檢測葉片結構異常的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明的實施例總體上涉及風力渦輪機葉片異常，并且更具體地涉及確定葉片的物理特性何時偏離葉片的預定特征。
【背景技術】
[0002]風力渦輪機通常位于偏遠地區(qū)以利用該地區(qū)普遍的天氣模式。在這些偏遠地區(qū)，風力渦輪機通常暴露于極端環(huán)境條件。這些極端環(huán)境條件包括但不限于極端溫度、雨、雪、冰、吹起的巖肩和洶涌的海浪。環(huán)境條件以及老化可能導致渦輪機的葉片中的結構故障，例如破裂、葉片的部分折斷或變形。
[0003]可以使用故障檢測系統以避免會使渦輪機不能運行的災難性故障(例如，葉片脫離并損壞風力渦輪機的其它部分)。如果檢測系統識別到結構故障，則可以改變渦輪機的運行模式以防止災難性故障。例如，可以將該渦輪機從公用電網移除，直到修好或更換破裂的葉片。

【發(fā)明內容】

[0004]本公開內容的實施例包括用于檢測風力渦輪機中的第一葉片中的異常的方法、系統和計算機程序產品。該方法、系統和計算機程序產品包括提供第一葉片的預定特征，其中該特征包括第一葉片的物理特性的至少一個值。該方法、系統和計算機程序產品包括基于更新的傳感器數據推導出第一葉片的物理特性的當前值。一旦基于第一誤差閾值確定物理特性的當前值偏離預定特征中的值，該方法、系統和計算機程序產品就將與第一葉片相關聯的第一測量值和與第二葉片相關聯的第二測量值進行比較。一旦基于第二誤差閾值確定第一測量值不同于第二測量值，該方法、系統和計算機程序產品就改變風力渦輪機的運行模式。
【附圖說明】
[0005]因此參考附圖可以獲得實現并能夠詳細理解上述方面的方式、上文簡要概括的本發(fā)明的實施例的更具體的描述。
[0006]然而，應該注意的是，附圖只示出了本發(fā)明的典型實施例，并且因此不被視為對本發(fā)明的范圍的限制，因為本發(fā)明可以允許其它同樣有效的實施例。
[0007]圖1示出了根據本文描述的一個實施例的風力渦輪發(fā)電機的示意圖。
[0008]圖2示出了根據本文描述的一個實施例的與渦輪機葉片相關聯的各種傳感器。
[0009]圖3示出了根據本文描述的一個實施例的檢測葉片異常的方法。
[0010]圖4示出了根據本文描述的一個實施例的用于檢測葉片異常的系統。
[0011]圖5A-5B示出了根據本文描述的實施例的產生用于比較渦輪機葉片的比較表。
[0012]圖6示出了根據本文描述的一個實施例的使用故障檢測技術的組合來檢測葉片異常的方法。
[0013]為便于理解，已經在可能的情況下使用相同的附圖標記來表示附圖中共同的相同要素?？梢灶A期，在不進行具體敘述的情況下，一個實施例中公開的要素可以有益地用在其它實施例上。
【具體實施方式】
[0014]在異常導致致使葉片不可修復或對風力渦輪機的其它部分造成損害的災難性故障之前檢測葉片中的諸如破裂、變形、碎片等的葉片異?；蚪Y構缺陷可能具有經濟和聲譽優(yōu)勢。一旦檢測到異常表現，控制系統就可以改變渦輪機的運行模式(例如，將渦輪機從公用電網解耦或停止轉子)。然后可以派遣技術人員到該渦輪機以評估并修理異常。
[0015]在一個實施例中，故障檢測系統為渦輪機上的每個葉片產生“指紋”。指紋可以是葉片的一組動態(tài)、諸如葉片的質量、應變比、阻尼比等的物理特性。故障檢測系統可以基于與葉片相關聯的制造商規(guī)范、在構造階段測量的動態(tài)特性、在試驗裝置中驗證葉片時所測量的動態(tài)特性、或這些技術的任何組合來為每個葉片產生指紋。當渦輪機運行時(例如，在公用電網上產生電力)，故障檢測系統接收用于推導葉片的當前特性的更新的傳感器信息。如果當前特性偏離葉片指紋中的特性，則系統將葉片識別為異常。在一個實施例中，可以利用額外的比較來驗證該異常的初始特征。例如，為了確認葉片確實表現異常(即，具有結構缺陷)，故障檢測系統可以將偏離指紋的葉片的特性與渦輪機上的另一個葉片的特性進行比較。將葉片彼此比較降低了短時環(huán)境條件導致葉片的當前物理特性偏離其指紋的風險。然而，如果葉片的當前特性不同于另一個葉片的特性，故障檢測系統則確認葉片具有異常并且改變渦輪機的運行模式，例如將渦輪機與公用電網斷開或停止轉子。
[0016]現在將對本發(fā)明進行更詳細的解釋。盡管本發(fā)明可能有各種修改和替代形式，但已經通過示例的方式公開了具體實施例。然而，應該理解的是，本發(fā)明并不是要限制于所公開的特定形式。相反，本發(fā)明將涵蓋落在由所附權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內的所有修改、等同物和替代物。
[0017]示例性風力渦輪發(fā)電機
[0018]圖1示出了水平軸風力渦輪發(fā)電機100的示意圖。風力渦輪發(fā)電機100通常包括塔架102以及位于塔架102的頂部的風力渦輪機艙104。風力渦輪機轉子106可以通過延伸到機艙104之外的低速軸而與機艙104連接。風力渦輪機轉子106包括安裝在公共輪轂110上的三個轉子葉片108，但是風力渦輪機轉子106可以包括任何適合數目的葉片，例如一個、兩個、四個、五個或更多葉片。葉片108(或翼部)通常具有氣動外形，其具有用于面對風的前緣112、在葉片108的弦的相對端處的后緣114、尖端116以及用于以任何適合的方式附接到輪轂110的根部118。
[0019]對于一些實施例，可以使用螺距軸承120將葉片108連接到輪轂110，使得每個葉片108可以繞其縱軸旋轉，以調整葉片的螺距?？梢酝ㄟ^例如連接在輪轂110與葉片108之間的線性驅動器或步進電機來控制葉片108的螺距角。
[0020]圖2示出了根據本文描述的一個實施例的與渦輪機葉片110相關聯的各種傳感器。葉片200包括擺振負載傳感器205A和205B以及揮舞負載傳感器210A和210B，擺振負載傳感器205A和205B測量葉片200在轉子平面中的旋轉方向上所產生的負載，揮舞負載傳感器210A和210B測量葉片200在垂直于轉子平面的方向上產生的負載。擺振傳感器和揮舞傳感器205和210可以采集不同方位角(即，轉子平面中的旋轉度)處的負載數據，以確定葉片200的物理特性，例如其質量或阻尼比。在一個實施例中，傳感器205和210位于葉片200與風力渦輪機轉子(未示出)之間的界面處。
[0021]葉片200還包括應變傳感器系統，其包括光纖電纜215和應變傳感器220A-220C。使用由光纖電纜215運載的光，應變傳感器220A-220C測量葉片200上的應變或撓度的量，即葉片200的結構彎曲或變形的程度。類似于由負載傳感器205和210測量的力，應變傳感器220A-220C可以測量葉片上的不同方位角處的應變，以確定葉片200的物理特性，例如葉片的應變比。在另一個實施例中，可以將測量不同力的其它傳感器放置在葉片200上或風力渦輪機中，以識別葉片的物理特性。此外，除了圖2中所描繪的傳感器之外，葉片200可以包括額外(或更少)的負載或應變傳感器205、210和220。
[0022]檢測葉片異常
[0023]圖3示出了根據本文描述的一個實施例的檢測葉片異常的方法300。在框305處，故障檢測系統可以為風力渦輪機中的每個葉片定義葉片指紋。指紋可以包括渦輪機的不同物理特性的分組，例如葉片的質量、應變比、阻尼比以及其它二階物理特性。在一個實施例中，物理特性為動態(tài)的并且可以在渦輪機運行期間改變。例如，如果撞落一塊葉片，則葉片質量改變，或者如果強風使葉片變形，則其應變比可能改變。在一個實施例中，可以從制造商規(guī)范推導出構成葉片的指紋的特性。例如，制造商可以指示保證渦輪機為十公斤上下的某一重量。在其它實施例中，可以通過在試驗裝置中或作為安裝渦輪機的構造階段的一部分對葉片執(zhí)行測試來確定該特性。例如，渦輪機的第一個百次旋轉(當渦輪機未被連接到公用電網時)可以用于從圖2所示的傳感器收集數據以形成葉片的指紋。在一個實施例中，故障檢測系統可以使用制造商規(guī)范和所測量的數據的組合來產生指紋。
[0024]在框310處，故障檢測系統可以接收用于渦輪機上的葉片的其中之一的更新的傳感器數據。傳感器數據可以包括例如葉片的當前應變或葉片的擺振和揮舞力矩(N/m)。在一個實施例中，故障檢測系統可以使用傳感器數據來推導與葉片相關聯的更新的物理特性。
[0025]例如，可以在葉片位于渦輪機塔架的前面