專利名稱：風(fēng)力渦輪機、控制風(fēng)力渦輪機的方法及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力渦輪機、用于控制風(fēng)力渦輪機的方法及其用途。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域中已知的風(fēng)力渦輪機包括錐形風(fēng)力渦輪機塔和位于該塔的頂部上的風(fēng)力 渦輪機機艙。具有多個風(fēng)力渦輪機葉片的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子通過低速軸連接至機艙，如圖1 所示，該低速軸延伸到機艙前端的外部。不期望風(fēng)力渦輪機葉片振蕩和振動的原因是它們不必要地張緊葉片和風(fēng)力渦輪 機結(jié)構(gòu)，這在最不利的情況下會導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機的葉片或其它部件的壽命縮短。具體而言， 不期望沿邊(edgewise)振蕩的原因是葉片對該振蕩模式的減緩較小。沿邊振蕩是沿葉片 的后緣與前緣之間的弦的振蕩，但是由于現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機的復(fù)雜的葉片設(shè)計，特別是因為 葉片在其縱向長度上扭曲，因此，沿邊振蕩通常在一定程度上與沿翼振蕩結(jié)合，該沿翼振蕩 是在葉片的壓力側(cè)與下風(fēng)側(cè)之間的振蕩，即，與沿邊方向基本上垂直。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)且風(fēng)力渦輪機向公共電網(wǎng)產(chǎn)生電力時，S卩，風(fēng)力渦輪機操作時，通常在 失速型風(fēng)力渦輪機與變槳距型風(fēng)力渦輪機中可見沿邊振蕩。失速型風(fēng)力渦輪機主要在超過 失速點的疾風(fēng)下操作時發(fā)生該問題，變槳距型風(fēng)力渦輪機主要在突然的陣風(fēng)可導(dǎo)致葉片即 刻失速的疾風(fēng)下操作時發(fā)生該問題。但是當(dāng)風(fēng)力渦輪機和風(fēng)力渦輪機葉片變得越來越大時，葉片的特性(例如葉片的 減振和/或葉片的本征頻率)從而改變，因此在風(fēng)力渦輪機的未操作的葉片中，即在轉(zhuǎn)子空 轉(zhuǎn)或完全停止的風(fēng)力渦輪機中，還已知發(fā)生沿邊振蕩，因此風(fēng)力渦輪機基本上不向公共電 網(wǎng)產(chǎn)生電力。已知的防止沿邊振蕩的措施完全為了操作風(fēng)力渦輪機，因此這些措施對于非操作 的風(fēng)力渦輪機或多或少地沒有效果。因此本發(fā)明的目的是提供有利的技術(shù)，用于減緩或消除相對于公共電網(wǎng)在空轉(zhuǎn)電 力產(chǎn)生情況下操作的風(fēng)力渦輪機的葉片中的沿邊振蕩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種風(fēng)力渦輪機，該風(fēng)力渦輪機包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括，該轉(zhuǎn)子包括 一個或更多個可變槳距葉片；記錄裝置，該記錄裝置用于記錄所述風(fēng)力渦輪機相對于公共 電網(wǎng)的空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)；檢測裝置，該檢測裝置用于檢測一個或更多個所述葉片中的沿 邊振蕩；以及控制裝置，該控制裝置用于控制一個或更多個所述葉片的的述槳距角。當(dāng)所 述記錄裝置記錄所述風(fēng)力渦輪機在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下操作并且所述檢測裝置檢測一個 或更多個所述葉片中的沿邊振蕩時，所述控制裝置適于改變一個或更多個所述葉片的槳距 角，由此減緩或消除所述沿邊振蕩。為了在空轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機葉片中產(chǎn)生沿邊振蕩而必須存在某些條件風(fēng)必須具有某 一臨界風(fēng)速；所述葉片必須具有某一設(shè)計；所述葉片必須置于某一槳距角等。除了所述葉片的槳距角之外，這些條件中的大部分不能被控制或至少不能被廉價地控制。主動失速型風(fēng)力渦輪機和變槳距型風(fēng)力渦輪機本身具有改變所述葉片的所述槳 距角的性能，以在操作期間控制所述轉(zhuǎn)子或所述風(fēng)力渦輪機的電力輸出，并且保護所述葉 片或所述風(fēng)力渦輪機免于損害過載。盡管為了其它目的，而在大多現(xiàn)代的風(fēng)力渦輪機中已具有使風(fēng)力渦輪機變槳距的 能力，并且有利的是通過利用該能力來改變產(chǎn)生沿邊振蕩所必需的至少一個條件或者至少 改變沿邊振蕩的形成，以由此提供簡單且有成本效益的裝置，用于減緩或消除在相對于公 共電網(wǎng)在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下操作的風(fēng)力渦輪機的葉片中的沿邊振蕩。應(yīng)強調(diào)的是，通過術(shù)語“風(fēng)力渦輪機的相對于公共電網(wǎng)在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)”應(yīng)理 解為風(fēng)力渦輪機處于非操作模式，即，其基本上不向公共電網(wǎng)產(chǎn)生電力，并且轉(zhuǎn)子置于完全 停止或空轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的一個方面中，所述控制裝置包括用于在所述檢測裝置檢測到一個或更 多個所述葉片中的沿邊振蕩時使所述葉片在提高所述葉片的升力的方向上變槳距的裝置。即使在高同風(fēng)速下，空轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子因順槳葉片也具有趨于保持靜止或至 少較慢地旋轉(zhuǎn)的能力，但是對于沿邊振蕩，如果轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到至少某一程度則有利是導(dǎo)致沿 邊振蕩的條件由此恒定地變化，這將進一步增強變槳距葉片的減振效果。而且，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子 將防止長時間下高的局部載荷，例如，導(dǎo)致齒輪箱、軸承等中的壓痕。在本發(fā)明一個方面中，所述控制裝置包括用于在所述檢測裝置檢測一個或更多個 所述葉片中的沿邊振蕩時基本上相等地改變所述轉(zhuǎn)子的所有所述葉片的所述槳距角的裝 置。確定哪些葉片沿邊振蕩可能困難和/或昂貴，因此有利的是如果在任意一個轉(zhuǎn)子 葉片上檢測到沿邊振蕩則使所有葉片變槳距。葉片可變槳距到不同程度或者沿不同方向變 槳距，例如基于轉(zhuǎn)子的當(dāng)前轉(zhuǎn)速以減小或提高轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，或者如果轉(zhuǎn)子被鎖定為防止其 在維修期間旋轉(zhuǎn)，則例如降低轉(zhuǎn)子制動器上的載荷。在本發(fā)明的一個方面中，所述檢測裝置為放置在所述葉片中或所述葉片處的一個 或更多個載荷傳感器。在所述葉片中或葉片處(例如在所述葉片的根部中或根部處)放置載荷傳感器有 利的是該傳感器較簡單且廉價，并且如果正確地實施，則它們可在葉片的載荷狀態(tài)下提供 可靠的信息，包括如果載荷在所述葉片的后緣側(cè)和前緣側(cè)之間有節(jié)奏地來回轉(zhuǎn)換，則由此 表示沿邊振蕩。另外，許多現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機在葉片中或葉片處已設(shè)置有載荷傳感器，以在風(fēng)力渦 輪機的正常操作期間，即，在渦輪機向公共電網(wǎng)產(chǎn)生電力時檢測不同的載荷，因此有利且有 成本效益地使用已存在的傳感器。在本發(fā)明的一方面中，所述檢測裝置為放置在所述葉片中或所述葉片處的一個或 更多個加速計。加速計是用于在葉片的振蕩狀態(tài)下提供信息的優(yōu)良裝置，因此使用放置在葉片中 或葉片處的作為檢測裝置的加速計是有利的。在本發(fā)明的一方面中，所述檢測裝置為放置在所述風(fēng)力渦輪機的機艙中的一個或 更多個加速計。
通常而言，當(dāng)風(fēng)力渦輪機空轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)較慢，并且如果一個或更多個葉片沿邊 振蕩，則這些振蕩會傳遞到機艙，以使當(dāng)順槳振蕩葉片指向側(cè)向時機艙繞偏航軸線略微振 蕩，或者如果順槳振蕩葉片指向上或向下時，機艙可在垂直方向上略微傾斜。因此僅需要一個或兩個加速計來檢測葉片的沿邊振蕩，并且由于機艙存在其中加 速計可容易被訪問的較受控的環(huán)境，因此將振蕩傳感器放置在(更加固定)機艙中是有利 的。在本發(fā)明的一個方面中，所述控制裝置包括用于在所述檢測裝置檢測到一個或更 多個所述葉片中的沿邊振蕩時在0.5°至30°之間，優(yōu)選在2°至15°之間，最優(yōu)選在3° 至8°之間改變所述一個或更多個所述葉片的所述槳距角的裝置。如果變槳距的葉片太少，則當(dāng)檢測到沿邊振蕩時，振蕩不可能被減緩，或者要花費 較長時間使振蕩停止。如果變槳距的葉片太多，則風(fēng)力渦輪機的葉片或者其它部件可能被 不必要地張緊，或者轉(zhuǎn)子可開始旋轉(zhuǎn)得較快，這可能不利的是空轉(zhuǎn)期間太快的旋轉(zhuǎn)會不必 要地張緊并磨損風(fēng)力渦輪機的不同部件，并且會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子被栓住。當(dāng)檢測到沿邊振蕩時，改變槳距角的當(dāng)前范圍因此能夠在減振與安全之間提供有 利的關(guān)系。在本發(fā)明的一個方面中，如果所述檢測的沿邊振蕩在預(yù)定水平以上，則所述控制 裝置包括僅用于改變一個或更多個所述葉片的所述槳距角的裝置。從它們的基本上最佳停車位置改變?nèi)~片槳距角最可能增大風(fēng)力渦輪機的葉片和 其它部件上的應(yīng)變，因此如果沿邊振蕩的大小僅較小且不造成損害或僅在短期內(nèi)發(fā)生，則 有利的是如果振蕩的大小在某一水平以下就避免葉片變槳距。在本發(fā)明的一個方面中，當(dāng)所述檢測裝置檢測到所述沿邊振蕩的大小在預(yù)定水平 以下時，所述控制裝置包括用于使所述一個或更多個葉片返回至它們的初始槳距角位置的
直ο這是有利的，因為葉片由此迅速返回至它們的停車位置，由此降低風(fēng)力渦輪機的 葉片和其它部件上的應(yīng)變。在本發(fā)明的一個方面中，如果所述沿邊振蕩的大小在預(yù)定期間內(nèi)下降到預(yù)定水平 以下，則所述控制裝置還包括用于發(fā)出警報信號的定時器。如果沿邊振蕩的大小未在預(yù)定期間內(nèi)下降到預(yù)定水平，則可能發(fā)生了錯誤，或者 葉片可能因振蕩而被損壞，因此有利的是使控制裝置發(fā)出警報。該警報信號然后可激發(fā)開 始進一步的沿邊振蕩減緩過程，或者其可被傳遞到監(jiān)視中心或者能夠抬高位置并采取必要 動作的其它裝置。另外，本發(fā)明提供一種相對于公共電網(wǎng)在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下用于控制風(fēng)力渦輪 機的方法。所述方法包括以下步驟·記錄所述風(fēng)力渦輪機是否相對于公共電網(wǎng)在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下操作，·建立所述風(fēng)力渦輪機的風(fēng)力渦輪機葉片的沿邊振蕩值，并且·如果所述風(fēng)力渦輪機在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下操作并且所述沿邊振蕩值在預(yù)定水 平以上，則改變所述葉片的所述槳距角，由此減緩或消除所述沿邊振蕩。由此提供一種簡單且有成本效益的方法，用于抑止或消除相對于公共電網(wǎng)在空轉(zhuǎn) 電力產(chǎn)生狀態(tài)下風(fēng)力渦輪機的葉片中的沿邊振蕩。
在本發(fā)明的一個方面中，當(dāng)所述沿邊振蕩值下降到另一個預(yù)定水平以下時，所述 葉片返回至其初始槳距角位置。在本發(fā)明 的一個方面中，如果所述沿邊振蕩值在預(yù)定水平以上，則所述風(fēng)力渦輪 機的所有所述葉片的所述槳距角基本上相等地改變。在本發(fā)明的一個方面中，如果所述沿邊振蕩值未在預(yù)定時間內(nèi)下降到預(yù)定水平以 下，則發(fā)出警報信號。在本發(fā)明的一個方面中，所述沿邊振蕩值通過所述葉片的載荷測量值形成。在本發(fā)明的一個方面中，如果包括所述葉片的轉(zhuǎn)子的所述轉(zhuǎn)速在預(yù)定水平以上， 則所述葉片在減少所述葉片的升力的方向上變槳距?？辙D(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機的風(fēng)力渦輪機葉片中的沿邊振蕩通常僅在較高風(fēng)速下發(fā)生。如果 葉片在提高升力的方向上變槳距，則當(dāng)檢測到沿邊振蕩時，轉(zhuǎn)子可能開始旋轉(zhuǎn)得太快，因此 會增加磨損和過載葉片或風(fēng)力渦輪機的風(fēng)險。因此有利的是如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速已很高或接近 空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的預(yù)定最大轉(zhuǎn)速，則使葉片在減少葉片的升力方向上的變槳距葉片。在本發(fā)明的一個方面中，如果包括所述葉片的轉(zhuǎn)子的所述轉(zhuǎn)速在預(yù)定水平以下 時，則所述葉片在提高所述葉片的升力的方向上變槳距。為了產(chǎn)生和增大沿邊振蕩，通常必需存在某些條件，這些條件中的其中一個條件 可以是風(fēng)以特定的角吹向葉片。通過提高升力，來提高轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機會，由此使迎角變到可 有助于振蕩停止或至少被減緩的程度。另外，本發(fā)明提供一種根據(jù)以上所述的方法，其中，所述風(fēng)力渦輪機是包括用于檢 測沿邊振蕩的裝置的變槳距型或主動失速型風(fēng)力渦輪機。在變槳距型或主動失速型風(fēng)力渦輪機上使用前述方法有利的原因是這些類型的 風(fēng)力渦輪機本身設(shè)置有用于變槳距葉片的裝置，并且該用途更加有利的是風(fēng)力渦輪機在葉 片中如果還包括用于檢測沿邊振蕩的裝置。


下面將參照附圖描述本發(fā)明，其中圖1示出了如從正面所見的本領(lǐng)域中已知的大型現(xiàn)代操作風(fēng)力渦輪機；圖2示出了如從正面所見的風(fēng)力渦輪機葉片；圖3示出了如從葉片的根部所見的在非失速狀態(tài)下的空轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機葉片的橫 截面；圖4示出了如從葉片的根部所見的在失速狀態(tài)下的空轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機葉片的橫截 面；和圖5示出了如從側(cè)面所見的機艙的簡化橫截面。
具體實施例方式相關(guān)技術(shù)的詳細(xì)說明圖1示出包括塔2和位于塔2的頂部上的風(fēng)力渦輪機機艙3的現(xiàn)代操作風(fēng)力渦輪 機1。包括三個風(fēng)力渦輪機葉片5的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子4通過低速軸連接至機艙3，所述低速 軸延伸出機艙3的前端。
在該實施方式中，風(fēng)力渦輪機1包括三個葉片5，但在另一個實施方式中，風(fēng)力渦 輪機1可包括另外數(shù)量的葉片5，諸如一個、兩個、四個或多個葉片5。本發(fā)明的詳細(xì)說明圖2示出如從正面/壓力側(cè)11所見的風(fēng)力渦輪機葉片5。風(fēng)力渦輪機葉片5包括 前緣6、后緣7、尖端8和根部9。本領(lǐng)域中已知的風(fēng)力渦輪機葉片5通常由玻璃纖維、碳纖 維增強樹脂復(fù)合物、碳纖維增強木材或其結(jié)合制成。風(fēng)力渦輪機葉片5至少相對于葉片5的大多數(shù)部件通常具有彈性中心，該彈性中 心相比于后緣7更靠近前緣6。如果在葉片第一固有沿邊頻率或靠近該第一固有沿邊頻率 的頻率下發(fā)生沿邊振蕩，則尤其后緣7因此暴露于較大應(yīng)變，在某些條件下這會縮減葉片5 的壽命。圖3示出當(dāng)從葉片5的根部所見的非失速狀態(tài)下空轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機葉片5的橫截面。在該實施方式中，葉片5是普通變槳距型風(fēng)力渦輪機1的葉片5，其中，葉片5順 槳，即葉片5示出在停車位置中，在該停車位置，葉片5變槳距，從而葉片5的弦C基本上與 進來的風(fēng)平行。因為本領(lǐng)域中已知的風(fēng)力渦輪機葉片5在它們的整個縱向長度上扭曲，因 此當(dāng)在停車位置時，通常僅對于葉片5的一些部件使弦C基本上與進來的風(fēng)平行。變槳距型風(fēng)力渦輪機1的葉片5通常變槳距，使得當(dāng)葉片5順槳時，前緣6面向進 來的風(fēng)，而主動失速型風(fēng)力渦輪機1的葉片5當(dāng)該葉片5順槳時通常使后緣7面向進來的 風(fēng)，而在空轉(zhuǎn)時其基本上是影響兩種風(fēng)力渦輪機類型的葉片5相同機構(gòu)。當(dāng)變槳距型風(fēng)力渦輪機1在正常操作期間產(chǎn)生電力時，渦輪機電子控制器例如每 秒幾次地檢查渦輪機1的電力輸出。當(dāng)電力輸出變得太高時，控制器向葉片槳距機構(gòu)13發(fā) 送指令，該指令立即使轉(zhuǎn)子葉片5變槳距(轉(zhuǎn)動)略微離開風(fēng)。同樣，當(dāng)風(fēng)再次下降時，葉 片5轉(zhuǎn)動回到風(fēng)中。在正常操作變槳距型風(fēng)力渦輪機1的葉片5期間，通常僅一小部分范 圍在某一時間變槳距，因此轉(zhuǎn)子4將同時轉(zhuǎn)動。如果進來的風(fēng)的風(fēng)速提高到某一水平以上(例如25米/秒)，則控制器將使葉片 5順槳，以使轉(zhuǎn)子4停止旋轉(zhuǎn)或者至少使其空轉(zhuǎn)，因此風(fēng)力渦輪機將停止向公共電網(wǎng)產(chǎn)生電 力。這是為了保護葉片5和風(fēng)力渦輪機1的其余部分在高風(fēng)速下不受過載損害的其中一個 原因。當(dāng)風(fēng)力渦輪機1空轉(zhuǎn)時，如果轉(zhuǎn)子4不直接防旋轉(zhuǎn)固定，則空轉(zhuǎn)狀態(tài)不必是指轉(zhuǎn)子 4停止旋轉(zhuǎn)。實際上，轉(zhuǎn)子4通常較慢地旋轉(zhuǎn)，并且當(dāng)風(fēng)力渦輪機1不空轉(zhuǎn)時，即當(dāng)其共向公 共電網(wǎng)產(chǎn)生電力時，還使轉(zhuǎn)子4相對于旋轉(zhuǎn)方向而向后旋轉(zhuǎn)。圖4示出當(dāng)從葉片5的根部9所見時在失速狀態(tài)下的空轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機葉片5的橫截面。圖4中所示的葉片5是空轉(zhuǎn)主動失速型風(fēng)力渦輪機1上的順槳葉片5，示出在突然 的陣風(fēng)期間產(chǎn)生不期望的失速狀態(tài)。在另一個實施方式中，也可以是在空轉(zhuǎn)變槳距風(fēng)力渦 輪機1上的葉片5。主動失速型風(fēng)力渦輪機1與變槳距型風(fēng)力渦輪機1技術(shù)上相似的原因是它們均具 有可變槳距葉片，并且為了在低風(fēng)速下獲得較大轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)動力)，主動失速型風(fēng)力渦輪機1 通常設(shè)計成使葉片5非常像低風(fēng)速下的變槳距風(fēng)力渦輪機1一樣變槳距。然而當(dāng)主動失速型風(fēng)力渦輪機1達到其額定功率時，將注意到與變槳距型風(fēng)輪1的重要區(qū)別如果發(fā)電機 17即將過載，則主動失速型風(fēng)力渦輪機1將使其葉片5在與變槳距風(fēng)力渦輪機1變槳距的 相反方向上變槳距。換言之，為了使葉片5達到更深的失速，則增大轉(zhuǎn)子葉片5的迎角，因 此將浪費過多能量?？辙D(zhuǎn)變槳距型或失速型風(fēng)力渦輪機1上的順槳葉片5通常不失速的原因是風(fēng)基本 上未被干擾地經(jīng)過葉片5，并且風(fēng)力渦輪機1的偏航機構(gòu)將確保轉(zhuǎn)子平面基本上始終垂直 于進來的風(fēng)的方向，以使得風(fēng)基本上如圖3中所示經(jīng)過葉片5，并且如果順槳葉片5失速，則 通常失速很小或者不重要。然而，在某些情況下，來自改變方向的陣風(fēng)會較快地出現(xiàn)，使得渦輪1的控制系統(tǒng) 或偏航機構(gòu)反應(yīng)得不夠快并且可在短時間內(nèi)發(fā)生失速。這些短的失速期間會導(dǎo)致葉片5中 的沿邊振蕩，這可能會非常不利。特別是如果這些陣風(fēng)以葉片5的第一固有沿邊頻率或接 近該頻率的頻率有節(jié)奏地發(fā)生，則會增大沿邊振蕩的能量。同樣，例如馮卡門渦列(Von Karman vortex street)、周期氣流分離、湍流或局部 渦流的空氣動力學(xué)現(xiàn)象在某些情況下，特別是如果這些現(xiàn)象在具有葉片5的第一固有沿邊 頻率或接近該頻率的頻率的相位下或該相位中周期地或有節(jié)奏地發(fā)生，則會導(dǎo)致順槳葉片 5中的沿邊振蕩。圖5示出如從側(cè)面所見的變槳距型或主動失速型風(fēng)力渦輪機1的機艙3的簡化橫 載面。機艙3存在多種變型和構(gòu)造，但在大多情況下，機艙3中的傳統(tǒng)系包括一個或更多個 下列部件齒輪15、聯(lián)接件(未示出)、某類制動系統(tǒng)16和發(fā)電機17。現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機1的 機艙3還可包括變流器18 (也稱作變換器)和附加周邊設(shè)備，例如其它功率操縱設(shè)備、控制 室、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。包括機艙部件15、16、17、18的整個機艙3的重量由加強結(jié)構(gòu)19承載。部件15、 16、17、18通常放置在該共用載荷承載結(jié)構(gòu)19上或與其連接。在該簡單的實施方式中，加 強結(jié)構(gòu)19僅沿機艙3的底部延伸，例如呈基架的形式，以供部件15、16、17、18連接至其上。 在另一個實施方式中，加強結(jié)構(gòu)19可包括將轉(zhuǎn)子4的載荷傳遞到塔2的傳動帶，或者載荷 承載結(jié)構(gòu)19可包括柵格之類的若干互連部件。在本發(fā)明的該實施方式中，傳動系相對于水平面以一定的角度形成。該傳動系傾 斜的其中一個原因是使轉(zhuǎn)子4能夠?qū)?yīng)地傾斜，例如以確保葉片5不撞擊到塔2，以補償轉(zhuǎn) 子4的頂部和底部的風(fēng)速差等。在本發(fā)明的該實施方式中，檢測裝置21是放置在各個葉片5中的加速計22，以檢 測單獨葉片5是否沿邊振蕩。由于葉片5的沿邊振蕩的振幅隨著距葉片5的根部9的距離 而增大，因此，檢測裝置21在本發(fā)明的該實施方式中為以距葉片5的根部9給定距離放置 在葉片5內(nèi)的加速計。檢測裝置21還可以以附接到加強結(jié)構(gòu)19后部的一個或更多個加速計22的形式 而放置在機艙3的后部。加速計22因此被安裝成檢測到葉片5的沿邊振蕩，該沿邊振蕩導(dǎo) 致機艙水平或基本上水平振蕩和/或企圖使機艙豎直傾斜的豎直振蕩。葉片5的沿邊振蕩可導(dǎo)致機艙3振蕩，例如使機艙3繞塔2的中央略微振蕩，即， 在偏航方向上振蕩，這是可以在機艙3的后部較可靠地檢測到這些振蕩的原因。沿邊振蕩 的通常頻率(第一自然頻率)在0.9至1.8的間隔中。
在本發(fā)明的另一個實施方式中，檢測裝置21可是加速計22之外的其它類型的傳 感器，例如揚聲器、應(yīng)變儀、光學(xué)纖維等，它或它們可被不同地放置在葉片5中，或振蕩傳感 器21可放置在葉片5的外部，例如放置在轉(zhuǎn)子4的旋轉(zhuǎn)軸線26處中或該旋轉(zhuǎn)軸線26處， 例如放置在轂14中心中或機艙3中。檢測裝置21可僅僅是已風(fēng)力渦輪機1中已存在的裝置，用于在風(fēng)力渦輪機1正常 操作期間檢測載荷等，例如通常放置在塔頂處的塔振蕩傳感器，以檢測塔是否振蕩，其中， 葉片5的沿邊振蕩可通過機艙3傳遞到塔2，并且被檢測為塔2的輕微振動。其還可以是放 置在葉片5的根部9處的載荷傳感器，以檢測在正常操作期間葉片5上的載荷。檢測裝置21在本發(fā)明的實施方式中與控制裝置14連接。如果檢測到葉片5的沿 邊振蕩，或者如果檢測到沿邊振蕩處于某一水平以上，則控制裝置14可使一個或更多個葉 片5變槳距。如前所述，主動失速型風(fēng)力渦輪機1或變槳距型風(fēng)力渦輪機中的葉片5設(shè)置有槳 距機構(gòu)13。在所示的實施方式中，風(fēng)力渦輪機1的葉片5通過槳距軸承23與轂14連接，以 能使葉片5繞它們的縱軸線旋轉(zhuǎn)。在該實施方式中，槳距機構(gòu)13包括用于使葉片5旋轉(zhuǎn)的裝置，該裝置呈與轂14和 相應(yīng)的葉片5連接的線性致動器的形式。在優(yōu)選的實施方式中，線性致動器20是液壓缸。在另一個實施方式中，變槳距機 構(gòu)13可包括步進電機或其它用于旋轉(zhuǎn)葉片5的裝置。風(fēng)力渦輪機1還設(shè)置有記錄裝置24，用于檢測風(fēng)力渦輪機1是否相對于公共電網(wǎng) 在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下操作，即，風(fēng)力渦輪機1是否基本上不向公共電網(wǎng)產(chǎn)生電力，在風(fēng)力 渦輪機1的正常操作期間風(fēng)力渦輪機1向該公共電網(wǎng)輸送電力。在該實施方式中，記錄裝置24是檢測是否存在來自變流器18的電輸出或者至少 該電輸出是否處于某一較低且不足的水平之下的電流計，但在另一個實施方式中，記錄裝 置24可以是電壓計或其它裝置，并且記錄裝置24可測量或記錄其它地方，例如發(fā)電機17 上、風(fēng)力渦輪機1中或外部的輸電線上、風(fēng)力渦輪機1外部的中央供電單元處等其它地方。記錄裝置24還包括僅間接檢測風(fēng)力渦輪機1是否空轉(zhuǎn)的裝置，例如編碼器、轉(zhuǎn)速 計，或者其它檢測主軸或者其它普通旋轉(zhuǎn)部件是否旋轉(zhuǎn)或它們在何速度下旋轉(zhuǎn)的裝置。如 果這些部件不旋轉(zhuǎn)或者僅非常低速地旋轉(zhuǎn)，則其可表明風(fēng)力渦輪機1空轉(zhuǎn)。在該實施方式中，控制裝置14放置在轂4中，但在更優(yōu)選的實施方式中，控制裝置 14放置在機艙3、塔2、相鄰殼體或其它地方，例如放置在與用于在風(fēng)力渦輪機1正常操作期 間相對于載荷、功率等來控制槳距的通用槳距控制裝置(未示出)相同的位置，或者甚至集 成在這些通用槳距控制裝置中。在該實施方式中，控制裝置14連接到線性控制器20，用于響應(yīng)于檢測裝置21和記 錄裝置24的測量來控制葉片5的槳距角。如果沿邊振蕩在預(yù)定期間內(nèi)下降到預(yù)定水平以下，則控制裝置14可包括用于發(fā) 出表示減振程序已啟動的警報。同樣，即使葉片5變槳距成抵抗振蕩，但如果沿邊振蕩的大 小繼續(xù)變大，則警報信號還可傳遞到外部監(jiān)視單元等。在本發(fā)明一個實施方式中，葉片5返回到它們的初始停車位置或基本上返回到它 們的停車位置，但當(dāng)檢測裝置21檢測到振蕩的大小又下降到某一預(yù)定水平之下時，在優(yōu)選實施方式中葉片5立即或者在具體的預(yù)定時間之后返回。在其它的實施方式中，葉片5還可被保持在它們的新槳距角下，并且如果檢測到 另外的沿邊振蕩、如果轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)得較快、較慢或在錯誤方向下運轉(zhuǎn)、如果風(fēng)力渦輪機返回到 操作模式或者如果其它條件迫使改變槳距角，則然后僅再次移動。由此槳距角僅在絕對必 需時才改變，從而節(jié)省能量并減少磨損。在本發(fā)明的該實施方式中，控制裝置14還包括無控制作用區(qū)或另一種控制方法， 該無控制作用區(qū)或控制方法確保僅在葉片5的沿邊振蕩處于某一預(yù)定水平以上時產(chǎn)生槳
距角度差。在本發(fā)明的另一個實施方式中，控制裝置14還可包括這樣的裝置如果振蕩大小 上升到某一預(yù)定水平之上、如果振蕩大小在某一預(yù)定時間(例如1至1000秒，優(yōu)選在10至 500秒之間)內(nèi)未被減緩到預(yù)定水平以下、或者如果振蕩大小在某一預(yù)定水平上保持至少 某一預(yù)定時間，則該裝置用于提高控制裝置的增益。該增益是控制裝置14中的將反作用力的大小控制在給定振蕩水平的控制算法的 一部分，例如，通過控制有多少來自檢測裝置21的輸入信號(例如沿邊振蕩的振幅)在控 制裝置14中的控制算法中被放大，由此控制有多少葉片以給定的輸入信號變槳距。如果檢測裝置21在一個葉片5中檢測到沿邊振蕩，則控制裝置14可僅使葉片5變 槳距，但是如果風(fēng)向條件等使得一個葉片5開始振蕩，則在試圖減緩或者消除葉片5的沿邊 振蕩期間，還可以使其它葉片5開始振蕩，并且因此可以使多于一個的葉片5同時遠(yuǎn)離停車 位置變槳距，當(dāng)然也可一次僅改變一個葉片5的槳距角，而使其它葉片5的槳距角不改變。以上提及的預(yù)定水平，例如確定葉片5是否應(yīng)該返回至它們的初始槳距角位置、 確定槳距角是否應(yīng)該被改變、確定是否應(yīng)該啟動警報程序的等，可被確定為已知載荷的百 分比超過量，例如，是否檢測到葉片5中的重力牽引會導(dǎo)致由葉片5的根部9處的載荷傳 感器測得的給定最大載荷，該預(yù)定水平可以是使該給定最大載荷超過至少5%，優(yōu)選至少 15%，例如20%的水平，表示葉片5受重力之外的其它力的影響，S卩，葉片5可沿邊振蕩，特 別是如果該載荷超過量有節(jié)奏地產(chǎn)生并且在一個或更多個頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生，例如在0. 1至 5Hz之間，優(yōu)選在0. 5至3Hz之間，表示超過量是因沿邊振蕩而產(chǎn)生，而不是僅僅因一些簡單 的空氣動力學(xué)現(xiàn)象而產(chǎn)生。同樣，如果檢測裝置2是放置在葉片5、轂輪、機艙3或塔2中的一個或更多個加速 計，則預(yù)定水平還能夠被限定為已知加速水平的百分比超過量。該水平還可限定為可接受的載荷或加速度的百分比，或者僅基于統(tǒng)計或經(jīng)驗值限 定，或者基于實際試驗來限定。以上已經(jīng)參照風(fēng)力渦輪機1、檢測裝置21、用于減緩沿邊振蕩的方法的實施方式 等的具體實施例對本發(fā)明進行了舉例說明。然而，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于以上所述的具體 實施例，而是可以在如權(quán)利要求所指定的發(fā)明的范圍內(nèi)以多種變型來設(shè)計和改變。列表1、風(fēng)力渦輪機2、塔3、機艙4、轉(zhuǎn)子
5、葉片
6、前緣
7、后緣
8、尖端
9、根部
10、裂紋
11、壓力側(cè)
12、順風(fēng)側(cè)
13、變槳距機構(gòu)
14、控制裝置
15、齒輪
16、制動系統(tǒng)
17、發(fā)電機
18、變流器
19、加強結(jié)構(gòu)
20、致動器
21、檢測裝置
22、加速計
23、槳距軸承
C、弦
說 明 書9/9頁
1權(quán)利要求
一種風(fēng)力渦輪機，所述風(fēng)力渦輪機包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括一個或更多個可變槳距葉片；記錄裝置，所述記錄裝置用于記錄所述風(fēng)力渦輪機的相對于公共電網(wǎng)的空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)；檢測裝置，所述檢測裝置用于檢測一個或更多個所述葉片中的沿邊振蕩；以及控制裝置，所述控制裝置用于控制一個或更多個所述葉片的槳距角，其中當(dāng)所述記錄裝置記錄所述風(fēng)力渦輪機在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下操作并且所述檢測裝置檢測一個或更多個所述葉片中的沿邊振蕩時，所述控制裝置適于改變一個或更多個所述葉片的所述槳距角，由此減緩或消除所述沿邊振蕩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制裝置包括用于在所述檢測裝置 檢測到一個或更多個所述葉片中的沿邊振蕩時使所述葉片在提高所述葉片的升力的方向 上變槳距的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制裝置包括用于在所述檢測裝 置檢測到一個或更多個所述葉片中的沿邊振蕩時基本上相等地改變所述轉(zhuǎn)子的所有所述 葉片的所述槳距角的裝置。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述檢測裝置為放置在所述 葉片中或所述葉片處的一個或更多個載荷傳感器。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求1至3中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述檢測裝置為放置在 所述葉片中或所述葉片處的一個或更多個加速計。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求1至3中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述檢測裝置為放置在 所述風(fēng)力渦輪機的機艙中的一個或更多個加速計。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制裝置包括用于在所 述檢測裝置檢測到一個或更多個所述葉片中的沿邊振蕩時在0.5°至30°之間、優(yōu)選在 2°至15°之間、最優(yōu)選在3°至8°之間改變所述一個或更多個所述葉片的所述槳距角的裝置。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制裝置包括用于在所 述檢測裝置檢測到所述沿邊振蕩的大小在預(yù)定水平以下時使所述一個或更多個葉片返回 至其初始槳距角位置的裝置。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制裝置包括用于在所 檢測的沿邊振蕩在預(yù)定水平以上時僅改變一個或更多個所述葉片的所述槳距角的裝置。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制裝置還包括用于在 所述沿邊振蕩的大小未在預(yù)定時間段內(nèi)下降到預(yù)定水平以下時發(fā)出警報信號的定時器。
11.一種用于控制風(fēng)力渦輪機的方法，所述方法包括以下步驟 記錄所述風(fēng)力渦輪機是否相對于公共電網(wǎng)在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下操作， 建立所述風(fēng)力渦輪機的風(fēng)力渦輪機葉片的沿邊振蕩值，并且 如果所述風(fēng)力渦輪機在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下操作并且所述沿邊振蕩值在預(yù)定水平以 上，則改變所述葉片的槳距角，由此減緩或消除所述沿邊振蕩。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，當(dāng)所述沿邊振蕩值下降到另一預(yù)定水平以下 時，所述葉片返回至其初始槳距角位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其中，如果所述沿邊振蕩值在預(yù)定水平以上，則 基本上相等地改變所述風(fēng)力渦輪機的所有所述葉片的所述槳距角。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項所述的方法，其中，如果所述沿邊振蕩值未在預(yù)定 時間內(nèi)下降到預(yù)定水平以下，則發(fā)出警報信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任一項所述的方法，其中，通過所述葉片的載荷測量來建 立所述沿邊振蕩值。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至15中任一項所述的方法，其中，如果包括所述葉片的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn) 速在預(yù)定水平以上，則使所述葉片在減少所述葉片的升力的方向上變槳距。
17.根據(jù)權(quán)利要求11至16中任一項所述的方法，其中，如果包括所述葉片的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn) 速在預(yù)定水平以下，則使所述葉片在提高所述葉片的升力的方向上變槳距。
18.根據(jù)權(quán)利要求11至17中任一項所述的方法的用途，其中，所述風(fēng)力渦輪機是包括 用于檢測沿邊振蕩的裝置的變槳距型或主動失速型風(fēng)力渦輪機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力渦輪機，該風(fēng)力渦輪機包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括一個或更多個可變槳距葉片；記錄裝置，該記錄裝置用于記錄所述風(fēng)力渦輪機相對于公共電網(wǎng)的空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)；檢測裝置，該檢測裝置用于檢測一個或更多個所述葉片中的沿邊振蕩；以及控制裝置，該控制裝置用于控制一個或更多個所述葉片的槳距角。當(dāng)所述記錄裝置記錄所述風(fēng)力渦輪機在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下操作并且所述檢測裝置檢測一個或更多個所述葉片中的沿邊振蕩時，所述控制裝置適于改變一個或更多個所述葉片的所述槳距角，由此減緩或消除沿邊振蕩。本發(fā)明還涉及用于控制風(fēng)力渦輪機的方法及其用途。
文檔編號F03D7/02GK101878365SQ200880118328
公開日2010年11月3日 申請日期2008年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者布·居爾·派得森, 托馬斯·施泰尼希·比耶特普·尼爾森 申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司