[发明专利]用于识别转子叶片撞击风力涡轮机的塔架时塔架撞击可能性的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机以及特别涉及一种用于识别塔架撞击可能性的系统和方法。

背景技术

风力涡轮机转子叶片撞击风力涡轮机塔架的危险，通常被称为塔架撞击，已经长时间在风力涡轮机工业引起极大关注。由于转子叶片长度增加以及变得更加柔性，因此塔架撞击的风险增加。当前风力涡轮机转子叶片可伸长超过60米。塔架撞击会导致风力涡轮机转子的严重损坏甚至会破坏掉。

很多已有系统试图识别出塔架撞击的可能性，从而使得如果塔架撞击很有可能出现的话，那么可以采取规避动作从而避免威胁，例如通过调节叶片的桨距来降低叶片上的负载并因此降低叶片偏转或者弯曲度的大小。在极端情况下，风力涡轮机可被关闭直到威胁消除。

一种常见的识别塔架撞击可能性的方法是测量转子叶片的弯曲度或者偏转，以及使用这些测量值来估计转子叶片与塔架之间的距离或者间隙。如果确定出转子叶片与塔架之间的距离将会落入预定最小数值以下的话，那么将会采取规避动作来降低叶片上的负载。US2006/0000269中描述了一种这样的方法。在这个系统中，转子叶片的偏转通过提供杆或者梁来进行测量，所述杆或者梁的一端连接到转子叶片并且向着根部端部。机毂自由端部的偏转通过传感器测量。

一种替换性方法是测量叶片与塔架之间的物理距离。例如，如US2010/084864中所述，激光系统可被设置在塔架、叶片尖端或者机毂上，其直接地测量叶片与塔架之间的距离。这种光学方案的一个问题是系统受到失效。风力涡轮机通常竖立在恶劣的、难以接近的环境中，在此它们暴露在雨中、灰尘以及结冰情况，由此会损坏系统。

修理或者更换系统可能非常困难以及耗时。如果风力涡轮机必须关闭直到系统被修理，那么失效的代价会很高。

发明内容

本发明目标是提供一种用于识别塔架撞击的可能性的改进的系统和方法。

根据本发明，提供一种风力涡轮机，其包括至少一个转子叶片和塔架，用于感测转子叶片弯曲度的装置，用于感测塔架弯曲度的装置，以及用于使用感测出的叶片和塔架弯曲度来确定出叶片与塔架之间的距离是否将在预定最小数值以下的处理器。

通过使用感测出的叶片弯曲度和塔架弯曲度来确定出叶片与塔架之间的距离是否将在预定最小数值以下，相比仅仅考虑叶片弯曲度的系统，本发明使得塔架撞击的可能性能够被更精确地识别。这种已知的系统假定塔架相对刚性以及由此是静止的。然而，发明人预见到并非一直这样。由于本发明使得塔架撞击的可能性能够被更精确地识别，所以预定最小数值可被选择出来从而相比已知系统而言能够包括更小的安全裕度。由此有利地，风力涡轮机可以在更多时间内更接近最大功率输出地进行操作。

此外，风力涡轮机塔架非常大，通常是金属结构，长度常常在100米以上。由于风力涡轮机塔架变得更高，因此它们变得更加柔性。长期以来，风力涡轮机工业期望降低塔架中所用金属的数量。降低金属的数量将会使得风力涡轮机更轻，以及由此更易于运输，以及更低廉。然而，降低塔架中金属数量以及由此使得塔架更加柔性是一种制约因素，这会增加塔架撞击的风险。通过使用感测出的塔架以及叶片弯曲度来确定出叶片与塔架之间的距离是否将在预定最小数值以下，本发明使得塔架能够以更少金属制成，以及由此更加柔性，但是不会危害到安全性。

测量叶片与塔架之间物理距离的已知系统本质上考虑塔架弯曲度以及叶片弯曲度。但是，除了上面指出的问题之外，这种系统的一个问题在于它们仅仅获得叶片与塔架之间的瞬时距离以及由此提供塔架撞击的短暂警报。为了更有效，必须提前识别出危险从而为规避动作赢得时间。例如，调节叶片桨距会花费半秒。与此相反，本发明的系统使得塔架撞击的可能性能够充分地提前预测出来，从而能够采取规避动作。

在本发明的优选实施例中，用于感测转子叶片和塔架弯曲度的装置包括设置在叶片和塔架处的传感器，用于输出指示叶片和塔架弯曲度的信号；以及分析器，其被配置成基于所述信号来确定出叶片和塔架弯曲度的测量值。

优选地，用于输出指示叶片弯曲度信号的传感器被设置成测量叶片尖端区域的弯曲度。这是特别有利的，原因是由于风力涡轮机转子叶片尖端的柔性，叶片尖端通常但是并非一直是叶片中最可能首先撞击塔架的部分。即便在叶片所形成角度远离塔架的风力涡轮机设计中，这也是常见的情形。