CN102445339A - 用于检测和控制转子叶片偏转的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于检测和控制转子叶片偏转的系统及方法。具体而言，公开了一种用于检测联接到风力涡轮机转子桨毂上的转子叶片的偏转的系统。一般而言，该系统包括大致邻近转子叶片的末梢至少部分地延伸的线缆。线缆可包括紧固到转子叶片或桨毂上的第一端部和联接到张紧装置上的第二端部。线缆还可在其端部之间附接到转子叶片的至少一个内壁上，以便线缆在叶片偏转时相对于转子叶片移位。张紧装置可紧固到转子叶片或桨毂上，且可构造成用以在线缆内保持预定张力。此外，传感器可联接到线缆或张紧装置中的至少一个上，且可构造成用以测量线缆的位移。

Description

用于检测和控制转子叶片偏转的系统及方法

技术领域

本主题主要涉及风力涡轮机，并且具体涉及转子叶片的偏转。更具体而言，本主题涉及一种用于在风力涡轮机操作期间检测和控制转子叶片偏转的系统及方法。

背景技术

风力被认为是目前可用的最清洁、对环境最为友好的能源之一，而鉴于此，风力涡轮机获得了日益增加的关注。现代的风力涡轮机通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱以及一个或多个转子叶片。转子叶片使用公知的翼片原理从风中捕集动能，且通过旋转能来传递动能以使轴转动，该轴将转子叶片联接到齿轮箱上，或如果未使用齿轮箱则将转子叶片直接联接到发电机上。发电机然后将机械能转换成可调度到公用电网的电能。

为了确保风力仍为可行的能源，已经做出了一些努力以通过改变风力涡轮机的尺寸和能力来增大能量输出。一种这样的改变为增大转子叶片的长度。然而，转子叶片的偏转幅度通常随着叶片长度以及风速、涡轮操作状态和叶片刚度的变化而改变。因此，较长的转子叶片通常会受到增大的偏转力和负载，尤其是在风力涡轮机于高速风况下操作时。这种增大的负载不但在转子叶片和其它风力涡轮机构件上产生疲劳，而且还会增大转子叶片撞击塔架的风险。塔架撞击可显著地破坏转子叶片和塔架，且在一些情况下，甚至可使整个风力涡轮机坍塌。因此，塔架撞击可导致相当长的停机时间以修理或更换受损的构件。

因此，需要一种用于检测和控制转子叶片偏转的系统及方法。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下说明中部分地阐述，或可根据该说明而变得清楚，或可通过实施本发明而懂得。

一方面，本主题包括一种用于检测联接到风力涡轮机转子桨毂上的转子叶片的偏转的系统。一般而言，该系统包括大致邻近转子叶片末梢至少部分地延伸的线缆。线缆可包括固定到转子叶片或桨毂上的第一端部以及联接到张紧装置上的第二端部。线缆还可在其第一端部与第二端部之间附接到转子叶片的至少一个内壁上，以便线缆在叶片偏转时相对于转子叶片移位。张紧装置也可紧固到转子叶片或桨毂上，且可构造成用以在线缆内保持预定的张力。此外，传感器可联接到线缆或张紧装置中的至少一个上，且可构造成用以测量线缆的位移。

另一方面，本主题包括一种用于检测和控制风力涡轮机转子叶片的偏转的方法。该方法可大体包括在转子叶片偏转时测量可动地附接到转子叶片内壁上的至少一条线缆的位移、分析位移测量结果用以确定转子叶片的操作参数，以及当转子叶片的操作参数超过预定的基准点时执行校正动作。

参照以下说明和所附权利要求，本发明的这些及其它特征、方面和优点将会得到更好理解。并入本说明书且构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，且结合说明一起用于阐述本发明的原理。

附图说明

在参照附图的说明书中，针对本领域的普通技术人员阐明了本发明包括其最佳模式的完整和能够实现的公开内容，在附图中：

图1示出了风力涡轮机的透视图；

图2示出了转子叶片的透视图；

图3示出了转子叶片的截面边视图，具体地示出了转子叶片处于中性状态或非偏转状态下，该转子叶片具有根据本主题的方面的安装于其中的用于检测转子叶片偏转的系统的实施例；

图4示出了包括图3中所绘的系统的实施例的转子叶片的截面边视图，具体地示出了转子叶片处于偏转状态下；

图5示出了转子叶片的截面边视图，具体地示出了转子叶片处于偏转状态下，该转子叶片具有根据本主题的方面的安装于其中的用于检测转子叶片偏转的系统的另一实施例；

图6示出了转子叶片的截面边视图，具体地示出了转子叶片处于偏转状态下，该转子叶片具有根据本主题的方面的安装于其中的用于检测转子叶片偏转的系统的又一实施例；

图7示出了根据本主题的方面的包括附接到其上的多条线缆的转子叶片的截面视图；以及，

图8示出了根据本主题的方面的用于检测和控制转子叶片偏转的方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

现将详细地参照本发明的实施例，其中的一个或多个实例在附图中示出。各实例均通过描述本发明的方式提供，而并非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行各种修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一实施例来使用，以产生又一实施例。因此，期望的是，本发明涵盖归入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变型。

参看附图，图1示出了风力涡轮机10的透视图。如图所示，风力涡轮机10为水平轴式风力涡轮机。然而，应当认识到的是，风力涡轮机10可为垂直轴式风力涡轮机。在所示的实施例中，风力涡轮机10包括从支承表面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16，以及联接到机舱16上的转子18。转子18包括可旋转的桨毂20，以及联接到桨毂20上且从桨毂20向外延伸的至少一个转子叶片22。如图所示，转子18包括三个转子叶片22。然而，在备选实施例中，转子18可包括多于或少于三个的转子叶片22。此外，在所示的实施例中，塔架12由管状钢制成，以便在支承表面14与机舱16之间限定腔体(未示出)。在备选实施例中，塔架12可为具有任何适合高度的任何适合类型的塔架。

转子叶片22通常可具有使风力涡轮机10能够起到如本文所述的作用的任何适合的长度。例如，在一个实施例中，转子叶片22可具有范围从大约15米(m)至大约91m的长度。然而，叶片长度的其它非限制性实例可包括10m或更短、20m、37m，或大于91m的长度。此外，转子叶片22可围绕桨毂20间隔开以促进旋转转子18，使得来自风中的动能能够转化成可用的机械能，且随后转化成电能。具体而言，桨毂20可旋转地联接到位于机舱16内的发电机(未示出)上，以容许产生电能。此外，转子叶片22可通过在多个负载传递区域26处将叶片根部24联接到桨毂20上而与桨毂20配合。因此，对转子叶片22造成的任何负载均经由负载传递区域26传递至桨毂20。

如在示出的实施例中所示，风力涡轮机还可包括集中在机舱16内的涡轮控制系统或涡轮控制器36。然而，应当认识到的是，控制器36可设置在风力涡轮机10上或风力涡轮机10中的任何位置处，支承表面14上的任何位置处，或大致在任何其它位置处。控制器36可包括构造成用以执行本文所述的方法、步骤、操作、计算等的适合的处理器和/或其它处理功能性。例如，在一个实施例中，控制器36可构造为计算机或其它中央处理单元。然而，应当认识到的是，如本文所用，用语″处理器″不必限于本领域中认作是包括在计算机中的集成电路，而是广泛地指代控制器、微控制器、微型计算机、可编程序逻辑控制器(PLC)、专用集成电路，以及其它可编程电路。应理解的是，涡轮控制器36还可包括存储器，该存储器包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如，闪速存储器)、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能光盘(DVD)和/或其它适合的存储元件。这些存储器可构造成用以储存适合的计算机可读指令，这些指令在由控制器的处理器执行时，配置控制器用以执行各种不同的计算和分析，和/或配置控制器用以执行风力涡轮机的控制命令，如校正动作等。此外，控制器36还可包括各种输入/输出通道和/或装置，用于从传感器和其它测量装置接收输入以及用于将控制信号发送给风力涡轮机的各种构件。

通过执行风力涡轮机控制命令，控制器36通常可构造成用以控制风力涡轮机10的各种操作模式(例如，启动或停机序列)。控制器36还可构造成用以控制各转子叶片22的叶片桨距或桨距角(即，确定转子叶片22相对于风向28的投影的角)，以便通过调整至少一个转子叶片22相对风的角位置来控制由风力涡轮机10产生的负载和功率。例如，控制器36可通过将适合的控制信号传输至桨距驱动件或桨距调整系统32来单独地或同时地控制转子叶片22的桨距角。具体而言，转子叶片22可通过一个或多个桨距轴承(未示出)可旋转地安装到桨毂20上，以便可通过使用桨距调整系统32使转子叶片22沿其纵轴线34旋转来调整桨距角。此外，当风向28变化时，控制器36可构造成用以围绕偏航轴线38控制机舱16的偏航方向，以便相对于风向28来定位转子叶片22。例如，控制器36可构造成用以将控制信号传输至机舱16的偏航驱动机构(未示出)，使得机舱16可围绕偏航轴线38旋转。

在风力涡轮机10操作期间，风从方向28撞击转子叶片22，这导致转子18围绕旋转轴线30旋转。当转子叶片22旋转且经受离心力时，转子叶片22还经受各种力和弯曲力矩。因此，转子叶片22可从中性位置或非偏转位置偏转至偏转位置。例如，如图1中所示，当叶片22处于非偏转位置时，非偏转叶片间隙40代表转子叶片22与塔架12之间的距离。然而，作用在转子叶片22上的力和弯曲力矩可导致叶片22朝向塔架12偏转，从而减小了总体叶片间隙40。当空气动力负载增大时，过大的力和弯曲力矩可导致一个或多个转子叶片22撞击塔架12，从而导致明显的破坏和停机时间。然而，即使没有塔架撞击，过大的负载和弯曲力矩也可导致转子叶片22和其它风力涡轮机构件上的显著疲劳。

现参看图2，示出了转子叶片22的透视图。如图所示，转子叶片22包括用于将转子叶片22安装到桨毂20(图1)上的根部24。转子叶片22还包括设置成与根部24相对的叶片末梢42。叶片本体或壳体44大致沿纵轴线46在根部24与叶片末梢42之间延伸，且限定转子叶片22的前缘48和后缘50。此外，如通常理解到的那样，转子叶片22可包括迎风侧或高压力侧52，以及背风侧或低吸入侧54。

现参看图3至图7，根据本主题的方面示出了用于检测转子叶片的叶片偏转的系统的各种实施例。一般而言，该系统可包括至少一条线缆，该线缆在转子叶片内至少部分地延伸，且具有直接或间接地紧固到风力涡轮机转子的一部分(如桨毂的一部分或转子叶片的一部分)上的端部。该系统还可包括紧固到风力涡轮机转子的一部分上的张紧装置。张紧装置通常可构造成用以在线缆内保持预定的张力。此外，该系统还可包括传感器，该传感器构造成用以在转子叶片偏转时测量线缆的位移。

具体参看图3和图4，示出了用于检测安装到风力涡轮机转子18(图1)的桨毂20上的转子叶片22的偏转的系统300的一个实施例。具体而言，图3示出了在系统300安装于其中的情况下处于中性状态或非偏转状态的转子叶片22的截面边视图。类似的是，图4示出了在系统300安装于其中的情况下处于偏转状态的转子叶片22的截面边视图。

如图3和图4中所示，在一个实施例中，所示的系统300可包括设置在转子叶片22的压力侧52上的第一线缆302，以及设置在转子叶片22的吸入侧54上的第二线缆304。线缆302，304通常可包括构造成起到如本文所述的作用的本领域中公知的任何适合的线缆、绳束和/或线材。例如，在一个实施例中，线缆302，304可包括多种不同金属线缆中的一种，如不锈钢线缆或包覆钢线缆(例如，包覆有尼龙的不锈钢线缆)。作为备选，线缆302，304可包括聚合物线缆或热塑性线缆。在甚至还有的实施例中，线缆302，304可包括纤维增强的线缆，如碳增强的聚合物线缆。

线缆302，304中的各个均可包括第一端部306，307和第二端部308，309。各线缆302，304的第一端部306，307通常可在大致邻近叶片22末梢42的位置处固定或紧固到转子叶片22上。因此，当叶片末梢42关于转子叶片22的非偏转的纵轴线46偏转时，端部306，307可对应地移位。因此，如图3和图4中所示，各线缆302，304的第一端部306，307可大致邻近叶片末梢42而紧固到转子叶片22内壁310，312上。应认识到的是，尽管端部306，307示为在不同位置(例如，在压力侧52的内壁310和吸入侧54的内壁312上)处紧固到转子叶片22上，但第一端部306，307也可在大致相同的位置(如直接在末梢42)处紧固到转子叶片22上。此外，在备选实施例中，线缆302，304可在大致邻近末梢42的一个或多个位置处延伸穿过转子叶片22，以便端部306，307可紧固到转子叶片22的外部上。此种实施例可能是期望的，用以容许从转子叶片22外侧的位置上调整线缆302，304中的各个的张力。此外，应认识到的是，第一端部306，307可使用任何适合的方式紧固到转子叶片22上，如通过使用夹紧机构、卡夹或本领域中普遍公知的任何其它紧固件。

仍参看图3和图4，线缆302，304的第二端部308，309通常可联接到张紧装置314上，该张紧装置314构造成用以当转子叶片22在风力涡轮机操作期间偏转时，在线缆302，304内保持大致相同量的张力。一般而言，张紧装置314可紧固到风力涡轮机转子18(图1)的任何部分上。例如，如图3和图4中所示，各张紧装置314均可在大致邻近叶片22根部24如大致邻近桨距轴承(未示出)的位置处紧固到转子叶片22上。作为备选，如图5中所示，张紧装置508可紧固到桨毂20的一部分上，如叶片进入门(未示出)上或邻近叶片进入门，或在桨毂20内的任何其它适合的位置处。

一般而言，张紧装置314可包括本领域中所公知的构造成用以在线缆、线材、绳束或任何其它伸长的张力传递部件的端部之间保持预定张力的任何适合的装置。在一个实施例中，张紧装置314可构造成用以在线缆302，304内保持预定的最小张力，使得线缆的位移可提供对转子叶片偏转的准确表现。在各种实施例中，张紧装置314可包括利用拉线机械或类似技术的装置或机构，以便在所附接的线缆内保持张力。因此，适合的张紧装置314可包括拉线装置、弹簧加载的线缆张紧器，以及本领域中公知的任何其它自动卷绕机构。例如，在具体的实施例中，各张紧装置314均可包括弹簧加载的卷筒(drum)或卷轴(spool)，各线缆302，304的第二端部308，309可围绕该卷筒或卷轴卷绕。因此，当转子叶片22末梢42的偏转引起各线缆302，304的第一端部306，307关于张紧装置314移位时，张紧装置314可构造成使得各线缆302，304的一部分围绕弹簧加载的卷筒或卷轴卷绕或从弹簧加载的卷筒或卷轴上展开，以便在线缆302，304内保持张力。因此，张紧装置314通常可容许各线缆302，304的在第一端部306，307与张紧装置314之间延伸的部分当转子叶片22偏转时延长/缩短或以其它方式移位。

线缆302，304还可在第一端部306，307与第二端部308，309之间附接成大致邻近转子叶片22的内壁310，312，使得线缆302，304可动或可关于转子叶片22以其它方式移位。因此，如图3和图4中所示，第一线缆302可动地附接到转子叶片22的压力侧52的内壁310上，而第二线缆304可动地附接到转子叶片22的吸入侧54的内壁312上。应认识到的是，通过大致邻近内壁310，312可动地附接线缆302，304，线缆302，304的位移通常可构成在风力涡轮机操作期间发生的转子叶片22的叶片偏转程度的相对准确的表现。

为了容许线缆302，304的这种附接，应认识到的是，本主题的系统可包括用于将线缆302，304附接到转子叶片22的内壁310，312上的器件。一般而言，用于附接线缆302，304的器件可包括在转子叶片22偏转时容许线缆302，304关于转子叶片22滑动、移动和/或以其它方式移位的任何公知的安装装置和/或安装构造。因此，如在图3和图4中示出的实施例中所示，用于附接线缆302，304的器件可包括紧固到内壁310，312上的多个引导支承件316，这些引导支承件316构造成用以在沿壁310，312的各个位置处支承线缆302，304。例如，适合的引导支承件316可包括引导环、滑轮、孔环、挂钩、支架以及构造成用以沿内壁310，312支承线缆302，304且还容许线缆302，304关于转子叶片22移位的任何其它适合的安装装置。作为备选，用于附接线缆302，304的器件可包括构造成大致邻近内壁310，312沿特定长度支承线缆302，304的一个或多个伸长的线缆支承件510(图5)。此种伸长的线缆支承件510通常可包括具有线缆302，304可插入其中且可动地支承于其中的沿纵向限定的开口、通道、凹口或类似开孔的任何伸长部件。例如，在多个实施例中，适合的伸长线缆支承件510可包括沿内壁310，312长度紧固的管子、导管和/或线缆引导件。在另一实施例中，用于附接线缆302，304的器件可包括限定在转子叶片22自身中的一个或多个通道，线缆302，304可插入该通道中且可动地支承于其中。本领域普通技术人员应当清楚可用来将线缆302，304可动地附接到转子叶片22内壁310，312上的各种其它适合的安装装置和/或构造。

仍参看图3和图4，系统300还可包括一个或多个传感器318，该传感器318构造成用以在转子叶片22偏转时测量各线缆302，304的位移。传感器318通常可包括本领域中公知的用于直接或间接地测量目标的线性位移的长度计或任何其它传感器。因此，在多个实施例中，在本主题的范围内使用的适合的传感器318可包括位移计、线性编码器、弦线电位(string pot)传感器、拉线传感器、yoyo电位(yoyo pot)传感器、线性电位计以及线性长度传感器。所公开的传感器318还可构造成用以将引入的任何测量结果转换成电子信号，该电子信号可通过任何适合的有线或无线连接传输至风力涡轮机的控制器36(图1)上，使得可分析该测量结果以便确定转子叶片偏转，这将在下文中更为详细地描述。

为了便于测量线缆的位移，应认识到的是，在多个实施例中，传感器318可联接到线缆302，304和/或张紧装置314上。例如，如图3和图4中所示，在张紧装置314构造为拉线装置或任何其它自动卷绕机构的实施例中，传感器318可直接地联接到各张紧装置314上，以便在线缆302，304卷绕在其上或从其上展开时，通过检测或以其它方式感测张紧装置314的旋转来测量各线缆302，304的线性位移。因此，应认识到的是，传感器318通常可构造为本领域中所公知的任何拉线传感器或类似的传感器。作为备选，如图6中所示，传感器614可连接到各线缆602，604上，如通过辅助线缆或其它适合的连接性部件616，以便可测量线缆602，604的线性位移。

更具体地参看图4，将大体地描述所公开的系统300的操作。当转子叶片22在风力涡轮机操作期间偏转时，叶片22的末梢42相对于其典型的非偏转的纵轴线46移位偏转距离320。例如，常出现的情况为转子叶片22朝风力涡轮机的塔架12(图1)的方向(也即沿转子叶片22的吸入侧54的方向)偏转。因此，在其第一端部306，307处大致邻近末梢42紧固的第一线缆302和第二线缆304关于转子叶片22的总偏转移位相应距离322，324。具体而言，当叶片22沿吸入侧54的方向偏转时，附接到转子叶片22的压力侧52上的第一线缆302可伸长或拉动远离张紧装置314一定的位移距离322。例如，在一个实施例中，当线缆302响应于偏转而移位时，一部分线缆302可从张紧装置314上展开。类似的是，当转子叶片22偏转时，设置在转子叶片22的吸入侧52上的第二线缆304可缩短或拉入张紧装置314中一定的位移距离324。因此，在图3和图4的具体实施例中，一部分线缆304可由于转子叶片22偏转而围绕张紧装置314卷绕。当然，应认识到的是，取决于转子叶片22的构造以及线缆302，304和张紧装置314的相对定位，第一线缆302的位移距离322可等于或可不同于第二线缆302的位移距离324。

仍参看图4，当线缆302，304中的各个移位时，传感器318测量其线性位移(即，距离322，324)，以便这些测量结果然后可用于估计和/或计算偏转距离320。例如，传感器318可构造成用以将位移测量结果经由有线或无线连接传输至涡轮控制器36(图1)，以便可通过控制器36来分析该测量结果。因此，在一个实施例中，涡轮控制器36可设有适合的计算机可读指令，当执行时，这些计算机可读指令使控制器36能够使用储存在控制器存储器内的任何适合的数学表达式和/或模型来使位移测量结果与偏转距离320相关联。研发这种数学表达式和/或模型是在本领域技术人员的能力之内，且因此文中将不会论述任何细节。然而，一般而言，应认识到的是，数学表达式和/或模型可考虑多个不同因素中的一个或多个，包括但不限于叶片末梢42与张紧装置314和/或传感器318之间的距离，线缆302，304的中心线与转子叶片22内壁310，312之间的距离，转子叶片22的总长度，以及线缆302，304的总长度。在备选实施例中，涡轮控制器36可编程写入有使位移测量结果关联于转子叶片22的偏转距离320的一个或多个查找表。

应认识到的是，尽管系统300在上文中大体描述为包括具有大致邻近叶片末梢42紧固的第一端部306，307的线缆302，304以及在根部24区域中紧固的张紧装置314，但这些构件的定位是可颠倒的。因此，在备选实施例中，张紧装置314可设置成大致邻近末梢42。在此种实施例中，线缆302，304的第一端部306，307可固定到转子叶片22的根部24上，或可固定到桨毂20的一部分上。此外，如下文参照图7更为详细描述的那样，所公开的系统300不必包括第一线缆302和第二线缆304两者。例如，在一个实施例中，该系统可仅包括可动地附接在转子叶片22内的单个压力侧线缆302或单个吸入侧线缆304。作为备选，所公开的系统可包括可动地附接到转子叶片22的压力侧52和吸入侧54上的多条线缆，如两条或更多线缆。

现在参看图5，示出了转子叶片22的截面边视图，该转子叶片22包括用于检测安装到风力涡轮机转子18(图1)的桨毂20上的转子叶片22的偏转的系统500的另一实施例。一般而言，系统500可包括与上文参照图3和图4描述的相同或相似的构件。然而，与上文所述实施例不同的是，系统500包括的线缆502所具有的第一端部504和第二端部506两者都与转子叶片22的末梢42间隔开。具体而言，第一端部504和第二端部506可设置在转子叶片22和/或桨毂20内的位置处，以便线缆502可动地附接到转子叶片22的压力侧52和吸入侧54两者的内壁310，312上。例如，如图5中所示，线缆502的第一端部504和第二端部506(通过张紧装置508)可紧固到桨毂20的一部分上，以便线缆502可沿转子叶片22的压力侧52和吸入侧54两者的内壁310，312环绕或以其它方式附接。在另一实施例中，线缆502的端部504，506可紧固到转子叶片22的相对侧52，54上，作为用以紧固在桨毂20内的备选方案。此外，在另外的实施例中，线缆502的第一端部504可紧固在桨毂20内，而第二端部506紧固到转子叶片22的一部分上，反之亦然。

系统500还可包括用于将线缆附接到转子叶片22内壁310，312上以便线缆502关于转子叶片22移位的器件。如上文所述，此类器件可包括各种不同的安装装置和/或构造(例如，一个或多个引导支承件316和/或一个或多个伸长的线缆支承件510)。因此，如图所示，多个引导支承件316(例如，引导环、滑轮、孔环、挂钩、支架等)可紧固到转子叶片22的内壁310，312上，且可构造成用以在沿转子叶片22长度的各个位置处支承线缆502。例如，一个引导支承件316可设置成大致邻近转子叶片22的末梢42。因此，线缆502在末梢42处可动地附接到转子叶片22上，以便线缆502的位移可准确地反映转子叶片22的总偏转。系统500还包括安装到转子叶片22的内壁310，312上的伸长的线缆支承件510。如上文所指出的那样，适合的伸长线缆支承件510可包括管子、导管、线缆引导件以及具有线缆502可插入其中且可在其中沿转子叶片22的长度可动地受到支承的沿纵向限定的开口、通道、凹口或类似开孔的任何其它适合的部件。

应认识到的是，图5中所示的系统500的操作大致类似于上文参照图3和图4所述的。因此，当转子叶片22从其非偏转的纵轴线偏转一定的偏转距离320时，线缆502对应地移位一定的位移距离512。具体而言，当转子叶片22的末梢42朝叶片22吸入侧54的方向偏转时，使线缆502延伸或拉动远离张紧装置508。线缆502的该线性位移然后可由传感器514测量，且由涡轮控制器36(图1)用来估计转子叶片末梢42的偏转距离320。

现在参看图6，示出了转子叶片22的截面边视图，该转子叶片22包括用于检测安装到风力涡轮机转子18(图1)的桨毂20上的转子叶片22的偏转的系统600的又一实施例。一般而言，系统600可包括与上文参照图3和图4描述的相同或相似的构件。因此，系统600可包括第一线缆602和第二线缆604，其中，各线缆602，604均包括紧固到转子叶片22上大致邻近末梢42的第一端部606，607以及联接到张紧装置610上的第二端部608，609。然而，不同于图3和图4中的实施例，单个张紧装置610联接到线缆602，604两者上。具体而言，如图所示，张紧装置610可包括在一端处联接到第一线缆602的第二端部608上而在相对端处联接到第二线缆604的第二端部609上的弹簧，如任何适合的张紧或压缩弹簧。因此，当转子叶片22偏转从而导致线缆602，604移位时，弹簧可根据需要而扩张和/或收缩，以便在线缆602，604内保持张力。

此外，如图6中所示，张紧装置610可与根部24间隔开，使得其在距离转子叶片22和桨毂20的界面有预定长度612处紧固到转子叶片22上。因此，线缆602，604可动地仅附接到(例如，使用一个或多个引导支承件316和/或伸长的线缆支承件510)转子叶片22的内壁310，312的一部分上。一般而言，应认识到的是，该预定长度612可对应于转子叶片22的总叶片长度的任何百分比。例如，在各种实施例中，长度612可等于总叶片长度的大约10％至大约50％，如总叶片长度的大约15％至大约40％，或总叶片长度的大约20％至大约30％，以及其间的所有其它子范围。然而，在备选实施例中，预定长度612可等于总叶片长度的大约10％以下，或总叶片长度的大约50％以上。

此外，在具体的实施例中，预定长度612可对应于转子叶片22的在风力涡轮机操作期间通常不经受较大偏转的部分。例如，在各种转子叶片构造中，转子叶片22的从根部24延伸的部分可设计成比转子叶片22的剩余部分明显更刚硬，且因此在操作期间可不经受偏转。因此，预定长度612可选择成使得张紧装置610设置为大致邻近在转子叶片22上的于风力涡轮机操作期间通常在叶片22内开始偏转的部位(point)处。当然，应认识到的是，叶片偏转在转子叶片22内最初发生的部位通常将会根据转子叶片与转子叶片之间而有所不同，且可能取决于多种因素，包括但不限于转子叶片22的总长度、转子叶片22的刚度，以及风力涡轮机的操作参数。

还应认识到的是，图6中所示的系统600的操作大致类似于上文参照图3至图5所述的。然而，与先前的所述实施例不同，传感器614示为联接到线缆602，604上，而非联接到张紧装置610上。例如，附接到各传感器614上的辅助线缆或其它适合的连接性部件616可用于将传感器614联接到各线缆602，604的一部分上。因此，当线缆602，604由于叶片偏转而移位时，传感器614能够通过感测或检测辅助线缆或连接性部件614的位移来测量它们的位移距离618，620。此类测量结果然后可与偏转距离320相关联，以便确定转子叶片22的总叶片偏转。

现在参看图7，示出了根据本主题的方面的包括安装在其中的所公开的系统700的实施例的转子叶片22的截面视图，具体示出了本主题的线缆702可动地附接到转子叶片22内的多个不同位置中的一些。如图所示，转子叶片22通常包括前缘48、后缘50、压力侧52和吸入侧54。转子叶片还包括位于顶部翼梁缘条和底部翼梁缘条58之间的抗剪腹板56。如通常所公知，翼梁缘条58和抗剪腹板56可沿转子叶片22从根部24到末梢22纵向地延伸(图2)。

如图7中所示，多条线缆702沿转子叶片22的压力侧52和吸入侧54的内壁310，312可动地附接。例如，一对线缆702可大致邻近转子叶片22的前缘48安装到压力侧52和吸入侧54的内壁310，312上。此外，一对线缆702可大致邻近转子叶片22的后缘50安装到内壁310，312上。此外，一条或多条线缆702还可动地附接到翼梁缘条58的内部或抗剪腹板56的位置上。因此，如图所示，一对线缆702可安装到顶部翼梁缘条和底部翼梁缘条58的内壁704上。

大致如上文所述，线缆702中的各个均可使用本领域中所公知的任何适合的安装和/或附接机构(如，一个或多个引导支承件316和/或一个或多个伸长的线缆支承件510)可动地附接到转子叶片22内。如图7中所示，此种引导支承件316和/或伸长的线缆支承件510通常可具有容许线缆702大致邻近转子叶片22的内壁/内表面而可动或可滑动地受到支承的任何截面。例如，适合的截面可包括三角形截面、圆形或椭圆形截面、钩形或″J″形截面、矩形或正方形截面等。

仍参看图7，应认识到的是，线缆702不必设置在示出的实施例中所示的精确位置处。确切而言，本主题的线缆702可在转子叶片22内的任何适合的位置处可动地附接，该位置包括但不限于转子叶片22内壁310，312上的任何位置、翼梁缘条58的内壁704上的任何位置，或沿抗剪腹板56的任何位置。此外，还应认识到的是，尽管所示的实施例中示出了六条线缆702，但本主题的系统700通常可包括安装在转子叶片22内的任意数目的线缆702，如少于六条线缆或多于六条线缆。例如，在图3和图4中所示的实施例中，仅单个的压力侧线缆(例如，第一线缆302)可包括在系统300内。作为备选，图3和图4中的系统300可包括多条压力侧线缆和吸入侧线缆。

一般而言，应认识到的是，上文所述的各种实施例不必孤立地观察。确切而言，示为或描述为一个实施例的一部分的各种构件、安装构造(包括构件的相对定位)和其它特征可结合另一实施例的一个或多个特征使用，以便产生不同的实施例。

还应认识到的是，在本主题的备选实施例中，所公开的系统的线缆可包括鲍登线缆(Bowden cable)，或以其它方式可构造为推杆或类似机构。在这些实施例中，应清楚的是，可在不包括张紧装置的情况下检测和测量线缆的位移。

现在参看图8，示出了用于检测和控制风力涡轮机10(图1)的转子叶片22的偏转的方法的一个实施例的流程图。如图所示，该方法通常包括在转子叶片偏转时测量安装到转子叶片内壁上的至少一条线缆的位移802、分析该位移测量结果用以确定转子叶片的操作参数804，以及在转子叶片的操作参数超过预定基准点时执行校正动作806。具体而言，如上文所指出的那样，由所公开的传感器318，514，614采集的线缆位移测量结果可传输至涡轮控制器36。此类位移测量结果然后可由涡轮控制器36分析，用以确定转子叶片22的具体操作参数(例如，叶片偏转、叶片负载和塔架间隙)，该操作参数然后可用作控制参数，用于发出控制命令和/或执行设计成用以减小转子叶片22内发生的叶片偏转的校正动作。例如，校正动作的性能可容许风力涡轮机10响应于不同操作状态(如变化极大的风况)而是能适应的。因此，在一个实施例中，控制器36可构造成用以执行校正动作，作为安全措施避免塔架撞击、构件疲劳和可能由于过大的叶片偏转和/或转子叶片22负载引起的各种其它问题的风险。

如上文所述，适合的数学表达式和/或查找表可储存在涡轮控制器36内，用于使线缆位移测量结果与转子叶片22的叶片偏转(即，偏转距离320)相关联。此外，控制器36还可设有对应于数学表达式和/或查找表的适合的计算机可读指令，用于使线缆位移测量结果和/或叶片偏转与转子叶片22的各种其它操作参数相关联。例如，在一个实施例中，所确定的叶片偏转可用于估计作用在转子叶片22上的叶片负载或风负载。具体而言，如本领域的普通技术人员应理解到的那样，作用在转子叶片22上的总负载可使用梁理论来估计或估算，如通过使用具有变量(包括但不限于所确定的叶片偏转、转子叶片22的弹性模量、转子叶片22的惯性矩和长度)的公知的动力梁方程，或使用任何其它适合的数学模型。作为另一实例，所确定的叶片偏转可用于计算风力涡轮机10的转子叶片22与塔架12(图1)之间的距离或间隙。具体而言，由于非偏转的叶片间隙40(图1)可为公知的，故可通过从非偏转的叶片间隙40中减去所确定的叶片偏转而计算出塔架间隙。本领域的普通技术人员应认识到的是，可使用涡轮控制器36，通过利用适合的数学模型和/或查找表使线缆位移测量结果和/或叶片偏转与此类操作参数相关联来估计和/或估算转子叶片22的各种其它操作参数。

如上文所指出的那样，除构造成用以确定转子叶片22的叶片偏转和其它操作参数以外，控制器36还可构造成用以将控制命令发送给风力涡轮机10的构件或以其它方式执行校正动作，以便基于所确定的操作参数与预定的基准点或控制点相比较来减小或防止叶片偏转。例如，在一个实施例中，控制器36可构造成用以响应于超过预定叶片偏转阈值的一个或多个转子叶片22的所确定的叶片偏转来执行校正动作。作为备选，控制器36可构造成用以响应于超过预定负载阈值的一个或多个转子叶片22的叶片负载来执行校正动作。如本领域的普通技术人员应当容易清楚的那样，具有对应的基准点和/或阈值的各种其它操作参数也可用作控制参数以便在风力涡轮机10上执行校正动作。

一般而言，在可能期望控制器36执行校正动作之前所需的叶片偏转和/或叶片负载的程度或幅度可根据风力涡轮机与风力涡轮机之间而有所变化。例如，预定的叶片偏转阈值和预定的负载阈值可取决于许多因素而变化，这些因素包括但不限于风力涡轮机10的操作状态、转子叶片22的刚度、转子叶片22的长度以及非偏转的叶片间隙40。因此，应认识到的是，具体的基准点或阈值必须取决于使用本主题的系统和方法的具体应用来选择。

还应认识到的是，由控制器36执行的具体校正动作可采用许多形式。例如，校正动作可包括改变一个或多个转子叶片22的桨距角以使转子18部分或完全回转。如上文所指出的那样，这可通过控制桨距调整系统32来实现。如通常理解到的那样，改变转子叶片22的桨距角可通过增大平面外刚度(out-of-plane stiffness)来减小叶片的偏转。

在另一实施例中，校正动作可包括使机舱16偏航以改变机舱16相对于风向28(图1)的角度。偏航驱动机构(未示出)通常用于改变机舱16的角度，使得转子叶片22相对于盛行风适当地成角。例如，使转子叶片22的前缘48指向迎风可在其经过塔架12时减小叶片12上的负载。

作为备选，校正动作可包括通过增大位于机舱16内的发电机(未示出)上的转矩需求而改变风力涡轮机10上的叶片负载。这减小了转子叶片22的旋转速度，从而潜在地减小作用于叶片22表面上的空气动力负载。

然而，应当容易认识到的是，控制器36不必执行上述校正动作中的一种，且通常可执行设计成用以减小叶片偏转的任何校正动作。此外，控制器36可构造成用以同时地执行可包括上述校正动作中的一个或多个的多种校正动作。

本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员所构思的其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的书面语言并无不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的书面语言无实质差异的同等结构元件，则认为这些实例处在权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种用于检测联接到风力涡轮机转子的桨毂上的转子叶片的偏转的系统，所述系统包括：

线缆，其大致邻近所述转子叶片的末梢至少部分地延伸且包括第一端部和第二端部，所述第一端部固定到所述转子叶片和所述桨毂中的一个上；

紧固到所述转子叶片和所述桨毂中的一个上的张紧装置，所述张紧装置联接到所述线缆的第二端部上，且构造成用以在所述线缆内于所述第一端部与所述第二端部之间保持预定张力；以及，

联接到所述线缆和所述张紧装置中的至少一个上的传感器，所述传感器构造成用以测量所述线缆的位移，

其中，所述线缆在所述第一端部与所述第二端部之间附接到所述转子叶片的至少一个内壁上，以便所述线缆在所述转子叶片偏转时相对于所述转子叶片移位。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述线缆的第一端部大致邻近所述转子叶片的末梢紧固到所述转子叶片上。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述张紧装置大致邻近所述转子叶片的根部紧固到所述转子叶片上。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述线缆包括第一线缆和第二线缆，所述第一线缆附接到所述转子叶片的压力侧的内壁上，所述第二线缆附接到所述转子叶片的吸入侧的内壁上。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一线缆和所述第二线缆分别包括第一端部和第二端部，所述第一线缆和所述第二线缆的第一端部大致邻近所述转子叶片的末梢紧固到所述转子叶片上，所述第一线缆和所述第二线缆的第二端部联接到单个的张紧装置或单独的张紧装置上。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述线缆的第一端部和所述张紧装置紧固到所述转子叶片或所述桨毂上，以便所述线缆附接到所述转子叶片的压力侧的内壁和所述转子叶片的吸入侧的内壁上。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述线缆包括在所述第一端部与所述第二端部之间附接到所述转子叶片的至少一个内壁上的多条线缆，使得所述多条线缆在所述转子叶片偏转时相对于所述转子叶片移位。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述多条线缆中的至少一条线缆附接到所述转子叶片的压力侧的内壁上，以及所述多条线缆中的至少一条其它线缆附接到所述转子叶片的吸入侧的内壁上。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述张紧装置包括拉线装置或弹簧。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于将所述线缆附接到所述转子叶片的内壁上使得所述线缆在所述转子叶片偏转时相对于所述转子叶片移位的器件。

11.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，用于将所述线缆附接到所述转子叶片的内壁上的所述器件包括至少一个引导支承件。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，用于将所述线缆附接到所述转子叶片的内壁上的所述器件包括至少一个伸长的线缆支承件。

13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器包括位移计、线性编码器、弦线电位传感器、拉线传感器、yoyo电位传感器、线性电位计、长度计或线性长度传感器中的至少一个。

14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括涡轮控制器，所述涡轮控制器构造成用以在所述转子叶片偏转时执行校正动作，以便控制所述转子叶片上的负载或防止塔架撞击。

15.一种用于检测和控制风力涡轮机的转子叶片的偏转的方法，所述方法包括：

在所述转子叶片偏转时测量可动地附接到所述转子叶片的内壁上的至少一条线缆的位移；

分析所述位移的测量结果用以确定所述转子叶片的操作参数；以及，

当所述转子叶片的操作参数超过预定的基准点时执行校正动作。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述操作参数包括叶片负载，以及所述预定的基准点包括预定的负载阈值。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述操作参数包括叶片偏转，以及所述预定的基准点包括预定的叶片偏转阈值。

18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述校正动作包括改变所述转子叶片的桨距角。

19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述校正动作包括使所述风力涡轮机的机舱偏航。

20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述校正动作包括改变所述转子叶片的叶片负载。

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