[發(fā)明專利]用于光學(xué)測(cè)量風(fēng)力發(fā)電設(shè)備風(fēng)輪葉片的撓度的裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110185959.3
• 申請(qǐng)日: 2011-07-05
• 公開（公告）號(hào): CN102313634A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: F.伯托洛蒂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: SSB風(fēng)系統(tǒng)兩合公司
• 主分類號(hào): G01M5/00
• 分類號(hào): G01M5/00;G01B11/16
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 侯宇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于光學(xué)測(cè)量風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的風(fēng)輪葉片的撓度的裝置，所述風(fēng)輪葉片通過(guò)其葉片根部固定在風(fēng)輪的風(fēng)輪輪轂上，所述裝置具有以下部件：至少一個(gè)與葉片根部間隔地固定在風(fēng)輪葉片上的發(fā)射光線的外部標(biāo)記；至少一個(gè)固定在風(fēng)輪上的相機(jī)，該相機(jī)接收由外部標(biāo)記射出的光線并且提供與相機(jī)相對(duì)于外部標(biāo)記的相對(duì)位置有關(guān)的第一位置信息；一個(gè)與相機(jī)耦合的評(píng)估裝置。

背景技術(shù)

由于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中風(fēng)輪葉片的長(zhǎng)度和柔性不斷增加，對(duì)風(fēng)輪葉片的控制越來(lái)越多地旨在減小風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的負(fù)荷和振動(dòng)。風(fēng)輪葉片的負(fù)荷主要由空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)引起。但不可能直接測(cè)量該空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)荷。因?yàn)槿~片撓度和葉片負(fù)荷具有緊密關(guān)系，因此關(guān)于葉片撓度的信息是用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備控制系統(tǒng)的良好的輸入信息，該控制系統(tǒng)可以根據(jù)這些信息減少不期望的周期性葉片負(fù)荷，這些葉片負(fù)荷例如由風(fēng)輪軸線相對(duì)于風(fēng)向的錯(cuò)誤定向或由豎直或水平風(fēng)剪切產(chǎn)生。

在2006年1月公開的文獻(xiàn)NREL/TP-500-39253中描述了一種用于測(cè)量風(fēng)輪葉片撓度的方法，其中使用了布置在葉片根部附近的帶有紅外線輻射源的紅外線相機(jī)以及固定在風(fēng)輪葉片上的反射條。由紅外線輻射源照射的反射條將紅外線光反射回相機(jī)，從而可以通過(guò)評(píng)估由相機(jī)拍攝的圖像來(lái)計(jì)算葉片撓度。

WO?2010/054661?A2公開了一種用于監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備風(fēng)輪葉片的負(fù)荷的方法，該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備包括吊艙和通過(guò)風(fēng)輪軸可旋轉(zhuǎn)地支承在該吊艙上的風(fēng)輪輪轂，在該風(fēng)輪輪轂上固定有至少一個(gè)風(fēng)輪葉片。風(fēng)輪葉片包括一個(gè)反射器，該反射器的位置與風(fēng)輪葉片的負(fù)荷有關(guān)地變化。在吊艙中布置有一個(gè)用于電磁輻射的輻射源和一個(gè)輻射接收器，其中，輻射路徑從輻射源指向反射器并且從該反射器往回指向輻射接收器。借助監(jiān)測(cè)裝置可以根據(jù)由輻射接收器接收的輻射的變化確定承載的風(fēng)輪葉片的偏轉(zhuǎn)。

在前述的這些方法中，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的振動(dòng)導(dǎo)致出現(xiàn)測(cè)量誤差，因?yàn)樵撜駝?dòng)引起了相機(jī)的移動(dòng)。因此在相機(jī)的感光面上該相機(jī)的運(yùn)動(dòng)與由葉片彎曲引起的反射器圖像的運(yùn)動(dòng)重疊到一起。此外，相機(jī)由于相機(jī)支架和/或風(fēng)輪葉片不可逆的變形而移動(dòng)也導(dǎo)致出現(xiàn)測(cè)量誤差。這種變形例如是風(fēng)輪葉片在葉片根部附近原本呈圓形的橫斷面變?yōu)闄E圓形的橫斷面，這可以歸因于材料在受負(fù)荷的情況下蠕變(Materialkriechen)。

傳統(tǒng)的基于相機(jī)的用于測(cè)量沿風(fēng)輪葉片的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)處的葉片撓度的系統(tǒng)使用一個(gè)光源，該光源照射一個(gè)或多個(gè)沿葉片布置在預(yù)先確定的位置上的反射器。由反射器反射的光線被數(shù)碼相機(jī)接收，該數(shù)碼相機(jī)為此具有感光面。通過(guò)評(píng)估感光面上反射器圖像的位置計(jì)算反射器相對(duì)于相機(jī)位置的錯(cuò)移并且由此推導(dǎo)出葉片撓度。在此，為了使測(cè)量分辨率最大化，在相機(jī)中裝入一個(gè)具有狹窄視角的透鏡，因此當(dāng)反射器(或多個(gè)反射器)在葉片承載的情況下以預(yù)計(jì)的最大程度錯(cuò)移時(shí)，反射圖像可以在感光面上最大程度地移動(dòng)。因此風(fēng)輪葉片的葉片根部區(qū)域通常不在相機(jī)視野之內(nèi)。

與傳統(tǒng)的基于相機(jī)的用于測(cè)量葉片撓度的系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)地尤其具有以下問(wèn)題：

-由于相機(jī)的振動(dòng)，反射器圖像在相機(jī)的感光面上移動(dòng)，使得所述系統(tǒng)錯(cuò)誤地將該移動(dòng)理解為風(fēng)輪葉片的彎曲而發(fā)出信號(hào)。

-例如通過(guò)由于材料蠕變(例如葉片的橢圓形橫斷面)造成風(fēng)輪葉片在相機(jī)位置的區(qū)域內(nèi)變形，相機(jī)相對(duì)于葉片根部的位置隨著時(shí)間的增加不可逆地變化，使得在葉片沒(méi)有彎曲撓度的情況下也會(huì)引起反射器圖像在感光面上的錯(cuò)移。由此在葉片撓度測(cè)量中產(chǎn)生誤差。

發(fā)明內(nèi)容

由此出發(fā)，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，進(jìn)一步設(shè)計(jì)開頭所述類型的裝置，使得可以避免或至少減少在確定葉片撓度時(shí)由于相機(jī)振動(dòng)和/或相機(jī)不可逆地錯(cuò)移造成的誤差。

該技術(shù)問(wèn)題按本發(fā)明通過(guò)一種用于光學(xué)測(cè)量風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的風(fēng)輪葉片撓度的裝置解決，所述風(fēng)輪葉片通過(guò)其葉片根部固定在風(fēng)輪的風(fēng)輪輪轂上，所述裝置具有

-至少一個(gè)與葉片根部間隔地固定在風(fēng)輪葉片上的發(fā)射光線的外部標(biāo)記，

-至少一個(gè)固定在風(fēng)輪上的(第一)相機(jī)，該相機(jī)接收由所述外部標(biāo)記射出的光線并且提供與該相機(jī)相對(duì)于外部標(biāo)記的相對(duì)位置有關(guān)的第一位置信息，

-一個(gè)與所述相機(jī)耦合的評(píng)估裝置，

-一個(gè)位置檢測(cè)器件，該位置檢測(cè)器件檢測(cè)所述相機(jī)相對(duì)于葉片根部的相對(duì)位置并且提供與該相對(duì)位置有關(guān)的第二位置信息，其中，所述評(píng)估裝置通過(guò)評(píng)估所述(尤其是兩個(gè))位置信息確定風(fēng)輪葉片的撓度和/或至少一個(gè)表征該撓度的參數(shù)。