专利名称：检测叶片高转速的布置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测叶片特别是风力涡轮机叶片的高转速的布置。
背景技术：
风力涡轮机叶片的转速必须持续监测以防止由例如作用在叶片上的高风速导致 的损伤。如果转速超过预定值，风力叶片必须被转动脱离风以降低转速。如果在旋转叶片处放置传感器，叶片的转速可精确检测。传感器准备好检测由叶 片转动而产生的作用在叶片上的实际的离心或向心力。如果测得的力过大，借助于电线传送信号至控制单元，用于进一步处理。优选实施 方式中，控制单元可为风力涡轮机的一部分。需要保护所使用的电线不受雷击，以避免对整个系统的雷电损害。由于需要避雷，该线装(wire-bound)系统是昂贵且复杂的。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种改进的检测旋转叶片的高转速的布置。该目的通过权利要求1的特征得以实现。本发明的优选实施方式为从属权利要求的主题。依照本发明，一种布置被用于确定绕轴线旋转的叶片的转速。发射单元位于旋转 叶片处，而接收单元位于叶片的旋转毂处。发射单元和接收单元由用于将信号从发射单元 传输至接收单元的传输系统连接。用于检测由于叶片转动而作用在叶片上的力的检测单元 位于叶片处。检测单元制成在检测到的力超过预定值时中断信号的传输。接收单元包括控 制单元，通过估算信号的中断传输来检测叶片的高转速。传输系统制成光传输系统，其将光信号从发射单元传输至接收单元以用来估算。依照本发明，发射至少一个光信号用于检测高转速。因此，接收单元和发射单元相 互电隔离。因此对线装信号传输而言无需在它们之间使用金属连接。这导致不太需要避雷。优选实施方式中，光学传感器单元置于叶片处，离毂一定距离。由于作用在旋转元 件上的离心力与环形运动的半径相关，因此本发明布置的精度得以改进。本发明布置以多种方式被构造为所谓“故障保护布置”。由控制单元通过信号的中 断传输检测到的任何故障将产生关于错误的消息。因此光学传输系统(光源、光纤、中断器、检光器)内的任何故障都被确定。
本发明将借助于附图得到更详细显示。图1借助于简化的框图显示了本发明的方法，图2显示了制作用于本发明的中断器的第一实例，以及
图3显示了制作用于本发明的中断器的另一实例。
具体实施例方式图1借助于简化的框图显示了本发明的方法。绕轴线旋转的叶片BL的过高转速 ROS借助于第一发射/接收单元TUl和第二发射/接收单元TU2被检测。第一发射/接收单元TUl例如位于风力涡轮机的旋转毂HB处。第二发射/接收 单元TU2位于旋转叶片BL处。第一发射/接收单元TUl和第二发射/接收单元TU2与两个光纤OFl、0F2连接。第一光纤OFl用于将光学第一信号OSl从第一发射/接收单元TUl传输至第二发 射/接收单元TU2，而第二光纤0F2用于将光学第二信号0S2从第二发射/接收单元TU2传 输至第一发射/接收单元TUl。第二发射/接收单元TU2可包括传感器单元SU。该传感器单元SU接收由第一发 射/接收单元TUl产生并经由光纤OFl传送至第二发射/接收单元TU2的传输光信号OSl。传感器单元SU联接有用作检测单元的中断器IR。中断器检测由于叶片BL旋转而 作用在该叶片上的离心或向心力。因此该力取决于叶片的转速R0S。中断器IR制成在检测到的力超过预定值时中断第二信号0S2的传输。因此，如果叶片BL转速ROS或甚至是作用在叶片BL上的相关力低于预定值，传感 器单元SU仅将光信号OSl作为光信号0S2传回第一发射/接收单元TUl。如果两个光纤0F1、0F2与中断器IR光学连接，传感器单元SU可省略。在此情况 下，中断器IR为两光纤之间光传输路径的一部分。如果力超过预定值，中断器IR阻止光信号0S2传回到第一发射/接收单元TU1。 因此作为开关的中断器IR可为任何合适的配置。第一发射/接收单元TUl包括用于检测光信号0S2的检光器LD，该信号0S2被从 第二发射/接收单元TU2传输至第一发射/接收单元TUl。因为发射/接收单元TU1、TU2 二者均在旋转，它们可经由光纤0F1、0F2稳定地相 互连接。如上所述，仅当叶片BL的转速ROS低于预定速度值时才传送光信号0S2。控制单元⑶优选地位于避雷区域内的毂HB处。因此控制单元⑶将检测由叶片BL的过高转速ROS引起的第二光信号0S2传输的 中断。在此情况下，叶片可例如通过改变叶片角度来脱离风，以减少受风力攻击的叶片 有效面积。因此叶片BL的转速ROS将会降低。叶片BL借助于与控制单元⑶相连的转向单元STU而脱离攻击风。在图1所示实例中，第一发射/接收单元TUl包括产生第一光信号OSl的光源LS， 例如发光二极管或激光二极管。第一发射/接收单元TUl也包括检测或接收第二光信号0S2的检光器LD，例如光 电二极管或光电晶体管。在如上所述的实例中，第一光信号OSl被第一发射/接收单元TUl产生并发送，并 被第二发射/接收单元TU2接收。随后，它穿过传感器单元SU以及中断器IR，以用作转发
5用的第二光信号0S2。由此旋转叶片BL内不存在有源元件。在另一实施方式中，第二光信号0S2在叶片BL侧产生，因此可得以简化所述的光 传输系统。如此，可去除第一光纤0F1、传感器单元SU以及光源LS，而第二发射/接收单元 TU2将包含光源LS’以产生光信号0S2。该光信号被送入中断器IR，用于所需的转发。如此，第一发射/接收单元TUl的功能被减至简单接收器功能，而第二发射/接收 单元TU2的功能被减至简单发射器功能。光源LS、LS’以及检光器LD依照它们对其他外部光源的敏感度进行选择。敏感度 应尽可能地低，以防止外部光源影响所述系统的功能。为了保证敏感度，优选实施方式中所使用的光源LS、LS'产生预定波长的光信号 0S1、0S2。调制光信号0S1、0S2具有确定模式和/或确定频率也是可能。图2A和2B显示了制作本发明所用的中断器IRl的第一实例。图2A显示中断器 IRl处于非激活态。杆LV围绕点PT被可旋转地安装。杆LV的第一侧借助于弹簧S而被平衡并且还 载有配重W。光阻材料LBM位于杆LV的第二侧。只要叶片的转速或相关力Cf低于预定值，光信号OS就被允许穿过中断器IRl的 光传输区域LTA。离心或向心力CF与叶片的转速相关。该力cf作用在杆LV的配重W上，而杆LV 借助于配重W和弹簧S被平衡。 因此，只要力低于预定值，光阻材料LBM就被保持远离光传输区域LTA。图2B显示中断器IRl处于激活态。如果叶片的转速超过预定的风速，力CF将增加。由于力作用在配重W上，杆LV被 推动而围绕点PT转动。由于该转动，光阻材料LBM被移入光传输区域LTA，因此，光信号OS的传输被阻断。图3显示制作本发明所用的中断器IR2的另一实例。图3A显示中断器IR2处于非激活态。弹簧SP由其第一侧连接螺杆SC，而螺杆SC用于校准目的。弹簧SP的第二侧连接光阻材料LBM，光阻材料LBM可移动到光传输区域LTA内。只要叶片的转速和因此力cf低于预定值，光信号OS就被允许穿过中断器IR2的 光传输区域LTA。力CF作用在光阻材料LBM上，而光阻材料LBM借助于校准弹簧SP而远离光传输 区域LTA。图3B显示中断器IR2处于激活态。如果叶片的转速增加，离心力CF将增大。因为力cf作用在光阻材料LBM上，当力 cf超过预定值时，光阻材料LBM被移入光传输区域LTA。因此光信号OS的传输被阻断。图2和图3显示中断器的基本方案，实现作为“质量_弹簧”系统，该系统移动一 种活塞以中断光信号传输。使用任何种类的控制开关或中断器均在本发明的范围之内，该控制开关或中断器的控制取决于旋转叶片的转速。
权利要求
用于确定绕轴线旋转的叶片(BL)的转速的布置，其中， 发射单元(TU2)位于旋转叶片(BL)处， 接收单元(TU1)位于所述叶片(BL)的旋转毂(HB)处， 所述发射单元(TU2)和所述接收单元(TU1)由传输系统连接，所述传输系统用于将信号(OS2)从所述发射单元(TU2)传输至接收单元(TU1)， 检测单元(IR)位于叶片处，用于检测由于叶片旋转而作用在所述叶片上的力， 所述检测单元(IR)制成当检测到的力超过预定值时中断所述信号(OS2)的传输， 所述接收单元(TU1)包括控制单元(CU)，所述控制单元(CU)通过估算所述信号(OS2)的中断传输而检测所述叶片(BL)的高转速(ROS)，其特征在于， 所述传输系统为光传输系统，其将光信号(OS2)从所述发射单元(TU2)传输至所述接收单元(TU1)，用于估算。
2.根据权利要求1所述的布置，其特征在于，所述发射单元(TU2)和所述接收单元 (TUl)与至少一个传输所述光信号(0S2)的光纤(0F2)连接。
3.根据权利要求1所述的布置，其特征在于，所述发射单元(TU2)包括中断器(IR)，所 述中断器检测由于叶片旋转而作用在所述叶片(BL)上的力并中断所述光信号(0S2)的传 输。
4.根据权利要求3所述的布置，其特征在于，所述控制单元连接有转向单元(STU)，当 所述光信号(0S2)的传输被中断时，所述转向单元(STU)使所述叶片(BL)转动脱离攻击 风。
5.根据权利要求1所述的布置，其特征在于，_所述接收单元(TUl)为包括用于产生第一光信号(OSl)的光源(LS)的第一发射/接 收单元(TUl)的一部分，-所述发射单元(TU2)为包括用于接收所述第一光信号(OSl)的光传感器(SU)的第二 发射/接收单元(TU2)的一部分，-所述光源(LS)和所述光传感器(SU)由用于将所述第一光信号(OSl)从所述第一发 射/接收单元(TUl)传输至所述第二发射/接收单元(TU2)的第一光纤(OFl)连接。
6.根据权利要求5所述的布置，其特征在于，_所述第二发射/接收单元(TU2)包括中断器(IR)， -所述第一发射/接收单元(TUl)包括检光器(LD)， -所述中断器(IR)和所述检光器(LD)由第二光纤(0F2)连接， -所述中断器(IR)插在所述传感器单元(SU)和所述第二光纤(0F2)之间， -所述第一光信号(OSl)产生并从所述第一发射/接收单元(TUl)的光源(LS)传输至 所述第二发射/接收单元(TU2)的传感器单元(SU)，如果检测到的力低于所述预定值，所述 第一光信号(OSl)被所述传感器单元(SU)接收并穿过所述中断器(IR)，同时所述第一光信 号(OSl)作为第二光信号(0S2)被从所述中断器(IR)送回至所述检光器(LD)。
7.根据权利要求1所述的布置，其特征在于，-所述发射单元(TU2)包括用于产生所述光信号(0S2)的光源(LS’)， -所述发射单元(TU2)包括作为检测单元一部分的中断器(IR)，-所述接收单元(TUl)包括检光器(LD)，-所述中断器(IR)和所述检光器(LD)由光纤(0F2)连接，-所述中断器(IR)插在光源(LS)和所述光纤(0F2)之间，_仅当检测到的力低于所述预定值时，所述光信号(0S2)产生并从所述光源(LS)传输 至所述中断器(IR)并穿过所述中断器(IR)，并且在这种情况下所述光信号(0S2)被从所述 中断器(IR)送至所述检光器(LD)。
8.根据前述权利要求任一项所述的布置，其特征在于，所述光源(LS、LS’)为发光二极管或激光二极管。
9.根据前述权利要求任一项所述的布置，其特征在于，所述检光器(LD)为光电二极管 或光电晶体管。
10.根据前述权利要求任一项所述的布置，其特征在于，所发射的光信号(0S1、0S2)具 有预定波长和/或预定调幅和/或预定模式和/或预定频率以避免所述叶片(BL)的环境 光信号的干扰。
11.根据权利要求1所述的布置，其特征在于，所述叶片(BL)和毂(HB)为风力涡轮机 的一部分。
12.根据前述权利要求任一项所述的布置，其特征在于，-所述中断器(IR1、IR2)包括机械元件(W、S、LV、PT、SC、SP)，这些机械元件依靠离心 或向心力(cf)移动，而所述力与所述叶片(BL)的转速(ROS)有关，-所述机械元件(W、S、LV、PT、SC、SP)联接有光学装置(LTA、LBM)，所述光学装置(LTA、 LBM)中断或允许所述光信号(OS)的传输。
全文摘要
本发明涉及检测叶片高转速的布置。依照本发明，一种布置用于检测绕轴线旋转的叶片(BL)的转速。发射单元(TU2)位于旋转叶片(BL)处，而接收单元(TU1)位于叶片(BL)的旋转毂(HB)处。发射单元(TU2)和接收单元(TU1)由用于将信号(OS2)从发射单元(TU2)传输至接收单元(TU1)的传输系统连接。用于检测由于叶片旋转而作用在叶片上的力的检测单元(IR)位于叶片处。检测单元(IR)制成在检测到的力超过预定值时中断信号(OS2)的传输。接收单元(TU1)包括通过估算信号(OS2)的中断传输而检测叶片(BL)的高转速(ROS)的控制单元(CU)。传输系统制作为将光信号(OS2)从发射单元(TU2)传输至接收单元(TU1)用于估算的光传输系统。
文档编号G01P3/36GK101900741SQ20091025902
公开日2010年12月1日 申请日期2009年12月9日 优先权日2008年12月9日
发明者J·C·克尔德森, P·埃格达尔 申请人:西门子公司