xì)說明時，將更好地理解本發(fā)明的這些以及其它特征、方 面和優(yōu)勢，其中在所有附圖中相同的標(biāo)號表示相同的部件，其中圖1是用于風(fēng)力渦輪機的一種典型配置的圖示。圖2A顯示了葉片輪廓，其帶有標(biāo)識為用于有利地放置空氣動力學(xué)裝置的區(qū)域，空 氣動力學(xué)裝置帶有用于監(jiān)測結(jié)冰狀況和失速狀況的振動傳感器；圖2B顯示了葉片表面，其帶有標(biāo)識為用于有利地放置空氣動力學(xué)裝置的區(qū)域，空 氣動力學(xué)裝置帶有用于監(jiān)測結(jié)冰狀況和失速狀況的振動傳感器；圖3A顯示了空氣動力學(xué)裝置的一個示例，其帶有嵌入存在風(fēng)力流動的葉片表面 上的加速計；圖3B顯示了安裝于空氣動力學(xué)裝置中的壓電傳感器，空氣動力學(xué)裝置位于存在 風(fēng)力流動的葉片表面上；圖4顯示了安裝在翼上的空氣動力學(xué)裝置的布置；圖5是風(fēng)力渦輪機控制器的一個實施例的方框圖；和圖6提供了一種方法實施例的流程圖，其根據(jù)有利地定位在葉片上的空氣動力學(xué) 裝置的振動監(jiān)測而用于檢測風(fēng)力渦輪機葉片的物理狀況。標(biāo)號列表100 風(fēng)力渦輪機102 外罩104 塔106 轉(zhuǎn)子108 葉片109 氣象傳感器110 轂112 具有物理狀況的表面區(qū)域120 葉片表面125 風(fēng)
130空氣動力學(xué)裝置135嵌入的加速計140壓電裝置210空氣動力學(xué)裝置220翼230入射氣流240上表面245下表面250平滑氣流255流分離260尾流300風(fēng)力渦輪機控制器301總線304處理器306存儲器308存儲裝置310ROM312輸入/輸出裝置314傳感器接口
具體實施例方式本發(fā)明的以下實施例具有許多優(yōu)勢，包括提供風(fēng)力渦輪機葉片狀況的物理狀況的 提前報警，這種物理狀況可能導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機葉片的性能受損和風(fēng)力渦輪機的功率輸出下 降?？蓪⒕嫣峁┙o風(fēng)力渦輪機控制系統(tǒng)，以容許系統(tǒng)控制或操作員采取行動以修正受損 的葉片性能，并恢復(fù)針對該風(fēng)力狀況的預(yù)計的功率輸出。具體地說，可識別葉片結(jié)冰和葉片 失速狀況的檢測，以容許進(jìn)行修正。如本文所用，當(dāng)使用傳感器來確定物理或氣象參數(shù)的當(dāng)前值時，物理或氣象參數(shù) 被"監(jiān)測"。使用更廣義的術(shù)語"監(jiān)測"而非較狹義術(shù)語"測量"是強調(diào)傳感器可以但不 是必須對所監(jiān)測的參數(shù)提供直接測量。例如，用作氣象傳感器的風(fēng)速表可產(chǎn)生與當(dāng)前風(fēng)速 相關(guān)的模擬信號，但該模擬信號不是風(fēng)速的實際測量值。然而，這個信號或該信號的數(shù)字表 現(xiàn)形式可用于確定風(fēng)速，或者可做出設(shè)計選擇以使用該信號、其數(shù)字表現(xiàn)形式或經(jīng)過進(jìn)一 步處理的表現(xiàn)形式來代表風(fēng)速。本文所用術(shù)語"氣象傳感器"指氣象狀況的傳感器。氣象狀況的非窮盡的列表包括例如空氣壓力、風(fēng)速和風(fēng)向、濕度、溫度以及降水量和降水類型。所有這些氣象狀況的示 例都是與結(jié)冰相關(guān)的氣象狀況。監(jiān)測與結(jié)冰相關(guān)的氣象狀況最常用的一些氣象傳感器的非 窮盡的列表包括溫度和濕度傳感器。另夕卜，如本文使用的術(shù)語"葉根(blade root)“或〃葉根區(qū)域(blade rootsection)“指轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)側(cè)部分。在一些構(gòu)造中，參照圖1，風(fēng)力渦輪機100包括外罩102，其容納發(fā)電機(圖1中未顯示)。外罩102安裝在高塔104的頂部上，圖1中只顯示了其一部分。風(fēng)力渦輪機100還 包括轉(zhuǎn)子106，其包括一個或多個連接在旋轉(zhuǎn)的轂110上的轉(zhuǎn)子葉片108。雖然風(fēng)力渦輪機 100包括三個轉(zhuǎn)子葉片108，但是本發(fā)明不需要對轉(zhuǎn)子葉片108的數(shù)量做特別的限制。外罩 102還可容納用于確定環(huán)境狀況的氣象傳感器109，環(huán)境狀況例如風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度等 等，它們與風(fēng)力渦輪機葉片的氣象狀況相關(guān)。如本文進(jìn)一步所述，本發(fā)明的各種實施例監(jiān)測與風(fēng)力渦輪機葉片在運轉(zhuǎn)過程中的 一種或多種物理狀況相關(guān)的振動。受到監(jiān)測的振動可指示存在于葉片上的一種或多種物理 狀況。氣象傳感器可進(jìn)一步用于監(jiān)測對于葉片的一種或多種物理狀況存在所必要的環(huán)境狀 況。因此，受到監(jiān)測的氣象狀況可與受監(jiān)測的振動一起用于確認(rèn)葉片的物理狀況的發(fā)生。這 種受到監(jiān)測的葉片的物理狀況可包括葉片結(jié)冰和葉片失速。來自振動傳感器和氣象傳感器的信號可發(fā)送給用于風(fēng)力渦輪機的控制系統(tǒng)的處 理器，以用于確定葉片的物理狀況的存在。在振動傳感器和氣象傳感器與控制系統(tǒng)的處理 器之間的通信可以是已知的有線或無線的通信方法。處理器可采用邏輯過程以確定物理狀 況的存在，并可將警報和警告信號發(fā)給操作員或控制系統(tǒng)，以提供對物理狀況的修正。在本發(fā)明的一些構(gòu)造中，為了防止錯誤的物理狀況檢測警告，如果來自氣象傳感 器109的受到監(jiān)測的氣象參數(shù)信號指示該物理狀況是不可能的，那么用于物理狀況的物理 狀況檢測邏輯和/或物理狀況邏輯就失效。然而，當(dāng)氣象傳感器102指示這種狀況不可能 時，但當(dāng)振動信號指示該狀況存在時，允許但不要求本發(fā)明的構(gòu)造提供物理狀況警告。各個葉片運轉(zhuǎn)所處的氣象狀況是相同的，但不保證所引起的物理狀況將均勻或同 一地在體現(xiàn)在各個葉片上。此外，各個不同的物理狀況可能先在葉片的某些部分或區(qū)段上 發(fā)展，例如在表面區(qū)域112(圖1)。例如，葉片上的結(jié)冰可能先發(fā)生在前緣和頂端(tip end) 上。最初可能在葉片根部，并在沿著葉片弦長大約25%至30%的范圍內(nèi)經(jīng)歷失速。因此，通 過將振動傳感器有利地放置在先出現(xiàn)物理狀況的位置上可增強物理狀況的提前檢測。為了 實現(xiàn)與葉片結(jié)冰相關(guān)的振動傳感器的有利放置，可將傳感器優(yōu)選放置于前緣和頂端上。為 了有利地放置與葉片失速相關(guān)的振動傳感器，可優(yōu)選將傳感器放置在葉片根部和沿著葉片 弦長大約25%至30%的范圍內(nèi)。圖2A顯示了葉片輪廓，其帶有標(biāo)識為用于有利地放置帶 有用于監(jiān)測結(jié)冰狀況和失速狀況的振動傳感器的空氣動力學(xué)裝置的區(qū)域150和160。圖2B 顯示了葉片表面，其帶有標(biāo)識為用于有利地放置帶有用于監(jiān)測結(jié)冰狀況和失速狀況的振動 傳感器的空氣動力學(xué)裝置的區(qū)域170和180。然而，應(yīng)該懂得這種空氣動力學(xué)裝置可安裝在 葉片上的其它位置，用于確定發(fā)生在那些位置的物理狀況。振動傳感器可包括加速計和壓電裝置。振動傳感器必須選擇為在風(fēng)力渦輪機葉片 運轉(zhuǎn)期間的環(huán)境狀況下提供滿意的操作，包括低至-40攝氏度的溫度。振動傳感器的尺寸 選擇成足夠小，從而在建于外殼中時不會對葉片的空氣動力學(xué)狀況產(chǎn)生負(fù)面影響。對于當(dāng) 前技術(shù)現(xiàn)狀，加速計可以小至4x4x1. 5mm。來自振動傳感器的輸出可通過本領(lǐng)域中已知的有 線連接或無線連接而發(fā)送給處理器。此外，對于加速計以及其它相似類型的儀器，可為裝置 本地地提供電池。此外，可將該裝置和電池設(shè)置為允許進(jìn)行更換。用于葉片表面上的振動傳感器的外殼將優(yōu)選包括空氣動力學(xué)外殼。外殼可包括葉 片表面上的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，但還可包括特別提供的結(jié)構(gòu)，其限制了任何對葉片的空氣動力性能 的影響。如果現(xiàn)有結(jié)構(gòu)定位在適合于檢測和優(yōu)選早期檢測葉片的物理狀況的葉片位置上，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)可優(yōu)選利用。作為具有單獨目的的結(jié)構(gòu)的一個示例，可利用葉片表面上的渦流發(fā)生器來容納振動傳感器。已知風(fēng)力渦輪機葉片上的渦流發(fā)生器的使用可以抵消葉片上的流分離和失速。 這種現(xiàn)有結(jié)構(gòu)可用于容納振動傳感器。圖3A顯示了空氣動力學(xué)裝置130的一個示例，例如渦流發(fā)生器，其帶有嵌入存在 風(fēng)力流動125的葉片表面120上的加速計135。圖3B顯示了安裝于空氣動力學(xué)裝置130中 的壓電傳感器140，空氣動力學(xué)裝置位于存在風(fēng)力流動125的葉片表面120上。圖4顯示了安裝在翼220上的空氣動力學(xué)裝置210的布置。入射氣流230撞擊在 翼220上。入射的氣流230圍繞翼220的上表面240和下表面245而流動。圖中顯示翼220 失速，平滑氣流250沿著下表面240流動，但流分離255在上表面240上產(chǎn)生了尾流260。 失速產(chǎn)生了湍流空氣。操作原理是這個裝置在風(fēng)力渦輪機運轉(zhuǎn)時通常發(fā)生振動。振動頻率的下降或沒有 振動指示空氣動力學(xué)裝置上存在結(jié)冰。更具體地說，用于風(fēng)力渦輪機控制器的處理器可儲存關(guān)于在風(fēng)力渦輪機運轉(zhuǎn)期間 的正常振動范圍的數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)可包括基于例如葉片旋轉(zhuǎn)速度、槳距角和風(fēng)力狀況等重 要風(fēng)力參數(shù)的振動范圍。在風(fēng)力渦輪機運轉(zhuǎn)期間，這些參數(shù)以及其它重要的運轉(zhuǎn)參數(shù)受到 監(jiān)測，并可用于處理器。當(dāng)振動傳感器的振動頻率偏離至葉片的運轉(zhuǎn)狀況(例如相對于葉 片旋轉(zhuǎn)、槳距角和風(fēng)力狀況)的正常振動范圍以下時，那么處理器可確定葉片存在結(jié)冰狀 況。此外，處理器可考慮氣象數(shù)據(jù)，特別是環(huán)境溫度，以進(jìn)一步確定葉片結(jié)冰狀況是否存在。 例如，在環(huán)境溫度低于0攝氏度時可以預(yù)期到在葉片上將形成冰。這種為確定結(jié)冰狀況而有利地定位于葉片上的小型空氣動力學(xué)裝置的振動監(jiān)測 可以比檢測整體葉片振動來確定結(jié)冰狀況更為靈敏地確定葉片的初期結(jié)冰。在后一情況 下，需要形成大得多的質(zhì)量的冰才能使整體葉片的振動響應(yīng)辨別出這種狀況。相對于失速狀況，振動頻率中的升高可能指示在葉片上的空氣動力學(xué)裝置位置發(fā) 生失速狀況，因為由失速狀況所產(chǎn)生的空氣湍流增加了空氣動力學(xué)裝置的振動，并從而增 加了那里的傳感器的振動。更具體地說，如上所述，用于風(fēng)力渦輪機控制器的處理器可儲存 關(guān)于在風(fēng)力渦輪機運轉(zhuǎn)期間的正常振動范圍的數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)可包括基于例如葉片旋轉(zhuǎn)速 度、槳距角和風(fēng)力狀況等重要風(fēng)力參數(shù)的振動范圍。在風(fēng)力渦輪機運轉(zhuǎn)期間，這些參數(shù)以及 其它重要的運轉(zhuǎn)參數(shù)受到監(jiān)測，并可用于處理器。當(dāng)用于振動傳感器的振動頻率偏離葉片 運轉(zhuǎn)狀況(例如相對于葉片旋轉(zhuǎn)、槳距角和風(fēng)力狀況)的正常振動范圍以上時，那么處理器 可確定葉片存在失速狀況。這種增加的振動頻率可能是由失速狀況所造成的葉片的空氣湍 流而引起的。在一些構(gòu)造中，參照圖5，渦輪機控制器300包括總線302或其它通信裝置來傳 送信息。處理器304聯(lián)接在總線302上，以處理信息，包括來自各種傳感器(例如傳感器 112，135和140)的信息，從而確定是否存在物理狀況。渦輪機控制器300還包括隨機存取 存儲器(RAM) 306和/或其它存儲裝置308。RAM306和存儲裝置308聯(lián)接在總線302上，以 儲存和傳遞有待由處理器304執(zhí)行的信息和指令。在處理器304執(zhí)行指令期間，還可使用 RAM306(和存儲裝置308，如果需要的話)儲存臨時變量或其它中間信息。渦輪機控制器300 還可包括只讀存儲器(ROM)和/或另一靜態(tài)存儲裝置310，其聯(lián)接在總線302上，以儲存并提供靜態(tài)(即非變化的)信息和指令給處理器304。312處的輸入裝置可包括本文所述或本領(lǐng)域中已知的任何物理狀況監(jiān)測裝置，從而將輸入數(shù)據(jù)提供給渦輪機控制器300。312處 的輸出裝置可包括將可視信號和/或聲音信號提供給操作控制臺(圖5中也未顯示)或者 提供給對這種信息起作用或中繼這種信息的自動設(shè)備的裝置。指令可由存儲裝置，諸如磁 盤、只讀存儲器(ROM)，集成電路、CDROM, DVD而通過有線或無線的遠(yuǎn)程連接提供給存儲器， 從而提供對一個或多個電子可存取介質(zhì)的訪問。在一些實施例中，可使用硬線電路來替代 軟件指令或與軟件指令結(jié)合使用。因而，指令序列的執(zhí)行并不局限于硬件電路和軟件指令 的任何特定的組合。傳感器接口 314是容許渦輪機控制器300與風(fēng)力渦輪機中的一個或多個傳感器通 信的接口，包括用于確定振動的傳感器以及其它涉及風(fēng)力渦輪機運轉(zhuǎn)例如葉片旋轉(zhuǎn)速度、 槳距角和風(fēng)力狀況的傳感器。傳感器接口 314可以是或可包括，例如，一個或多個模擬-數(shù) 字轉(zhuǎn)換器，其將模擬信號轉(zhuǎn)換成可由處理器304使用的數(shù)字信號。當(dāng)處理器已經(jīng)確定葉片的物理狀況時，控制器可提供響應(yīng)以修正該狀況。響應(yīng)于 所確定的結(jié)冰狀況，控制系統(tǒng)可啟動包括至少一種以下修正作用擺動至少一個葉片的槳 距；改變風(fēng)力渦輪機的旋轉(zhuǎn)速度；停止和起動風(fēng)力渦輪機；以及降低風(fēng)力渦輪機的功率。如 果在葉片中安裝有加熱裝置，那么控制可接通或關(guān)閉加熱裝置。響應(yīng)于所確定的失速狀況， 控制系統(tǒng)可啟動包括至少一種以下修正作用使一個或多個葉片向槳葉(feather)變槳和 /或改變旋轉(zhuǎn)速度。根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，提供了一種用于檢測具有轉(zhuǎn)子和一個或多個轉(zhuǎn)子葉片 的風(fēng)力渦輪機葉片的物理狀況的方法。圖6提供了一種根據(jù)有利地定位在葉片上的空氣動 力學(xué)裝置的振動監(jiān)測而用于檢測風(fēng)力渦輪機葉片的物理狀況的方法實施例的流程圖。在步 驟405中，在有利地定位于葉片表面上的空氣動力學(xué)裝置中提供振動傳感器，用于識別葉 片的各種物理狀況。在步驟410中，通過操作測試信息和計算機分析所提供的用于針對正 常運轉(zhuǎn)狀況和異常運轉(zhuǎn)狀況而識別安裝在葉片上的空氣動力學(xué)裝置的振動范圍的數(shù)據(jù)儲 存在用于風(fēng)力渦輪機的處理器或相似的控制系統(tǒng)的儀器中。在步驟415中使風(fēng)力渦輪機運轉(zhuǎn)。在風(fēng)力渦輪機運轉(zhuǎn)期間，在步驟420中監(jiān)測振 動傳感器。在步驟425中，在風(fēng)力渦輪機運轉(zhuǎn)期間監(jiān)測氣象數(shù)據(jù)。在步驟430中，處理和分 析來自振動傳感器和氣象傳感器的數(shù)據(jù)。在步驟435中，如果振動數(shù)據(jù)落在與物理狀況相 關(guān)聯(lián)的正常范圍之外時，那么可確定存在物理狀況。然后在步驟460中，基于這種物理狀況 的確定，可為操作員或控制器發(fā)出警告。確定結(jié)冰的振動數(shù)據(jù)的一個示例是一個或多個振動傳感器的振動頻率下降到運 轉(zhuǎn)狀況的正常范圍以下或下降到零。確定失速方面的振動數(shù)據(jù)的一個示例是一個或多個振 動傳感器的振動頻率增加到運轉(zhuǎn)狀況的正常范圍以上。如果沒有做出物理狀況的確定，那 么可在步驟420中繼續(xù)監(jiān)測振動數(shù)據(jù)。在步驟440中，氣象數(shù)據(jù)的分析可支持確定該物理 狀況的存在。如果氣象數(shù)據(jù)支持確定物理狀況的存在，那么可啟動修正作用以減輕物理狀 況。還可提供警報以警告操作員和/或控制系統(tǒng)該物理狀況的存在。關(guān)于結(jié)冰的一種確實 的氣象狀況的示例是環(huán)境溫度低于大約0攝氏度。雖然本文描述了各種實施例，但是從說明書中應(yīng)該明白，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可實 現(xiàn)各種元件組合、變化或改良。
權(quán)利要求
一種風(fēng)力渦輪機(100)，包括具有至少一個葉片(108)的轉(zhuǎn)子(106)；至少一個振動傳感器(135，140)，所述至少一個振動傳感器(135，140)安裝在所述至少一個葉片(108)上，并配置成監(jiān)測所述至少一個葉片的物理狀況，所述至少一個葉片的物理狀況的變化與所述葉片的組成部分(150，160，180)的振動相符合；以及可操作地聯(lián)接在所述至少一個振動傳感器(135，140)上的處理器(304)，所述處理器(304)配置成使用所述葉片(108)的組成部分(150，160，180)的振動頻率來確定所述葉片(108)的物理狀況，并產(chǎn)生指示所述葉片(108)的物理狀況的信號(312)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(100)，其特征在于，所述至少一個振動傳感器包 括加速計(135)和壓電裝置(140)中的至少一個。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(100)，其特征在于，還包括配置成監(jiān)測與所述至少一個葉片(108)相關(guān)的氣象狀況的至少一個氣象傳感器(109)，其中，所述處理器(304)可操作地聯(lián)接在所述至少一個氣象傳感器(109)上，并且其 中，所述處理器(304)配置成當(dāng)確定所述氣象狀況與所述葉片(108)的物理狀況相符時可 確定所述葉片(108)的物理狀況。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力渦輪機(100)，其特征在于，所述葉片(108)的組成部分 (150，160，180)包括包含所述至少一個振動傳感器(135，140)的至少一個空氣動力學(xué)裝置 外殼(130)，所述空氣動力學(xué)外殼(130)定位在所述至少一個葉片(108)上，以利于監(jiān)測所 述物理狀況，其中，所述物理狀況包括所述葉片(108)的結(jié)冰和所述葉片(108)的失速中的 至少一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力渦輪機(100)，其特征在于，與所述至少一個葉片(108) 的結(jié)冰相符的所述氣象狀況包括低于0攝氏度的環(huán)境溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力渦輪機(100)，其特征在于，所述至少一個空氣動力學(xué)裝 置(130)在所述葉片(108)的表面(120)的定位包括定位在至少一個前緣(150)的附近和 定位在頂端(170)的附近中的至少一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力渦輪機(100)，其特征在于，所述至少一個空氣動力學(xué)裝 置(130)的定位包括根據(jù)過去的結(jié)冰經(jīng)驗、過去的失速經(jīng)驗、計算機處理的流體動力學(xué)以 及葉片設(shè)計分析中的至少一個進(jìn)行定位。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力渦輪機(100)，其特征在于，由所述處理器(304)確定所 述至少一個風(fēng)力渦輪機葉片(108)上的結(jié)冰包括根據(jù)所述風(fēng)力渦輪機(100)運轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度、葉片槳距和風(fēng)力狀況而為安裝在所述至 少一個空氣動力學(xué)裝置(130)中的所述至少一個振動傳感器(135，140)儲存振動頻率的信 息(306，310)；根據(jù)所述至少一個振動傳感器(135，140)的振動頻率相對于根據(jù)所述風(fēng)力渦輪機 (100)運轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度、葉片槳距和風(fēng)力狀況而儲存的所述信息(306，310)的偏差來確定 何時發(fā)生葉片結(jié)冰；以及確定所述氣象狀況(109)容許葉片結(jié)冰。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力渦輪機(100)，其特征在于，還包括以下對結(jié)冰的響應(yīng)中的至少一個擺動所述至少一個葉片(108)的槳距；改變所述風(fēng)力渦輪機(100)的旋轉(zhuǎn)速度；停止和起動所述風(fēng)力渦輪機(100)；以及降低所述風(fēng)力渦輪機 (100)的功率。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)力渦輪機(100)，其特征在于，由所述處理器確定所述至 少一個風(fēng)力渦輪機葉片上的失速包括所述葉片(108)的表面(120)上的所述至少一個空氣動力學(xué)裝置(130)包括優(yōu)選定位 在所述至少一個葉片(108)的根部附近和沿著葉片弦長的大約25%至30%的范圍內(nèi)。根據(jù)風(fēng)力渦輪機(100)運轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度、葉片槳距和風(fēng)力狀況而為安裝在所述至少一 個空氣動力學(xué)裝置(130)中的所述至少一個振動傳感器(135，140)儲存振動頻率的信息 (306,308)；和根據(jù)所述至少一個振動傳感器(135，140)的振動頻率相對于根據(jù)所述風(fēng)力渦輪機 (100)運轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度、葉片槳距和風(fēng)力狀況而儲存的所述信息(306，308)的偏差來確定 何時發(fā)生葉片失速。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種空氣動力學(xué)裝置(130)，其用于檢測風(fēng)力渦輪機葉片(100)運轉(zhuǎn)的物理狀況。一個或多個振動傳感器(135，140)安裝在葉片(108)上，處于空氣動力學(xué)外殼(130)中，并配置成監(jiān)測與外殼振動一致變化的葉片(108)的物理狀況。處理器(304)可操作地聯(lián)接在一個或多個振動傳感器(135，140)上。處理器(304)可配置成使用葉片的組成部分的振動頻率來確定葉片的物理狀況，并在確定時產(chǎn)生指示葉片物理狀況的信號。
文檔編號G01M9/06GK101806277SQ200910215670
公開日2010年8月18日 申請日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者E·耶格羅, P·L·貝尼托, P·W·程 申請人:通用電氣公司