專利名稱：確定轉(zhuǎn)子共同葉片頻率的方法和裝置及操作風(fēng)輪機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)輪機(jī)的領(lǐng)域，具體地講，涉及一種確定風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的共同 (common)葉片頻率的方法、一種操作風(fēng)輪機(jī)的方法和一種確定風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的共同葉片頻
率的裝置。
背景技術(shù)：
通常，風(fēng)輪機(jī)包括塔架、位于塔架上面的機(jī)艙和轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包括輪轂(hub)和葉片， 其中輪轂構(gòu)造為可圍繞特別地對(duì)應(yīng)于機(jī)艙的縱向延伸部分的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，而葉片固定于輪轂并在相對(duì)于縱向輪轂延伸部分橫向(特別地，垂直于縱向輪轂延伸部分)的旋轉(zhuǎn)平面中延伸。輪轂連接到構(gòu)造為用于通過例如另一轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)，且因此構(gòu)造為用于驅(qū)動(dòng)該發(fā)電機(jī)。風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的葉片可在風(fēng)輪機(jī)的工作或空閑模式期間進(jìn)行振動(dòng)。這種振動(dòng)由葉片頻率表征。特別地，葉片頻率可以是與葉片的邊緣(例如，葉片前緣(面對(duì)風(fēng)向)或后緣 (順著風(fēng)向))的振動(dòng)對(duì)應(yīng)的葉片邊緣頻率。關(guān)于葉片頻率的了解可允許檢測葉片特性的變化以及允許適配風(fēng)輪機(jī)的工作模式。為了確定一個(gè)或多個(gè)葉片的葉片邊緣頻率，可使用可放置在轉(zhuǎn)子的一個(gè)葉片或每個(gè)葉片中的快速響應(yīng)傳感器(諸如，加速度表或應(yīng)變儀)測量葉片的振動(dòng)，并且可從測量的傳感器信號(hào)推斷所述一個(gè)葉片或每個(gè)葉片的各自葉片邊緣頻率。另外可知根據(jù)使用的轉(zhuǎn)子的葉片的種類對(duì)于轉(zhuǎn)子的所有葉片特別地使用預(yù)定葉片邊緣頻率，以便在風(fēng)輪機(jī)的控制器中手動(dòng)地設(shè)置葉片的葉片邊緣頻率。在這種情況下，可假設(shè)對(duì)于特定種類的葉片而言特定葉片的葉片邊緣頻率可以相對(duì)比較恒定從而可從預(yù)定葉片邊緣頻率選擇各葉片邊緣頻率。WO 2009/000787 A2公開了一種用于監(jiān)測風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的每個(gè)葉片的葉片頻率的方法?？蓽y量風(fēng)輪機(jī)的機(jī)艙的振動(dòng)以及葉片的方位角?；谶@兩個(gè)量可確定每個(gè)葉片的葉片邊緣頻率。然而，使用以上詳述的技術(shù)確定轉(zhuǎn)子的一個(gè)或多個(gè)葉片的葉片頻率(具體地講， 葉片邊緣頻率)可導(dǎo)致較差的葉片頻率的估計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的可在于提供一種確定風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的共同葉片頻率的方法、 一種操作風(fēng)輪機(jī)的方法和一種確定風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的共同葉片頻率的裝置，這些方法和裝置可允許準(zhǔn)確確定風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的共同葉片頻率。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，提供了根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的確定風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的共同葉片頻率的方法、操作風(fēng)輪機(jī)的方法和確定風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的共同葉片頻率的裝置。根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，一種確定風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的共同葉片頻率的方法包括測量表示風(fēng)輪機(jī)的部件的振動(dòng)的振動(dòng)量，以及基于測量的振動(dòng)量確定共同葉片頻率。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性方面，一種操作風(fēng)輪機(jī)的方法包括按照如上所述的方法確定共同葉片頻率，以及基于確定的共同葉片頻率適配風(fēng)輪機(jī)的工作模式。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性方面，一種用于確定風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的共同葉片頻率的裝置包括測量單元，被配置為測量表示風(fēng)輪機(jī)的部件的振動(dòng)的振動(dòng)量；以及確定單元，被配置為基于測量的振動(dòng)量確定共同葉片頻率。在本申請(qǐng)的上下文中，術(shù)語“共同葉片頻率”可特別地表示與風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的(特別是構(gòu)件的)共同振動(dòng)(common vibration)或振動(dòng)移動(dòng)對(duì)應(yīng)的頻率。特別地，共同頻率可表示轉(zhuǎn)子的(特別是構(gòu)件的)振動(dòng)(多個(gè))的基本頻率或本征頻率和/或可表示轉(zhuǎn)子的(特別是構(gòu)件的)振動(dòng)(多個(gè))的基本頻率的至少一個(gè)諧波頻率。共同葉片頻率也可表示轉(zhuǎn)子的 (特別是構(gòu)件的)頻率(例如，基本頻率和/或諧波頻率)的疊加。特別地，共同葉片頻率可特別地產(chǎn)生于轉(zhuǎn)子的葉片的共同振動(dòng)，其中轉(zhuǎn)子的輪轂的振動(dòng)可忽略不計(jì)。特別地，共同葉片頻率可特別地表示可產(chǎn)生于轉(zhuǎn)子的葉片的邊緣的共同振動(dòng)的共同葉片邊緣頻率，其中葉片的邊緣可以是葉片的前緣(面對(duì)風(fēng)向)的至少一部分和/或后緣(順著風(fēng)向)的至少一部分。特別地，術(shù)語“確定共同葉片頻率”可特別地表示確定或評(píng)估共同葉片頻率的頻率值。特別地，共同葉片頻率的頻率值可以是時(shí)不變的或者不隨時(shí)間改變。特別地，術(shù)語轉(zhuǎn)子的“構(gòu)件”可特別地是轉(zhuǎn)子的輪轂和可連接到輪轂的轉(zhuǎn)子的葉片 (特別是不同的葉片)。術(shù)語轉(zhuǎn)子的“共同振動(dòng)”可特別地表示轉(zhuǎn)子的(特別是轉(zhuǎn)子的構(gòu)件的)振動(dòng)或振動(dòng)移動(dòng)。特別地，轉(zhuǎn)子的構(gòu)件的共同振動(dòng)可產(chǎn)生于轉(zhuǎn)子的不同構(gòu)件的振動(dòng)之間的相互作用， 其中轉(zhuǎn)子的構(gòu)件可不必顯示出相同的振動(dòng)特性。術(shù)語“振動(dòng)量”可特別地表示產(chǎn)生于部件的振動(dòng)的可測量的量。特別地，振動(dòng)量可表示部件的移位(特別是部件的彎曲)和部件的移動(dòng)或者部件的加速度。術(shù)語風(fēng)輪機(jī)的“工作模式”可特別地表示空閑模式和旋轉(zhuǎn)模式。特別地，空閑模式可特別地表示這樣的狀態(tài)其中風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子可處于備用模式或關(guān)閉模式，且因此轉(zhuǎn)子的輪轂和葉片無法圍繞轉(zhuǎn)子的各旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。特別地，風(fēng)輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)模式可特別地表示這樣的狀態(tài)其中風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子可處于使用中，且因此轉(zhuǎn)子的輪轂和葉片可圍繞轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。根據(jù)上述本發(fā)明的示例性方面，轉(zhuǎn)子的共同葉片頻率的確定可使用這樣的方法 由于轉(zhuǎn)子的構(gòu)件之間的相互作用，轉(zhuǎn)子可進(jìn)行共同振動(dòng)。因此，轉(zhuǎn)子的共同振動(dòng)可影響風(fēng)輪機(jī)的部件的振動(dòng)，從而可測量風(fēng)輪機(jī)的部件的對(duì)應(yīng)振動(dòng)量作為共同葉片頻率的度量?；跍y量的振動(dòng)量可確定共同葉片頻率。相比之下，雖然風(fēng)輪機(jī)的部件的振動(dòng)可表示轉(zhuǎn)子的構(gòu)件的每一單獨(dú)振動(dòng)，但現(xiàn)有技術(shù)方法可使用這樣的方法，即轉(zhuǎn)子的每個(gè)構(gòu)件分別按照不同葉片頻率振動(dòng)。假設(shè)轉(zhuǎn)子的共同葉片頻率而不是轉(zhuǎn)子的構(gòu)件的多個(gè)葉片頻率可表示更實(shí)際的方法，由此允許提取更準(zhǔn)確并且可靠的轉(zhuǎn)子的葉片頻率作為用于適配風(fēng)輪機(jī)的工作模式的基礎(chǔ)。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比可顯著改善適配風(fēng)輪機(jī)的工作模式。接下來，將解釋確定風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的共同葉片頻率的方法的另外的示例性實(shí)施
5例。然而，這些實(shí)施例也適用于操作風(fēng)輪機(jī)的方法和用于確定風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的共同葉片頻
率的裝置。風(fēng)輪機(jī)的部件可以是風(fēng)輪機(jī)的機(jī)艙和風(fēng)輪機(jī)的塔架中的至少一個(gè)。特別地，常規(guī)種類的測量振動(dòng)量可允許共同葉片頻率的簡化的確定，因?yàn)榭赡懿恍枰陲L(fēng)輪機(jī)中實(shí)現(xiàn)另外的測量裝備。特別地，根據(jù)示例性實(shí)施例的方法和裝置可結(jié)合已經(jīng)存在的風(fēng)輪機(jī)使用。特別地，振動(dòng)量可表示以下的至少一項(xiàng)風(fēng)輪機(jī)的部件的移位(例如，特別地沿一個(gè)或多個(gè)方向的風(fēng)輪機(jī)的塔架的彎曲和/或特別地沿一個(gè)或多個(gè)方向的機(jī)艙的移動(dòng))、部件的速度(例如，特別地沿一個(gè)或多個(gè)方向的機(jī)艙或塔架的速度)和風(fēng)輪機(jī)的部件的加速度(例如，特別地沿一個(gè)或多個(gè)方向的機(jī)艙的加速度和/或特別地沿一個(gè)或多個(gè)方向的塔架的加速度)。特別地，可沿著機(jī)艙延伸部分或者相對(duì)于機(jī)艙延伸部分橫向地(特別地，垂直于機(jī)艙延伸部分)或者沿這些方向之間的任何方向進(jìn)行振動(dòng)量的測量。振動(dòng)量的測量可包括使用加速度表或應(yīng)變儀測量振動(dòng)量。這些被配置用于測量風(fēng)輪機(jī)的部件的移位和/或加速度的常規(guī)測量裝備可容易地實(shí)現(xiàn)于風(fēng)輪機(jī)中而無需風(fēng)輪機(jī)的設(shè)計(jì)的顯著構(gòu)造修改(如果還未存在的話)，由此進(jìn)一步簡化測量振動(dòng)量的步驟。特別地，加速度表或應(yīng)變儀可布置在塔架中或布置于塔架(特別地，布置在與塔架的上端部相鄰的位置)、布置在風(fēng)輪機(jī)的機(jī)艙上或布置于機(jī)艙(特別地，布置于與塔架的上端部相鄰的底部位置)或者布置在風(fēng)輪機(jī)的輪轂中或布置于輪轂(特別地，布置于與葉片相鄰的位置或者布置于與葉片分隔開的位置)。特別地，可在時(shí)間段期間在幾個(gè)時(shí)間步長或點(diǎn)測量振動(dòng)量。該方法可包括測量表示轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)角度值的量，其中共同葉片頻率的確定另外基于表示旋轉(zhuǎn)角度值的量。術(shù)語“旋轉(zhuǎn)角”可特別地表示轉(zhuǎn)子的葉片的旋轉(zhuǎn)平面中定義的轉(zhuǎn)子(的特別是至少一個(gè)葉片)的旋轉(zhuǎn)角。特別地，旋轉(zhuǎn)平面可定義為這樣的平面 在該平面中，轉(zhuǎn)子的葉片可延伸并圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。特別地，旋轉(zhuǎn)平面可定義為這樣的平面該平面相對(duì)于轉(zhuǎn)子的葉片的旋轉(zhuǎn)軸線是橫向的(特別地，垂直于該旋轉(zhuǎn)軸線)，并特別地在葉片可能相對(duì)于垂直于葉片的旋轉(zhuǎn)軸線的平面傾斜并因此可包括非零俯仰角的情況下穿過葉片的至少一個(gè)部位的部分。特別地，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面可布置為相對(duì)于轉(zhuǎn)子的輪轂的延伸部分和/或機(jī)艙延伸部分是橫向的(特別地，垂直于它們)。因此，第二測量量可用于確定共同葉片頻率，由此提高確定的共同葉片頻率的準(zhǔn)確性。特別地，可在時(shí)間段期間在幾個(gè)時(shí)間步長或點(diǎn)測量表示旋轉(zhuǎn)角度值的量。特別地，可按照球面坐標(biāo)測量旋轉(zhuǎn)角度量，其中旋轉(zhuǎn)角可定義于特別地由兩個(gè)坐標(biāo)方向(例如，笛卡爾坐標(biāo)方向，諸如彼此垂直的x、y方向)定義的旋轉(zhuǎn)平面中。特別地，通過加入可特別地說明葉片相對(duì)于旋轉(zhuǎn)角的原點(diǎn)(origin)的角度偏移位置或者可說明葉片的任意角度位置的(實(shí))數(shù)，特別地可組合旋轉(zhuǎn)角度(值)。轉(zhuǎn)子可包括至少兩個(gè)葉片，其中表示旋轉(zhuǎn)角度值的量的測量包括測量轉(zhuǎn)子的至少一個(gè)葉片的方位角的方位角值、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度值或風(fēng)輪機(jī)的發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度值。因此，可使用方位角感測單元執(zhí)行方位角值的測量，方位角感測單元可特別地布置于轉(zhuǎn)子的葉片或者布置在轉(zhuǎn)子的葉片中。特別地，方位角感測單元也可用于轉(zhuǎn)子的葉片的俯仰控制。特別地，可為轉(zhuǎn)子的每個(gè)葉片提供方位角感測單元。特別地，葉片的方位角可對(duì)應(yīng)于葉片的旋轉(zhuǎn)角，由此提供用于測量表示旋轉(zhuǎn)角度值的量的簡單而準(zhǔn)確的測量方法。使旋轉(zhuǎn)角度值的測量基于測量發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度或轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度可提供用于確定轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度值的另一簡單而準(zhǔn)確的測量方法。特別地，對(duì)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度或轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度求積分可導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸位置，從該轉(zhuǎn)子軸位置可推斷轉(zhuǎn)子的葉片的位置以及因此推斷轉(zhuǎn)子(的特別是葉片)的旋轉(zhuǎn)角。特別地，發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度可對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度乘以常數(shù)。特別地，可在時(shí)間段期間在幾個(gè)時(shí)間步長或點(diǎn)測量方位角值、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度值和發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度值。共同葉片頻率的確定可包括把振動(dòng)量與和旋轉(zhuǎn)角度量(特別地，與該數(shù)字組合的旋轉(zhuǎn)角度量)相關(guān)的項(xiàng)的三角函數(shù)相乘。特別地，三角函數(shù)可包括余弦函數(shù)或正弦函數(shù)， 其中旋轉(zhuǎn)角度量是自變量。因此，可實(shí)現(xiàn)關(guān)于特定方向的振動(dòng)量的調(diào)制。共同葉片頻率的確定可包括進(jìn)行振動(dòng)量的頻率分析。特別地，振動(dòng)量(特別地， 與三角函數(shù)相乘的振動(dòng)量)的快速傅里葉變換或離散快速傅里葉變換(FFT或DFFT)或鎖相環(huán)(PLL)振蕩可用于振動(dòng)量的進(jìn)一步頻率分析。特別地，F(xiàn)FT或DFFT可用于在頻域中確定共同葉片頻率。特別地，PLL可用于在時(shí)域中確定共同葉片頻率。特別地，PLL可使內(nèi)部振蕩器信號(hào)與振動(dòng)量同步。特別地，當(dāng)PLL可同步時(shí)，PLL振蕩器頻率可等于共同葉片頻率或表示一個(gè)葉片的葉片(邊緣)頻率的任何確定的頻率量。轉(zhuǎn)子可包括至少兩個(gè)葉片，其中所述共同葉片頻率的確定可包括確定表示每個(gè)葉片的振動(dòng)的各頻率量，以及對(duì)確定的各頻率量求平均數(shù)。因此，對(duì)于每個(gè)葉片可確定可表示各葉片的振動(dòng)的葉片頻率量，且可對(duì)這些葉片頻率量求平均數(shù)(特別地求加權(quán)平均數(shù))。 共同葉片頻率可基于每個(gè)葉片邊緣頻率量的平均值。因此，可提供非常簡單的確定轉(zhuǎn)子的共同葉片頻率的技術(shù)。特別地，每個(gè)葉片的葉片頻率量的疊加可用于確定轉(zhuǎn)子的共同葉片頻率。特別地， 可使用針對(duì)每個(gè)葉片頻率量的任何系數(shù)和符號(hào)。轉(zhuǎn)子可包括至少兩個(gè)葉片，其中所述共同葉片頻率的確定可包括確定表示轉(zhuǎn)子的共同振動(dòng)的頻率量。這種測量方法可允許具有低信號(hào)處理復(fù)雜性的共同葉片頻率的直接確定。特別地，確定(各葉片)頻率量可基于在振動(dòng)量的頻譜中確定可對(duì)應(yīng)于最大信號(hào)的振動(dòng)量的頻率量或值。特別地，術(shù)語“振動(dòng)量的頻譜”可特別地表示這樣的頻譜，其中，橫坐標(biāo)值是頻率值并且縱坐標(biāo)值是振動(dòng)量或?qū)?yīng)于振動(dòng)量。特別地，確定可對(duì)應(yīng)于最大信號(hào)的振動(dòng)量的頻率量可包括使用“最大值的自變量”函數(shù)(argMax)。振動(dòng)量的測量可包括在風(fēng)輪機(jī)的空閑模式下測量振動(dòng)量。特別地，共同葉片頻率可因此對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子的拍動(dòng)(flap)頻率。特別地，由于風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子可能在空閑模式下不旋轉(zhuǎn)，所以振動(dòng)量的頻譜可包括一個(gè)(寬)峰，該峰在與共同葉片頻率相等或近似的峰的頻率范圍中具有與最大信號(hào)的振動(dòng)量對(duì)應(yīng)的頻率量。因此，可提供準(zhǔn)確而簡單的共同葉片頻率的近似。振動(dòng)量的測量可包括在(特別是有限或短的)時(shí)間段期間測量振動(dòng)量，其中所述共同葉片頻率的確定可包括對(duì)位于與頻率量和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率關(guān)聯(lián)的頻率量的振動(dòng)量求平均數(shù)。特別地，術(shù)語“轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率”可特別地表示與設(shè)置或預(yù)定的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率。這里，可假設(shè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度可在短時(shí)間段內(nèi)恒定。振動(dòng)量的各頻譜可包括兩個(gè)(寬)峰，該峰在與共同葉片頻率和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度關(guān)聯(lián)的峰的頻率范圍中具有與最大信號(hào)的振動(dòng)量對(duì)應(yīng)的頻率量。特別地，這兩個(gè)峰中的每個(gè)峰的峰中心可位于與共同葉片頻率加/減轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率對(duì)應(yīng)的頻率量處。對(duì)位于與頻率量或值和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率(值)關(guān)聯(lián)的頻率量或值處的信號(hào)值求平均數(shù)可導(dǎo)致共同葉片頻率的良好估計(jì)，因?yàn)楂@得的頻譜可包括一個(gè)峰，該峰的中心頻率值可與共同葉片頻率關(guān)聯(lián)。因此，可提供非常容易而準(zhǔn)確的確定共同葉片頻率的方式。特別地，確定頻率量可包括以下的至少一項(xiàng)以數(shù)字方式比較特別地在峰頻率范圍中的振動(dòng)量信號(hào)值，以及對(duì)于特別地在峰的頻率范圍中的振動(dòng)量的頻譜擬合函數(shù)(例如，高斯函數(shù))并從擬合中提取與峰中心位置對(duì)應(yīng)的頻率量。特別地，術(shù)語“頻率量”可表示頻率值。接下來，將解釋操作風(fēng)輪機(jī)的方法的另外的示例性實(shí)施例。然而，這些實(shí)施例也適用于確定風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的共同葉片頻率的方法和用于確定風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的共同葉片頻率的裝置。特別地，適配風(fēng)輪機(jī)的工作模式可包括以下的至少一項(xiàng)把風(fēng)輪機(jī)設(shè)置為關(guān)閉模式、把風(fēng)輪機(jī)設(shè)置為備用模式和改變轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度。風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子可包括至少兩個(gè)葉片，其中所述共同葉片頻率可指示至少一個(gè)葉片的質(zhì)量分布和所述至少一個(gè)葉片的形狀中的至少一項(xiàng)。特別地，當(dāng)可能發(fā)生所述至少一個(gè)葉片的質(zhì)量分布和/或形狀的改變時(shí)，共同葉片頻率可相應(yīng)地改變，由此指示所述至少一個(gè)葉片中發(fā)生的改變。特別地，基于確定的共同葉片頻率的所檢測改變，可顯著改善風(fēng)輪機(jī)的工作模式的適配，因?yàn)榭商峁┧鲋辽僖粋€(gè)葉片中的改變的直接測量。特別地，尤其當(dāng)冰可能形成在轉(zhuǎn)子的至少一個(gè)葉片上由此改變所述至少一個(gè)葉片的質(zhì)量分布和/或形狀時(shí)，確定的共同葉片頻率可用于冰檢測。特別地，確定的共同葉片頻率可用于轉(zhuǎn)子的至少一個(gè)葉片的破裂檢測。特別地，確定的共同葉片頻率可用于估計(jì)轉(zhuǎn)子的至少一個(gè)葉片的荷載。特別地，確定的共同葉片頻率可用于對(duì)轉(zhuǎn)子的至少一個(gè)葉片分類。 特別地，確定的共同葉片頻率可用于葉片修理需要的自動(dòng)檢測。特別地，確定的共同葉片頻率可用作單元的輸入?yún)?shù)，該單元被配置用于特別地針對(duì)轉(zhuǎn)子速度規(guī)避因素(avoider)適配(特別是減小)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。特別地，至少一個(gè)上述應(yīng)用可用于所述操作風(fēng)輪機(jī)的方法。本發(fā)明的上述方面和另外方面通過將要在下文描述的實(shí)施例的例子而變得清楚， 并且參照實(shí)施例的例子對(duì)本發(fā)明的上述方面和另外方面進(jìn)行解釋。將參照實(shí)施例的例子在下文更詳細(xì)地描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于所述實(shí)施例的例子。


圖IA表示風(fēng)輪機(jī)的透視圖。圖IB表示圖IA中的風(fēng)輪機(jī)的機(jī)艙的正視圖。圖IC表示圖IA中的風(fēng)輪機(jī)的機(jī)艙的俯視圖。圖2A表示根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例用于確定圖IA中的風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的共同葉片頻率的裝置。
圖2B表示根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例用于確定圖IA中的風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的共同葉片頻率的另一裝置。圖3A表示顯示圖IA中的風(fēng)輪機(jī)的機(jī)艙的加速度的頻譜的曲線圖。圖;3B表示顯示圖IA中的風(fēng)輪機(jī)的機(jī)艙的加速度的另一頻譜的曲線圖。圖4A表示根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例用于確定圖IA中的風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的共同葉片頻率的裝置。圖4B表示根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例用于確定圖IA中的風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的共同葉片頻率的另一裝置。
具體實(shí)施例方式附圖中的圖解是示意性的。應(yīng)該注意的是，在不同的附圖中，相似或相同的元件提供有相同的標(biāo)號(hào)或者提供有僅在第一數(shù)字內(nèi)與對(duì)應(yīng)標(biāo)號(hào)不同的標(biāo)號(hào)。參照?qǐng)D1A，表示了風(fēng)輪機(jī)100。風(fēng)輪機(jī)100包括塔架102，機(jī)艙104安裝在塔架102 上。機(jī)艙104的前面部分形成為包括輪轂106和三個(gè)葉片108a-c的轉(zhuǎn)子105。輪轂106沿機(jī)艙104的縱向方向110延伸，且葉片108a-c安裝在垂直于機(jī)艙104的縱向方向110的平面111中。然而，平面111也可相對(duì)于機(jī)艙104的縱向方向110傾斜。輪轂105經(jīng)齒輪箱連接到發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)和齒輪箱都布置在機(jī)艙104內(nèi)。加速度表112在塔架102上面放置在機(jī)艙104內(nèi)。被配置用于感測葉片108a_C 之一的方位角的方位角傳感器放置在葉片108a-c之一中，其中方位角與在旋轉(zhuǎn)平面111內(nèi)
測量的葉片108a-c的旋轉(zhuǎn)角ΦΟ)
相同。替代地，葉片108a-c中的每一個(gè)可包括方位角傳感器。利用定義葉片108a-c的旋轉(zhuǎn)平面111并垂直于機(jī)艙104的縱向延伸部分和/或沿著y方向110的輪轂延伸部分的笛卡爾坐標(biāo)軸x、z按照球面坐標(biāo)測量旋轉(zhuǎn)角我/)。另外，葉片108a-c中的每一個(gè)相對(duì)于彼此的位置由從旋轉(zhuǎn)角#</.)的零點(diǎn)測量的相數(shù)爐定義。例如，葉片108a可包括相位值-=0°，
葉片10 包括相位值ρ =120°和相應(yīng)地而葉片10 包括相位值-=240°和相應(yīng)地用于確定轉(zhuǎn)子105的葉片108a-c的共同葉片頻率的裝置包括加速度表112和安裝在葉片108a-c之一內(nèi)的方位角量傳感器。該裝置可布置在風(fēng)輪機(jī)100內(nèi)(特別地，布置在塔架102或機(jī)艙104內(nèi))，或者可位于風(fēng)輪機(jī)100的外部。在下面，將參照?qǐng)D2A-4B解釋用于確定風(fēng)輪機(jī)100的葉片108a_C的共同葉片頻率的方法和裝置218a、2im3、418a、4im3的示例性實(shí)施例。參照?qǐng)D2A，將解釋相應(yīng)方法和相應(yīng)裝置218a的第一示例性實(shí)施例。在第一步驟中，使用如WO 2009/000787 A2中所述的監(jiān)測風(fēng)輪機(jī)的葉片頻率的方法和用于執(zhí)行這種方法的監(jiān)測系統(tǒng)確定葉片108a-c中的每一個(gè)的葉片邊緣頻率。共同葉片頻率計(jì)算為確定的葉片邊緣頻率的平均值。如WO 2009/000787 A2中詳細(xì)所述，通過下面兩種技術(shù)確定葉片108a_c的葉片邊緣頻率
沿Χ方向的機(jī)艙加速度由加速度表112測量，而旋轉(zhuǎn)角(即，方位角)由方位角傳感器感測。方位角的余弦值與測量的沿χ方向的機(jī)艙加速度相乘(調(diào)制)。通過使用方位角的余弦值，主要監(jiān)測每個(gè)葉片的沿χ方向的振動(dòng)?；谝韵吕碚搶?shí)現(xiàn)這一點(diǎn)葉片邊緣的頻率(沿χ方向)在葉片108a-c處于垂直位置(0或180度)時(shí)對(duì)具有加速度表112的機(jī)艙 104具有最大影響，并且在葉片108a-c處于水平位置(90或270度)時(shí)對(duì)機(jī)艙104幾乎沒有影響。通過使用分別與0度、120度和240度的葉片108a-c的移位對(duì)應(yīng)的葉片頻率(在典型三葉片風(fēng)輪機(jī)中)并且把快速傅里葉變換(FFT)應(yīng)用于調(diào)制的加速度表傳感器信號(hào)， 監(jiān)測葉片108a-c中的每一個(gè)的葉片邊緣頻率。另一方面，沿y方向(沿著機(jī)艙延伸部分110)的從加速度表112測量的振動(dòng)用于計(jì)算每個(gè)葉片邊緣頻率。這里，當(dāng)葉片108a-c在整個(gè)360度的旋轉(zhuǎn)期間沿y方向振動(dòng)時(shí)，不適合使用方位角的余弦值。但當(dāng)與葉片108a-c的底部垂直位置中相比塔架102的彎矩荷載在葉片108a-c的頂部垂直位置中更大時(shí)，將會(huì)適合把感測的振動(dòng)乘以模擬這
些情況的函數(shù)，諸如常數(shù)(例如，數(shù)字1)與方位角#的余弦值相加然后把這個(gè)數(shù)除以2
((1+cosine (方位角^ ))/2) 0這個(gè)函數(shù)在0和360度的范圍中給出1和0之間的數(shù)字，且由此如以上進(jìn)一步所述提取每個(gè)葉片邊緣頻率。觀察χ方向，假設(shè)機(jī)艙104的加速度是葉片108a-c中的每一個(gè)的邊緣諧振頻率的度量，它可以由下面的公式描述
其中A、B、C分別表示葉片108a-c，表示葉片邊緣加速度，ω表示葉片108a_C的
邊緣諧振角頻率， 表示時(shí)間，而*表示常數(shù)。頻率/經(jīng)關(guān)系_ = 2π/與角頻率ω聯(lián)系。
葉片108a-c中的邊緣振動(dòng)利用Ip調(diào)制(一次/每轉(zhuǎn)調(diào)制)耦合到機(jī)艙104中。 假設(shè)葉片邊緣振動(dòng)大多數(shù)與機(jī)艙104耦合，當(dāng)葉片108a-c具有垂直位置時(shí)，機(jī)艙振動(dòng)可近似為
其中表示機(jī)艙振動(dòng)，^表示葉片108a/A邊緣加速度，aB表示葉片108b/B邊
緣加速度，&表示葉片108c/C邊緣加速度，#表示轉(zhuǎn)子方位角并且也表示常數(shù)。
ax的頻譜描述于圖3A中。使用FFT或DFFT可獲得該頻譜。0074] 然后關(guān)于個(gè)體葉片位置的信號(hào)Qx 的調(diào)制給出以下定義的三個(gè)新信號(hào)圖;3B表示葉片108a-c/A_C的頻譜amA_e。在大約1. 19 Hz以及在大約1. 22 Hz看見信號(hào)峰。這里，與位于1. 19 Hz的峰的中心關(guān)聯(lián)的頻率值對(duì)應(yīng)于葉片108c/C的葉片頻率， 而與位于1. 22 Hz的峰的中心關(guān)聯(lián)的頻率對(duì)應(yīng)于葉片108a、b/A、B的葉片頻率。應(yīng)該注意的是，葉片108a、b/A、B的葉片頻率近似相同。使用FFT或DFFT可在頻域中發(fā)現(xiàn)頻率峰。然后能夠使用濾波器對(duì)FFT數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，并且與最大信號(hào)值對(duì)應(yīng)的頻率可以是葉片邊緣頻率。使用鎖相環(huán)(PPL)也能夠在時(shí)域中檢測頻率峰，所述PPL使內(nèi)部振蕩器與amA_e信號(hào)同步。當(dāng)PPL同步時(shí)，PPL振蕩器頻率將會(huì)等于葉片邊緣頻率。通過使用= ■ 1 +々獲取提取的葉片邊緣頻率fA、fB、fc的平均
權(quán)利要求
1. 一種確定風(fēng)輪機(jī)(100)的轉(zhuǎn)子(105)的共同葉片頻率ifC0_J的方法，該方法包括-測量表示風(fēng)輪機(jī)(100)的部件(102，104)的振動(dòng)的振動(dòng)量-基于測量的振動(dòng)量(αχ (ι,#) t Txif, (/))確定共同葉片頻率(fco_j。
2.根據(jù)前面權(quán)利要求所述的方法，其中所述部件(102，104)是風(fēng)輪機(jī)(100)的機(jī)艙 (104)和風(fēng)輪機(jī)(100)的塔架(102)中的至少一個(gè)。
3.根據(jù)前面權(quán)利要求所述的方法，其中所述振動(dòng)量U、(/,#),T^it))的測量包括-使用加速度表(112)或應(yīng)變儀測量振動(dòng)量(αχ {!,φ), LV if))。
4.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，該方法還包括-測量表示轉(zhuǎn)子(105)的旋轉(zhuǎn)角(Φ )的旋轉(zhuǎn)角度值的量，其中所述共同葉片頻率ifc。_J的確定另外基于所述表示旋轉(zhuǎn)角度值的量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)子(105)包括至少兩個(gè)葉片(lOSa-c)， 其中表示旋轉(zhuǎn)角度值的量的測量包括測量轉(zhuǎn)子(105)的至少一個(gè)葉片(lOSa-c)的方位角(φ )的方位角值、轉(zhuǎn)子(105)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度值或發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中所述共同葉片頻率ifcommJ的確定包括-把振動(dòng)量αχ{β、φ、·)與和旋轉(zhuǎn)角度量相關(guān)的項(xiàng)的三角函數(shù)相乘。
7.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述共同葉片頻率的確定包括-進(jìn)行振動(dòng)量(.￡+ix(/,#) , Tm(t))的頻率分析。
8.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)子(10 包括至少兩個(gè)葉片 (lOSa-c)，其中所述共同葉片頻率、fc_J的確定包括-確定表示葉片(lOSa-c)中的每一個(gè)的振動(dòng)的各頻率量(fA, fB, fc), -對(duì)確定的各頻率量化，fB, Α)求平均數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)子(10 包括至少兩個(gè)葉片 (lOSa-c)，其中所述共同葉片頻率ifc_J的確定包括-確定表示所述至少兩個(gè)葉片(lOSa-c)的共同振動(dòng)的頻率量if—丄
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述振動(dòng)量(αχ{β4),TmH))的測量包括-在風(fēng)輪機(jī)(100)的空閑模式下測量振動(dòng)量(r s(0 )。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述振動(dòng)量(U、)的測量包括-在時(shí)間段期間測量振動(dòng)量(UO )， 其中所述共同葉片頻率U的確定包括-對(duì)位于與頻率量if)和轉(zhuǎn)子(105)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率D關(guān)聯(lián)的頻率量的振動(dòng)量求平均數(shù)。
12.—種操作風(fēng)輪機(jī)(100)的方法，該方法包括-按照根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法確定風(fēng)輪機(jī)(100)的轉(zhuǎn)子(10 的共同葉片頻率ifc_J，-基于確定的共同葉片頻率ifc_J適配風(fēng)輪機(jī)(100)的工作模式。
13.根據(jù)前面權(quán)利要求所述的方法，其中所述風(fēng)輪機(jī)(100)的轉(zhuǎn)子(10 包括至少兩個(gè)葉片(IOSa-C)，其中所述共同頻率指示至少一個(gè)葉片(IOSa-C)的質(zhì)量分布和所述至少一個(gè)葉片(108a-c)的形狀中的至少一項(xiàng)。
14.一種用于確定風(fēng)輪機(jī)(100)的轉(zhuǎn)子(105)的共同葉片頻率ifc_J的裝置018 218b, 418a, 418b)，該裝置 018ει，218b, 418a, 418b)包括-測量單元(112)，被配置為測量表示風(fēng)輪機(jī)(100)的部件(102，104)的振動(dòng)的振動(dòng)確定共同葉片頻
全文摘要
本發(fā)明涉及確定轉(zhuǎn)子共同葉片頻率的方法和裝置及操作風(fēng)輪機(jī)的方法。一種確定風(fēng)輪機(jī)(100)的轉(zhuǎn)子(105)的共同葉片頻率的方法包括測量表示風(fēng)輪機(jī)(100)的部件(102,104,105,106,108a-c)的振動(dòng)的振動(dòng)量，并基于測量的振動(dòng)量確定共同葉片頻率。
文檔編號(hào)F03D7/00GK102410139SQ20111028126
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者勞爾伯格 H. 申請(qǐng)人:西門子公司