检测叶片结构异常的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施例总体上涉及风力涡轮机叶片异常，并且更具体地涉及确定叶片的物理特性何时偏离叶片的预定特征。
【背景技术】
[0002]风力涡轮机通常位于偏远地区以利用该地区普遍的天气模式。在这些偏远地区，风力涡轮机通常暴露于极端环境条件。这些极端环境条件包括但不限于极端温度、雨、雪、冰、吹起的岩肩和汹涌的海浪。环境条件以及老化可能导致涡轮机的叶片中的结构故障，例如破裂、叶片的部分折断或变形。
[0003]可以使用故障检测系统以避免会使涡轮机不能运行的灾难性故障(例如，叶片脱离并损坏风力涡轮机的其它部分)。如果检测系统识别到结构故障，则可以改变涡轮机的运行模式以防止灾难性故障。例如，可以将该涡轮机从公用电网移除，直到修好或更换破裂的叶片。
【发明内容】
[0004]本公开内容的实施例包括用于检测风力涡轮机中的第一叶片中的异常的方法、系统和计算机程序产品。该方法、系统和计算机程序产品包括提供第一叶片的预定特征，其中该特征包括第一叶片的物理特性的至少一个值。该方法、系统和计算机程序产品包括基于更新的传感器数据推导出第一叶片的物理特性的当前值。一旦基于第一误差阈值确定物理特性的当前值偏离预定特征中的值，该方法、系统和计算机程序产品就将与第一叶片相关联的第一测量值和与第二叶片相关联的第二测量值进行比较。一旦基于第二误差阈值确定第一测量值不同于第二测量值，该方法、系统和计算机程序产品就改变风力涡轮机的运行模式。
【附图说明】
[0005]因此参考附图可以获得实现并能够详细理解上述方面的方式、上文简要概括的本发明的实施例的更具体的描述。
[0006]然而，应该注意的是，附图只示出了本发明的典型实施例，并且因此不被视为对本发明的范围的限制，因为本发明可以允许其它同样有效的实施例。
[0007]图1示出了根据本文描述的一个实施例的风力涡轮发电机的示意图。
[0008]图2示出了根据本文描述的一个实施例的与涡轮机叶片相关联的各种传感器。
[0009]图3示出了根据本文描述的一个实施例的检测叶片异常的方法。
[0010]图4示出了根据本文描述的一个实施例的用于检测叶片异常的系统。
[0011]图5A-5B示出了根据本文描述的实施例的产生用于比较涡轮机叶片的比较表。
[0012]图6示出了根据本文描述的一个实施例的使用故障检测技术的组合来检测叶片异常的方法。
[0013]为便于理解，已经在可能的情况下使用相同的附图标记来表示附图中共同的相同要素。可以预期，在不进行具体叙述的情况下，一个实施例中公开的要素可以有益地用在其它实施例上。
【具体实施方式】
[0014]在异常导致致使叶片不可修复或对风力涡轮机的其它部分造成损害的灾难性故障之前检测叶片中的诸如破裂、变形、碎片等的叶片异常或结构缺陷可能具有经济和声誉优势。一旦检测到异常表现，控制系统就可以改变涡轮机的运行模式(例如，将涡轮机从公用电网解耦或停止转子)。然后可以派遣技术人员到该涡轮机以评估并修理异常。
[0015]在一个实施例中，故障检测系统为涡轮机上的每个叶片产生“指纹”。指纹可以是叶片的一组动态、诸如叶片的质量、应变比、阻尼比等的物理特性。故障检测系统可以基于与叶片相关联的制造商规范、在构造阶段测量的动态特性、在试验装置中验证叶片时所测量的动态特性、或这些技术的任何组合来为每个叶片产生指纹。当涡轮机运行时(例如，在公用电网上产生电力)，故障检测系统接收用于推导叶片的当前特性的更新的传感器信息。如果当前特性偏离叶片指纹中的特性，则系统将叶片识别为异常。在一个实施例中，可以利用额外的比较来验证该异常的初始特征。例如，为了确认叶片确实表现异常(即，具有结构缺陷)，故障检测系统可以将偏离指纹的叶片的特性与涡轮机上的另一个叶片的特性进行比较。将叶片彼此比较降低了短时环境条件导致叶片的当前物理特性偏离其指纹的风险。然而，如果叶片的当前特性不同于另一个叶片的特性，故障检测系统则确认叶片具有异常并且改变涡轮机的运行模式，例如将涡轮机与公用电网断开或停止转子。
[0016]现在将对本发明进行更详细的解释。尽管本发明可能有各种修改和替代形式，但已经通过示例的方式公开了具体实施例。然而，应该理解的是，本发明并不是要限制于所公开的特定形式。相反，本发明将涵盖落在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。
[0017]示例性风力涡轮发电机
[0018]图1示出了水平轴风力涡轮发电机100的示意图。风力涡轮发电机100通常包括塔架102以及位于塔架102的顶部的风力涡轮机舱104。风力涡轮机转子106可以通过延伸到机舱104之外的低速轴而与机舱104连接。风力涡轮机转子106包括安装在公共轮毂110上的三个转子叶片108，但是风力涡轮机转子106可以包括任何适合数目的叶片，例如一个、两个、四个、五个或更多叶片。叶片108(或翼部)通常具有气动外形，其具有用于面对风的前缘112、在叶片108的弦的相对端处的后缘114、尖端116以及用于以任何适合的方式附接到轮毂110的根部118。
[0019]对于一些实施例，可以使用螺距轴承120将叶片108连接到轮毂110，使得每个叶片108可以绕其纵轴旋转，以调整叶片的螺距。可以通过例如连接在轮毂110与叶片108之间的线性驱动器或步进电机来控制叶片108的螺距角。
[0020]图2示出了根据本文描述的一个实施例的与涡轮机叶片110相关联的各种传感器。叶片200包括摆振负载传感器205A和205B以及挥舞负载传感器210A和210B，摆振负载传感器205A和205B测量叶片200在转子平面中的旋转方向上所产生的负载，挥舞负载传感器210A和210B测量叶片200在垂直于转子平面的方向上产生的负载。摆振传感器和挥舞传感器205和210可以采集不同方位角(即，转子平面中的旋转度)处的负载数据，以确定叶片200的物理特性，例如其质量或阻尼比。在一个实施例中，传感器205和210位于叶片200与风力涡轮机转子(未示出)之间的界面处。
[0021]叶片200还包括应变传感器系统，其包括光纤电缆215和应变传感器220A-220C。使用由光纤电缆215运载的光，应变传感器220A-220C测量叶片200上的应变或挠度的量，即叶片200的结构弯曲或变形的程度。类似于由负载传感器205和210测量的力，应变传感器220A-220C可以测量叶片上的不同方位角处的应变，以确定叶片200的物理特性，例如叶片的应变比。在另一个实施例中，可以将测量不同力的其它传感器放置在叶片200上或风力涡轮机中，以识别叶片的物理特性。此外，除了图2中所描绘的传感器之外，叶片200可以包括额外(或更少)的负载或应变传感器205、210和220。
[0022]检测叶片异常
[0023]图3示出了根据本文描述的一个实施例的检测叶片异常的方法300。在框305处，故障检测系统可以为风力涡轮机中的每个叶片定义叶片指纹。指纹可以包括涡轮机的不同物理特性的分组，例如叶片的质量、应变比、阻尼比以及其它二阶物理特性。在一个实施例中，物理特性为动态的并且可以在涡轮机运行期间改变。例如，如果撞落一块叶片，则叶片质量改变，或者如果强风使叶片变形，则其应变比可能改变。在一个实施例中，可以从制造商规范推导出构成叶片的指纹的特性。例如，制造商可以指示保证涡轮机为十公斤上下的某一重量。在其它实施例中，可以通过在试验装置中或作为安装涡轮机的构造阶段的一部分对叶片执行测试来确定该特性。例如，涡轮机的第一个百次旋转(当涡轮机未被连接到公用电网时)可以用于从图2所示的传感器收集数据以形成叶片的指纹。在一个实施例中，故障检测系统可以使用制造商规范和所测量的数据的组合来产生指纹。
[0024]在框310处，故障检测系统可以接收用于涡轮机上的叶片的其中之一的更新的传感器数据。传感器数据可以包括例如叶片的当前应变或叶片的摆振和挥舞力矩(N/m)。在一个实施例中，故障检测系统可以使用传感器数据来推导与叶片相关联的更新的物理特性。
[0025]例如，可以在叶片位于涡轮机塔架的前面