涉及风力涡轮机传感器的改进的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及风力涡轮机传感器。
【背景技术】
[0002]现代风力涡轮机包括多个传感器，所述多个传感器用于监控外部参数(诸如风速和风向)和内部参数(诸如影响风力涡轮机叶片和其它部件的振动和应变)。来自这些传感器信息被用于控制风力涡轮机并且用于监控风力涡轮机部件的健康状况。
[0003]许多风力涡轮机传感器由金属部件制成。然而，由于风力涡轮机是非常高的结构并且这些传感器倾向于被定位在塔架顶部的外部或在旋转叶片的外部上，因此它们易受雷击。为了克服这个问题，全部由非金属部件制成的传感器已在W02011/095170中被提出。替代地，传感器可包括电气绝缘以降低雷击的风险。
[0004]影响风力涡轮机传感器的另一个问题是积冰。在寒冷条件下，冰可积累在风力涡轮机叶片和风力涡轮机的其它部分上。如果这样的冰覆盖传感器，则其可防止传感器有效地操作。
[0005]针对这样的背景，本发明目的在于提供一种改进的传感器系统，其不受到如上所述的问题影响。
【发明内容】
[0006]根据本发明提供一种用于风力涡轮机的传感器装置，所述装置包括:传感器；以及加热系统，其中加热系统包括被设置以将电磁辐射从光源传递到传感器的光纤并且利用电磁辐射照射传感器以加热传感器并且由此防止或减少传感器上的积冰。
[0007]传感器装置还可包括控制器，所述控制器被配置以在有利于传感器上的积冰的情况下启动加热系统。较低的外界气温可引起积冰，但其它因素(诸如空气湿度和气压)也可对积冰是否出现产生影响。
[0008]在优选实施方式中，控制器被配置以在受测温度低于预定阈值温度的情况下启动加热系统。为了防止冰形成在传感器上，预定阈值温度优选地高于冰形成温度。仅在阈值温度以下启动加热系统的优点是，与使加热系统持续运行相比节约电力。在其它实施方式中，控制器可被配置以在受测温度低于阈值温度时并且在湿度级别超过预定阈值时启动加热系统。
[0009]风力涡轮机通常包括温度传感器以测量风力涡轮机所处局部地区的外界温度，以及优选地，外界温度为上文所指的受测温度。
[0010]替代地，受测温度可为传感器自身的温度。在某些情况下，外界温度可能无法精确地反映传感器自身的温度。使用传感器的温度，与使用外界温度时相比能够更精确地确定在传感器处是否出现冰形成温度。
[0011]优选地，控制器被配置以根据受测温度与加热系统的功率输出之间的预定关系随着受测温度降低而增加加热系统的功率输出。在更冷的条件下，需要更多功率以维持传感器装置温度高于冰形成温度。因此，在更冷的条件下增加加热系统的功率输出通过以下方式节省功率，即使得维持传感器装置温度高于冰形成温度所需的功率最小化，而同时确保加热系统即使在极冷的条件下也是功能完备的。
[0012]替代地或附加地，控制器可被配置以响应于识别到指示出冰存在于传感器上的谬误传感器数据而启动加热系统。这样的配置被用于融化可能已形成在传感器上的任何冰。传感器上的积冰可干扰传感器的正常操作，引起传感器提供谬误的测量。任何谬误的测量可由控制器通过将测量与典型测量进行统计学比较而被检测到，以搜寻数据中的任何显著的异常值。控制软件可被配置以当受测温度处于或低于冰形成温度时在预定时间段内接收到预定数量的谬误测量的情况下启动加热系统。
[0013]在优选实施方式中，加热系统的光源发射波长在红外范围中的电磁辐射。替代地，电磁辐射的波长可处于可见光区域或确实处于能够提供加热效果的任何其它适当区域。光源可包括一个或多个发光二极管(LED)、激光、卤素、卤化金属光源或当电磁辐射经由光纤被传递时能够提供传感器上的加热效果的任何其它光源。
[0014]电磁辐射可使用透镜和/或反射镜的布置而从加热系统的光纤的端部被分布在传感器系统上方。从光纤的端部发射出的光束与传感器的尺寸相比可相对较窄。因此与不包括任何透镜相比，包括至少一个透镜可有利于使电磁辐射在更短距离中分布到传感器的更大范围中。此外，传感器的部件可阻碍来自光纤的端部的电磁辐射到达传感器的其它部分，以及至少一个反射镜能够被用于将电磁辐射朝向传感器的可能在其它情况下被遮挡的部分反射。
[0015]优选地，传感器装置中的将被安装在风力涡轮机外部的所有元件由电绝缘材料制成。更具体地，传感器装置中的将被安装在风力涡轮机外部的所有元件优选地由非金属材料制成。这降低了传感器对于雷击的易感性。例如，用于传感器装置的外壳可由这样的材料构成，诸如具有玻璃纤维或碳纤维加强件的塑料；替代地，所述材料可为可变形材料，诸如聚合物，例如橡胶、自然橡胶、聚丙烯、聚乙烯、尼龙、弹性材料、凯夫拉(Kevlar)等。
[0016]光源被定位远离传感器的情况是有利的，因为光源包含电子部件，以及由于上述原因而不期望将任何金属部件添加到被安装在外部的传感器装置。
[0017]类似地，优选的是传感器装置中的易受由雷击引起的放电或感应电流导致的损害的所有元件受到电屏蔽件保护。例如，电气部件能够被定位在法拉第笼内部以保护它们不
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受宙击。
[0018]在包括至少一个反射镜以使电磁福射在传感器上方分布的实施方式中，所述反射镜优选地为非金属反射镜，诸如介电反射镜。
[0019]在受测温度为传感器温度自身的实施方式中，温度传感器优选地被定位远离传感器并且为非接触式温度计，诸如红外摄像头或红外测温仪。再次地，这确保了没有金属部件与可吸引雷电的传感器相关联。
[0020]优选地，传感器不具有金属部件或传感器在其他情况下包括电气绝缘，非限制性实施例包括光学风速计、光学测光表或光学应变计。光学测光表能够被用在系统中以防止由风力涡轮机引起的阴影闪动。由于每个涡轮机叶片围绕轴杆的轴线旋转，因此重复且频闪的阴影可能在太阳在天空中较低时出现，这样的现象被称为‘阴影闪动’。阴影闪动可引起不期望且分散的光照，特别是在风力涡轮机被定位靠近住宅区域的情况下。为了解决这样的问题，某些风力涡轮机包括能够提供关于太阳的角度和位置的信息的测光表。这样的信息对于监控风力涡轮机塔架的相反两侧上的相对光照级别而言是有用的。知晓相对光照级别允许阴影闪动的风险被计算，以及这样的信息能够被用于控制风力涡轮机以便避免或减少阴影闪动。
[0021]优选地，如上所述的传感器装置被用于风力涡轮机上。因此，本发明提供一种包括如上所述的传感器装置的风力涡轮机。传感器装置既抗雷击又防止或减少积冰。本发明还包括一种包括多个如上所述的风力涡轮机的风力发电厂。
[0022]替代地或附加地，如上所述的传感器装置能够被用在气象测量塔架上，因为被用在测量塔架上的传感器(诸如风速计)也易受雷击和积冰影响。
[0023]本发明还提供一种减少或防止风力涡轮机传感器上的积冰的方法，所述方法包括通过利用电磁辐射照射传感器而加热传感器，其中电磁辐射从光源通过光纤被传递到传感器。
[0024]在优选实施方式中，所述方法可包括测量温度并且在受测温度低于预定阈值温度的情况下加热传感器。优选地，所述方法包括随着受测温度下降增加被传递到传感器电磁辐射的强度。替代地或附加地，所述方法可包括响应于识别到指示出冰存在于传感器上的谬误传感器数据而加热传感器。优选地，所述方法包括利用波长在红外范围中的电磁辐射照射传感器，尽管能够提供加热效果其他波长也是适合的。在所述方法的优选实施方式中，光源可被定位远离传感器。
【附图说明】
[0025]为了使得本发明可被更容易地理解，本发明的实施方式现在将会仅通过实施例的方式并且参照以下附图被更详细地描述，其中:
[0026]图1为根据本发明的风力涡轮机的示意图；
[0027]图2为根据本发明的实施方式的风力涡轮机传感器装置的示意性平面图；
[0028]图3为图2的传感器装置的示意性侧视图；以及
[0029]图4更清楚地示出并且示出被连接到光电设备套件的图2的传感器装置。
【具体实施方式】
[0030]图1示出具有根据本发明的实施方式的传感器装置12的风力涡轮机10。风力涡轮机10包括塔架14，机舱16被支撑在所述塔架上。转子18被安装到机舱16的前部。转子18包括轮毂20，三个等间距的转子叶片22被安装在所述轮毂上。传感器装置12被安装在机舱16的上表面24外部。机舱16包括电屏蔽件，诸如法拉第笼，以保护其内容物不受雷击。光电设备套件26被定位在电气屏蔽的机舱16内并且通过一捆光纤被连接到传感器装置12，由图1中的线28示意性第示出。在替代实施方式中，传感器装置12和光电设备套件26两者都能够被定位在风力涡轮机10上的其他位置。
[0031]现在参照图2和3，传感器装置12包括传感器。在这样的实施例中，传感器为光学风速计，所述光学风速计被配置以通过检测尘埃颗粒32或风中承载的其他类似物质的运动而确定风30的速度和方向。光学风速计的操作将会在下文中被更详细地讨论。
[0032]光学风速计包括圆顶形外壳34，三个光源36和光检测装置38被定位在所述圆顶形外壳中。光检测装置38被置中地定位在外壳34中，以及三个光源36围绕光检测装置38被等间距地定位。光源36发射光束40，所述光束汇聚在光检测装置38下方的聚焦区域42中。
[0033]传感器装置12还包括加热系统44以防止或减少光学风速计上的积冰。加热系统44包括透镜46和光纤48。外壳34具有第一孔50，光纤52的第一端通过所述第一孔进入外壳34。透镜46被安装在外壳34内部，邻近于光纤52的第一端并且与所述第一端分隔开。如将会在下文中被更详细地描述的，加热系统44使用透镜46起作用，以使从光纤52第一端发射的红外辐射54在传感器装置12上方分布。
[0034]在这样的实施方式中，传感器装置12不包含任何金属或导电部件并且因此与具有金属部件传感器装置相比更少受到雷击影响。
[0035]图4示出在这样的实施方式中具有五个孔50、56外壳34，五个光纤48、58、60通过