[發明專利]監測風力渦輪機的支撐結構的結構完整性的方法、系統以及風力渦輪機

有效

• 申請號: 202010412663.X
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111946558B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: G.赫格;D.S.延森
• 申請（專利權）人: 西門子歌美颯可再生能源公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;G01H17/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄒松青;司昆明

本發明描述了一種監測風力渦輪機（1）的支撐結構（13、14）的結構完整性的方法，該方法包括以下步驟：確定前后塔架振蕩頻率（fsubgt;FA/subgt;）；確定側向塔架振蕩頻率（fsubgt;S2S/subgt;）；根據所述前后塔架振蕩頻率（fsubgt;FA/subgt;）和所述側向塔架振蕩頻率（fsubgt;S2S/subgt;）計算工作結構指標值（R）；將所述工作結構指標值（R）與參考工作結構指標值（Rsubgt;ref/subgt;）進行比較；以及如果工作結構指標值（R）和參考結構指標值（Rsubgt;ref/subgt;）之間的差超過預定閾值（Δsubgt;OK/subgt;），則發出警報（230）。本發明還描述了一種用于監測風力渦輪機（1）的支撐結構（13、14）的結構完整性的系統（2）、一種風力渦輪機（1）和一種用于執行本發明方法的步驟的計算機程序產品。

技術領域

本發明描述了一種監測風力渦輪機的支撐結構的結構完整性的方法，以及一種用于監測風力渦輪機的支撐結構的結構完整性的系統。

背景技術

作用于風力渦輪機的空氣動力學轉子和機艙上的風將導致包括塔架的整個結構相對于固定基座來回搖擺。風力渦輪機的支撐結構包括塔架和將整個結構錨固到地面的基架。塔架的振蕩頻率由各種因素決定，主要由塔架高度與整個結構的質量決定。振蕩方向由各種因素決定，主要由風向決定。在海上風力渦輪機的情況下，振蕩方向也可能受到水流方向的影響，所述水流可以在與風不同的方向上移動。目前正在建造的大容量風力渦輪機可以具有非常長的轉子葉片(長度為80m或更長)，從而需要相應地更高的塔架。當這種高塔架振蕩時，塔架的上端的位移可以是幾米的量級。

風力渦輪機的塔架-無論其高度如何-必須被構造成承受在塔架振蕩期間產生的應力。通過組合設計參數，諸如塔架壁厚、凸緣厚度、塔架區段高度、基架尺寸等，可以實現足夠的塔架強度。然而，如果裂紋在塔架中發展，則必須及早地檢測到裂紋以便避免塔架的災難性故障。為此，已知的是監測塔架振蕩頻率(或簡稱為“塔架頻率”)。在安裝風力渦輪機之后，可以測量其塔架頻率并將其存儲為參考。在風力渦輪機的壽命期間，其塔架頻率可以與該參考頻率進行比較。參考頻率和所觀測的頻率之間的顯著差異將指示對塔架結構的損壞。如果該差異超過某個閾值，則風力渦輪機控制器可以啟動風力渦輪機的關閉。

現有技術的方法已經顯示對于安裝在穩定基架上的任何風力渦輪機都行之有效。例如，構造陸上渦輪機所在的地面將不會隨著時間而經受改變。已知的方法也適用于在穩定的海床條件下(例如在北海中)的海上風力渦輪機。然而，風力渦輪機安裝在許多不同的位置中，其中一些位置不能享受這些長期穩定的條件。有可能的是，安裝風力渦輪機所在的地面可能例如由于海床中的形態變化、風暴后的土壤液化、暴露更多基架的沖刷效應等而改變。對下面的支撐件的這種改變可能導致風力渦輪機的支撐結構的有效高度的改變，使其稍微更短或稍微更長。即使長度的微小改變也將影響塔架頻率，使得即使塔架和基架在結構上是完好的，也可以觸發警報。這會導致相當長的停機時間和年度發電量(AEP)的減少，同時作出努力以檢測不存在的損壞。將可以提高報警閾值以避免由于改變下面的地面而引起的錯誤報警，但是這帶來了如下的風險：實際裂紋不被注意直到太遲而不能安全地作出反應，并且由嚴重損壞引起的成本超過了任何可能的益處。

發明內容

因此，本發明的目的是提供一種改進的監測風力渦輪機塔架的結構完整性的方法。

該目的通過如下來實現：根據本發明的監測風力渦輪機的支撐結構的結構完整性的方法；根據本發明的系統，用于監測風力渦輪機的支撐結構的結構完整性；根據本發明的風力渦輪機；以及根據本發明的計算機程序產品執行。

根據本發明，監測風力渦輪機的支撐結構的結構完整性的方法包括以下步驟：確定前后塔架振蕩頻率；確定側向塔架振蕩頻率；根據所述前后塔架振蕩頻率和所述側向塔架振蕩頻率計算工作結構指標值；將所述工作結構指標值與參考結構指標值進行比較；以及如果工作結構指標值和參考結構指標值之間的差超過預定閾值，則報告故障信號。