專利名稱：用傳感器裝置確定風輪機轉(zhuǎn)子葉片振動頻率的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風輪機的技術(shù)領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及一種用于確定附接到結(jié)構(gòu)部件的葉片的振動頻率的系統(tǒng)和方法，該結(jié)構(gòu)部件被分配給風輪機的轉(zhuǎn)子和/或是風輪機的轉(zhuǎn)子的一部分，其中葉片在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)振動。另外，本發(fā)明涉及一種裝備有這種系統(tǒng)的風輪機和一種用于控制這種振動頻率確定方法的計算機程序。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代風輪機包括具有長葉片的大的轉(zhuǎn)子。為了允許風輪機的可靠并且穩(wěn)定的操作，特別地，轉(zhuǎn)子葉片不能是完全堅硬或剛性的而是必須至少部分地是柔韌的。結(jié)果，除了所需要的轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)運動之外，各轉(zhuǎn)子葉片可執(zhí)行振動。一種類型的振動是所謂的葉片邊緣振動，葉片邊緣振動發(fā)生在與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面平行取向的平面中。為了以可靠并且穩(wěn)定的方式操作現(xiàn)代風輪機，必須精確了解風輪機轉(zhuǎn)子葉片的振動頻率。特別地，這種了解可
(a)用于檢測葉片的結(jié)冰(附著的冰的質(zhì)量引起葉片的振動頻率減小)，
(b)用于葉片內(nèi)的結(jié)構(gòu)變化的檢測，所述結(jié)構(gòu)變化也引起葉片的振動頻率變化，
(c)用于作用在葉片上的機械負荷的估計，
(d)用作所謂的轉(zhuǎn)子速度避免裝置(avoider)的輸入(應(yīng)該避免能夠引起振動葉片的諧振效應(yīng)和/或風輪機塔架的振蕩運動的特定轉(zhuǎn)子速度)，
(e)用于所使用的葉片的類型的分類和/或用于已知的葉片的種類內(nèi)的特定葉片的參數(shù)的分類(不同葉片尺寸影響振動頻率)和/或
(f)用于已進行的葉片修理的自動檢測。當前已知用于估計風輪機轉(zhuǎn)子葉片的振動頻率的不同方法
(A)如果風輪機葉片具有安裝在葉片的外部的葉片傳感器(諸如，例如加速度傳感器、 伸長傳感器或應(yīng)變儀)，則通過對由各葉片傳感器提供的輸出信號使用任何頻率檢測方法能夠檢測振動頻率。(B)WO 2009/000787 A2描述了一種相應(yīng)地基于風輪機的塔架的時間相關(guān)運動、時
間相關(guān)加速度估計葉片振動頻率的方法。利用代表轉(zhuǎn)子方位角信號的信號解調(diào)塔架加速度信號。在具有三個葉片的轉(zhuǎn)子的情況下，可以估計所有三個葉片頻率。由于加速度傳感器通常布置在風輪機的機艙或者布置在風輪機的機艙內(nèi)，所以這種已知方法不需要任何另外的傳感器。(C)對于特定類型的葉片，葉片邊緣頻率通常是相對恒定的。因此，通過對相似葉片使用相同頻率可以人工估計葉片頻率?？赡苄枰M一步改進風輪機轉(zhuǎn)子葉片的振動頻率的確定。

發(fā)明內(nèi)容
這種需要可由根據(jù)獨立權(quán)利要求的主題滿足。本發(fā)明的有益實施例由從屬權(quán)利要求描述。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于確定附接到結(jié)構(gòu)部件的葉片的振動頻率的系統(tǒng)，該結(jié)構(gòu)部件被分配給風輪機的轉(zhuǎn)子和/或是風輪機的轉(zhuǎn)子的一部分，其中葉片在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)振動。所描述的系統(tǒng)包括(a)傳感器裝置，對沿第一傳感器方向的運動敏感，其中傳感器裝置可放置在結(jié)構(gòu)部件以使得第一傳感器方向和葉片的縱向延伸部分的方向相對于彼此具有第一固定角度關(guān)系，且其中傳感器裝置配置為提供指示結(jié)構(gòu)部件沿第一傳感器方向的運動的第一傳感器輸出信號，以及(b)數(shù)據(jù)處理單元，與傳感器裝置連接， 其中數(shù)據(jù)處理裝置配置為基于第一傳感器輸出信號和第一固定角度關(guān)系確定葉片的振動頻率。所描述的系統(tǒng)基于這樣的思想發(fā)生在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的葉片振動將會也引起結(jié)構(gòu)部件在同一旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)以振動方式運動。所描述的傳感器裝置能夠測量這種結(jié)構(gòu)部件運動。指示結(jié)構(gòu)部件的運動的對應(yīng)第一傳感器輸出信號由數(shù)據(jù)處理單元評估。由此，考慮了第一傳感器方向和葉片的縱向延伸部分的方向之間的第一固定角度關(guān)系。術(shù)語運動可表示結(jié)構(gòu)部件的任何外在和/或內(nèi)在位置變化。在這個方面，外在表示整個結(jié)構(gòu)部件運動。內(nèi)在可表示由葉片的振動引起的機械力作用在結(jié)構(gòu)部件上從而發(fā)生能夠例如通過應(yīng)變儀測量的結(jié)構(gòu)部件的(輕微)變形。第一傳感器方向可以取向在相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面平行或者至少近似平行的平面內(nèi)。這可提供這樣的優(yōu)點傳感器裝置對于相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面平行的運動的靈敏度將會增加和/或由結(jié)構(gòu)部件沿垂直于該旋轉(zhuǎn)平面的方向的運動引起的干擾影響(例如，風輪機的塔架前后運動)將會最小化?？衫靡蜃訉Φ谝还潭ń嵌汝P(guān)系進行加權(quán)，該因子包括第一傳感器方向和葉片的縱向延伸部分的方向之間的角度的三角函數(shù)(諸如，余弦函數(shù)和/或正弦函數(shù))。所描述的系統(tǒng)可提供這樣的優(yōu)點從技術(shù)的角度來看非常簡單，而因此幾乎沒有出錯的可能。由于僅使用一個結(jié)構(gòu)部件運動信號，所以所描述的發(fā)明能夠通過能夠在盒子內(nèi)商業(yè)化的獨立產(chǎn)品實現(xiàn)。另外，除了數(shù)據(jù)處理裝置之外，僅需要傳感器裝置以及傳感器裝置和數(shù)據(jù)處理裝置之間的合適連接以實現(xiàn)所描述的發(fā)明。因此，用于實現(xiàn)所描述發(fā)明的另外的硬件成本很小。要求保護的發(fā)明的軟件實現(xiàn)方式可通過已經(jīng)存在的風輪機的數(shù)據(jù)處理單元上的合適的程序安裝來實現(xiàn)。應(yīng)該指出的是，根據(jù)所描述的系統(tǒng)，不需要(然而也不禁止)為了確定葉片的振動頻率而使用對于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的實際方位角的了解。這使得必須由數(shù)據(jù)處理單元滿足的計算工作量相對較小。根據(jù)本發(fā)明的實施例，傳感器裝置包括加速度傳感器。這可提供這樣的優(yōu)點傳感器裝置能夠利用簡單、可靠并且相對比較便宜的類型的傳感器來實現(xiàn)。(第一)傳感器輸出信號將會隨后指示結(jié)構(gòu)部件的時間相關(guān)加速度。當然，通過隨時間對這個信號求積分，能夠確定結(jié)構(gòu)部件的時間相關(guān)速度。另外，通過隨時間兩次對由加速度傳感器提供的信號求積分，能夠確定結(jié)構(gòu)部件的時間相關(guān)位置。在這個方面，應(yīng)該指出的是，其它類型的傳感器也能夠用于實現(xiàn)所描述的傳感器裝置。特別地，位置傳感器諸如例如依賴于衛(wèi)星定位系統(tǒng)(諸如，全球定位系統(tǒng)(GPS))的傳感器能夠用于有效地確定結(jié)構(gòu)部件的運動。當然，通過兩次對指示結(jié)構(gòu)部件的實際位置的信號對時間求微分，能夠評估加速度特性信號。另外，應(yīng)變儀能夠用于實現(xiàn)所描述的傳感器裝置。根據(jù)本發(fā)明，應(yīng)變儀可放置在結(jié)構(gòu)部件。特別地，應(yīng)變儀能夠放置在風輪機的轉(zhuǎn)子的輪轂內(nèi)的主軸。由此，能夠假設(shè)，葉片振動將會經(jīng)輪轂傳播到主軸。另外，應(yīng)變儀也能夠放置在輪轂和葉片之間的機械連接處。根據(jù)本發(fā)明的另ー實施例，傳感器裝置可以以這樣的方式放置在結(jié)構(gòu)部件，即第一傳感器方向和葉片的縱向延伸部分的方向相對于彼此垂直取向。這可提供這樣的優(yōu)點 傳感器裝置將會對發(fā)生在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的葉片振動高度敏感。結(jié)果，用于確定葉片的振動頻率的系統(tǒng)的可靠性可増加。根據(jù)本發(fā)明的另ー實施例，(a)傳感器裝置還對沿不同于第一傳感器方向的第二傳感器方向的運動敏感，(b)傳感器裝置配置為提供指示結(jié)構(gòu)部件沿第二傳感器方向的運動的第二傳感器輸出信號，(c)數(shù)據(jù)處理単元配置為基于第二傳感器輸出信號以及第ニ傳感器方向和葉片的縱向延伸部分的方向之間的第二固定角度關(guān)系確定葉片的振動頻率。此外，第二傳感器方向可以取向在相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面平行或者至少近似平行的平面內(nèi)。這可提供這樣的優(yōu)點傳感器裝置對于相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面平行的運動的靈敏度將會進ー步増加和/或由結(jié)構(gòu)部件沿垂直于該旋轉(zhuǎn)平面的方向的運動引起的干擾影響(例如，風輪機的塔架前后運動)將會最小化。應(yīng)該指出的是，如果第二傳感器方向和葉片的縱向延伸部分相對于彼此平行取向 (即，第二固定角度關(guān)系對應(yīng)于零度的角度)，則將會利用零的權(quán)重因子考慮第二傳感器輸出信號。這意味著，在這種情況下，將會僅考慮第一傳感器信號以確定葉片的振動頻率。根據(jù)本發(fā)明的另ー實施例，第一傳感器方向和第二傳感器方向相對于彼此垂直。 這可提供這樣的優(yōu)點能夠?qū)崿F(xiàn)針對發(fā)生在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的所有葉片振動的高靈敏度。換句話說，只要葉片振動發(fā)生在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)，這種振動就能夠獨立于振動的方向被感測到。根據(jù)本發(fā)明的另ー實施例，數(shù)據(jù)處理単元配置為基于以下各項確定至少ー個另外的葉片的振動頻率(a)第一傳感器輸出信號和第二傳感器輸出信號，(b)第一傳感器方向和所述另外的葉片的縱向延伸部分的方向之間的另外的固定角度關(guān)系以及第ニ傳感器方向和所述另外的葉片的縱向延伸部分的方向之間的另ー另外的固定角度關(guān)系。一般而言，基于這兩個傳感器輸出信號的組合，能夠確定振動發(fā)生在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的所有葉片的葉片振動。應(yīng)該指出的是，當然地，所述另外的固定角度關(guān)系和所述另ー另外的固定角度關(guān)系在這樣的意義上相對于彼此互補，即它們的角度和取決于第一傳感器方向和第二傳感器方向之間的角度。具體地講，如果第一傳感器方向和第二傳感器方向垂直，則所述另外的固定角度關(guān)系和所述另ー另外的固定角度關(guān)系之和等于90°。由此，僅使用0°和90°之間的角度以便定義(a)相應(yīng)地第一傳感器方向、第二傳感器方向和(b)相應(yīng)地葉片的縱向延伸部分、所述另外的葉片的縱向延伸部分之間的所有相對取向。根據(jù)本發(fā)明的另ー實施例，數(shù)據(jù)處理単元配置為基于第一傳感器輸出信號和第二傳感器輸出信號的加權(quán)組合確定所述至少ー個另外的葉片的振動頻率。由此，(a)第一傳感器輸出信號的權(quán)重因子包括第二傳感器方向和所述另外的葉片的縱向延伸部分的方向之間的所述另ー另外的固定角度關(guān)系的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)之一，以及(b)第二傳感器輸出信號的權(quán)重因子包括第二傳感器方向和所述另外的葉片的縱向延伸部分的方向之間的
6所述另一另外的固定角度關(guān)系的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)中的另一個。這個實施例可提供這樣的優(yōu)點這兩個傳感器輸出信號的加權(quán)組合能夠利用時間相關(guān)權(quán)重因子來實現(xiàn)，所述時間相關(guān)權(quán)重因子僅取決于位于結(jié)構(gòu)部件的傳感器裝置的取向和附接到結(jié)構(gòu)部件的葉片的角度分布。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，除確定葉片的振動頻率之外，數(shù)據(jù)處理單元配置為確定正好兩個另外的葉片的振動頻率，所述兩個另外的葉片為第一另外的葉片和第二另外的葉片，其中葉片中的每一個和它的兩個相鄰葉片之間的角度在每種情況下為 120°。另外，第一傳感器方向和葉片的縱向延伸部分的方向相對于彼此垂直取向。由此，葉片的振動頻率F_a由F_a=a_x給出，第一另外的葉片的振動頻率F_b由以下給出
F b 二 COS 300I · 6 ζ + sin (30^ . a χ,而第二另外的葉片的振動頻率 F_C 由以下給出F—c = COS (30° ！ · a—2 - sin 30° J · 3—χ。由此，a_x 是第一傳感器輸出信號，而a_z是第二傳感器輸出信號。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，系統(tǒng)還包括濾波器，其連接在傳感器裝置和數(shù)據(jù)處理單元之間或者被分配給數(shù)據(jù)處理單元，其中濾波器配置為用于對第一傳感器輸出信號和/ 或第二傳感器輸出信號濾波。濾波器可包括例如所謂的陷波濾波器。由此，可選擇陷波頻率響應(yīng)以使得將會去除或者至少強烈地衰減至少一種已知塔架頻率附近的所有頻率(即，與可能的塔架運動/ 振動的本征頻率對應(yīng)的葉片頻率或者其諧波)。另外，可選擇陷波濾波器頻率響應(yīng)以使得將會去除或者至少強烈地衰減轉(zhuǎn)子的實際旋轉(zhuǎn)頻率和/或它的諧波。另外，濾波器可包括僅允許特定頻率帶寬內(nèi)的信號頻率通過并到達數(shù)據(jù)處理單元的帶通濾波器。由此，可基于先前關(guān)于可能的振動頻率的了解選擇頻率帶寬。這可提供這樣的優(yōu)點饋給到數(shù)據(jù)處理單元的(多個)信號的信噪比(SNR)能夠顯著增加。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，數(shù)據(jù)處理單元包括頻率檢測器。頻率檢測器可通過鎖相環(huán)(PLL)電路和/或通過執(zhí)行傅立葉變換(特別地，快速傅立葉變換(FFT))的單元實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述結(jié)構(gòu)部件是風輪機的輪轂或主軸。通常，在風輪機中，主軸和輪轂以機械方式彼此連接。結(jié)果，輪轂的振動和/或運動也將會引起主軸的振動和/或運動，反之亦然。特別地，當應(yīng)變儀用作傳感器裝置時，可以有益地例如在輪轂內(nèi)把應(yīng)變儀放置在主軸。由此，能夠假設(shè)，葉片振動將會經(jīng)輪轂傳播到主軸，在主軸能夠檢測葉片振動。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于產(chǎn)生電力的風輪機。該風輪機包括(a) 結(jié)構(gòu)部件，被分配給轉(zhuǎn)子和/或是轉(zhuǎn)子的一部分，轉(zhuǎn)子包括直接或間接附接到結(jié)構(gòu)部件的葉片，(b)如上所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)的傳感器裝置附接到結(jié)構(gòu)部件。所描述的風輪機基于這樣的思想上述系統(tǒng)能夠用于以有效并且可靠的方式確定發(fā)生在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的葉片振動。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于確定附接到結(jié)構(gòu)部件的葉片的振動頻率的方法，該結(jié)構(gòu)部件被分配給風輪機的轉(zhuǎn)子和/或是風輪機的轉(zhuǎn)子的一部分，其中葉片在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)振動。所提供的方法包括(a)由對結(jié)構(gòu)部件的運動敏感的傳感器裝置提供指示結(jié)構(gòu)部件沿第一傳感器方向的運動的第一傳感器輸出信號，其中傳感器裝置放置在結(jié)構(gòu)部件以使得第一傳感器方向和葉片的縱向延伸部分的方向相對于彼此具有第一固定角度關(guān)系，(b)由與傳感器裝置連接的數(shù)據(jù)處理單元基于第一傳感器輸出信號和第一固定角度關(guān)系確定葉片的振動頻率。此外，所描述的方法基于這樣的思想通過把傳感器裝置放置在結(jié)構(gòu)部件，基于第一傳感器輸出信號以及第一傳感器方向和葉片的縱向延伸部分的方向之間的第一固定角度關(guān)系能夠確定發(fā)生在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)并且因此也引起結(jié)構(gòu)部件在相同旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)以振動方式運動的葉片振動。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于確定附接到結(jié)構(gòu)部件的葉片的振動頻率的計算機程序，該結(jié)構(gòu)部件被分配給風輪機的轉(zhuǎn)子和/或是風輪機的轉(zhuǎn)子的一部分，其中葉片在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)振動。當該計算機程序由數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行時，該計算機程序適于控制如上所述的方法。 如本文所使用，提及計算機程序意在等同于提及程序單元和/或提及包含用于控制計算機系統(tǒng)協(xié)調(diào)上述方法的執(zhí)行的指令的計算機可讀介質(zhì)。計算機程序可實現(xiàn)為任何合適的編程語言(諸如，例如JAVA、C++)中的計算機可讀指令代碼，并且可存儲在計算機可讀介質(zhì)(可移動盤、易失性或非易失性存儲器、嵌入式存儲器/處理器等)上。指令代碼可用于對計算機或任何其它可編程裝置編程以執(zhí)行預(yù)期功能?？蓮木W(wǎng)絡(luò)(諸如，萬維網(wǎng))獲得計算機程序，可以從網(wǎng)絡(luò)下載計算機程序。本發(fā)明可通過相應(yīng)計算機程序、軟件實現(xiàn)。然而，本發(fā)明也可以通過相應(yīng)一個或多個特定電子電路、硬件實現(xiàn)。另外，本發(fā)明還可以實現(xiàn)為混合形式，即實現(xiàn)為軟件模塊和硬件模塊的組合。必須注意的是，已參照不同主題描述了本發(fā)明的實施例。特別地，參照設(shè)備類型權(quán)利要求描述了一些實施例，而參照方法類型權(quán)利要求描述了其它實施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會從以上和下面描述意識到，除非另外指出，否則除了屬于一個類型的主題的特征的任何組合之外，與不同主題相關(guān)的特征之間(特別地，設(shè)備類型權(quán)利要求的特征和方法類型權(quán)利要求的特征之間)的任何組合也被視為隨這個文件公開。以上定義的各方面和本發(fā)明的另外方面通過以下將要描述的實施例的例子而變得清楚并且參照實施例的例子被解釋。以下將參照實施例的例子更詳細地描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于實施例的例子。


圖1顯示了風輪機，其包括具有附接到輪轂的三個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子和位于輪轂的傳感器裝置，其中傳感器裝置適于提供指示轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的加速度的兩個傳感器輸出信號。圖2顯示數(shù)據(jù)處理單元，其用于基于由位于輪轂的二維加速度傳感器裝置提供的兩個傳感器輸出信號確定附接到輪轂的風輪機葉片的振動頻率。
具體實施例方式附圖中的圖解是示意性的。應(yīng)該注意的是，在不同的附圖中，相似或相同的元件提供有僅在第一數(shù)字內(nèi)與對應(yīng)標號不同的標號。
圖1顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的風輪機100。該風輪機包括塔架102和安裝在塔架 102上面的可旋轉(zhuǎn)的機艙104。另外，該風輪機包括轉(zhuǎn)子，其具有安裝在中心旋轉(zhuǎn)軸(未示出)的輪轂110，輪轂110驅(qū)動容納于機艙104內(nèi)的發(fā)電機(也未示出)。根據(jù)這里描述的實施例，轉(zhuǎn)子包括三個葉片112a、112b和112c。葉片ll^i-c以圓周對稱方式從輪轂120向外呈輻射狀延伸。因此，兩個相鄰葉片的縱向方向之間的角度為120°。風輪機100還包括傳感器裝置120，傳感器裝置120對與分別由葉片112a、112b 和112c的縱向延伸部分定義的軸線所橫跨的轉(zhuǎn)子平面平行的平面內(nèi)的輪轂110的加速運動敏感。根據(jù)這里描述的實施例，傳感器裝置是ニ維加速度傳感器裝置120，其中第一傳感器方向(即，χ方向)取向得垂直于葉片11 的縱向延伸部分，而第二傳感器方向(即，ζ 方向)取向得平行于葉片11 的縱向延伸部分。由于上述旋轉(zhuǎn)對稱，葉片112b的縱向延伸部分相對于χ方向形成30°角。對于葉片112b的縱向延伸部分也存在相同的情況，葉片 112b的縱向延伸部分也相對于χ方向形成30°角。ニ維加速度傳感器裝置120提供指示輪轂110沿χ方向的運動的第一傳感器輸出信號a_x和指示輪轂110沿ζ方向的運動的第二傳感器輸出信號a_z。第一傳感器輸出信號和第二傳感器輸出信號被饋送給數(shù)據(jù)處理単元130，數(shù)據(jù)處理単元130適于分別基于第 ー傳感器輸出信號和第二傳感器輸出信號以及χ方向與葉片112b的縱向延伸部分和葉片 112c的縱向延伸部分之間的角度關(guān)系確定轉(zhuǎn)子平面內(nèi)的每個葉片11加マ的振蕩的振動邊緣頻率。具體地講，根據(jù)這里描述的實施例，在安裝在輪轂110中的加速度計120的幫助下確定葉片112a、112b和112c的葉片邊緣頻率。加速度計120(a)利用對應(yīng)傳感器輸出信號 a_z在沿著葉片11 的方向(表示為ζ方向)上進行測量，且(b)利用對應(yīng)傳感器輸出信號a_x在與葉片11 垂直的方向(表示為χ方向)上在轉(zhuǎn)子平面內(nèi)進行測量?；舅枷朐谟谥苯訌膫鞲衅鬏敵鲂盘朼_x確定葉片11 的葉片邊緣頻率F_a。由此，F(xiàn)_a=a_x。由于可直接在信號a_x中測量葉片11 的葉片邊緣頻率F_a，所以能夠由任何頻率檢測器(諸如，鎖相環(huán)(PLL)単元和/或快速傅立葉變換(FFT)裝置)估計葉片邊緣頻率F_a?？紤]到葉片112b和112c的縱向延伸部分的方向與相應(yīng)χ、ζ方向之間的三角關(guān)系，能夠利用下面等式計算葉片112b的葉片邊緣頻率F_b和葉片112c的葉片邊緣頻率F_c
權(quán)利要求
1.一種用于確定附接到結(jié)構(gòu)部件(110)的葉片(112a)的振動頻率的系統(tǒng)，該結(jié)構(gòu)部件(110)被分配給風輪機(100)的轉(zhuǎn)子和/或是風輪機(100)的轉(zhuǎn)子的一部分，其中葉片 (112a)在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)振動，該系統(tǒng)包括傳感器裝置(120)，對沿第一傳感器方向(χ)的運動敏感，其中傳感器裝置(120)可放置在結(jié)構(gòu)部件(110)以使得第一傳感器方向(χ)和葉片(112a)的縱向延伸部分的方向相對于彼此具有第一固定角度關(guān)系，并且其中傳感器裝置(120)配置為提供指示結(jié)構(gòu)部件 (110)沿第一傳感器方向(χ)的運動的第一傳感器輸出信號(a_x)，數(shù)據(jù)處理單元(130，230)，與傳感器裝置(120)連接，其中數(shù)據(jù)處理單元(130，230) 配置為基于第一傳感器輸出信號(a_x)和第一固定角度關(guān)系確定葉片(112a)的振動頻率。
2.根據(jù)前面權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器裝置包括加速度傳感器(120)。
3.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器裝置(120)可以以這樣的方式放置在結(jié)構(gòu)部件(110)，即第一傳感器方向(X)和葉片(112a)的縱向延伸部分的方向相對于彼此垂直取向。
4.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器裝置(120)還對沿不同于第一傳感器方向(χ)的第二傳感器方向(ζ)的運動敏感，傳感器裝置(120)配置為提供指示結(jié)構(gòu)部件(110)沿第二傳感器方向(ζ)的運動的第二傳感器輸出信號(a_z)，數(shù)據(jù)處理單元(130，230)配置為基于第二傳感器輸出信號(a_z)以及第二傳感器方向和葉片(112a)的縱向延伸部分的方向之間的第二固定角度關(guān)系確定葉片(112a)的振動頻率。
5.根據(jù)前面權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述第一傳感器方向(χ)和第二傳感器方向 (ζ)相對于彼此垂直。
6.根據(jù)前面權(quán)利要求4至5中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)處理單元(130，230) 配置為基于以下各項確定至少一個另外的葉片(112b)的振動頻率(a)第一傳感器輸出信號(a_x)和第二傳感器輸出信號(a_z)，以及(b)第一傳感器方向(χ)和所述另外的葉片(112b)的縱向延伸部分的方向之間的另外的固定角度關(guān)系以及第二傳感器方向(ζ)和所述另外的葉片(112b)的縱向延伸部分的方向之間的另一另外的固定角度關(guān)系。
7.根據(jù)前面權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)處理單元(130，230)配置為基于第一傳感器輸出信號(a_x)和第二傳感器輸出信號(a_z)的加權(quán)組合確定所述至少一個另外的葉片(112b)的振動頻率，其中-第一傳感器輸出信號的權(quán)重因子包括第二傳感器方向(ζ)和所述另外的葉片(112b) 的縱向延伸部分的方向之間的所述另一另外的固定角度關(guān)系的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)之一，-第二傳感器輸出信號(a_z)的權(quán)重因子包括第二傳感器方向(ζ)和所述另外的葉片 (112b)的縱向延伸部分的方向之間的所述另一另外的固定角度關(guān)系的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)中的另一個。
8.根據(jù)前面權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中除確定葉片(112a)的振動頻率之外，數(shù)據(jù)處理單元(130，230)配置為確定正好兩個另外的葉片(112b，112c)的振動頻率，所述兩個另外的葉片(112b，112c)為第一另外的葉片(112b)和第二另外的葉片(112c)，葉片(112a, 112b, 112c)中的每ー個和它的兩個相鄰葉片之間的角度在每種情況下為120°， 其中第一傳感器方向U)和葉片(112a)的縱向延伸部分的方向相對于彼此垂直取向， 其中葉片(112a)的振動頻率F_a由以下給出F—a=a—X，其中第一另外的葉片(112b)的振動頻率F_b由以下給出
9.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，還包括濾波器031 232a, 246)，連接在傳感器裝置和數(shù)據(jù)處理単元(130，230)之間或者被分配給數(shù)據(jù)處理單元(130，230)，其中濾波器031 232a, M6)配置為用于對第一傳感器輸出(a_x)信號和/或第二傳感器輸出信號(a_z)濾波。
10.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)處理單元(130，230)包括頻率檢測器(M8)。
11.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述結(jié)構(gòu)部件是風輪機(100)的輪轂(110)或主軸。
12.一種用于產(chǎn)生電力的風輪機(100)，該風輪機(100)包括結(jié)構(gòu)部件(110)，被分配給轉(zhuǎn)子和/或是轉(zhuǎn)子的一部分，轉(zhuǎn)子包括直接或間接附接到結(jié)構(gòu)部件(110)的葉片(112a)，以及根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中傳感器裝置(120)附接到結(jié)構(gòu)部件 (110)。
13.一種用于確定附接到結(jié)構(gòu)部件(110)的葉片(112a)的振動頻率的方法，該結(jié)構(gòu)部件(110)被分配給風輪機(100)的轉(zhuǎn)子和/或是風輪機(100)的轉(zhuǎn)子的一部分，其中葉片 (112a)在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)振動，該方法包括由對結(jié)構(gòu)部件(110)的運動敏感的傳感器裝置(120)提供指示結(jié)構(gòu)部件(110)沿第一傳感器方向(χ)的運動的第一傳感器輸出信號(a_x)，其中傳感器裝置(120)放置在結(jié)構(gòu)部件(110)以使得第一傳感器方向(χ)和葉片(112a)的縱向延伸部分的方向相對于彼此具有第一固定角度關(guān)系，以及由與傳感器裝置(120)連接的數(shù)據(jù)處理単元(130，230)基于第一傳感器輸出信號(a_ x)和第一固定角度關(guān)系確定葉片(112a)的振動頻率。
14.一種用于確定附接到結(jié)構(gòu)部件(110)的葉片(112a)的振動頻率的計算機程序，該結(jié)構(gòu)部件(110)被分配給風輪機(100)的轉(zhuǎn)子和/或是風輪機(100)的轉(zhuǎn)子的一部分，其中葉片(112a)在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)振動，當該計算機程序由數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行吋，該計算機程序適于控制根據(jù)前面權(quán)利要求所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用傳感器裝置確定風輪機轉(zhuǎn)子葉片的振動頻率。描述確定附接到結(jié)構(gòu)部件的葉片的振動頻率的系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)部件被分配給風輪機的轉(zhuǎn)子和/或是其一部分，葉片在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)振動。系統(tǒng)含傳感器裝置，對沿第一傳感器方向的運動敏感，傳感器裝置可放置在結(jié)構(gòu)部件以使第一傳感器方向和葉片縱向延伸方向相對彼此具有第一固定角度關(guān)系，且提供指示結(jié)構(gòu)部件沿第一傳感器方向的運動的第一傳感器輸出信號。系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)處理單元，與傳感器裝置連接，配置為基于第一傳感器輸出信號和第一固定角度關(guān)系確定葉片振動頻率。還描述確定葉片的振動頻率的對應(yīng)方法和控制該方法的計算機程序。另外，描述裝備有確定葉片振動頻率的系統(tǒng)的風輪機。
文檔編號G01H1/00GK102538939SQ201110449628
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者H.勞爾伯格, J.里珀 申請人:西門子公司