[发明专利]用于监测涡轮机叶片的系统和方法

说明书

技术领域

本发明所公开的实施例总体上涉及监测系统，并且更具体地涉及用于监测涡轮机叶片上的机械应力的系统。

背景技术

风力涡轮机对于可再生能源正变得越来越重要。风力涡轮机将风能转换成电能。吹过叶片的风导致叶片产生“升力”并且因此围绕轴旋转。轴驱动产生电能的发电机。在正常操作条件下，叶片可能由于变化的风况而暴露于较大的并且可变的空气动力负荷。此外，风力涡轮机也暴露于不可预测的恶劣天气条件。该问题对于离岸风力电厂加剧。现代风力涡轮机安装有超速保护机构，例如空气动力制动叶片和摩擦制动器，从而保护风力涡轮机免于受到高风速而损坏。然而，风力涡轮机的正常操作使风力涡轮机叶片受到机械应力，导致叶片扭转、在叶片尖端处摇摆或在旋转平面中弯曲。该机械应力可能导致叶片形成裂缝。这样的裂缝如果未及时被监测到，可能导致灾难性的风力涡轮机故障。

该问题部分地由叶片监测系统减轻，所述叶片监测系统提供风力涡轮机预后数据，并且有助于监测即将发生的叶片故障。一些已知的叶片监测系统使用安装在风力涡轮机的叶片上的传感器来监测机械应力。例如，振动传感器大体上安装在风力涡轮机的叶片的外部以用于测量发生在叶片上的振动。然而，这样的传感器受到可能缩短传感器的寿命的恶劣天气条件，例如高风速、降雨、雪、冰雹等。所以，外侧传感器系统为了可靠的操作可能需要经常维护。在另一方面，内侧传感器系统可能难以安装和维护。

所以，需要一种风力涡轮机监测系统，其克服与已知方案关联的这些和其它问题。

发明内容

一种系统包括铁磁叶片安装件、磁性传感器和处理器。所述铁磁叶片安装件包括磁编码区域。所述磁性传感器被配置成测量与所述磁编码区域相关的磁通量。所述处理器与所述磁性传感器可通信地联接以至少部分地基于测得磁通量计算叶片健康指标。

一种系统包括磁编码铁磁元件、磁性传感器和处理器。所述磁编码铁磁元件固定地联接到叶片安装件。所述磁性传感器被配置成测量与所述磁编码铁磁元件相关的磁通量。所述处理器与所述磁性传感器可通信地联接以至少部分地基于测得磁通量计算叶片健康指标。

一种方法包括对铁磁叶片安装件的至少一个区域进行磁编码。所述方法还包括测量与每个磁编码区域相关的磁通量。所述方法也包括至少部分地基于测得磁通量计算叶片健康指标。

附图说明

图1示出了根据一个实施例的风力涡轮机的示例性叶片组件；

图2示出了根据一个实施例的用于监测涡轮机叶片的示例性传感器组件；

图3示出了根据另一个实施例的用于监测涡轮机叶片的示例性传感器组件；

图4示出了根据又一个实施例的用于监测涡轮机叶片的示例性传感器组件；

图5示出了根据一个实施例的用于对叶片安装件的区域进行磁编码的导体组件；

图6是根据一个实施例的示例性叶片监测系统的简化框图；

图7是根据一个实施例的用于叶片健康监测系统中的处理器的简化框图；以及

图8是根据一个实施例的用于叶片健康监测的示例性过程的流程图。

具体实施方式

本发明所公开的实施例描述了用于监测涡轮机叶片的健康的方法和系统。所述方法基于发生在涡轮机叶片毂或转子中的应力的向量分量的磁致伸缩测量。尽管结合风力涡轮机描述了本发明所公开的实施例，但是也可以预见实施例应用于其它类型的流体涡轮机，例如但不限于燃气涡轮机和水力涡轮机。

图1示出了根据一个实施例的示例性风力涡轮机。风力涡轮机包括叶片组件100，所述叶片组件将风能转换成旋转能量以运转发电机。叶片组件100包括叶片毂110。叶片毂110可以包括一种或多种铁磁材料，例如但不限于铁、镍、钴、它们的合金等。备选地，叶片毂110可以包括轻质结构材料，例如但不限于铝、碳纤维、玻璃纤维、复合材料等。叶片毂110可以被成形为加强风力涡轮机的空气动力学性质。备选地，叶片毂110可以被成形为优化结构强度，并且包括安装到叶片毂110上的附加空气动力流线体。叶片毂110附连到发电机的轴。叶片毂110包括一个或多个叶片安装环120。叶片安装环120的数量取决于风力涡轮机的叶片的数量。典型地，风力涡轮机包括三叶片设计，因此需要三个叶片安装环120。叶片安装环120能够将叶片130安装到叶片毂110。

叶片安装环120可以是叶片130的变桨控制机构的一部分。变桨控制机构可以用于变桨控制风力涡轮机以控制叶片的桨距，并且因此改变叶片130生成的“升力”量。叶片安装环120也包括变桨控制齿轮(未显示)。