方位角测量系统及其操作方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201010512925.6

申请日:

2010.09.29

公开号:

CN102032892A

公开日:

2011.04.27

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01C 1/00申请日:20100929|||公开

IPC分类号:

G01C1/00; F03D11/00

主分类号:

G01C1/00

申请人:

通用电气公司

发明人:

M·高

地址:

美国纽约州

优先权:

2009.09.29 US 12/569568

专利代理机构:

中国专利代理(香港)有限公司 72001

代理人:

严志军;谭祐祥

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内容摘要

本发明涉及一种方位角测量系统及其操作方法。一种方位角测量系统(100)包括可旋转环件(102)、在第一端(114)处联接到环件上的线材(104)、构造成以便测量从环件伸出的线材的部分的长度的长度测量装置(106),以及构造成以便基于从环件伸出的线材的那部分的长度来确定方位角的控制系统(38)。

权利要求书

1: 一种方位角测量系统 (100), 包括 : 可旋转环件 (102) ; 在第一端 (114) 处联接到所述环件上的线材 (104) ; 构造成以便测量从所述环件伸出的所述线材的部分的长度的长度测量装置 (106) ; 以 及 构造成以便基于从所述环件伸出的所述线材的该部分的长度来确定方位角的控制系 统 (38)。
2: 根据权利要求 1 所述的方位角测量系统 (100), 其特征在于, 所述环件 (102) 包括至 少两个区段 (110, 111)。
3: 根据权利要求 1 所述的方位角测量系统 (100), 其特征在于, 所述控制系统 (38) 构 造成以便在所述线材 (104) 的所述部分的初始长度处确立基准点。
4: 根据权利要求 3 所述的方位角测量系统 (100), 其特征在于, 所述控制系统 (38) 构 造成以便基于所述线材 (104) 的所述部分的所述初始长度的变化来确定方位角。
5: 根据权利要求 1 所述的方位角测量系统 (100), 其特征在于, 所述方位角测量系统 (100) 进一步包括联接到所述线材 (104) 的第二端 (118, 119) 上的铅锤 (128), 所述长度测 量装置 (106) 联接到所述铅锤上, 以测量所述铅锤的位移。
6: 一种风力涡轮机 (10), 包括 : 塔架 (12) ; 可相对于所述塔架旋转的机舱 (16) ; 以及 方位角测量系统 (100), 包括 : 联接到所述机舱上且构造成以便与所述机舱一起旋转的环件 (102) ; 在第一端 (114) 处联接到所述环件上的线材 (104) ; 关于所述线材联接的长度测量装置 (106), 所述长度测量装置构造成以便测量从所述 环件伸出的所述线材的部分的长度 ; 以及 构造成以便基于从所述环件伸出的所述线材的该部分的长度来确定方位角的控制系 统 (38)。
7: 根据权利要求 6 所述的风力涡轮机 (10), 其特征在于, 所述风力涡轮机 (10) 进一步 包括联接到所述线材 (104) 的第二端 (118, 119) 上的铅锤 (128)。
8: 根据权利要求 7 所述的风力涡轮机 (10), 其特征在于, 所述风力涡轮机 (10) 进一步 包括操作性地联接到所述塔架 (12) 上的导管 (130), 所述铅锤 (128) 定位在所述导管内, 以 将所述铅锤的运动限制于基本平行于所述风力涡轮机的偏转轴线 (40) 的竖直方向。
9: 根据权利要求 6 所述的风力涡轮机 (10), 其特征在于, 所述风力涡轮机 (10) 进一步 包括联接到所述塔架 (12) 的内表面 (56) 上的框架 (138), 所述长度测量装置 (106) 联接到 所述框架上, 使得所述环件 (102) 相对于所述长度测量装置旋转。
10: 根据权利要求 6 所述的风力涡轮机 (10), 其特征在于, 在所述线材 (104) 的初始长 度处对所述控制系统 (38) 校准。

说明书


方位角测量系统及其操作方法

    技术领域 本文描述的实施例大体涉及方位角测量系统, 并且更具体而言涉及用于与风力涡 轮机一起使用的方位角测量系统。
     背景技术 至少一些已知的风力涡轮机包括绕着塔架枢转到对应于风向的方位角的机舱。 为 了测量机舱所位于的方位角, 至少一些已知的风力涡轮机包括方位角测量系统。
     方位角测量系统可包括偏转马达内的编码器, 其对马达旋转计数, 以计算方位角。 但是, 编码器对至少一些电气噪声敏感, 电气噪声会影响方位角计算的准确性。另外, 需要 在风力涡轮机内使用包括编码器的特殊的偏转马达以使得能够计算方位角。
     另一种已知的方位角测量系统包括定位在风力涡轮机的偏转环形齿轮附近的多 个感应式近程传感器。感应式近程传感器对偏转环齿旋转计数。更具体而言, 当偏转环形 齿轮的齿经过各个感应式近程传感器时, 产生脉冲信号。该脉冲信号表明已经旋转经过感 应式近程传感器的齿的数量。根据齿的数量, 可计算机舱的旋转角, 以确定机舱的方位角。 在至少一种已知的方位角测量系统中, 两个感应式近程传感器沿水平方向隔开, 以基于在 脉冲序列中哪一个传感器首先被触发来辨识旋转方向。
     但是, 感应式近程传感器对机舱的底座的振动和 / 或来自于偏转环形齿轮的油污 敏感。另外, 脉冲信号不能直接反映绝对方位角。相反, 使用绝对方位角和脉冲数量之间的 关系来间接地确定方位角。 但是, 可能会失去绝对方位角和脉冲数量之间的关系, 尤其是在 维护和 / 或功率瞬变之后, 例如意外的停电。此外, 方位角分辨率受偏转环形齿轮的齿数量 的限制, 齿数量是由偏转环形齿轮的设计确定的。例如, 如果偏转环形齿轮包括 128 个齿, 则分辨率定为 360° /128 个齿, 或者 2.8°分辨率。这种分辨率可能太低, 以至于不能满足 高级控制策略的至少一些要求。另外, 编码器和感应式近程传感器两者需要具有可能不能 应用于其它类型的偏转系统的偏转驱动器的偏转系统。
     因此, 合乎需要的是提供一种可与许多类型的偏转系统一起使用的方位角测量系 统。另外, 合乎需要的是提供一种抗振动和 / 或抗污染的方位角测量系统。此外, 合乎需要 的是提供一种可以以高分辨率直接测量方位角的方位角测量系统。
     发明内容 在一方面, 提供了一种方位角测量系统。 该方位角测量系统包括可旋转环件、 在第 一端处联接到环件上的线材、 构造成以便测量从环件伸出的线材的部分的长度的长度测量 装置, 以及构造成以便基于从环件伸出的线材的该部分的长度来确定方位角的控制系统。
     在另一方面, 提供了一种风力涡轮机。 该风力涡轮机包括塔架、 可相对于塔架旋转 的机舱, 以及方位角测量系统。该方位角测量系统包括联接到机舱上且构造成以便与机舱 一起旋转的环件、 在第一端处联接到环件上的线材, 以及关于线材相联接的长度测量装置。 该长度测量装置构造成以便测量从环件伸出的线材的部分的长度。 该方位角测量系统进一
     步包括构造成以便基于从环件伸出的线材的该部分的长度来确定方位角的控制系统。
     在又一方面, 提供了一种用于使用方位角测量系统来测量风力涡轮机的方位角的 方法。 该方位角测量系统包括联接到风力涡轮机的机舱上的线材、 联接到线材上的铅锤, 以 及关于线材联接以测量铅锤的位置的长度测量装置。 该方法包括使用长度测量装置来测量 铅锤相对于初始位置的位移、 基于铅锤的位移来确定方位角, 以及输出确定的方位角。
     本文描述的实施例包括长度测量装置, 其测量线材的长度, 以基于线材的长度和 机舱的旋转量之间的关系来确定方位角。 附图说明
     图 1-9 显示了本文描述的系统和方法的示例性实施例。 图 1 是示例性风力涡轮机的透视图。 图 2 是在初始位置处的图 1 所示的风力涡轮机的机舱的俯视图。 图 3 是在第一旋转位置处的图 1 所示的风力涡轮机的机舱的俯视图。 图 4 是可与图 1 所示的风力涡轮机一起使用的示例性方位角测量系统的示意图。 图 5 是可与图 4 所示的方位角测量系统一起使用的示例性环件的示意性俯视图。 图 6 是可与图 4 和 5 所示的方位角测量系统一起使用的方法的流程图。 图 7 是在初始位置处的图 6 所示的方位角测量系统的示意图。 图 8 是在第一旋转位置处的图 6 所示的方位角测量系统的示意图。 图 9 是在第二旋转位置处的图 6 所示的方位角测量系统的示意图。 部件列表 10 风力涡轮机 12 塔架 14 支承表面 16 机舱 18 转子 20 轮毂 22 叶片 24 空腔 26 叶根部分 28 载荷传递区 30 风向 32 旋转轴线 34 桨距调节系统 36 变桨轴线 38 控制系统 40 偏转轴线 42X 轴 44Y 轴 46Z 轴48 偏转系统 50 线缆 52 处理器 54 底板 56 内表面 100 方位角测量系统 102 环件 104 线材 106 长度测量装置 108 凹槽 110 第一区段 111 第二区段 112 凸缘 113 第一凸缘 114 第一端 116 第二凸缘 117 第二凸缘 118 第二端 119 第二端 120 开口 122 支承件 124 第一端 126 第二端 128 铅锤 130 导管 132 顶端 134 底端 136 支承件 138 框架 140 展开部分 142 部分 144 线缆 146 初始位置 148 第一旋转位置 150 第二旋转位置 152 中部 154 第一方向 156 第二方向 158 逆时针方向200 方法 202 确立铅锤的初始位置 204 当机舱旋转时使铅锤位移 206 确定线材的长度 208 根据线材的长度来确定方位角 210 输出方位角具体实施方式
     本文描述的实施例使用长度测量装置来测量和 / 或监测风力涡轮机的方位角。本 文描述的实施例包括环件、 线材、 铅锤和用以直接测量方位角的长度测量装置。更具体而 言, 当风力涡轮机的机舱在初始位置处时, 线材在预安装期间在环件上缠绕若干圈。 当机舱 沿第一方向从初始位置旋转时, 线材将从环件上展开, 并且当机舱沿与第一方向相反的第 二方向旋转时, 线材将缠绕到环件上。从环件上展开的线材的长度的变化表明方位角的变 化。 因而, 线材的展开部分的长度可由长度测量装置测量和监测, 并且机舱可基于测量值来 以期望的方位角定位。 如本文所用, 用语 “竖直” 指的是基本平行于风力涡轮机的 Z 轴的方向, 用语 “上” 、 “向上” “顶部” 、 及其变化指的是沿风力涡轮机的 Z 轴在正方向上的方向或相对位置, 而用语 “下” 、 “向下” 、 “底部” 及其变化指的是沿风力涡轮机的 Z 轴在负方向上的方向或相对位置。
     图 1 是示例性风力涡轮机 10 的透视图。图 2 是在初始位置 146 处的风力涡轮机 10 的机舱 16 的俯视图。图 3 是在第一旋转位置 148 处的机舱 16 的俯视图。
     在该示例性实施例中, 风力涡轮机 10 几乎是水平轴风力涡轮机, 但是, 风力涡轮 机 10 可具有任何适当的桨距角。备选地, 风力涡轮机 10 可为竖直轴风力涡轮机。在该示 例性实施例中, 风力涡轮机 10 包括从支承表面 14 延伸的塔架 12、 可旋转地安装在塔架 12 上的机舱 16, 以及联接到机舱 16 上的转子 18。转子 18 包括可旋转的轮毂 20, 以及联接到 轮毂 20 上且从轮毂 20 向外延伸的至少一个叶片 22。在该示例性实施例中, 转子 18 具有三 个叶片 22。在一个备选实施例中, 转子 18 包括不止三个叶片 22 或少于三个叶片 22。在该 示例性实施例中, 塔架 12 由管状钢材制成, 从而使得空腔 24 限定在支承表面 14 和机舱 16 之间。在一个备选实施例中, 塔架 12 是任何适当类型的塔架。基于本领域已知的因素和条 件来选择塔架 12 的高度。
     叶片 22 在轮毂 20 的周围隔开, 以有利于使转子 18 旋转, 使得动能能够从风中转 换成可用的机械能, 并且随后转换成电能。通过在相应的载荷传递区 28 处将叶根部分 26 联接到轮毂 20 上来将叶片 22 匹配到轮毂 20 上。载荷传递区 28 具有轮毂载荷传递区和叶 片载荷传递区 ( 两者在图 1 中均未显示 )。对叶片 22 引起的载荷通过载荷传递区 28 传递 到轮毂 20。
     在该示例性实施例中, 叶片 22 具有大于约 100 米 (m) 的长度。备选地, 叶片 22 可 具有使得风力涡轮机 10 能够如本文描述的那样起作用的任何长度。当风从风向 30 撞击叶 片 22 时, 转子 18 绕着旋转轴线 32 旋转。当叶片 22 旋转且经受离心力时, 叶片 22 还经受 各种力和力矩。因而, 叶片 22 可从中立的或无偏转的位置偏转和 / 或旋转到偏转位置。此 外, 桨距调节系统 34 可改变叶片 22 的桨距角, 即确定叶片 22 相对于风向 30 的投影的角度,
     以通过调节至少一个叶片 22 相对于风矢量的轮廓的角位置来控制风力涡轮机 10 所产生的 功率。显示了叶片 22 的变桨轴线 36。在该示例性实施例中, 各个叶片 22 的桨距单独地由 控制系统 38 控制。备选地, 所有叶片的叶片桨距可由控制系统 38 同时控制。
     另外, 在该示例性实施例中, 当风向 30 改变时, 可绕着偏转轴线 40 控制机舱 16 的 偏转方向, 以相对于风向 30 来定位叶片 22。机舱 16 绕着偏转轴线 40 所旋转的角度在本文 中被称为方位角 θ。相对于 X 轴 42 和 Y 轴 44 得到方位角 θ。Z 轴 46 平行于偏转轴线 40 且垂直于 X 轴 42 和 Y 轴 44。在该示例性实施例中, 机舱 16 在 X-Y 平面内旋转到相对于风 向 30 定位叶片 22 的某方位角。在一个实施例中, 选择方位角 θ, 使得旋转轴线 32 大体平 行于风向 30。使用联接在机舱 16 和塔架 12 之间的偏转系统 48 来控制机舱 16 的方位角 θ。控制系统 38 以通讯的方式 ( 例如以操作性控制通讯的方式 ) 联接到偏转系统 48 上, 以对其进行控制和 / 或监测。
     在该示例性实施例中, 控制系统 38 显示为在机舱 16 内居中, 但是, 控制系统 38 可 为在整个风力涡轮机 10 中、 支承表面 14 上、 风场内以及 / 或者远程控制中心处的分布式系 统。另外, 在该示例性实施例中, 线缆 50 从控制系统 38 通过空腔 24 延伸到至少支承表面 14, 以对风力涡轮机 10 外部的至少一个装置提供通讯链路。 控制系统 38 包括构造成以便执行本文描述的方法和 / 或步骤的处理器 52。 另外, 本文描述的其它构件中的许多包括处理器。如本文所用, 术语 “处理器” 不限于本领域中 称为计算机的集成电路, 而是宽泛地指控制器、 微控制器、 微型计算机、 可编程逻辑控制器 (PLC)、 专用集成电路和其它可编程的电路, 并且这些术语在本文中可互换地使用。应当理 解, 处理器和 / 或控制系统还可包括存储器、 输入通道和 / 或输出通道。
     在本文描述的实施例中, 存储器可包括但不限于诸如随机存取存储器 (RAM) 的计 算机可读介质, 以及诸如闪存的计算机可读的非易失性介质。备选地, 也可使用软盘、 压缩 盘 - 只读存储器 (CD-ROM)、 磁光盘 (MOD) 和 / 或数字多功能盘 (DVD)。而且, 在本文描述 的实施例中, 输入通道可包括但不限于传感器和 / 或与操作员界面相关联的计算机外围设 备, 例如鼠标和键盘。 另外, 在该示例性实施例中, 输出通道可包括但不限于控制装置、 操作 员界面监视器和 / 或显示器。
     本文描述的处理器处理从多个电气和电子装置传递的信息, 电气和电子装置可包 括但不限于传感器、 促动器、 压缩机、 控制系统和 / 或监测装置。这种处理器可在物理上位 于例如控制系统、 传感器、 监测装置、 台式计算机、 膝上型计算机、 PLC 机柜和 / 或分布式控 制系统 (DCS) 机柜中。RAM 和存储装置存储和传递待由处理器 ( 一个或多个 ) 执行的信息 和指令。 RAM 和存储装置也可用来存储临时变量、 静态 ( 即不变的 ) 信息和指令或其它中间 信息, 以及在处理器 ( 一个或多个 ) 执行指令期间将它们提供给处理器。执行的指令可包 括但不限于风力涡轮机控制命令。 指令序列的执行不限于硬件电路和软件指令的任何具体 组合。
     图 4 是可与风力涡轮机 10( 在图 1 中显示 ) 一起使用的示例性方位角测量系统 100 的示意图。图 5 是可与方位角测量系统 100 一起使用的示例性环件 102 的示意性俯视图。 在该示例性实施例中, 方位角测量系统 100 包括环件 102、 线材 104 和长度测量装置 106。 如 本文所指, 术语 “线材” 指的是在正常的操作条件下有柔性且基本无弹性和 / 或不可变形的 线。如本文所指, 线材的实例包括但不限于可用作线材 104 的任何适当的缆、 索、 线、 绳、 链
     和 / 或线材。
     在该示例性实施例中, 环件 102 包括限定在该环件 102 的周边的周围的凹槽 108。 凹槽 108 具有使得线材 104 能够绕着环件 102 缠绕且保持在环件 102 上的任何适当的构 造。另外, 在该示例性实施例中, 环件 102 包括两个区段 110 和 111, 如图 5 所示。备选地, 环件 102 可形成为一个整体件, 或者包括不止两个区段 110 和 111。在该示例性实施例中, 区段 110 包括在其第一端 114 处的第一凸缘 112, 以及在其第二端 118 处的第二凸缘 116。 类似地, 区段 111 包括在其第一端 115 处的第一凸缘 113, 以及在其第二端 119 处的第二凸 缘 117。各个凸缘 112、 113、 116 和 / 或 117 包括用于在凸缘 112 和 117 以及凸缘 116 和 113 处将区段 110 和 111 联接在一起的任何适当的联接机构, 例如螺栓孔。当组装好时, 区段 110 和 111 限定环件 102 的开口 120。再次参看图 4, 环件 102 进一步包括例如在机舱 16 的 底板 54 处将环件 102 联接到机舱 16 上的支承件 122。支承件 122 相对于底板 54 固定环件 102 的位置, 从而使得环件 102 与底板 54 和 / 或机舱 16 一起旋转。
     线材 104 具有联接到环件 102 上的第一端 124 和联接到铅锤 128 上的第二端 126。 如本文所用, 术语 “铅锤” 指的是这样的装置 : 当重力作用于该装置上时, 该装置就拉紧线材 104。铅锤的实例包括但不限于砝码以及 / 或者在消除线材 104 中的松弛和 / 或对线材 104 施加拉力的同时使得方位角测量系统 100 能够如本文描述的那样起作用的任何适当的构 件。在该示例性实施例中, 铅锤 128 和线材 104 的至少一部分定位在导管 130 内, 导管 130 基本平行于 Z 轴 46 而定向。线材 104 和铅锤 128 可在导管 130 内、 在导管 130 的顶端 132 和导管 130 的底端 134 之间自由地竖直移动。使用支承件 136 将导管 130 联接到塔架 12 上, 从而使得导管 130 相对于塔架 12 是固定的。因而, 环件 102 和 / 或机舱 16 相对于导管 130 旋转。在该示例性实施例中, 导管 130 的顶端 132 在环件 102 附近, 而导管 130 的底端 134 在框架 138 附近。导管 130 由一个零件或多个零件形成。
     在该示例性实施例中, 支承件 136 联接到框架 138 上, 框架 138 从塔架 12 的内表面 56 延伸到空腔 24 中。框架 138 大小设置成使得从环件 102 伸出和 / 或未缠绕在环件 102 周围的线材 104 的部分 140 能够定向成基本平行于 Z 轴 46, 并且与缠绕在环件 102 和 / 或 环件 102 的直径 D 周围的线材 104 的部分 142 基本成直角。虽然以下指的是展开部分 140, 但是应当理解, 部分 140 指的是从环件 102 伸出的线材 104 的部分。长度测量装置 106 在 导管 130 的底端 134 附近支承在框架 138 上。
     长度测量装置 106 构造成以便确定铅锤 128 在导管 130 内的位置。在该示例性实 施例中, 长度测量装置 106 是接触型线性传感器, 该接触型线性传感器通过使用例如线缆 144 而联接到铅锤 128 上。备选地, 长度测量装置 106 是没有联接到铅锤 128 上的非接触型 长度测量装置, 例如激光、 光学和 / 或磁性长度测量装置。在该示例性实施例中, 长度测量 装置 106 以通讯的方式与控制系统 38 联接, 以将线材 104 的展开部分 140 的测得长度传送 到控制系统 38。
     为了组装方位角测量系统 100, 使用支承件 122 将环件 102 的第一区段 110 联接 到底板 54 上。环件 102 的第二区段 110 联接到第一区段 110 上, 使得线缆 50 延伸通过环 件 102 的开口 120 到达支承表面 14。然后线材 104 的第一端 124 联接到环件 102 上, 而线 材 104 至少部分地缠绕在环件 102 的周围。铅锤 128 联接到线材 104 的第二端 126 上。当 线材 104 的展开部分 140 和铅锤 128 从环件 102 自由地悬挂下来时, 长度测量装置 106 在铅锤 128 的正下方联接到框架 138 上。铅锤 128 和展开部分 140 的至少一些从顶端 132 插 入导管 130 中, 而长度测量装置 106 的线缆 144 则从底端 134 插入导管 130 中。然后线缆 144 联接到铅锤 128 上。备选地, 线缆 144 联接到铅锤 128 上, 并且导管 130 组装在展开部 分 140、 铅锤 128 和 / 或线缆 144 的周围。在该示例性实施例中, 然后使用支承件 136 将导 管 130 联接到框架 138 上, 从而使得导管 130、 展开部分 140 和线缆 144 基本竖直地对准。
     图 6 是可与方位角测量系统 100( 在图 4 和 5 中显示 ) 一起使用的示例性方法 200 的流程图。图 7 是在初始位置 146 处的方位角测量系统 100 的示意图。图 8 是在第一旋转 位置 148 处的方位角测量系统 100 的示意图。图 9 是在第二旋转位置 150 处的方位角测量 系统 100 的示意图。
     通过执行方法 200, 确定了机舱 16 的方位角 θ。方法 200 由控制系统 38( 在图 1 和 4 中显示 ) 执行, 从而将命令和 / 或指令发送到风力涡轮机 10 的构件。控制系统 38 内 的处理器 52( 在图 1 和 4 中显示 ) 编程有构造成以便执行方法 200 的代码段。备选地, 方 法 200 编码在控制系统 38 可读的计算机可读介质上。在这种实施例中, 控制系统 38 和 / 或处理器 52 构造成以便读取计算机可读介质, 以执行方法 200。 在该示例性实施例中, 方法 200 持续地和 / 或在选定的时间上自动执行。备选地, 方法 200 按照风力涡轮机 10 的操作 员的要求和 / 或在控制系统 38 确定要执行方法 200 时执行。
     参看图 1-9, 方位角测量系统 100 如以上描述的那样组装, 从而使得使用线材 104 将铅锤 128 联接到机舱 16 上, 并且长度测量装置 106 联接到塔架 12 上。方法 200 包括确 立 202 铅锤 128 的初始位置 146, 如图 7 所示, 以及限定初始位置 146 处的基准方位角。虽 然在图 7 中铅锤 128 位于导管 130 的大致中部 152, 但是, 铅锤 128 的初始位置 146 可确立 202 在沿着导管 130 的任何适当的位置处。因而, 通过确立 202 初始位置 146, 方位角测量 系统 100 得到校准, 以将基准角度定义为例如 0°。可通过重新确立铅锤 128 的初始位置 146 以及将初始位置 146 指定为 0°方位角来在任何适当的时候重新校准方位角测量系统 100。
     当机舱 16 沿第一方向 154 旋转到第一旋转位置 148 时 ( 如图 8 所示 ), 铅锤 128 在导管 130 内竖直地位移 204。例如, 当线材 104 如图 5 所示沿逆时针方向 158 绕着环件 102 缠绕并且机舱 16 沿第一方向 154 旋转时, 线材 104 就在环件 102 与机舱 16 一起旋转时 缠绕在环件 102 的周围。线材 104 的缠绕使铅锤 128 通过导管 130 向上位移 204。类似地, 当机舱 16 沿第二方向 156 旋转 204 到第二旋转位置 150 时 ( 如图 9 所示 ), 铅锤 128 就在 导管 130 内竖直地位移 204。更具体而言, 当机舱 16 沿第二方向 156 旋转时, 线材 104 在 环件 102 与机舱 16 一起旋转时从环件 102 上展开。线材 104 的展开使铅锤 128 通过导管 130 向下移动。备选地, 当线材 104 沿顺时针方向缠绕在环件 102 的周围时, 机舱 16 沿第一 方向 154 的旋转使线材 104 从环件 102 上展开, 而机舱 16 沿第二方向 156 的旋转则使线材 104 缠绕在环件 102 的周围。
     当铅锤 128 在导管 130 内位移 204 时, 长度测量装置 106 确定 206 从环件 102 伸 出的线材 104 的部分 140 的长度。在一个实施例中, 长度测量装置 106 通过测量线材 104 的展开部分 140 的绝对长度来确定部分 140 的长度。在该示例性实施例中, 长度测量装置 106 通过测量铅锤 128 相对于初始位置 146 的位移并且根据铅锤 128 的位移计算线材 104 的展开部分 140 的长度来进行确定 206。然后基于从环件 102 伸出的线材 104 的部分 140 的长度来确定 208 方位角 θ。例 如, 基于环件 102 的直径 D 和 / 或周长, 控制系统 38 根据线材 104 的展开部分 140 的测得 长度来计算机舱 16 的旋转量。 在该示例性实施例中, 控制系统 38 使用以下公式来确定 210 方位角 θ :
     ( 公式 1)其中, ΔL 是线材 104 的展开部分 140 的长度从之前的长度或第一长度到当前长 度或第二长度的变化, D 是环件 102 的直径。使用铅锤 128 的移动方向, 控制系统 38 还可 确定机舱 16 沿哪个方向 (154 或 156) 旋转 204。更具体而言, 变化 ΔL 的符号 ( 负或正 ) 表明机舱 16 的旋转方向。
     在该示例性实施例中, 使用本文描述的实施例获得的方位角分辨率 Ra 高于已知 的方位角测量系统的方位角分辨率。更具体而言, 可使用本文描述的实施例来容易地实现 方位角测量系统 100 的高的方位角分辨率 Ra。例如, 当环件 102 具有 300 毫米 (mm) 的直 径 D 且长度测量装置 106 具有 0.2mm 的传感器分辨率 Rs( 长度测量装置的普通精度 ) 时, 按以下来确定方位角测量系统 100 的方位角分辨率 Ra :
     ( 公式 2) ( 公式 3)其中 Rr 是环件分辨率。如将理解的那样, 可通过改变环件 102 的直径 D 和对应于 环件 102 的直径 D 的线材 104 的长度来改变方位角分辨率。因而, 不需要改变长度测量装 置 106 的传感器分辨率 Rs 来提高方位角测量系统 100 的方位角分辨率 Ra。
     然后控制系统 38 将确定的方位角 θ 输出 210 到数据库、 显示器、 打印机、 操作员 和 / 或任何其它适当的位置。 确定的方位角 θ 可用来更加有效地控制风力涡轮机 10, 以减 小风力涡轮机 10 的载荷, 以及 / 或者从风中产生更多功率。在具体实施例中, 在初始安装 时将方位角测量系统 100 校准好之后, 可在偏转操作期间确定绝对方位角, 并且可由长度 测量装置 106 内的绝对编码器记录该绝对方位角。然后长度测量装置 106 将测得位移传送 到控制系统 38, 以至少确定 210 方位角 θ。
     上述实施例通过经由环件、 线材和铅锤将旋转运动转化成直线运动来确定方位 角。因而, 可根据从环件上展开的线材的部分的长度和 / 或铅锤的位置来直接确定方位角。 更具体而言, 上述长度测量装置和 / 或控制系统使绝对方位角与展开的线材的长度相关。 这种关系是绝对方位角和展开的线材的长度之间的一对一映射。 另外, 以上描述的实施例可容忍振动和 / 或污染、 定位成以便避免电气噪声, 并且 不依赖于风力涡轮机的偏转系统。例如, 通过将长度测量装置定位成远离偏转系统而处于 上述框架上, 可将长度测量装置从可污染长度测量装置的环境中和 / 或从由偏转系统、 底 板和 / 或机舱所导致的振动中移除。此外, 上述分段环件使得本文描述的方位角测量系统 能够安装在新构造的风力涡轮机中, 或者安装在现有的风力涡轮机中。
     本文描述的系统和方法的技术效果包括下者中的至少一个 : (a) 使用长度测量装 置来测量铅锤相对于初始位置的位移 ; (b) 基于铅锤的位移来确定方位角 ; 以及 (c) 输出所 确定的方位角。
     以上对方位角测量系统的示例性实施例进行了详细描述。 该方法和系统不限于本 文描述的具体实施例, 而是相反, 系统的构件和 / 或方法的步骤可独立地以及与本文描述 的其它构件和 / 或步骤分开来使用。例如, 该方法也可与其它角度测量系统和方法结合起 来使用, 并且不限于仅关于本文描述的风力涡轮机系统和方法的实践。 相反, 该示例性实施 例可与许多其它角度测量应用结合起来实现和使用。
     虽然本发明的各实施例的具体特征可在一些图中显示而在其它图中没有显示, 但 是这仅是为了方便起见。根据本发明的原理, 图中的任何特征可结合任何其它图中的任何 特征来进行参照和 / 或要求保护。
     本书面描述使用实例来公开本发明, 包括最佳模式, 且还使本领域任何技术人员 能够实践本发明, 包括制造和使用任何装置或系统, 以及执行任何结合的方法。 本发明的可 授予专利的范围由权利要求书限定, 并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这 种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素, 或者如果这种其它实例包括与 权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素, 则这种其它实例意图处于权利要求 书的范围之内。

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1、10申请公布号CN102032892A43申请公布日20110427CN102032892ACN102032892A21申请号201010512925622申请日2010092912/56956820090929USG01C1/00200601F03D11/0020060171申请人通用电气公司地址美国纽约州72发明人M高74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人严志军谭祐祥54发明名称方位角测量系统及其操作方法57摘要本发明涉及一种方位角测量系统及其操作方法。一种方位角测量系统100包括可旋转环件102、在第一端114处联接到环件上的线材104、构造成以便测量从环件伸出的线材的。

2、部分的长度的长度测量装置106,以及构造成以便基于从环件伸出的线材的那部分的长度来确定方位角的控制系统38。30优先权数据51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书9页附图7页CN102032895A1/1页21一种方位角测量系统100,包括可旋转环件102;在第一端114处联接到所述环件上的线材104;构造成以便测量从所述环件伸出的所述线材的部分的长度的长度测量装置106;以及构造成以便基于从所述环件伸出的所述线材的该部分的长度来确定方位角的控制系统38。2根据权利要求1所述的方位角测量系统100,其特征在于,所述环件102包括至少两个区段110,11。

3、1。3根据权利要求1所述的方位角测量系统100,其特征在于,所述控制系统38构造成以便在所述线材104的所述部分的初始长度处确立基准点。4根据权利要求3所述的方位角测量系统100,其特征在于,所述控制系统38构造成以便基于所述线材104的所述部分的所述初始长度的变化来确定方位角。5根据权利要求1所述的方位角测量系统100,其特征在于,所述方位角测量系统100进一步包括联接到所述线材104的第二端118,119上的铅锤128,所述长度测量装置106联接到所述铅锤上,以测量所述铅锤的位移。6一种风力涡轮机10,包括塔架12;可相对于所述塔架旋转的机舱16;以及方位角测量系统100,包括联接到所述机。

4、舱上且构造成以便与所述机舱一起旋转的环件102;在第一端114处联接到所述环件上的线材104;关于所述线材联接的长度测量装置106,所述长度测量装置构造成以便测量从所述环件伸出的所述线材的部分的长度;以及构造成以便基于从所述环件伸出的所述线材的该部分的长度来确定方位角的控制系统38。7根据权利要求6所述的风力涡轮机10,其特征在于,所述风力涡轮机10进一步包括联接到所述线材104的第二端118,119上的铅锤128。8根据权利要求7所述的风力涡轮机10,其特征在于,所述风力涡轮机10进一步包括操作性地联接到所述塔架12上的导管130,所述铅锤128定位在所述导管内,以将所述铅锤的运动限制于基本。

5、平行于所述风力涡轮机的偏转轴线40的竖直方向。9根据权利要求6所述的风力涡轮机10,其特征在于,所述风力涡轮机10进一步包括联接到所述塔架12的内表面56上的框架138,所述长度测量装置106联接到所述框架上,使得所述环件102相对于所述长度测量装置旋转。10根据权利要求6所述的风力涡轮机10,其特征在于,在所述线材104的初始长度处对所述控制系统38校准。权利要求书CN102032892ACN102032895A1/9页3方位角测量系统及其操作方法技术领域0001本文描述的实施例大体涉及方位角测量系统,并且更具体而言涉及用于与风力涡轮机一起使用的方位角测量系统。背景技术0002至少一些已知的。

6、风力涡轮机包括绕着塔架枢转到对应于风向的方位角的机舱。为了测量机舱所位于的方位角,至少一些已知的风力涡轮机包括方位角测量系统。0003方位角测量系统可包括偏转马达内的编码器,其对马达旋转计数,以计算方位角。但是,编码器对至少一些电气噪声敏感,电气噪声会影响方位角计算的准确性。另外,需要在风力涡轮机内使用包括编码器的特殊的偏转马达以使得能够计算方位角。0004另一种已知的方位角测量系统包括定位在风力涡轮机的偏转环形齿轮附近的多个感应式近程传感器。感应式近程传感器对偏转环齿旋转计数。更具体而言,当偏转环形齿轮的齿经过各个感应式近程传感器时,产生脉冲信号。该脉冲信号表明已经旋转经过感应式近程传感器的。

7、齿的数量。根据齿的数量,可计算机舱的旋转角,以确定机舱的方位角。在至少一种已知的方位角测量系统中,两个感应式近程传感器沿水平方向隔开,以基于在脉冲序列中哪一个传感器首先被触发来辨识旋转方向。0005但是,感应式近程传感器对机舱的底座的振动和/或来自于偏转环形齿轮的油污敏感。另外,脉冲信号不能直接反映绝对方位角。相反,使用绝对方位角和脉冲数量之间的关系来间接地确定方位角。但是,可能会失去绝对方位角和脉冲数量之间的关系,尤其是在维护和/或功率瞬变之后,例如意外的停电。此外,方位角分辨率受偏转环形齿轮的齿数量的限制,齿数量是由偏转环形齿轮的设计确定的。例如,如果偏转环形齿轮包括128个齿,则分辨率定。

8、为360/128个齿,或者28分辨率。这种分辨率可能太低,以至于不能满足高级控制策略的至少一些要求。另外,编码器和感应式近程传感器两者需要具有可能不能应用于其它类型的偏转系统的偏转驱动器的偏转系统。0006因此,合乎需要的是提供一种可与许多类型的偏转系统一起使用的方位角测量系统。另外,合乎需要的是提供一种抗振动和/或抗污染的方位角测量系统。此外,合乎需要的是提供一种可以以高分辨率直接测量方位角的方位角测量系统。发明内容0007在一方面,提供了一种方位角测量系统。该方位角测量系统包括可旋转环件、在第一端处联接到环件上的线材、构造成以便测量从环件伸出的线材的部分的长度的长度测量装置,以及构造成以便。

9、基于从环件伸出的线材的该部分的长度来确定方位角的控制系统。0008在另一方面,提供了一种风力涡轮机。该风力涡轮机包括塔架、可相对于塔架旋转的机舱,以及方位角测量系统。该方位角测量系统包括联接到机舱上且构造成以便与机舱一起旋转的环件、在第一端处联接到环件上的线材,以及关于线材相联接的长度测量装置。该长度测量装置构造成以便测量从环件伸出的线材的部分的长度。该方位角测量系统进一说明书CN102032892ACN102032895A2/9页4步包括构造成以便基于从环件伸出的线材的该部分的长度来确定方位角的控制系统。0009在又一方面,提供了一种用于使用方位角测量系统来测量风力涡轮机的方位角的方法。该方。

10、位角测量系统包括联接到风力涡轮机的机舱上的线材、联接到线材上的铅锤,以及关于线材联接以测量铅锤的位置的长度测量装置。该方法包括使用长度测量装置来测量铅锤相对于初始位置的位移、基于铅锤的位移来确定方位角,以及输出确定的方位角。0010本文描述的实施例包括长度测量装置,其测量线材的长度,以基于线材的长度和机舱的旋转量之间的关系来确定方位角。附图说明0011图19显示了本文描述的系统和方法的示例性实施例。0012图1是示例性风力涡轮机的透视图。0013图2是在初始位置处的图1所示的风力涡轮机的机舱的俯视图。0014图3是在第一旋转位置处的图1所示的风力涡轮机的机舱的俯视图。0015图4是可与图1所示。

11、的风力涡轮机一起使用的示例性方位角测量系统的示意图。0016图5是可与图4所示的方位角测量系统一起使用的示例性环件的示意性俯视图。0017图6是可与图4和5所示的方位角测量系统一起使用的方法的流程图。0018图7是在初始位置处的图6所示的方位角测量系统的示意图。0019图8是在第一旋转位置处的图6所示的方位角测量系统的示意图。0020图9是在第二旋转位置处的图6所示的方位角测量系统的示意图。0021部件列表002210风力涡轮机002312塔架002414支承表面002516机舱002618转子002720轮毂002822叶片002924空腔003026叶根部分003128载荷传递区00323。

12、0风向003332旋转轴线003434桨距调节系统003536变桨轴线003638控制系统003740偏转轴线003842X轴003944Y轴004046Z轴说明书CN102032892ACN102032895A3/9页5004148偏转系统004250线缆004352处理器004454底板004556内表面0046100方位角测量系统0047102环件0048104线材0049106长度测量装置0050108凹槽0051110第一区段0052111第二区段0053112凸缘0054113第一凸缘0055114第一端0056116第二凸缘0057117第二凸缘0058118第二端0059119。

13、第二端0060120开口0061122支承件0062124第一端0063126第二端0064128铅锤0065130导管0066132顶端0067134底端0068136支承件0069138框架0070140展开部分0071142部分0072144线缆0073146初始位置0074148第一旋转位置0075150第二旋转位置0076152中部0077154第一方向0078156第二方向0079158逆时针方向说明书CN102032892ACN102032895A4/9页60080200方法0081202确立铅锤的初始位置0082204当机舱旋转时使铅锤位移0083206确定线材的长度00842。

14、08根据线材的长度来确定方位角0085210输出方位角具体实施方式0086本文描述的实施例使用长度测量装置来测量和/或监测风力涡轮机的方位角。本文描述的实施例包括环件、线材、铅锤和用以直接测量方位角的长度测量装置。更具体而言,当风力涡轮机的机舱在初始位置处时,线材在预安装期间在环件上缠绕若干圈。当机舱沿第一方向从初始位置旋转时,线材将从环件上展开,并且当机舱沿与第一方向相反的第二方向旋转时,线材将缠绕到环件上。从环件上展开的线材的长度的变化表明方位角的变化。因而,线材的展开部分的长度可由长度测量装置测量和监测,并且机舱可基于测量值来以期望的方位角定位。0087如本文所用,用语“竖直”指的是基本。

15、平行于风力涡轮机的Z轴的方向,用语“上”、“向上”、“顶部”及其变化指的是沿风力涡轮机的Z轴在正方向上的方向或相对位置,而用语“下”、“向下”、“底部”及其变化指的是沿风力涡轮机的Z轴在负方向上的方向或相对位置。0088图1是示例性风力涡轮机10的透视图。图2是在初始位置146处的风力涡轮机10的机舱16的俯视图。图3是在第一旋转位置148处的机舱16的俯视图。0089在该示例性实施例中,风力涡轮机10几乎是水平轴风力涡轮机,但是,风力涡轮机10可具有任何适当的桨距角。备选地,风力涡轮机10可为竖直轴风力涡轮机。在该示例性实施例中,风力涡轮机10包括从支承表面14延伸的塔架12、可旋转地安装在。

16、塔架12上的机舱16,以及联接到机舱16上的转子18。转子18包括可旋转的轮毂20,以及联接到轮毂20上且从轮毂20向外延伸的至少一个叶片22。在该示例性实施例中,转子18具有三个叶片22。在一个备选实施例中,转子18包括不止三个叶片22或少于三个叶片22。在该示例性实施例中,塔架12由管状钢材制成,从而使得空腔24限定在支承表面14和机舱16之间。在一个备选实施例中,塔架12是任何适当类型的塔架。基于本领域已知的因素和条件来选择塔架12的高度。0090叶片22在轮毂20的周围隔开,以有利于使转子18旋转,使得动能能够从风中转换成可用的机械能,并且随后转换成电能。通过在相应的载荷传递区28处将。

17、叶根部分26联接到轮毂20上来将叶片22匹配到轮毂20上。载荷传递区28具有轮毂载荷传递区和叶片载荷传递区两者在图1中均未显示。对叶片22引起的载荷通过载荷传递区28传递到轮毂20。0091在该示例性实施例中,叶片22具有大于约100米M的长度。备选地,叶片22可具有使得风力涡轮机10能够如本文描述的那样起作用的任何长度。当风从风向30撞击叶片22时,转子18绕着旋转轴线32旋转。当叶片22旋转且经受离心力时,叶片22还经受各种力和力矩。因而,叶片22可从中立的或无偏转的位置偏转和/或旋转到偏转位置。此外,桨距调节系统34可改变叶片22的桨距角,即确定叶片22相对于风向30的投影的角度,说明书。

18、CN102032892ACN102032895A5/9页7以通过调节至少一个叶片22相对于风矢量的轮廓的角位置来控制风力涡轮机10所产生的功率。显示了叶片22的变桨轴线36。在该示例性实施例中,各个叶片22的桨距单独地由控制系统38控制。备选地,所有叶片的叶片桨距可由控制系统38同时控制。0092另外,在该示例性实施例中,当风向30改变时,可绕着偏转轴线40控制机舱16的偏转方向,以相对于风向30来定位叶片22。机舱16绕着偏转轴线40所旋转的角度在本文中被称为方位角。相对于X轴42和Y轴44得到方位角。Z轴46平行于偏转轴线40且垂直于X轴42和Y轴44。在该示例性实施例中,机舱16在XY平。

19、面内旋转到相对于风向30定位叶片22的某方位角。在一个实施例中,选择方位角,使得旋转轴线32大体平行于风向30。使用联接在机舱16和塔架12之间的偏转系统48来控制机舱16的方位角。控制系统38以通讯的方式例如以操作性控制通讯的方式联接到偏转系统48上,以对其进行控制和/或监测。0093在该示例性实施例中,控制系统38显示为在机舱16内居中,但是,控制系统38可为在整个风力涡轮机10中、支承表面14上、风场内以及/或者远程控制中心处的分布式系统。另外,在该示例性实施例中,线缆50从控制系统38通过空腔24延伸到至少支承表面14,以对风力涡轮机10外部的至少一个装置提供通讯链路。0094控制系统。

20、38包括构造成以便执行本文描述的方法和/或步骤的处理器52。另外,本文描述的其它构件中的许多包括处理器。如本文所用,术语“处理器”不限于本领域中称为计算机的集成电路,而是宽泛地指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器PLC、专用集成电路和其它可编程的电路,并且这些术语在本文中可互换地使用。应当理解,处理器和/或控制系统还可包括存储器、输入通道和/或输出通道。0095在本文描述的实施例中,存储器可包括但不限于诸如随机存取存储器RAM的计算机可读介质,以及诸如闪存的计算机可读的非易失性介质。备选地,也可使用软盘、压缩盘只读存储器CDROM、磁光盘MOD和/或数字多功能盘DVD。而且,在本文。

21、描述的实施例中,输入通道可包括但不限于传感器和/或与操作员界面相关联的计算机外围设备,例如鼠标和键盘。另外,在该示例性实施例中,输出通道可包括但不限于控制装置、操作员界面监视器和/或显示器。0096本文描述的处理器处理从多个电气和电子装置传递的信息,电气和电子装置可包括但不限于传感器、促动器、压缩机、控制系统和/或监测装置。这种处理器可在物理上位于例如控制系统、传感器、监测装置、台式计算机、膝上型计算机、PLC机柜和/或分布式控制系统DCS机柜中。RAM和存储装置存储和传递待由处理器一个或多个执行的信息和指令。RAM和存储装置也可用来存储临时变量、静态即不变的信息和指令或其它中间信息,以及在处。

22、理器一个或多个执行指令期间将它们提供给处理器。执行的指令可包括但不限于风力涡轮机控制命令。指令序列的执行不限于硬件电路和软件指令的任何具体组合。0097图4是可与风力涡轮机10在图1中显示一起使用的示例性方位角测量系统100的示意图。图5是可与方位角测量系统100一起使用的示例性环件102的示意性俯视图。在该示例性实施例中,方位角测量系统100包括环件102、线材104和长度测量装置106。如本文所指,术语“线材”指的是在正常的操作条件下有柔性且基本无弹性和/或不可变形的线。如本文所指,线材的实例包括但不限于可用作线材104的任何适当的缆、索、线、绳、链说明书CN102032892ACN102。

23、032895A6/9页8和/或线材。0098在该示例性实施例中,环件102包括限定在该环件102的周边的周围的凹槽108。凹槽108具有使得线材104能够绕着环件102缠绕且保持在环件102上的任何适当的构造。另外,在该示例性实施例中,环件102包括两个区段110和111,如图5所示。备选地,环件102可形成为一个整体件,或者包括不止两个区段110和111。在该示例性实施例中,区段110包括在其第一端114处的第一凸缘112,以及在其第二端118处的第二凸缘116。类似地,区段111包括在其第一端115处的第一凸缘113,以及在其第二端119处的第二凸缘117。各个凸缘112、113、116和。

24、/或117包括用于在凸缘112和117以及凸缘116和113处将区段110和111联接在一起的任何适当的联接机构,例如螺栓孔。当组装好时,区段110和111限定环件102的开口120。再次参看图4,环件102进一步包括例如在机舱16的底板54处将环件102联接到机舱16上的支承件122。支承件122相对于底板54固定环件102的位置,从而使得环件102与底板54和/或机舱16一起旋转。0099线材104具有联接到环件102上的第一端124和联接到铅锤128上的第二端126。如本文所用,术语“铅锤”指的是这样的装置当重力作用于该装置上时,该装置就拉紧线材104。铅锤的实例包括但不限于砝码以及/或。

25、者在消除线材104中的松弛和/或对线材104施加拉力的同时使得方位角测量系统100能够如本文描述的那样起作用的任何适当的构件。在该示例性实施例中,铅锤128和线材104的至少一部分定位在导管130内,导管130基本平行于Z轴46而定向。线材104和铅锤128可在导管130内、在导管130的顶端132和导管130的底端134之间自由地竖直移动。使用支承件136将导管130联接到塔架12上,从而使得导管130相对于塔架12是固定的。因而,环件102和/或机舱16相对于导管130旋转。在该示例性实施例中,导管130的顶端132在环件102附近,而导管130的底端134在框架138附近。导管130由一。

26、个零件或多个零件形成。0100在该示例性实施例中,支承件136联接到框架138上,框架138从塔架12的内表面56延伸到空腔24中。框架138大小设置成使得从环件102伸出和/或未缠绕在环件102周围的线材104的部分140能够定向成基本平行于Z轴46,并且与缠绕在环件102和/或环件102的直径D周围的线材104的部分142基本成直角。虽然以下指的是展开部分140,但是应当理解,部分140指的是从环件102伸出的线材104的部分。长度测量装置106在导管130的底端134附近支承在框架138上。0101长度测量装置106构造成以便确定铅锤128在导管130内的位置。在该示例性实施例中,长度测。

27、量装置106是接触型线性传感器,该接触型线性传感器通过使用例如线缆144而联接到铅锤128上。备选地,长度测量装置106是没有联接到铅锤128上的非接触型长度测量装置,例如激光、光学和/或磁性长度测量装置。在该示例性实施例中,长度测量装置106以通讯的方式与控制系统38联接,以将线材104的展开部分140的测得长度传送到控制系统38。0102为了组装方位角测量系统100,使用支承件122将环件102的第一区段110联接到底板54上。环件102的第二区段110联接到第一区段110上,使得线缆50延伸通过环件102的开口120到达支承表面14。然后线材104的第一端124联接到环件102上,而线材。

28、104至少部分地缠绕在环件102的周围。铅锤128联接到线材104的第二端126上。当线材104的展开部分140和铅锤128从环件102自由地悬挂下来时,长度测量装置106在说明书CN102032892ACN102032895A7/9页9铅锤128的正下方联接到框架138上。铅锤128和展开部分140的至少一些从顶端132插入导管130中,而长度测量装置106的线缆144则从底端134插入导管130中。然后线缆144联接到铅锤128上。备选地,线缆144联接到铅锤128上,并且导管130组装在展开部分140、铅锤128和/或线缆144的周围。在该示例性实施例中,然后使用支承件136将导管130。

29、联接到框架138上,从而使得导管130、展开部分140和线缆144基本竖直地对准。0103图6是可与方位角测量系统100在图4和5中显示一起使用的示例性方法200的流程图。图7是在初始位置146处的方位角测量系统100的示意图。图8是在第一旋转位置148处的方位角测量系统100的示意图。图9是在第二旋转位置150处的方位角测量系统100的示意图。0104通过执行方法200,确定了机舱16的方位角。方法200由控制系统38在图1和4中显示执行,从而将命令和/或指令发送到风力涡轮机10的构件。控制系统38内的处理器52在图1和4中显示编程有构造成以便执行方法200的代码段。备选地,方法200编码在。

30、控制系统38可读的计算机可读介质上。在这种实施例中,控制系统38和/或处理器52构造成以便读取计算机可读介质,以执行方法200。在该示例性实施例中,方法200持续地和/或在选定的时间上自动执行。备选地,方法200按照风力涡轮机10的操作员的要求和/或在控制系统38确定要执行方法200时执行。0105参看图19,方位角测量系统100如以上描述的那样组装,从而使得使用线材104将铅锤128联接到机舱16上,并且长度测量装置106联接到塔架12上。方法200包括确立202铅锤128的初始位置146,如图7所示,以及限定初始位置146处的基准方位角。虽然在图7中铅锤128位于导管130的大致中部152。

31、,但是,铅锤128的初始位置146可确立202在沿着导管130的任何适当的位置处。因而,通过确立202初始位置146,方位角测量系统100得到校准,以将基准角度定义为例如0。可通过重新确立铅锤128的初始位置146以及将初始位置146指定为0方位角来在任何适当的时候重新校准方位角测量系统100。0106当机舱16沿第一方向154旋转到第一旋转位置148时如图8所示,铅锤128在导管130内竖直地位移204。例如,当线材104如图5所示沿逆时针方向158绕着环件102缠绕并且机舱16沿第一方向154旋转时,线材104就在环件102与机舱16一起旋转时缠绕在环件102的周围。线材104的缠绕使铅锤。

32、128通过导管130向上位移204。类似地,当机舱16沿第二方向156旋转204到第二旋转位置150时如图9所示,铅锤128就在导管130内竖直地位移204。更具体而言,当机舱16沿第二方向156旋转时,线材104在环件102与机舱16一起旋转时从环件102上展开。线材104的展开使铅锤128通过导管130向下移动。备选地,当线材104沿顺时针方向缠绕在环件102的周围时,机舱16沿第一方向154的旋转使线材104从环件102上展开,而机舱16沿第二方向156的旋转则使线材104缠绕在环件102的周围。0107当铅锤128在导管130内位移204时,长度测量装置106确定206从环件102伸出。

33、的线材104的部分140的长度。在一个实施例中,长度测量装置106通过测量线材104的展开部分140的绝对长度来确定部分140的长度。在该示例性实施例中,长度测量装置106通过测量铅锤128相对于初始位置146的位移并且根据铅锤128的位移计算线材104的展开部分140的长度来进行确定206。说明书CN102032892ACN102032895A8/9页100108然后基于从环件102伸出的线材104的部分140的长度来确定208方位角。例如,基于环件102的直径D和/或周长,控制系统38根据线材104的展开部分140的测得长度来计算机舱16的旋转量。在该示例性实施例中,控制系统38使用以下公。

34、式来确定210方位角0109公式10110其中,L是线材104的展开部分140的长度从之前的长度或第一长度到当前长度或第二长度的变化,D是环件102的直径。使用铅锤128的移动方向,控制系统38还可确定机舱16沿哪个方向154或156旋转204。更具体而言,变化L的符号负或正表明机舱16的旋转方向。0111在该示例性实施例中,使用本文描述的实施例获得的方位角分辨率RA高于已知的方位角测量系统的方位角分辨率。更具体而言,可使用本文描述的实施例来容易地实现方位角测量系统100的高的方位角分辨率RA。例如,当环件102具有300毫米MM的直径D且长度测量装置106具有02MM的传感器分辨率RS长度测。

35、量装置的普通精度时,按以下来确定方位角测量系统100的方位角分辨率RA0112公式20113公式30114其中RR是环件分辨率。如将理解的那样,可通过改变环件102的直径D和对应于环件102的直径D的线材104的长度来改变方位角分辨率。因而,不需要改变长度测量装置106的传感器分辨率RS来提高方位角测量系统100的方位角分辨率RA。0115然后控制系统38将确定的方位角输出210到数据库、显示器、打印机、操作员和/或任何其它适当的位置。确定的方位角可用来更加有效地控制风力涡轮机10,以减小风力涡轮机10的载荷,以及/或者从风中产生更多功率。在具体实施例中,在初始安装时将方位角测量系统100校准。

36、好之后,可在偏转操作期间确定绝对方位角,并且可由长度测量装置106内的绝对编码器记录该绝对方位角。然后长度测量装置106将测得位移传送到控制系统38,以至少确定210方位角。0116上述实施例通过经由环件、线材和铅锤将旋转运动转化成直线运动来确定方位角。因而,可根据从环件上展开的线材的部分的长度和/或铅锤的位置来直接确定方位角。更具体而言,上述长度测量装置和/或控制系统使绝对方位角与展开的线材的长度相关。这种关系是绝对方位角和展开的线材的长度之间的一对一映射。0117另外,以上描述的实施例可容忍振动和/或污染、定位成以便避免电气噪声,并且不依赖于风力涡轮机的偏转系统。例如,通过将长度测量装置定。

37、位成远离偏转系统而处于上述框架上,可将长度测量装置从可污染长度测量装置的环境中和/或从由偏转系统、底板和/或机舱所导致的振动中移除。此外,上述分段环件使得本文描述的方位角测量系统能够安装在新构造的风力涡轮机中,或者安装在现有的风力涡轮机中。0118本文描述的系统和方法的技术效果包括下者中的至少一个A使用长度测量装置来测量铅锤相对于初始位置的位移;B基于铅锤的位移来确定方位角;以及C输出所确定的方位角。说明书CN102032892ACN102032895A9/9页110119以上对方位角测量系统的示例性实施例进行了详细描述。该方法和系统不限于本文描述的具体实施例,而是相反,系统的构件和/或方法的。

38、步骤可独立地以及与本文描述的其它构件和/或步骤分开来使用。例如,该方法也可与其它角度测量系统和方法结合起来使用,并且不限于仅关于本文描述的风力涡轮机系统和方法的实践。相反,该示例性实施例可与许多其它角度测量应用结合起来实现和使用。0120虽然本发明的各实施例的具体特征可在一些图中显示而在其它图中没有显示,但是这仅是为了方便起见。根据本发明的原理,图中的任何特征可结合任何其它图中的任何特征来进行参照和/或要求保护。0121本书面描述使用实例来公开本发明,包括最佳模式,且还使本领域任何技术人员能够实践本发明,包括制造和使用任何装置或系统,以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求书。

39、限定,并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素,或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素,则这种其它实例意图处于权利要求书的范围之内。说明书CN102032892ACN102032895A1/7页12图1说明书附图CN102032892ACN102032895A2/7页13图2说明书附图CN102032892ACN102032895A3/7页14图3说明书附图CN102032892ACN102032895A4/7页15图4说明书附图CN102032892ACN102032895A5/7页16图5图6说明书附图CN102032892ACN102032895A6/7页17图7图8说明书附图CN102032892ACN102032895A7/7页18图9说明书附图CN102032892A。

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