专利名称：检测风力涡轮机转子叶片上的冰的系统和方法
技术领域：
本发明大体上涉及风力涡轮机，确切地说，涉及一种用于检测风力涡轮机转子叶片上的冰的系统和方法。
背景技术：
通常情况下，风力涡轮机包括塔筒、安装在塔筒上的机舱，以及连接到机舱的转子。转子通常包括可旋转轮毂以及连接到轮毂并从该轮毂向外延伸的多片转子叶片。每片转子叶片围绕轮毂间隔排列，以促使转子旋转，从而将风的动能转化成可用的机械能，随后转化成电能。
在某些大气条件下，冰可能会堆积或者聚积在风力涡轮机的转子叶片上。随着聚积在转子叶片上的冰层逐渐变厚，叶片的气动表面会改变，从而降低气动性能。此外，冰聚积会显著增加转子叶片的重量，从而因作用在转子叶片上的弯矩和/或其他旋转力增加而破坏结构。此外，当聚积在每片转子叶片上的冰量不同时，可能会出现质量不平衡，从而严重损坏风力涡轮机。鉴于与冰聚积相关的缺点，风力涡轮机可在确定一片或多片转子叶片的表面上已聚积冰时关机。风力涡轮机的运行随后可在证实转子叶片上不再存在冰时重新开始。因此，在风力涡轮机因冰聚积而关机之后，必须对每片转子叶片进行检查，以确定冰是否实际上和/或仍存在叶片上。通常，这要求每片叶片可从地面上的位置进行直观检查。但由于存在落冰风险，因此执行直观检查的服务人员必须位于距风力涡轮机安全距离处。因此，通常难以直观检测转子叶片上的冰聚积情况。此外，对转子叶片进行此类直观检查通常花费大量时间，从而不必要地增加风力涡轮机关机以检查冰聚积情况的时间量。因此，本技术中需要一种能对风力涡轮机转子叶片上的冰进行准确且有效检测的系统和方法。
发明内容
以下说明将部分阐明本发明的各方面内容和优点，或者，这些方面和优点在说明中可能是显而易见的，或者通过实践本发明能够推导出。—方面，本发明涉及一种用于检测风力涡轮机转子叶片上的冰的方法。所述方法通常可包括使所述转子叶片在一定桨距角范围内变桨；监测所述转子叶片变桨时所述风力涡轮机的冰相关参数；以及将所监测的冰相关参数与所述冰相关参数的预定基线廓线(baseline profile)进行比较。其中使所述转子叶片在一定变桨角范围内变桨包括在所述风力涡轮机未运行时使所述转子叶片在所述桨距角范围内变桨。其中使所述转子叶片在一定变桨角范围内变桨包括使所述转子叶片从顺桨位置以至少45度进行变桨。其中使所述转子叶片在一定变桨角范围内变桨包括使所述转子叶片从顺桨位置变奖(feathered position)到功率位置(power position)。其中监测所述转子叶片变桨时所述风力涡轮机的冰相关参数包括监测使所述转子叶片在所述桨距角范围内变桨所需的扭矩量。其中监测使所述转子叶片在所述桨距角范围内变桨所需的扭矩量包括监测所述转子叶片变桨时对所述风力涡轮机的变桨调整机构的电流输入；以及使所述电流输入与使所述转子叶片变桨所需的所述扭矩量相关联。其中监测所述转子叶片变桨时对所述风力涡轮机的变桨调整机构的电流输入包括由控制器接收与对所述变桨调整机构的所述电流输入相关的信号。其中监测使所述转子叶片在所述桨距角范围内变桨所需的扭矩量包括监测所述转子叶片变桨时对所述风力涡轮机的变桨调整机构的压力输入；以及使所述压力输入与使所述转子叶片变桨所需的所述扭矩量相关联。·
其中监测所述转子叶片变桨时对所述风力涡轮机的变桨调整机构的压力输入包括由控制器接收与对所述变桨调整机构的所述压力输入相关的信号。其中监测使所述转子叶片在所述桨距角范围内变桨所需的扭矩量包括监测所述转子叶片变桨时所述转子叶片的变桨轴承处存在的力；以及使所述力与使所述转子叶片变桨所需的所述扭矩量相关联。其中监测所述转子叶片变桨时所述转子叶片的变桨轴承处存在的力包括由控制器接收与所述变桨轴承处存在的所述力相关的信号。其中使所述转子叶片在一定变桨角范围内变桨包括使所述转子叶片以恒定的扭矩在一定桨距角范围内变桨。其中监测所述转子叶片变桨时所述风力涡轮机的冰相关参数包括监测使所述转子叶片在所述桨距角范围内变桨所花费的时间量。其中将所监测的冰相关参数与所述冰相关参数的预定基线廓线进行比较包括确定所述冰相关参数是否处于所述预定基线廓线的百分比变化范围内。另一方面，本发明涉及一种用于检测风力涡轮机的转子叶片上的冰的系统。所述系统通常可包括变桨调整机构，其经配置以使所述转子叶片变桨；以及传感器，其经配置以监测所述转子叶片变桨时所述风力涡轮机的冰相关参数。此外，所述系统可包括以可通信方式连接到所述变桨调整机构和所述传感器的控制器。所述控制器可经配置以控制所述变桨调整机构，从而使所述转子叶片在一定桨距角范围内变桨。此外，所述控制器可经配置以从所述传感器接收与所述冰相关参数相关的信号，并将所述冰相关参数与预定基线轮廓进行比较，以确定所述转子叶片上是否存在任何冰。其中所述冰相关参数包括使所述转子叶片在所述桨距角范围内变桨所需的扭矩量。其中所述传感器包括电流传感器，其经配置以监测对所述变桨调整机构的电流输入，或者所述传感器包括压力传感器，其经配置以监测对所述变桨调整机构的压力输入。所述传感器经配置以监测所述风力涡轮机的变桨轴承处存在的力。其中所述控制器经配置以控制所述变桨调整机构，从而使所述转子叶片从顺桨位置以至少45度进行变桨。其中所述控制器经配置以控制所述变桨调整机构，从而在所述风力涡轮机未运行时使所述转子叶片在所述桨距角范围内变桨。参考以下具体说明和所附权利要求书可更好地理解本发明的这些以及其他特征、
方面和优点。附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，展示了本发明的各个实施例，
并与具体说明一起解释本发明的原理。
本说明书参考附图，针对所属领域的技术人员，完整且可实现地详细揭示了本发
明，包括其最佳模式，其中图I所示为风力涡轮机的一个实施例的透视
图2所示为风力涡轮机的机舱的一个实施例的简化内部视图；图3所示为可包括在风力涡轮机的涡轮控制器内的合适部件的一个实施例的示
意图；图4所示为用于检测风力涡轮机转子叶片上的冰的方法的一个实施例的流程图；图5所示为在一定桨距角范围变桨的转子叶片的基线扭矩廓线的一个实施例；以
及图6所示为在一定桨距角范围变桨的转子叶片的基线时间廓线的一个实施例。部件标号列表
标号部件标号部件
~ 风力涡轮机12mn
14表面16机舱
~ 8￥Ψ20可旋转轮毂
h转子叶片24发电机
~^6祸轮控制器28变桨轴
"10变桨调整机构32转子轴
34发电机轴36齿轮箱
~^8变桨驱动电机40变桨驱动齿轮箱
变桨驱动齿轮44变桨轴承
传感器48传感器
处理器52存储装置
~~54通信模块56传感器接口
权利要求
1.一种检测风力涡轮机(10)的转子叶片(22)上的冰的方法(100)，所述方法(100)包括 在一定桨距角范围内对所述转子叶片(22)进行变桨； 监测所述转子叶片(22)变桨时所述风力涡轮机(10)的冰相关参数；以及 将所监测的冰相关参数与所述冰相关参数的预定基线廓线(110、210)进行比较。
2.根据权利要求I所述的方法(100)，其中使所述转子叶片(22)在一定桨距角范围内变桨包括在所述风力涡轮机(10)未运行时使所述转子叶片(22)在一定桨距角范围内变桨。
3.根据权利要求I所述的方法(100)，其中使所述转子叶片(22)在一定桨距角范围内变桨包括使所述转子叶片(22)从顺桨位置以至少45度进行变桨。
4.根据权利要求I所述的方法(100)，其中使所述转子叶片(22)在一定桨距角范围内变桨包括使所述转子叶片(22)从顺桨位置变桨到功率位置。
5.根据权利要求I所述的方法(100)，其中监测所述转子叶片(22)变桨时所述风力涡轮机(10)的冰相关参数包括监测使所述转子叶片(22)在所述桨距角范围内变桨所需的扭矩量。
6.根据权利要求5所述的方法(100)，其中监测使所述转子叶片(22)在所述桨距角范围内变桨所需的扭矩量包括 监测所述转子叶片(22)变桨时对所述风力涡轮机(10)的变桨调整机构(30)的电流输入；以及 使所述电流输入与使所述转子叶片(22)变桨所需的所述扭矩量相关联。
7.根据权利要求6所述的方法(100)，其中监测所述转子叶片(22)变桨时对所述风力涡轮机(10)的变桨调整机构(30)的电流输入包括由控制器(26)接收与对所述变桨调整机构(30)的所述电流输入相关的信号。
8.根据权利要求5所述的方法(100)，其中监测使所述转子叶片(22)在所述桨距角范围内变桨所需的扭矩量包括 监测所述转子叶片(22)变桨时对所述风力涡轮机(10)的变桨调整机构(30)的压力输入；以及 使所述压力输入与使所述转子叶片(22)变桨所需的所述扭矩量相关联。
9.根据权利要求8所述的方法(100)，其中监测所述转子叶片(22)变桨时对所述风力涡轮机(10)的变桨调整机构(30)的压力输入包括由控制器(26)接收与对所述变桨调整机构(30)的所述压力输入相关的信号。
10.根据权利要求5所述的方法(100)，其中监测使所述转子叶片(22)在所述桨距角范围内变桨所需的扭矩量包括 监测所述转子叶片(22)变桨时所述转子叶片(22)的变桨轴承(44)处存在的力；以及 使所述力与使所述转子叶片(22)变桨所需的所述扭矩量相关联。
11.根据权利要求10所述的方法(100)，其中监测所述转子叶片(22)变桨时所述转子叶片(22)的变桨轴承(44)处存在的力包括由控制器(26)接收与所述变桨轴承(44)处存在的所述力相关的信号。
12.根据权利要求I所述的方法(100)，其中使所述转子叶片(22)在一定桨距角范围内变桨包括使所述转子叶片(22)以恒定的扭矩在一定桨距角范围内变桨。
13.根据权利要求12所述的方法(100)，其中监测所述转子叶片(22)变桨时所述风力涡轮机(10)的冰相关参数包括监测使使所述转子叶片(22)在所述桨距角范围(102)内变桨所花费的时间量。
14.根据权利要求I所述的方法(100)，其中将所监测的冰相关参数与所述冰相关参数的预定基线廓线(110、210)进行比较(106)包括确定所述冰相关参数是否处于所述预定基线廓线(110、210)的百分比变化(112、212)范围内。
15.一种检测风力涡轮机(10)的转子叶片(22)上的冰的系统，所述系统包括 变桨调整机构(30)，其经配置以使所述转子叶片(22)变桨； 传感器(46、48)，其经配置以监测所述转子叶片(22)变桨时所述风力涡轮机(10)的冰相关参数；以及 控制器(26)，其以可通信方式连接到所述变桨调整机构(30)和所述传感器(46、48)，所述控制器(26)经配置以控制所述变桨调整机构(30)，从而使所述转子叶片(22)在一定桨距角范围内变桨，所述控制器(26)经进一步配置以从所述传感器(46、48)接收与所述冰相关参数有关的信号，并将所述冰相关参数与预定基线廓线(110、210)进行比较，从而确定所述转子叶片(22)上是否存在任何冰。
全文摘要
本发明揭示一种检测风力发电机转子叶片上的冰的系统和方法。在一个实施例中，所述方法可包括使所述转子叶片在一定桨距角范围内变桨；监测所述转子叶片变桨时所述风力涡轮机的冰相关参数；以及将所监测的冰相关参数与所述冰相关参数的预定基线廓线进行比较。
文档编号F03D7/02GK102889175SQ20121025459
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月20日 优先权日2011年7月22日
发明者C.D.程 申请人:通用电气公司