本發(fā)明涉及一種操作風(fēng)力渦輪機(jī)的方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)上，如果在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上檢測到冰或存在葉片上有冰的風(fēng)險(xiǎn)，則風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)，因?yàn)槿~片的破冰可能脫落或可能從葉片拋出并且由此損壞物品或使人受傷。

然而，如果風(fēng)力渦輪機(jī)豎立在沒有進(jìn)入途徑或具有受控制且受監(jiān)控的進(jìn)入途經(jīng)的封閉區(qū)域中，并且如果能夠確保從葉片落下或從葉片拋出的冰無法擊中該區(qū)域外的人或易碎物品或該區(qū)域內(nèi)的易碎物品，則葉片的外表面上的一定量的冰可以是可接受的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施方式的目的是提供一種操作風(fēng)力渦輪機(jī)的改進(jìn)方法。

本發(fā)明的實(shí)施方式的另一目的是提供一種允許風(fēng)力渦輪機(jī)的操作時(shí)間增加的方法。

本發(fā)明的實(shí)施方式的又一目的是提供一種能夠檢測冰從風(fēng)力渦輪機(jī)葉片拋出的風(fēng)險(xiǎn)的方法。

根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供一種操作風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，風(fēng)力渦輪機(jī)包括至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)葉片，該方法包括以下步驟；

-提供載荷傳感器，該載荷傳感器配置成產(chǎn)生載荷信號(hào)，該載荷信號(hào)代表葉片上的載荷；

-當(dāng)葉片處于第一位置時(shí)產(chǎn)生第一載荷信號(hào)；

-當(dāng)葉片處于第二位置時(shí)產(chǎn)生第二載荷信號(hào)；

-檢測葉片的轉(zhuǎn)速；

-基于第一和第二載荷信號(hào)計(jì)算葉片上的重力；

-基于第一和第二載荷信號(hào)計(jì)算葉片上的離心力；

-將重力與預(yù)先確定的重力相比較；

-將離心力與在被檢測到的轉(zhuǎn)速下的預(yù)先確定的離心力相比較；以及

-基于重力和離心力與預(yù)先確定力的比較來確定拋冰的風(fēng)險(xiǎn)。

通過確定拋冰的風(fēng)險(xiǎn)，可以限制用于風(fēng)力渦輪機(jī)的關(guān)機(jī)時(shí)間，即使是在冰積聚在葉片的外表面處的情況下。

一個(gè)或多個(gè)載荷傳感器可以附著到葉片，例如在葉片的外表面處，或可以通過集成在葉片中形成葉片第一部分。由于冰可能附著到一個(gè)葉片而非另一個(gè)葉片，或由于附著到一個(gè)葉片的冰可能比另一個(gè)葉片更多，因此可能有利的是每個(gè)葉片包括至少一個(gè)載荷傳感器，因?yàn)檫@使得可以對于每個(gè)葉片單獨(dú)地確定拋冰的風(fēng)險(xiǎn)。

然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，還可以基于來自僅一個(gè)葉片的載荷信號(hào)執(zhí)行確定。

載荷傳感器可以是傳統(tǒng)應(yīng)變傳感器、光學(xué)fbg(光纖布拉格光柵)傳感器、或其他類似傳感器?？赡苡欣氖?，載荷傳感器是線性傳感器。

載荷傳感器配置成產(chǎn)生載荷信號(hào)，該載荷信號(hào)代表葉片上的載荷。載荷可以取決于葉片的重量，該重量可以是葉片自身的重量，并且可以包括代表例如附著到葉片的外表面的冰的附加重量。附加地，載荷可以取決于作用在葉片上的離心力。由于離心力取決于葉片的轉(zhuǎn)速，因此載荷可以取決于該轉(zhuǎn)速而改變。風(fēng)速和風(fēng)向還可以與其他方面一起影響葉片上的載荷。

第一載荷信號(hào)當(dāng)葉片處于第一位置時(shí)產(chǎn)生。這個(gè)第一位置可以是葉片的任意位置。第一載荷信號(hào)優(yōu)選地在葉片的旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生，以便能夠包括取決于離心力的載荷。

附加地，第二載荷信號(hào)當(dāng)葉片處于第二位置時(shí)產(chǎn)生。這個(gè)第二位置可以是葉片的任意位置。同樣優(yōu)選的是在葉片的旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生第二載荷信號(hào)，以便能夠包括取決于離心力的載荷。

由于離心力取決于葉片的轉(zhuǎn)速，因此轉(zhuǎn)速也被檢測到。

為了在有限的不確定性下確定拋冰的風(fēng)險(xiǎn)，第一和第二載荷信號(hào)的產(chǎn)生可以在短時(shí)間間隔內(nèi)執(zhí)行，例如在葉片旋轉(zhuǎn)1-10圈內(nèi)(諸如在葉片旋轉(zhuǎn)1-5圈內(nèi)或1-3圈內(nèi))執(zhí)行。在特定實(shí)施方式中，第一和第二載荷信號(hào)在葉片旋轉(zhuǎn)1圈內(nèi)產(chǎn)生。

在具有高湍流風(fēng)況的時(shí)間段中，可能有利的是，產(chǎn)生一個(gè)以上第一載荷信號(hào)和一個(gè)以上第二載荷信號(hào)，并且隨后將這些載荷信號(hào)平均以最小化湍流的影響。

可以在同一時(shí)間間隔中檢測葉片的轉(zhuǎn)速，以獲得用于載荷信號(hào)和轉(zhuǎn)速的互相關(guān)聯(lián)的值。在第一和第二載荷信號(hào)在旋轉(zhuǎn)多圈內(nèi)(例如在旋轉(zhuǎn)3圈內(nèi))產(chǎn)生的情況下，可以對于旋轉(zhuǎn)每圈檢測轉(zhuǎn)速并且隨后可以產(chǎn)生平均值。可選地，可以使用被檢測到的轉(zhuǎn)速值中的一個(gè)，例如最大值或最小值。在另一可選方案中，可以僅對于旋轉(zhuǎn)3圈中的1圈檢測轉(zhuǎn)速。

由于位于風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片上的冰將會(huì)增加葉片的重量，因此該方法包括計(jì)算葉片上的重力的步驟。由此，重力是由于葉片的重量而作用在葉片上的力的量度。這個(gè)重力基于所產(chǎn)生的第一和第二載荷信號(hào)計(jì)算。

類似地，離心力基于所產(chǎn)生的第一和第二載荷信號(hào)來計(jì)算。離心力是由于葉片的旋轉(zhuǎn)而作用在葉片上的力的量度，并且離心力由此取決于葉片的轉(zhuǎn)速。

由于葉片在不含位于葉片上的冰的情況下(例如在風(fēng)力渦輪機(jī)豎立之前)的重量能夠確定，因此預(yù)先確定的重力能夠類似地在風(fēng)力渦輪機(jī)豎立之前確定。應(yīng)當(dāng)理解的是，“預(yù)先確定的重力”在此意味著由于葉片的重量而作用在葉片上的力，其中重量是葉片自身不含冰的重量?？蛇x地，預(yù)先確定的重力能夠基于所產(chǎn)生的第一和第二載荷信號(hào)計(jì)算。在后一種情況下，該計(jì)算應(yīng)當(dāng)在沒有冰位于葉片上的日子里執(zhí)行。

當(dāng)將計(jì)算出的重力與預(yù)先確定的重力相比較時(shí)，可以確定冰是否位于葉片上，因?yàn)槲挥谌~片上的冰將會(huì)增加葉片的重量并且由此增加作用在葉片上的重力。

對于離心力執(zhí)行類似的比較。然而，由于離心力取決于葉片的轉(zhuǎn)速，因此預(yù)先確定的離心力并非單一值，而是用于每個(gè)轉(zhuǎn)速的不同值。

用于多個(gè)不同轉(zhuǎn)速的預(yù)先確定的離心力可以存儲(chǔ)在查找表中。如果手動(dòng)地執(zhí)行比較，則負(fù)責(zé)人可以在這個(gè)查找表中找到用于預(yù)先確定的離心力的相關(guān)值。如果準(zhǔn)確值不存在于查找表中，則可能有必要在表中的值之間進(jìn)行插值。

由于可以可選地自動(dòng)(例如通過控制單元)執(zhí)行比較，因此查找表或包括用于轉(zhuǎn)速和預(yù)先確定的離心力的互相關(guān)聯(lián)的值的類似數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以是控制單元的一體部分，該控制單元還可以配置成在各當(dāng)前值之間進(jìn)行插值。

應(yīng)當(dāng)理解的是，操作風(fēng)力渦輪機(jī)的方法以及由此確定拋冰風(fēng)險(xiǎn)可以通過控制單元執(zhí)行，該控制單元配置成基于所產(chǎn)生的載荷信號(hào)執(zhí)行計(jì)算和比較?？刂茊卧梢晕挥跈C(jī)艙中、位于可以處理例如來自眾多風(fēng)力渦輪機(jī)的數(shù)據(jù)的單獨(dú)控制中心中、或位于其他場所處。一個(gè)或多個(gè)載荷傳感器與控制單元之間的通訊可以是有線通訊或無線通訊。配置成執(zhí)行操作風(fēng)力渦輪機(jī)的方法的控制單元可以是渦輪機(jī)主控制器。

由于重力和離心力均當(dāng)冰位于葉片上時(shí)改變，因此拋冰的風(fēng)險(xiǎn)能夠基于與預(yù)先確定的力比較來計(jì)算，其中預(yù)先確定的離心力取決于葉片的轉(zhuǎn)速。

應(yīng)當(dāng)理解的是，“拋冰的風(fēng)險(xiǎn)”在此意味著冰在葉片的旋轉(zhuǎn)期間從葉片上掉落的風(fēng)險(xiǎn)，包括冰在葉片的旋轉(zhuǎn)期間從葉片上拋出的風(fēng)險(xiǎn)。

由于冰從葉片上掉落的潛在危險(xiǎn)，因此拋冰的風(fēng)險(xiǎn)可以只取決于冰是否位于葉片上的事實(shí)，而不考慮冰的粘附。

為了有助于確定拋冰的風(fēng)險(xiǎn)，將重力與預(yù)先確定的重力相比較的步驟可以包括計(jì)算重量偏差的步驟，該重量偏差代表重力與預(yù)先確定的重力的偏差。由此，重量偏差可以是位于葉片上的冰的重量的量度。

將離心力與預(yù)先確定的離心力相比較的步驟可以類似地包括計(jì)算離心力偏差的步驟，該離心力偏差代表離心力與預(yù)先確定的離心力的偏差。

如果離心力偏差大于重量偏差，則冰可能位于葉片的外側(cè)部分處，即位于葉片的最遠(yuǎn)離葉片根端的部分(即葉片的最靠近稍端的部分)上。相反，如果離心力偏差小于重量偏差，則冰可能位于更靠近葉片根端處。如果離心力偏差處于重量偏差的范圍中，則冰可能位于葉片的外表面的較大區(qū)域上。

位于更靠近葉片根端處的冰可能不如位于更靠近葉片稍端處的冰拋得那么遠(yuǎn)。這主要是由于離心力以及葉片稍端由于葉片的長度而以更高的速度旋轉(zhuǎn)的事實(shí)。

由此，確定拋冰的風(fēng)險(xiǎn)的步驟可以附加地包括提供風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)的步驟，該風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)當(dāng)離心力偏差高于重量偏差時(shí)量化出較高風(fēng)險(xiǎn)并且當(dāng)離心力偏差低于重量偏差時(shí)量化出較低風(fēng)險(xiǎn)。

風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)可以當(dāng)評估由于冰位于一個(gè)或多個(gè)葉片上而需要將風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)時(shí)使用。這在風(fēng)力渦輪機(jī)位于具有受控制的進(jìn)入途徑的封閉區(qū)域中的情況下可能是特別重要的，因?yàn)槿绻谶@樣的區(qū)域中，冰位于更靠近根端處，則可以接受使風(fēng)力渦輪機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。相反，即使在封閉區(qū)域中，也無法接受較大量的冰位于更靠近梢部處，因?yàn)槲挥诟拷也刻幍谋赡軖佒猎搮^(qū)域以外。這個(gè)評估可以取決于冰的量、葉片的轉(zhuǎn)速、該區(qū)域的大小、在同一區(qū)域中與相鄰的一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)相距的距離、風(fēng)力渦輪機(jī)在該區(qū)域內(nèi)的位置等。

此外，確定拋冰的風(fēng)險(xiǎn)的步驟可以包括確定代表冰在葉片上的分布的冰位置估算的步驟。

應(yīng)當(dāng)理解的是，冰位于葉片上的位置還可以是對于葉片自身的問題，特別是在大量的冰位于靠近葉片的稍端處的情況下，因?yàn)檫@可以將葉片自身暴露于比設(shè)計(jì)載荷更大的載荷。由此，拋冰的風(fēng)險(xiǎn)的確定還可以當(dāng)評估葉片是否由于冰而暴露于過大載荷時(shí)使用。

為了有助于計(jì)算重力和/或離心力，第二位置可以相對于第一位置位移基本上180度，由此第一和第二信號(hào)在葉片的相反定位的位置處產(chǎn)生。

為了有助于計(jì)算重力和/或離心力，第一位置和第二位置中的至少一個(gè)可以是基本上豎直的。

在優(yōu)選實(shí)施方式中，第一載荷信號(hào)當(dāng)葉片處于基本上豎直向下的第一位置時(shí)產(chǎn)生，并且第二載荷信號(hào)當(dāng)葉片處于基本上豎直向上的第二位置時(shí)產(chǎn)生。應(yīng)當(dāng)理解的是，第一和第二位置還可以相反地限定。

預(yù)先確定的重力可以對于不含附著到葉片的冰的葉片確定。這可以例如當(dāng)豎立風(fēng)力渦輪機(jī)時(shí)進(jìn)行。

預(yù)先確定的離心力可以類似地對于不含附著到葉片的冰的葉片確定。由于離心力取決于葉片的轉(zhuǎn)速，因此可以提供查找表、數(shù)據(jù)表、或其他數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其中設(shè)置有用于所提及的風(fēng)力渦輪機(jī)的離心力和轉(zhuǎn)速的互相關(guān)聯(lián)的值，即預(yù)先確定的離心力可以對于多個(gè)轉(zhuǎn)速確定。

計(jì)算重力的步驟可以包括定義第一與第二載荷信號(hào)之間的線性函數(shù)并且使用所述函數(shù)。

如果第一和第二載荷信號(hào)當(dāng)葉片分別處于基本上豎直向下和向上的第一和第二位置時(shí)產(chǎn)生，則計(jì)算重力的步驟可以包括以下函數(shù)：

2×f重量＝f向下÷f向上

其中：

f重量是重力，

f向下是基于第一載荷信號(hào)的力，以及

f向上是基于第二載荷信號(hào)的力。

計(jì)算離心力的步驟可以包括定義第一與第二載荷信號(hào)之間的線性函數(shù)并且使用所述函數(shù)。

如果第一和第二載荷信號(hào)當(dāng)葉片分別處于基本上豎直向下和向上的第一和第二位置時(shí)產(chǎn)生，則在給定的轉(zhuǎn)速下計(jì)算離心力的步驟可以包括以下函數(shù)：

2×f離心力＝f向下+f向上

其中：

f離心力是離心力，

f向下是基于第一載荷信號(hào)的力，以及

f向上是基于第二載荷信號(hào)的力。

附圖說明

現(xiàn)在將會(huì)參照附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中圖1展示風(fēng)力渦輪機(jī)。

具體實(shí)施方式

應(yīng)當(dāng)理解的是，具體描述和特定實(shí)施例盡管指示出本發(fā)明的實(shí)施方式，但僅通過展示方式給出，因?yàn)楸景l(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種變化和改型對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)從這個(gè)具體描述中變得明顯。

圖1展示風(fēng)力渦輪機(jī)1。風(fēng)力渦輪機(jī)1包括具有多個(gè)塔架區(qū)段的塔架2、定位在塔架2的頂部上的機(jī)艙3、以及從機(jī)艙3延伸的轉(zhuǎn)子4。塔架2豎立在基座7上。轉(zhuǎn)子4相對于機(jī)艙3可旋轉(zhuǎn)，并且包括輪轂5和三個(gè)葉片6。葉片6上的入射風(fēng)引起轉(zhuǎn)子4相對于機(jī)艙3旋轉(zhuǎn)。來自轉(zhuǎn)子4旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能通過機(jī)艙3中的發(fā)電機(jī)(未示出)轉(zhuǎn)換成電能。所產(chǎn)生的電能能夠供給到電網(wǎng)或當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)。

在所展示的實(shí)施方式中，載荷傳感器8附著到每個(gè)葉片6。載荷傳感器8配置成產(chǎn)生載荷信號(hào)，該載荷信號(hào)代表葉片6上的載荷。

所產(chǎn)生的載荷信號(hào)通訊到控制單元9，該控制單元可以位于機(jī)艙3中、位于處理例如來自眾多風(fēng)力渦輪機(jī)的數(shù)據(jù)的控制中心中、或位于其他場所。為了展示目的，控制單元9展示成與風(fēng)力渦輪機(jī)分離，并且通訊通過虛線展示。應(yīng)當(dāng)理解的是，通訊可以是有線通訊或無線通訊。

控制單元9配置成基于第一和第二載荷信號(hào)計(jì)算葉片6上的重力、基于第一和第二載荷信號(hào)計(jì)算葉片6上的離心力、并且將重力與預(yù)先確定的重力相比較且將離心力與在被檢測到的轉(zhuǎn)速下的預(yù)先確定的離心力相比較。此外，控制單元9配置成基于重力和離心力與預(yù)先確定力的比較來確定拋冰的風(fēng)險(xiǎn)。

盡管已示出和描述本發(fā)明的實(shí)施方式，但應(yīng)當(dāng)理解的是，這樣的實(shí)施方式僅通過實(shí)施例的方式描述。眾多變化，改變和替換在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下將會(huì)由本領(lǐng)域技術(shù)人員想到。因此，以下權(quán)利要求旨在覆蓋落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有這樣的變化或等同方案。