用于监控转子叶片的状态的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明大体涉及监控风力涡轮机的运行，特别是涉及监控风力涡轮机的转子叶片的状态。本发明特别涉及用于确定风力涡轮机的转子叶片状态的光纤传感器的布置。
【背景技术】
[0002]在风力涡轮机监控的领域，确定状态的系统具有很高的重要性。转子叶片的状态(例如，由于老化或使用而产生的磨损、材料疲劳和其它改变)是风力涡轮机状态监控的内容。通过了解状态，可以安排维护，可以估计设施的当前价值，并且可以遵守立法机构提出的或客户提出的安全保障义务。
[0003]在现有设施中，(例如)估计负载循环的状态，其中获得应变循环次数、叶片旋转次数(也就是，重力负载循环次数)或阵风次数。可以在相应的时间间隔上(例如，10分钟)，基于所述时间间隔中最大的负载值来确定循环，并且，可以基于具有某个负载的循环次数来估计状态。
[0004]举例来说，图1描绘图表13:这个图表示出沿着轴线11绘制的转子叶片刚度，其在轴线12上表示为负载循环次数的函数或表示为时间的函数。在启动运行之后相对较短时期内，刚度首先降低，以便在依赖其它参数(像温度和空气湿度)的情况下，对于正常运行状态来说仍然保持大致恒定。当转子叶片的状态已经达到临界值，也就是，如果已经发生过度老化、过度负载或类似情况，刚度便会降低，其中不久之后便可能发生材料失效。在辅助线20和22之间的区域中描绘刚度降低的状态，其中可能发生开始于辅助线22的材料失效。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种根据权利要求1的方法，其用于转子叶片的状态监控。此外，本发明提供一种根据权利要求8的装置，其适合于风力涡轮机的转子叶片的状态监控。
[0006]根据一个实施方案，提供一种用于监控风力涡轮机的转子叶片的状态的方法。所述方法包括:利用第一信号来测量所述转子叶片的加速度，其中在至少一个方向上，在距转子叶片根部预定距离的第一径向位置处测量所述加速度，包括与所述转子叶片的轴线正交的第一定向分量；利用第二信号来测量所述转子叶片的应变，其中在第二径向位置处测量所述应变，所述第二径向位置安置于所述第一径向位置至所述转子叶片根部的区域中；基于所述加速度来确定所述第一径向位置处的第一位置变化；借助基于所述第一位置变化和所述应变的计算，而确定对应于转子叶片刚度或对应于转子叶片弹性的第一数值；以及，根据所述第一数值来确定所述转子叶片状态。
[0007]根据另一实施方案，提供一种适合于监控风力涡轮机的转子叶片的状态的装置。所述装置包括:至少一个加速度传感器，其适合于测量所述转子叶片的加速度，其中在至少一个方向上测量所述加速度，包括与所述转子叶片的轴线正交的第一定向分量；至少一个应变传感器，其适合于利用第二信号来测量所述转子叶片的应变，其中在第二径向位置处测量所述应变，所述第二径向位置安置于所述加速度传感器的第一径向位置至转子叶片根部的区域中；以及，评估单元，其连接到所述至少一个加速度传感器，而用以从所述加速度传感器接收第一信号，并且连接到所述至少一个应变传感器，而用以从所述应变传感器接收第二信号；并且，其中来自所述第一径向位置的所述第一信号的所述接收，是在距所述转子叶片根部预定距离处进行的；其中所述评估单元适合基于所述加速度传感器的所述第一信号来确定所述第一径向位置处的第一位置变化；并且，其中所述评估单元适合借助基于所述第一位置变化和所述第二信号的计算，而确定对应于转子叶片刚度或对应于转子叶片弹性的第一数值。
【附图说明】
[0008]附图中描述相应实施方案，并且在下文说明中详细描述这些实施方案。在附图中:
[0009]图1和图2展示相应图表，用以示出刚度或模拟量或对应数值分别与转子叶片状态和其它参数的依赖性，并且图1和图2示出本发明的实施方案中所使用的信息；
[0010]图3示意性地描绘分别具有根据本文所述实施方案的布置或装置的转子叶片，其中所述布置或装置适合于风力涡轮机的转子叶片的状态监控；
[0011]图4和图5描绘风力涡轮机和转子，用以示出相应实施方案中所使用的信号和数值变换；
[0012]图6示意性地描绘加速度信号的示例性级数；
[0013]图7示意性地描绘图6的信号的对应评估；
[0014]图8示意性地描绘图6的信号的另一评估；
[0015]图9A和图9B示意性地描绘本文所述的实施方案中所采用的加速度传感器；以及
[0016]图10描绘根据本发明实施方案的、用于监控风力涡轮机的转子叶片状态的方法的流程图。
[0017]在附图中，相同参考符号指示相似或功能上等效的部件或步骤。
【具体实施方式】
[0018]在下文中，详细参考本发明的不同实施方案，其中附图中示出一个或多个示例。
[0019]根据本发明的实施方案，为了监控或确定转子叶片的状态，应变传感器，特别是非热应变传感器，与一个或多个加速度传感器组合使用。根据典型实施方案，采用光纤加速度传感器和光纤传感器。
[0020]一个或多个加速度传感器可以(例如)沿着转子叶片的长度而大致安装在半径的一半处。在使用来自传感器的加速度信号的情况下，可以通过整合来分别计算叶片的移位或扭变。应变传感器可以安装在叶片根部。在使用来自应变传感器的信号的情况下，可以计算施加到叶片的弯曲力矩。弯曲力矩和移位的商与转子叶片的刚度成比例。转子叶片的构造材料的刚度可以分别视为转子构造材料的状态或强度的量。这里，如果纤维复合材料的单纤断裂，或者如果纤维的层压结构发生分层，那么强度便会降低。因此，可以利用所述布置和方法来执行叶片状态的现场测量。这里，与负载循环次数的估计相比时，现场测量允许提升针对老化、材料疲劳和类似临界状态的检测。
[0021]图1描绘图表10。在曲线13中，刚度分别作为时间或负载循环次数的函数而绘制在轴线11上。这里，轴线12分别对应于时间或负载循环次数。如曲线13中所示，在开始使用转子叶片时，刚度首先会降低，以便在更长时期内保持恒定。这个恒定数值由辅助线20加以指示。在转子叶片的寿命期限结束时，刚度会相对明显地降低。如上文所略述的，这可能是由纤维复合材料中单纤断裂或纤维层压结构的分层所导致的。刚度降低大约10%至20% (由辅助线22加以指示)，通常会引起转子叶片的破裂。为了提供风力涡轮机的安全运行，这种情形必须及时识别。
[0022]根据本发明实施方案的利用传感器(通常是光纤传感器)的测量布置和测量方法允许将测量的精确度控制在约1%的范围内，这足以识别寿命期限结束时的降低。然而，像温度和湿度等因素又会导致约1%范围内的波动。这在图2中进行描绘。这里，图表32示出作为温度函数的刚度。本文中，温度是示例性地示出，并且也可以示出对湿度和其它因素的类似依赖性。根据本发明的典型实施方案在测量方法中，，在学习期确定对温度、湿度和/或其它参数的依赖性。这个学习期由图1中的区域30加以指示。在利用转子叶片开始使用时的学习期的情况下，可以确定如温度、空气湿度等参数的影响。据此，在后续测量操作中可以考虑这些量的影响，从而使得基于这些量的刚度波动不会导致测量的不确定性。
[0023]根据进一步的实施方案(其可以与本文所述的其它实施方案进行组合)，可以对数个小时至数天内的测量数值执行取平均值的操作，这是因为风力涡轮机的转子叶片的状态只会缓慢变化。取平均值的操作可以(例如)在I小时至5天，特别是在12小时至3天内执行。
[0024]图3描绘风力涡轮机的转子叶片50。转子叶片50包括轴线52和与其对准的坐标系，也就是，图3中通过y轴和z轴而示例性示出的叶片固定坐标系。图3的转子叶片50具备用于转子叶片状态监控的布置300。图3的布置300包括3个(三个)应变传感器302和加速度传感器312。应变传感