专利名称：主动监测风力涡轮机制动片上的磨损的系统和相关方法
技术领域：
本发 明的主题总体上涉及用于风力涡轮机的制动系统，并且更特别地，涉及一种用于主动地监测风力涡轮机的制动片上的磨损的系统和方法。
背景技术：
通常，风力涡轮机包括塔架、安装在塔架上的机舱和联接到机舱的转子。转子典型地包括可旋转毂和多个转子叶片，转子叶片联接到毂并且从毂向外延伸。每个转子叶片可以围绕毂隔开，从而便于旋转转子以能够使将来自风的动能转换为可使用的机械能，并且随后转换为电能。为了相对于风的方向适当地定向转子叶片，风力涡轮机典型地包括一个或多个偏航驱动机构，所述偏航驱动机构被配置成接合偏航轴承以用于使机舱相对于塔架旋转。另夕卜，为了控制这样的旋转，风力涡轮机可以包括具有制动片的一个或多个偏航制动组件，所述制动片被配置成与偏航轴承摩擦接合。由于制动片和偏航轴承之间的摩擦滑动，所述片通常随着时间而磨损。因此，有必要定期地检查风力涡轮机的偏航制动组件以确定制动片中的任何一个或全部是否需要更换。目前的制动片检查方法需要维修工人爬上风力涡轮机并且执行制动片的手动测量或拆卸制动组件以允许对制动片的视觉检查。不幸的是，该检查方法费用很高并且耗时。另外，由于该检查方法需要风力涡轮机停机，因此典型地仅仅在正常维护间隔期执行这样的检查。因此，发生在维护间隔期之间的磨损问题被忽视，这可能导致风力涡轮机制动系统的严重损坏。因此，一种用于主动地监测风力涡轮机的制动片上的磨损的系统将在本领域中受到欢迎。
发明内容
本发明的各个方面和各个优点将部分地在以下描述中进行阐述，或者可以从该描述变得明显，或者可以通过本发明的实施而获悉。在一个方面中，本发明的主题公开了一种用于监测风力涡轮机的制动片上的磨损的系统。所述系统可以包括制动组件，所述制动组件具有制动片和可移动部件。所述制动片可以被配置成接合所述风力涡轮机的摩擦表面。所述可移动部件可以被配置成当所述制动片磨损时相对于所述摩擦表面移动。另外，所述系统可以包括监测装置。所述监测装置可以包括至少部分地安装在所述制动组件内的外壳和从所述外壳向外延伸的杆。所述杆可以相对于所述可移动部件或所述摩擦表面布置，以使当所述制动片磨损时所述杆的位置发生变化。所述监测装置也可以包括传感器，所述传感器被配置成检测所述杆的位置的变化。进一步的，所述杆与所述可移动部件相接触。进一步的，所述可移动部件包括制动活塞。进一步的，所述杆与所述摩擦表面相接触。
进一步的，所述可移动部件包括至少一个夹钳。进一步的，所述外壳至少部分地安装在所述至少一个夹钳内。进一步的，所述系统还包括安装在所述外壳内的偏压机构，所述偏压机构被配置成偏压所述杆以远离所述外壳。进一步的，所述系统还包括涡轮机控制器，所述传感器以通信方式联接到所述涡轮机控制器。进一步的，所述传感器包括联接到所述杆的开关，所述开关被配置成当所述杆的位置变化时打开或闭合。进一步的，所述传感器包括位置传感器。 进一步的，所述摩擦表面包括所述风力涡轮机的偏航轴承或制动盘。在另一个方面中，本发明的主题公开了一种用于监测风力涡轮机的制动片上的磨损的系统。所述系统可以包括制动组件，所述制动组件具有制动片和可移动部件。所述制动片可以被配置成接合所述风力涡轮机的摩擦表面。所述可移动部件可以被配置成当所述制动片磨损时相对于所述摩擦表面移动。另外，所述系统可以包括传感器，所述传感器至少部分地安装在所述制动组件内。所述传感器可以被配置成检测所述可移动部件相对于所述传感器的位置或所述摩擦表面相对于所述传感器的位置。进一步的，所述传感器包括位置传感器。进一步的，所述系统还包括以通信方式联接到所述传感器的涡轮机控制器。进一步的，所述摩擦表面包括所述风力涡轮机的偏航轴承或制动盘。进一步的，所述可移动部件包括制动活塞或至少一个夹钳。进一步的，所述系统还包括杆，所述杆相对于所述可移动部件或所述摩擦表面布置成使得当所述制动片磨损时所述杆的位置变化，所述传感器被配置成通过检测所述杆的位置的变化来检测所述可移动部件相对于所述传感器的位置或所述摩擦表面相对于所述传感器的位置。在又一个方面中，本发明的主题公开了一种用于主动地监测风力涡轮机的制动片上的磨损的方法。所述方法可以包括电接收与已发生在所述风力涡轮机的制动组件的所述制动片上的磨损的量相关的信号并且基于已发生在所述制动片上的所述磨损的量电生成
消息信号。进一步的，所述消息信号指示将更换所述制动片。进一步的，所述消息信号指示将调节所述制动组件。参考以下描述和附带的权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。包含在该说明书中并且构成该说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与这些描述一起用于解释本发明的原理。
对于本领域的普通技术人员来说，在参考附图的说明书中阐述了本发明的完整和能够实现的公开，包括本发明的最佳模式，在附图中图I示出了风力涡轮机的一个实施例的透视图；图2示出了图I中所示的风力涡轮机的机舱的一个实施例的透视、内部视图3示出了根据本发明主题各个方面的风力涡轮机的涡轮机控制器的一个实施例的不意图；图4示出了根据本发明主题各个方面的用于主动地监测风力涡轮机的制动片上的磨损的系统的一个实施例的横截面图，特别地示出了系统的制动组件和监测装置的实施例；图5示出了图4中所示的监测装置的近视、横截面图；图6示出了根据本发明主题各个方面的用于主动地监测风力涡轮机的制动片上的磨损的系统的另一个实施例的透视图，特别地示出了系统的制动组件和监测装置的实施例；
图7示出了沿着线7-7获得的图6中所示的制动组件和监测装置的横截面图；以及图8示出了图4中所示的系统的另一个实施例的横截面图。附图标记列表10 风力涡轮机12 塔架14 支撑表面16 机舱18 转子20 毂22 转子叶片24 发电机26 涡轮机控制器28 偏航轴线30 风向32 偏航驱动机构34 转子轴36 发电机轴38 齿轮箱40 底座42 偏航轴承44 偏航马达46 偏航齿轮48 偏航制动组件52 控制柜54 处理器56 存储设备58 通信模块60 传感器接口100 系统
102制动片104监测装置106外壳体108制动活塞112摩擦表面114可使用宽度116螺栓118 螺纹衬套120 推力件122 偏压机构123 (螺栓116的)端部124 外壳126 杆128 传感器130 第一端部132 第二端部134 顶表面136 开口140 偏压机构 142 通道144 内表面146 通信链路148 开关150 预定距离200 系统202 制动片204 偏航制动组件206 顶部夹钳208 底部夹钳210 摩擦表面212 摩擦表面214 制动盘216 (夹钳的)内表面218 (制动片的)可使用宽度220 开口300 位置传感器
具体实施例方式现在将详细地参考本发明的实施例，所述实施例的一个或多个例子在附图中示出。每个例子作为本发明的解释而不是作为本发明的限制而被提供。实际上，本领域的技术人员将显而易见可以在本发明中进行修改和变化而不脱离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以用于另一个实施例以产生又一个实施例。因此，本发明旨在涵盖属于附带的权利要求及其等效形式的范围内的这样的修改和变型。总体上，本主题涉及一种用于主动地监测风力涡轮机的制动组件的制动片上的磨损的系统。例如，在若干实施例中，所述系统可以包括监测装置，所述监测装置被配置成通过感测制动组件的部件、监测装置的部件和/或风力涡轮机的摩擦表面之间的相对位置变化和/或相对位移而检测制动片磨损。与相对位置变化和/或相对位移关联的信号然后可以被传输到风力涡轮机的涡轮机控制器。涡轮机控制器可以分析信号并且生成合适的消息信号以指示何时需要更换制动片和/或何时需要对偏航制动组件进行保养。
现在参考附图，图I示出了风力涡轮机10的一个实施例的透视图。如图所示，风力涡轮机10包括从支撑表面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16和联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转毂20和至少一个转子叶片22，所述转子叶片联接到毂20并且从所述毂向外延伸。例如，在所示实施例中，转子18包括三个转子叶片22。然而，在另一实施例中，转子18可以包括多于或少于三个的转子叶片22。每个转子叶片22可以围绕毂20隔开，从而便于旋转转子18以能够使将来自风的动能转换为可使用的机械能，并且随后转换为电能。例如，毂20可以可旋转地联接到位于机舱16内的发电机24(图2)以允许产生电能。如图所示，风力涡轮机10也可以包括在机舱16内居中的涡轮机控制系统或涡轮机控制器26。然而，应当领会涡轮机控制器26可以布置在风力涡轮机10之上或之中的任何位置、布置在支撑表面14上的任何位置或一般地布置在任何其它位置。如下面将参考图3所述，涡轮机控制器26通常可以包括被配置成执行本说明书中所述的功能的任何合适的处理单元。因此，在若干实施例中，涡轮机控制器26可以包括合适的计算机可读指令，当执行时，所述计算机可读指令配置控制器26以执行各种不同的动作，例如发送并且执行风力涡轮机控制信号、接收并且分析传感器信号以及生成消息信号以提供发生在风力涡轮机10的任何制动片上的磨损的指示。通过传输并且执行风力涡轮机控制信号，涡轮机控制器26可以大体上被配置以控制各种操作模式(例如，起动或停机序列)和/或风力涡轮机10的部件。例如，控制器26可以被配置成控制机舱16围绕偏航轴线28的偏航方向，以相对于风的方向30定位转子叶片22，由此控制由风力涡轮机10生成的负荷和功率输出。例如，如下面将描述的，涡轮机控制器26可以被配置成将控制信号/命令发送到风力涡轮机10的一个或多个偏航驱动机构32(图2)处，以使得机舱16可以围绕偏航轴线28旋转。现在参考图2，其示出了风力涡轮机10的机舱16的一个实施例的简化、内部视图。如图所示，发电机24可以布置在机舱16内。通常，发电机24可以联接到风力涡轮机10的转子18，以用于将转子18生成的转动能生成电力。例如，转子18可以包括转子轴34，所述转子轴联接到毂20以用于随着毂旋转。发电机24然后可以联接到转子轴34，以使转子轴34的旋转驱动发电机32。例如,在所示实施例中，发电机32包括通过齿轮箱38可旋转地联接到转子轴34的发电机轴36。然而，在其它实施例中，应当领会发电机轴36可以可旋转地直接联接到转子轴34。或者，发电机32可以直接可旋转地联接到转子轴34 (通常被称为“直接驱动风力涡轮机”)。另外，风力涡轮机10可以包括一个或多个偏航驱动机构32，所述偏航驱动机构安装到和/或安装穿过定位在风力涡轮机塔架12的顶部上的底座40。具体地，每个偏航驱动机构32可以安装到和/或安装穿过底座40，从而接合风力涡轮机10的偏航轴承42(也被称为转环(slewring)或塔架环形齿轮(tower ring gear))。偏航轴承42可以安装到底座40，使得当偏航轴承42围绕偏航轴线28旋转时，底座40以及机舱16类似地围绕偏航轴线28旋转。通常，应当领会偏航驱动机构32可以具有任何合适的配置并且可以允许包括这样的、为本领域已知的、如同本说明书中所起作用的机构32的任何合适的部件。例如，如图2中所示，每个偏航驱动机构32可以包括安装到底座40的偏航马达44。偏航马达44可以联接到被配置成接合偏航轴承42的偏航齿轮46 (例如，小齿轮)。例如，偏航马达44可 以直接地联接到偏航齿轮46 (例如通过延伸通过底座40的输出轴(未示出))或间接地通过联接在偏航马达44和偏航齿轮46之间的合适的齿轮组件而联接到偏航齿轮46。因而，由偏航马达44生成的扭矩可以通过偏航齿轮36传递并且施加到偏航轴承42，以允许机舱16围绕偏航轴线28旋转。应当领会尽管所示的风力涡轮机10被示为包括两个偏航驱动机构32，但是风力涡轮机10通常可以包括任何合适数量的偏航驱动机构32，例如单一偏航驱动机构32或两个以上偏航驱动机构32。仍然参考图2，风力涡轮机10也可以包括多个制动组件48以用于控制机舱16围绕偏航轴线28的旋转。例如，如所示实施例中所示，制动组件48可以安装到和/或安装穿过底座40使得每个制动组件48的制动片102 (图4)与风力涡轮机10的合适摩擦表面(例如，偏航轴承42的表面)摩擦接合，以便停止、减慢和/或以另外方式控制机舱16的旋转。应当领会风力涡轮机10通常可以包括任何合适数量的偏航制动组件48。例如，在一个实施例中，风力涡轮机10可以包括十二个至二十个之间的偏航制动组件48。然而，在其它实施例中，风力涡轮机10可以包括小于十二个的偏航制动组件48或大于二十个的偏航制动组件48。另外，如上所述，涡轮机控制器26也可以位于机舱16内。例如如所示实施例中所示，涡轮机控制器26布置在安装到机舱16的一部分的控制柜52内。然而，在其它实施例中，涡轮机控制器26可以布置在风力涡轮机10上和/或内的任何其它合适的位置或远离风力涡轮机10的任何合适的位置。然而，如上所述，涡轮机控制器26也可以以通信的方式联接到风力涡轮机10的各种部件以用于大体上控制风力涡轮机10和/或这样的部件。例如，涡轮机控制器26可以以通信的方式联接到偏航驱动机构32，以使得合适的控制信号可以传输到偏航驱动机构32，从而允许控制机舱16的旋转和控制转子叶片22的定向。现在参考图3，其示出了风力涡轮机10的涡轮机控制器26的一个实施例的框图。通常，涡轮机控制器26可以包括计算机或任何合适的处理单元。因此，在若干实施例中，涡轮机控制器26可以包括被配置成执行各种计算机执行功能的一个或多个处理器54和关联的(一个或多个)存储设备56。当在本说明书中使用时，术语“处理器”不仅仅指的是在本领域中被称为包括在计算机中的集成电路，而且也指的是控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路。另外，涡轮机控制器26的(一个或多个)存储设备56通常可以包括(一个或多个)存储元件，其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，闪存)、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字通用光盘(DVD)和/或其它合适的存储元件。这样的(一个或多个)存储设备56通常可以被配置成存储合适的计算机可读指令，当由(一个或多个)处理器54执行时，所述计算机可读指令配置涡轮机控制器26以执行各种功能，包括但不限于监测发生在风力涡轮机10的制动片102(图4)上的磨损、生成与制动片磨损关联的消息信号和/或类似功能。(一个或多个)存储设备56也可以用于在由(一个或多个)处理器54执行计算机可读指令期间存储临时输入和输出变量以及其它中间信息。另外，如图3中所示，涡轮机控制器26也可以包括通信模块58，所述通信模块被配置成便于涡轮机控制器26和风力涡轮机10的各种部件之间的通信。在若干实施例中，通信模块58可以包括传感器接口 60以允许风力涡轮机10的任何传感器128、300(图4、5、7和8)与涡轮机控制器26通信。例如，传感器接口 60可以包括一个或多个模数转换器，所述模数转换器被配置成将模拟信号转换成可以由(一个或多个)处理器54使用的数字信号。现在参考图4和5，根据本发明主题各个方面示出了用于主动地监测风力涡轮机 10的偏航制动组件48的制动片102上的磨损的系统100的一个实施例。特别地，图4示出了根据本发明主题各个方面的可以安装在偏航制动组件48内的监测装置104的一个实施例的横截面图。另外，图5示出了图4中所示的监测装置104的放大、横截面图。应当领会本说明书中公开的系统100和监测装置104通常可以与具有本领域中已知的任何合适配置的偏航制动组件48使用。因此，应当领会图3中所示的偏航制动组件48的配置仅仅作为的合适制动配置的一个例子而提供，通过该合适制动配置，监测装置104可以方便的使用。如图所示，偏航制动组件48通常包括安装在机舱16的底座40内的外壳体106、可移动地布置在外壳体106内的制动活塞108和固定到制动活塞108的底部的圆盘(puck)或制动片102。制动活塞108通常可以配置成抵靠风力涡轮机10的摩擦表面112而被推动或挤压，使得当底座40和机舱16围绕偏航轴线28旋转时制动片102保持与摩擦表面112摩擦接合。例如，在若干实施例中，制动活塞108可以被配置成在摩擦表面112的方向上被推动或挤压以便保持制动片102和摩擦表面112之间的恒定摩擦力。因此，当制动片102的可使用宽度114由于磨损而减小时，外壳体106内的制动活塞108的位置可以向下(即，在摩擦表面112的方向上)调节以便保持制动片102和摩擦表面112之间的期望摩擦力。应当领会所示的摩擦表面112通常可以包括任何合适的风力涡轮机部件的表面，当在这样的表面上施加摩擦力时所述表面允许停止、减慢和/或以另外方式控制机舱16的旋转。例如，在一个实施例中，摩擦表面112可以包括偏航轴承42的表面。在另一个实施例中，摩擦表面112可以包括被配置成联接到偏航轴承42的制动盘214的表面(图6和7)。也应当领会制动组件48通常可以包括任何合适的结构和/或装置以用于抵靠摩擦表面112而推动或挤压制动活塞108，使得制动片102保持与摩擦表面112滑动接合。例如，如图示实施例中所示，制动组件48包括螺栓116,所述螺栓穿入安装在外壳体106内的相应螺纹衬套118中。螺栓116通常可以被配置成对可移动地布置有制动活塞108的推力件120施加向下力。推力件120又可以被配置成将螺栓116所施加的向下力传递到制动活塞108，由此朝着摩擦表面112推动制动活塞108。例如，如图4中所示，弹簧和/或其它合适的(一个或多个)偏压机构(biasing mechanism) 122可以布置在推力件120和制动活塞108之间。因此，当螺栓116被拧入螺纹衬套118中时，螺栓116的端部123可以对推力件120施加向下力，所述向下力可以通过(一个或多个)偏压机构122传递到制动活塞108。因此，制动活塞108可以被向下推动或挤压，由此保持制动片102与摩擦表面112滑
动接合。在其它实施例中，制动活塞108可以使用本领域中任何其它合适的手段在外壳体106内抵靠摩擦表面112而被推动或挤压。例如，制动活塞108可以联接到液压缸、气压缸、电磁螺线管或马达、其它电磁致动装置和/或被配置成对制动活塞108施加力的任何其它合适的位移机构或致动装置，由此在摩擦表面112的方面上推动或挤压制动活塞108。仍然参考图3和4，如上所述，所公开的系统100可以包括安装在偏航制动组件48内的监测装置104。通常，监测装置104可以被配置成通过感测偏航制动组件48的可移动部件相对于偏航制动组件48的另一个部件(例如，外壳体106)、监测装置104的部件和/或摩擦表面112的位置变化和/或位移而检测制动片磨损。当在本说明书中使用时，术语“可移动部件”指的是被配置成当制动片102磨损时相对于摩擦表面112移动的偏航制动组 件48的任何部件。例如，可移动部件可以包括偏航制动组件的部件，所述部件直接地或间接地附连到制动片102，以使得这样的部件的位置的变化或位移提供制动片102的可使用宽度114的减小的指示。因此，在所示实施例中，偏航制动组件48的可移动部件可以包括制动活塞108，原因是外壳体106内的制动活塞108的位置的变化或位移提供制动片磨损的直接指示。在其它实施例中，偏航制动组件48的可移动部件可以包括但不限于直接附连到制动活塞108的部件、为了保持制动片102与摩擦表面112摩擦接合而对其施加力的偏航制动组件48的其它部件(例如，图6和7中所示的锁定夹钳206、208)和/或可以由于制动片磨损而改变它们的位置和/或移位的任何其它合适的部件。因此，在所示实施例中，监测装置104可以被配置成通过感测外壳体106内的制动活塞108的位置的变化而检测制动片磨损。例如，如图4和5中所示，监测装置104可以包括至少部分地安装在偏航制动组件48的一部分内的外壳124、被配置成相对于外壳124移位的杆126和被配置成检测杆126相对于外壳124和/或摩擦表面112的位置的变化和/或位移的传感器128。杆126通常可以包括在外壳124内延伸的第一端部130和从外壳124向外延伸从而与制动活塞108的顶表面134相接触的第二端部132。因此，当制动片102磨损并且制动活塞108在外壳体106内向下移动时,杆126可以相对于外壳124和/或摩擦表面112移位。传感器128然后可以检测这样的位置变化和/或位移以便提供发生在制动片102上的磨损的指示。通常，监测装置104的外壳124可以被配置成在任何合适的位置并且使用允许杆126的第二端部132与偏航制动组件48的可移动部件(例如，制动活塞108)保持接触的任何合适的手段而刚性地安装在偏航制动组件48内。例如，如图示实施例中所示，外壳124可以安装在开口 136内，所述开口限定在制动活塞108的顶表面134的正上方的位置的螺纹衬套118中。因而，当外壳124安装在开口 136内时，杆126的第二端部132可以与顶表面134直接相接触。应当领会外壳124可以使用任何合适的手段刚性地固定在开口 136内。例如，在一个实施例中，外壳124可以焊接到螺纹衬套118的一部分。在另一个实施例中，开口 136和外壳124的外表面两者都可以带螺纹，从而使得外壳124可以拧入开口 136中。在又一个实施例中，合适的紧固机构(例如，螺栓、螺钉、销、铆钉、托架和/或类似物)可以用于将外壳124固定在开口 136内。也应当领会，在一个实施例中，开口 136可以包括偏航制动组件48的预先存在的开口。例如，开口 136可以对应于用于视觉地检查制动组件48的偏航制动组件48的预先存在的检查口。另外，在若干实施例中，监测装置104也可以包括偏压机构140 (例如，弹簧或其它合适的机构)，所述偏压机构安装在限定于外壳124中的相应通道142内。通常，偏压机构140可以被配置成偏压杆126以远离外壳124，使得当制动片102磨损时杆126的第二端部132保持与制动活塞108接触。例如，特别地如图5中所示，第二端部132可以在尺寸上大于杆126的剩余部分(例如，通过具有比杆126的剩余部分更大的直径)，以使得偏压机构140可以被压缩在第二端部132和通道142的内表面144之间。然而，在其它实施例中，偏压机构140可以具有允许它在制动活塞108的方向上偏压杆126的外壳124内的任何其 它合适的安装配置。仍然参考图3和4，如上所述，监测装置104的传感器128通常可以被配置成检测杆126相对于外壳124和/或摩擦表面112的位置的变化和/或位移。传感器128也可以被配置成以通信方式联接到涡轮机控制器26使得来自传感器128的输出信号可以发送到涡轮机控制器26。例如，如图示实施例中所示，传感器128可以通过有线连接的通信方式联接到涡轮机控制器26，例如通过经由线缆和/或其它合适的通信链路146将传感器128联接到涡轮机控制器26。因而，由传感器128生成的信号可以直接发送到涡轮机控制器26以供后续处理。然而，在其它实施例中，传感器128可以通过无线连接的通信方式联接到涡轮机控制器26。例如，传感器126可以包括或可以联接到天线(未显示)，所述天线被配置成通过任何合适的无线通信协议将合适的信号发送到涡轮机控制器26。通常，应当领会传感器126通常可以包括本领域中已知的任何合适的感测装置，所述感测装置被配置成检测杆126相对于外壳124和/或摩擦表面112的位置的变化和/或位移。例如，特别地如图5中所示，传感器128可以包括具有开关148的电路，所述开关联接到杆126的第一端部130。如图所示，开关148可以是常开的并且可以被配置成在杆126 (因此，和制动活塞108)已经移动预定距离150之后移动到闭合位置，由此完成回路。例如，在若干实施例中，预定距离150可以被选择成使得当制动片102的可使用宽度114减小到预定制动片宽度时开关148移动到闭合位置，由此指示特定量的磨损已发生在制动片102上和/或制动片102将需要立即或在以后的某个时间更换。换句话说，开关148的闭合允许合适的信号发送到涡轮机控制器26，以指示可能需要在偏航制动组件48上执行维护操作。在其它实施例中，预定距离150可以被选择成使得当制动片102的可使用宽度114减小到偏航制动组件48需要调节的制动片宽度时开关148移动到闭合位置。例如，开关148的闭合可以指示偏航制动组件48的螺栓116可能需要上紧以便保持制动片102和摩擦表面112之间的期望摩擦力。应当领会，在其它实施例中，开关148可以是常闭的并且可以被配置成当杆126已经移动预定距离150时移动到打开位置。在其它实施例中，监测装置104的传感器128可以包括位置传感器或任何其它合适的传感器，所述传感器被配置成提供与杆126的位移和/或杆126相对于外壳124、监测装置104的任何其它部件、摩擦表面112和/或偏航制动组件48的任何部件的位置关联的数据和/或信号。在这样的实施例中，位移和/或位置数据/信号可以定期地被采集并且发送到涡轮机控制器26，以允许连续地监测发生在制动片102上的磨损。例如，由传感器128采集的位移和/或位置测量值可以存储在涡轮机控制器26内并且由涡轮机控制器26分析以评价制动片102的磨损趋势和/或提供用于预测维护期的手段。合适的位置传感器可以包括但不限于线性位移传感器、近程传感器、线性电位计、弦线电位计、位置转换器(position transducers)、线性位置传感器、激光位置传感器、计量传感器(gage sensor)和/或其它接触式和非接触式位置传感器。应当领会，通过使用监测装置104主动地监测制动片磨损和通过将适当的信号发送到涡轮机控制器26，涡轮机控制器26可以被配置成通知风力涡轮机10的操作者和/或风力涡轮机10的涡轮机监测系统何时需要更换一个或多个制动片102和/或何时需要在偏航制动组件中的一个或多个上执行任何其它合适的维护操作。例如，涡轮机控制器26可以带有合适的计算机可读指令，当基于从传感器128接收的信号确定制动片102的可使用宽度114已磨损到需要更换制动片102或需要调节制动组件48的程度时，所述计算机可读指令配置控制器24以生成消息信号。因此，在所示实施例中，涡轮机控制器26可以被配置 成当开关148闭合时生成消息信号，由此指示制动片102已受到预定量的磨损。消息信号然后可以由涡轮机控制器26发送到风力涡轮机操作者或涡轮机监测系统以指示需要执行和/或安排维护操作。例如，在一个实施例中，消息信号可以发送到合适的计算机或控制面板并且作为计算机的显示屏上的消息窗口或控制面板上的闪光显示给风力涡轮机操作者。现在参考图6和7，根据本发明主题的各个方面示出了用于主动地监测风力涡轮机10的制动片202上的磨损的系统200的另一个实施例。特别地，图6根据本发明主题的各个方面示出了所公开的、可易于使用的监测装置104中的偏航制动组件204的另一个实施例的透视图。另外，图7示出了图6中所示的制动组件204和监测装置104沿着线7-7获得的横截面图。如上所述，本文中所公开的系统100、200和监测装置104可以与具有本领域中已知的任何合适的配置的偏航制动组件48、204 —起使用。因此，应当领会图6和7中所示的偏航制动组件204的配置仅仅作为可以与监测装置104—起使用的制动配置的另一个例子被提供。如图所示，偏航制动组件204包括可相对于风力涡轮机10的相对摩擦表面210、212移动的顶部夹钳206和底部夹钳208。例如，在一个实施例中，摩擦表面210、212可以由风力涡轮机10的制动盘214的相对表面限定。另外，偏航制动组件204可以包括安装到每个夹钳206、208的内表面216的多个制动片202。通常，夹钳206、208可以被配置成相对于摩擦表面210、212致动，使得每个制动片202保持与摩擦表面210、212中的一个摩擦接合。因此，当每个制动片202的可使用宽度218由于磨损而减小时，可以调节夹钳206、208相对于摩擦表面210、212的位置以便保持制动片202和摩擦表面210、212之间的恒定摩擦力。应当领会夹钳206、208通常可以被配置成使用任何合适的手段以相对于摩擦表面210、212致动。例如，在一个实施例中，偏航制动组件204可以包括合适的液压和/或气动装置(例如，合适的气缸)以用于使夹钳206、208相对于摩擦表面210、212移动。在其它实施例中，偏航制动组件204可以包括本领域中已知的任何其它合适的致动和/或夹紧
>j-U ρ α装直。
仍然参考图6和7，所示的系统200也可以包括安装在偏航制动组件204内的一个或多个监测装置104。例如，如所示实施例中所示，每个夹钳206、208包括安装在其中的单个监测装置104。然而，在其它实施例中，多个监测装置104可以安装在每个夹钳206、208内。或者，单个监测装置104可以安装在顶部夹钳206或底部夹钳208中。通常，图6和7中所示的监测装置104可以与上面参考图4和5所述的监测装置104相同或相似地进行配置。因此，每个监测装置104可以包括至少部分地安装在偏航制动组件204的一部分内的外壳124。例如，如图所示，外壳124可以安装在通过夹钳206、208限定的开口 220内。另外，每个监测装置104可以包括被配置成相对于外壳124移位的杆126、被配置成检测杆126相对于外壳124的位置的变化和/或位移的传感器128和被配置成偏压杆126以远离外壳124的偏压机构140。然而,不同于上述的实施例,每个杆126的第二端部132可以被配置成从外壳124向外延伸，从而与摩擦表面210、212中的一个相接触。因此，当制动片202磨损并且夹钳206、208在摩擦表面210、212的方向上被致动时，杆124相对于外壳124的位置可以变化。传感器128然后可以检测这样的变化并且将适当的信号发送到涡轮机控制器26以提供发生在制动片202上的磨损的指示。 例如，类似于上述的实施例，每个传感器128可以包括联接到每个杆126的第一端部130的常开开关140。因此，当夹钳206、208随着制动片202的磨损而朝着摩擦表面210、212向内移动时，开关140可以移动到闭合位置，由此指示是时候更换制动片202和/或在偏航制动组件204上执行维护操作了。或者，每个传感器128可以包括位置传感器或任何其它合适的传感器，所述传感器被配置成提供与每个杆126的位移和/或每个杆126相对于每个外壳124、监测装置104的任何其它部件和/或偏航制动组件204的任何部件的位置关联的数据和/或信号。应当领会，作为使用该公开的监测装置104的替代选择，可以使用本领域中已知的任何其它合适的手段监测风力涡轮机10的制动片102、202上的磨损。例如，图8示出了图4和5中所示的系统100的实施例的变型。如图所示，代替上述的监测装置104，一个或多个位置传感器300可以安装在偏航制动组件48内(例如，在通过螺纹衬套118限定的开口 136中)使得可以监测制动活塞108 (或偏航制动组件48的任何其它可移动部件)相对于传感器300的位置和/或位移。与制动活塞108的位置和/或位移关联的信号然后可以从传感器300发送到涡轮机控制器26以提供已发生在制动片102上的磨损的量的指示。这样的配置可以类似地用于图6和7中所示的制动组件204内以允许测量(一个或多个)摩擦表面210、212相对于传感器300的位置。如上所述，合适的位置传感器300可以包括但不限于线性位移传感器、近程传感器、线性电位计、弦线电位计、位置转换器(positiontransducers)、线性位置传感器和激光位置传感器、计量传感器(gage sensor)和/或其它接触式和非接触式位置传感器。该书面描述使用例子来公开包括最佳模式的本发明，并且也使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域的技术人员想到的其它例子。这样的其它例子旨在属于权利要求的范围内，只要它们包括与权利要求的文字语言没有区别的结构元素，或者只要它们包括与权利要求的文字语言无实质区别的等效结构元素。
权利要求
1.一种用于监测风力涡轮机(10)的制动片(102)上的磨损的系统(100)，所述系统(100)包括 制动组件(48)，所述制动组件包括制动片(102)和可移动部件，所述制动片(102)被配置成接合所述风力涡轮机(10)的摩擦表面(112)，所述可移动部件被配置成当所述制动片(102)磨损时相对于所述摩擦表面(112)移动；以及监测装置(104)，所述监测装置包括 至少部分地安装在所述制动组件(48)内的外壳(124)； 从所述外壳(124)向外延伸的杆(126)，所述杆(126)相对于所述可移动部件或所述摩擦表面(112)布置成使得当所述制动片(102)磨损时所述杆(126)的位置变化；以及传感器(128)，所述传感器被配置成检测所述杆(126)的位置的变化。
2.根据权利要求I所述的系统(100)，其特征在于，所述杆(126)与所述可移动部件相接触。
3.根据权利要求2所述的系统(100)，其特征在于，所述可移动部件包括制动活塞(108)。
4.根据权利要求I所述的系统(100)，其特征在于，所述杆(126)与所述摩擦表面(112)相接触。
5.根据权利要求4所述的系统(100)，其特征在于，所述可移动部件包括至少一个夹钳(206,208)。
6.根据权利要求5所述的系统(100)，其特征在于，所述外壳(124)至少部分地安装在所述至少一个夹钳(206、208)内。
7.根据权利要求I所述的系统(100)，其特征在于，所述系统还包括安装在所述外壳(124)内的偏压机构(122)，所述偏压机构(122)被配置成偏压所述杆(126)以远离所述外壳(124)。
8.根据权利要求I所述的系统(100)，其特征在于，所述系统还包括涡轮机控制器(26)，所述传感器(128)以通信方式联接到所述涡轮机控制器(26)。
9.根据权利要求I所述的系统(100)，其特征在于，所述传感器(128)包括联接到所述杆(126)的开关(148)，所述开关(148)被配置成当所述杆(126)的位置变化时打开或闭口 ο
10.根据权利要求I所述的系统(100)，其特征在于，所述传感器(128)包括位置传感器(300)。
11.根据权利要求I所述的系统(100)，其特征在于，所述摩擦表面(112)包括所述风力涡轮机(10)的偏航轴承(42)或制动盘(214)。
12.一种用于监测风力涡轮机(10)的制动片(102)上的磨损的系统(100)，所述系统(100)包括 制动组件(48)，所述制动组件包括制动片(102)和可移动部件，所述制动片(102) 被配 置成接合所述风力涡轮机(10)的摩擦表面(112)，所述可移动部件被配置成当所述制动片(102)磨损时相对于所述摩擦表面(112)移动；以及 传感器(128)，所述传感器至少部分地安装在所述制动组件(48)内，所述传感器(128)被配置成检测所述可移动部件相对于所述传感器(128)的位置或所述摩擦表面(112)相对于所述传感器(128)的位置。
13.根据权利要求12所述的系统(100)，其特征在于，所述传感器(128)包括位置传感器(300)。
14.根据权利要求12所述的系统(100)，其特征在于，所述系统还包括以通信方式联接到所述传感器(128)的涡轮机控制器(26)。
15.根据权利要求12所述的系统(100)，其特征在于，所述摩擦表面(112)包括所述风力涡轮机(10)的偏航轴承(42)或制动盘(214)。
全文摘要
本申请公开了一种用于主动监测风力涡轮机制动片上的磨损的系统和相关方法。所述系统可以包括制动组件，所述制动组件具有制动片和可移动部件。所述制动片可以被配置成接合所述风力涡轮机的摩擦表面。所述可移动部件可以被配置成当所述制动片磨损时相对于所述摩擦表面移动。另外，所述系统可以包括传感器，所述传感器至少部分地安装在所述制动组件内。所述传感器可以被配置成检测所述可移动部件相对于所述传感器的位置或所述摩擦表面相对于所述传感器的位置。
文档编号F03D7/02GK102817779SQ20121013835
公开日2012年12月12日 申请日期2012年4月26日 优先权日2011年4月26日
发明者J·M·丹尼尔斯, U·诺伊曼 申请人:通用电气公司