涉及風(fēng)力渦輪機的改進的制作方法
【專利說明】潰及風(fēng)力滿輪機的改進
【背景技術(shù)】
[0001] 現(xiàn)代實用規(guī)模的風(fēng)力滿輪機具有包括多個非常長的細(xì)長葉片的轉(zhuǎn)子。圖1示出了 典型的風(fēng)力滿輪機葉片10,該葉片10在縱向上從相對寬的根端12朝向相對窄的尖端14逐 漸變細(xì)。圖1中還示出了該葉片的縱向軸線L。葉片的根端12在橫截面中為圓形。從該根 部向外，該葉片在橫截面中具有翼剖面16。葉片的根部通常經(jīng)由獎距機構(gòu)連接于該轉(zhuǎn)子的 輪穀，該獎距機構(gòu)使得葉片圍繞縱向獎距軸線L轉(zhuǎn)動W便改變該葉片的獎距。
[0002] 改變?nèi)~片的獎距改變了其迎風(fēng)角。運用來控制葉片的能量捕獲，并且因此控制轉(zhuǎn) 子速度，使得它隨著風(fēng)速變化而保持在運行極限內(nèi)。在低度風(fēng)至中度風(fēng)中，尤其重要的是要 控制葉片的獎距，W便使葉片的能量捕獲最大化并且使風(fēng)力滿輪機的生產(chǎn)率最大化。
[0003] 風(fēng)力滿輪機葉片的能量捕獲通常從根部朝向尖端增大。由此，葉片10的內(nèi)側(cè)或根 部部分12傾向于捕獲最少的能量，而葉片的外側(cè)或尖端部分14傾向于捕獲最多的能量。因 此，對于葉片的外側(cè)的獎距角的精確控制是合乎要求的，W便使?jié)M輪機的輸出功率最大化。
[0004] 現(xiàn)代風(fēng)力滿輪機葉片其高度通常為50-80米，或者在一些情況下更長，并且通常 由諸如玻璃纖維加強塑料（GFR巧之類的復(fù)合材料制成。運些葉片因此是相對柔性的，并且 在操作期間不可避免地在一定程度上彎曲和扭曲。葉片的相對窄的外側(cè)部分尤其容易扭曲 和彎曲。 陽0化]雖然該獎距機構(gòu)能夠精確控制葉片根部的角度，但是運并不必然反映葉片尖端的 角度，而葉片的尖端如上所述更容易受到彎曲和扭曲的影響。本發(fā)明提供了一種用于精確 測量葉片尖端的角度的方法和設(shè)備，使得在控制策略中可W采用該信息。例如，在獎距控制 策略中可W采用尖端角度的精確測量值，從而能夠精確控制葉片的外側(cè)部分的迎角，能夠 使葉片的能量捕獲最大化。運些測量值可W同樣用在葉片載荷計算和控制策略中，用于保 護葉片使其免受極限載荷的影響。
[0006] 如現(xiàn)在將參照圖2a和圖化作為示例描述的那樣，葉片的尖端角度在本文中被定 義為葉片在尖端處的弦線與處于與葉片的縱向軸線L垂直的平面中的參考軸線之間的角 度。該弦線為連接葉片的前緣18和葉片10的后緣20的直線D。
[0007] 圖2a和化圖示出了風(fēng)力滿輪機葉片10的尖端的處于與縱向軸線L垂直的并且 沿著圖1中的線A-A獲取的平面中的橫截面。在圖2a中，葉片10具有第一尖端角度，而在 圖化中，葉片10具有第二尖端角度。該尖端角度在圖2a和圖化中被標(biāo)記為0?？v向軸 線L垂直于圖2a和圖化中的頁面。L-y平面限定了轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)平面，并且X軸線垂直 于該平面。葉片10圍繞轉(zhuǎn)子軸線的旋轉(zhuǎn)方向在圖2a和圖化中WR表示，運在使該葉片轉(zhuǎn) 過231弧度的角度時，在L-y平面中描繪出圓形。風(fēng)向在圖2a和圖化中被表示為W。在 圖2a和圖化中，風(fēng)向被圖示為垂直于L-y平面，盡管實際上，風(fēng)相對于L-y平面的方向是 變化的，并且可WW不同的角度入射。在圖2a中，葉片尖端角度0被定義為在弦線D平行 于該X軸線并且因此垂直于L-y平面時為0弧度。
[0008] 圖化圖示了相對于X軸線轉(zhuǎn)過角度0的葉片尖端。
[0009] 在隨后對于本發(fā)明的討論中，將運用葉片尖端角度的上述定義。換句話說，該葉片 尖端角度0被相對于垂直于葉片的旋轉(zhuǎn)平面（圖2a和化的L-y平面）形成的軸線（圖 2a和化的X軸線）限定。但是，將理解的是，該尖端角度可W被相對于另一任意基準(zhǔn)定義， 并且使得該定義不應(yīng)被視為是對本發(fā)明的范圍進行的不適當(dāng)?shù)南拗啤?br>[0010] 現(xiàn)代風(fēng)力滿輪機是非常高的結(jié)構(gòu)，并且葉片尤其容易受到雷擊的影響。因此，大多 數(shù)的風(fēng)力滿輪機葉片結(jié)合有防雷系統(tǒng)，用于將來自雷擊的電能安全地引導(dǎo)至地面。本發(fā)明 的目的在于避免在風(fēng)力滿輪機葉片上使用金屬部件或電氣部件，因為運些會優(yōu)先于該葉片 上的雷電接收器吸引雷擊，運會導(dǎo)致?lián)p壞該葉片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 在運個背景下，本發(fā)明的第一方面提供了一種在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間確定風(fēng)力滿輪機 轉(zhuǎn)子的葉片的尖端角度的方法。該方法包括下列步驟：
[0012] (a)從該風(fēng)力滿輪機轉(zhuǎn)子的第一葉片朝向該轉(zhuǎn)子的第二葉片發(fā)送光信號；
[0013] 化）在該轉(zhuǎn)子的第二葉片處接收該光信號；
[0014] (C)基于接收到的光信號的特性計算第一葉片或第二葉片的尖端角度。
[0015] 光信號的使用能夠W高精度水平來確定葉片的尖端角度。
[0016] 步驟（a)可包括從位于第一葉片的尖端附近的發(fā)送器發(fā)出光信號，從而提高了所 確定的葉片尖端角度的精度。
[0017] 步驟化）可包括在位于第二葉片的尖端附近的接收器處接收該光信號。該配置提 高了所確定的葉片尖端角度的精度。
[0018] 優(yōu)選地，經(jīng)由沿著第一葉片縱向地延伸的第一光纖將光從遠(yuǎn)程設(shè)置的光源傳送至 發(fā)送器。
[0019] 在某些實施例中，經(jīng)由沿著第二葉片縱向地延伸的第二光纖將接收到的光信號傳 送到遠(yuǎn)程設(shè)置的檢測器。光源和檢測器可W被方便地設(shè)置在輪穀中或遠(yuǎn)離葉片的任何地 方。光纖的使用避免了葉片內(nèi)的設(shè)備導(dǎo)電，運會在不利的天氣條件下吸引雷電。
[0020] 在一些實施例中，步驟（a)包括分別從第一發(fā)送器和第二發(fā)送器發(fā)出出基本上相 同的第一光信號和第二光信號，該第一發(fā)送器和該第二發(fā)送器位于第一葉片的尖端附近， 并且被沿著第一葉片的弦向方向間隔開；并且步驟（C)包括計算第一葉片的尖端角度。在 當(dāng)前的上下文內(nèi)，基本上相同的光信號設(shè)及相干的并且基本上為單色的光信號。
[0021] 步驟化）可包括在第一接收器和第二接收器處接收發(fā)出的光信號，該第一接收器 和該第二接收器位于第二葉片的尖端附近，并且被沿著第二葉片的弦向方向間隔開；并且 步驟（C)包括計算第二葉片的尖端角度。優(yōu)選地，將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成基本上相同的 第一光信號和第二光信號。
[0022] 步驟（C)可包括確定第一光信號與第二光信號之間的光程差，并且使用該光程差 來計算該尖端角度。在第一信號與第二信號之間呈現(xiàn)出的光程差將導(dǎo)致干設(shè)信號，通過該 干設(shè)信號可W計算葉片尖端角度。
[0023] 步驟（a)可包括將發(fā)出的光信號的頻率從第一頻率連續(xù)地改變成第二頻率；并且 步驟化）可包括檢測當(dāng)使頻率在第一頻率與第二頻率之間變化時在第一光信號與第二光 信號之間出現(xiàn)的相長和相消干設(shè)所引起的閃爍的干設(shè)信號。隨后，基于在步驟化）中檢測 到的干設(shè)信號的特性，在步驟（C)中計算該葉片尖端角度。
[0024]步驟（C)可包括統(tǒng)計當(dāng)使頻率從第一頻率轉(zhuǎn)變成第二頻率時在干設(shè)信號中出現(xiàn) 的閃爍的次數(shù)，并且基于統(tǒng)計出的閃爍次數(shù)計算葉片尖端角度。每次閃爍均與干設(shè)信號的 幅度波峰相關(guān)聯(lián)。因此，能夠確定與使頻率從第一頻率改變成第二頻率相關(guān)聯(lián)的波周期數(shù) 的變化，通過該變化可W確定總光程差。運能夠計算出該葉片尖端角度。
[00巧]作為選擇，步驟（C)可包括確定干設(shè)信號的閃爍頻率，并且基于該閃爍頻率計算 該葉片尖端角度。
[00%] 在某些實施例中，步驟（a)包括從第一葉片朝向第二葉片發(fā)出光譜；步驟化）包括 在第二葉片處接收光譜的一個或多個頻率；W及步驟（C)包括基于檢測到的光的頻率計算 該尖端角度。相應(yīng)的頻率W從第一葉片朝向第二葉片空間移動的方式傳播開。優(yōu)選地，光 處于可見范圍中，并且不同的頻率為不同顏色的可見光。葉片之間的間隔距離越大，則頻率 的空間辨析度越高，運導(dǎo)致了更加精確的測量。運改善了對于不同光譜分量頻率和/或顏 色的檢測。
[0027] 步驟（a)可還包括通過采用棱鏡使得白色光折射來形成光譜。由于白色光的每個 分量均被折射不同的量，因此能夠基于檢測到的光的顏色來確定該葉片尖端角度，運是因 為運與該尖端角度成比例。
[0028] 在某些實施例中，該方法還包括：從被沿著第一葉片的長度間隔開的多個發(fā)送器 發(fā)出光；在第二葉片上的一個或多個接收器處接收來自運多個發(fā)送器的光；并且基于接收 到的光的特性來確定沿著第一葉片的扭曲和/或載荷。多個間隔開的發(fā)送器和/或接收器 的存在能夠根據(jù)葉片的長度確定葉片的獎距角。由于該獎距角會受到葉片扭曲和/或載荷 的影響，因此運使得葉片的扭曲和/或載荷在它沿著葉片的長度變化時被確定。該特征可 被用于診斷目的，并且用來確保該葉片在最佳載荷條件下操作，從而降低了結(jié)構(gòu)破裂的可 能性。
[0029] 來自每個發(fā)送器的光均由同一接收器或不同的接收器接收。
[0030] 優(yōu)選地，在來自多個發(fā)送器的光均由同一接收器接收的情況下，每個發(fā)送器均發(fā) 出具有不同于由其它發(fā)送器發(fā)出的頻率的獨特的頻率或獨特的頻率范圍的光；和/或每個 發(fā)送器均可W發(fā)出具有不同于由其它發(fā)送器發(fā)出的光的偏振的獨特的偏振的光。運提供了 一種用于在由沿著該葉片位于不同長度處的不同發(fā)送器發(fā)出的光之間進行區(qū)分的手段，從 而便于計算在沿著葉片的長度的特定位置處的葉片尖端角度。
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