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      風(fēng)力渦輪機(jī)及啟動(dòng)或阻礙其旋轉(zhuǎn)的方法_2

      文檔序號(hào):8476476閱讀:來(lái)源:國(guó)知局
      經(jīng)由葉片管道144從存儲(chǔ)單元112流通)可由后緣反作用噴嘴152噴射。 控制器220 (通過(guò)渦輪機(jī)主控制器200)可以構(gòu)造為開啟一個(gè)或兩個(gè)閥門154,而且可以構(gòu) 造為根據(jù)期望的轉(zhuǎn)矩量將該閥門開啟預(yù)設(shè)持續(xù)時(shí)間。一般而言,對(duì)于相同的遞增的轉(zhuǎn)速增 量,在同步之前將轉(zhuǎn)子自靜止?fàn)顟B(tài)升速到額定轉(zhuǎn)速所要求的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩高于在動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)下旋 轉(zhuǎn)渦輪機(jī)所要求的轉(zhuǎn)矩。因此來(lái)自噴嘴152的反作用空氣噴射輔助有助于克服初始慣性和 靜態(tài)摩擦阻力轉(zhuǎn)矩。
      [0057] 現(xiàn)參照?qǐng)D6,示出了由控制器220執(zhí)行的啟動(dòng)和起轉(zhuǎn)過(guò)程的特定實(shí)施例的邏輯框 圖。該邏輯框圖描述了如何根據(jù)若干風(fēng)力渦輪機(jī)和/或環(huán)境參數(shù)的數(shù)值控制葉片132的后 緣噴嘴152。一般而言,可基于至少一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)和/或環(huán)境參數(shù)的數(shù)值控制噴嘴,但是 優(yōu)選地基于兩個(gè)或多個(gè)這種參數(shù)組合的數(shù)值進(jìn)行控制。
      [0058] 在圖6中,風(fēng)速Vf和渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速U是在風(fēng)力渦輪機(jī)安裝時(shí)由傳統(tǒng)方法測(cè)量 的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。"P"是在存儲(chǔ)單元112中所存儲(chǔ)的空氣的壓力,且轉(zhuǎn)子加速度設(shè)定值"A"和 (&) "B"是轉(zhuǎn)子葉片的結(jié)構(gòu)性能極限,它們是本文所討論的類型的風(fēng)力渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)。 設(shè)定值"B"高于設(shè)定值"A"。如果場(chǎng)地可用的風(fēng)力狀況低于風(fēng)力渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)切入速度Vf, Vf的工作范圍(X%到100% )是可選擇地,從而利用該壓縮空氣系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),"Y%"為小于 X%的數(shù)值,低于Y%時(shí)壓縮空氣輔助系統(tǒng)可能不能繼續(xù)使用。
      [0059] 對(duì)于靜止的風(fēng)力渦輪機(jī),如果場(chǎng)地風(fēng)力狀況處于Vf的有利范圍(X%到100% ), 假定反作用空氣供應(yīng)壓力P維持在高于預(yù)定的"正常"水平,則通過(guò)噴嘴(152)的反作用空 氣的噴射可有效克服葉片的初始慣性從而使它們旋轉(zhuǎn),后緣上的噴嘴152中的一個(gè)(在圖 6中稱為"內(nèi)側(cè)")在距輪轂中心131較小的半徑處,另一個(gè)(在圖6中稱為"外側(cè)")在距 輪轂中心131較大的半徑處。通過(guò)將葉片的角加速度與兩個(gè)預(yù)設(shè)值A(chǔ)和B進(jìn)行比較,兩個(gè) 噴嘴都可依次關(guān)閉或開啟,由此控制轉(zhuǎn)子速度從零到渦輪機(jī)的全額定設(shè)計(jì)值的增長(zhǎng)率。由 控制器220執(zhí)行以及圖6中描述的邏輯還通過(guò)兩個(gè)噴嘴(152)的開啟和關(guān)閉檢測(cè)額定轉(zhuǎn)速 的到達(dá)及維持。
      [0060] 在另一實(shí)施例中,在當(dāng)轉(zhuǎn)子處于運(yùn)動(dòng)中(如處于風(fēng)力渦輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速)時(shí)的輔 助制動(dòng)過(guò)程中,控制器220向渦輪機(jī)主控制器200發(fā)送數(shù)字控制信號(hào)從而使前緣閥門164 開啟以便壓縮空氣可由前緣反作用噴嘴162噴射。由壓縮空氣的噴射產(chǎn)生的反作用力與轉(zhuǎn) 子130的運(yùn)動(dòng)170相反,并因此向轉(zhuǎn)子130施加制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
      [0061] 圖7描述了由控制器220執(zhí)行的惰轉(zhuǎn)過(guò)程(輔助制動(dòng)過(guò)程)的特定實(shí)施例的邏輯 框圖。該邏輯框圖描述了如何根據(jù)以下條件控制葉片132的前緣噴嘴162 :發(fā)電機(jī)是否連 接到輸電網(wǎng);渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速"U" ;存儲(chǔ)的空氣的壓力"P"(U和P是在風(fēng)力渦輪機(jī)安裝處持續(xù) 測(cè)量的測(cè)量參數(shù));渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子負(fù)加速度設(shè)定值"A",設(shè)定值"A"通過(guò)該種風(fēng)力渦輪機(jī)的設(shè) 計(jì)、基于轉(zhuǎn)子葉片的結(jié)構(gòu)性能極限而確定。
      [0062] 當(dāng)連接到輸電網(wǎng)且輸出功率的旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力渦輪機(jī)與該輸電網(wǎng)斷開時(shí),它將趨向于 超過(guò)它的額定轉(zhuǎn)速??刂破?20利用來(lái)自該斷開(disconnection)的電氣裝置的信號(hào)從而 開啟前緣上的兩個(gè)噴嘴(162),噴射反作用空氣從而減慢葉片的速度,該反作用空氣產(chǎn)生與 葉片旋轉(zhuǎn)相反的力。為了在葉片的結(jié)構(gòu)極限內(nèi)操作,有必要控制葉片減慢的速率或負(fù)加速 度。這通過(guò)比較轉(zhuǎn)子的負(fù)加速度和設(shè)定值"A"及偏差來(lái)關(guān)閉或開啟噴嘴(162)而實(shí)現(xiàn),從 而控制與葉片旋轉(zhuǎn)相反的力。圖7中的邏輯還在轉(zhuǎn)子為了關(guān)閉兩個(gè)噴嘴(162)以為"閉鎖" 做準(zhǔn)備而即將停止時(shí)、以及防止轉(zhuǎn)子的反轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。
      [0063] 應(yīng)當(dāng)理解的是噴嘴可被包含在葉片132中的僅一個(gè)中,或可選地可被包含在葉片 132、134、136的每個(gè)葉片中。葉片132的噴嘴152、162可以但不必與葉片134、136中的那 些噴嘴具有相同的構(gòu)造。
      [0064]電能相對(duì)小的量子(例如在第一次操作或在渦輪機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停止操作后的情況下 的來(lái)自輸電網(wǎng)的功率)用來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)230產(chǎn)生存儲(chǔ)于單元112中的壓縮空氣。如上所述, 控制器220根據(jù)所存儲(chǔ)的空氣的可用體積、壓力、溫度和體積流率,持續(xù)監(jiān)控所存儲(chǔ)的空氣 的可用性??刂破?20可間歇地操作電動(dòng)空氣壓縮機(jī)230以將存儲(chǔ)的壓縮空氣的體積和壓 力維持預(yù)定和期望的水平。壓縮空氣存儲(chǔ)系統(tǒng)的期望體積和操作壓力是基于渦輪機(jī)的尺寸 和場(chǎng)地風(fēng)力狀況。
      [0065] 在實(shí)施例中,反沖式啟動(dòng)或惰轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)所需要的近似力(從而來(lái)自葉片的空 氣排放的量和持續(xù)時(shí)間)可利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)("CFD")仿真方法在CD-adapco(網(wǎng)站架 構(gòu))公司(紐約)的CFD仿真軟件STAR-CCM+(恒星-連續(xù)介質(zhì)力學(xué)+)的幫助下來(lái)確定。 [0066] 在如下的實(shí)例中,在這樣的風(fēng)力渦輪機(jī)中執(zhí)行仿真:該風(fēng)力渦輪機(jī)具有29. 0m的 葉片長(zhǎng)度、從葉根到葉尖9. 67度的葉片扭轉(zhuǎn)角和30. 5米的葉尖半徑。用于自啟動(dòng)的風(fēng)(自 由氣流)的風(fēng)速Vf為6米/秒。位于風(fēng)速相對(duì)(vs.)轉(zhuǎn)子速度曲線上的起始點(diǎn)(切入點(diǎn)) 處的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為1. 02轉(zhuǎn)每分鐘(rpm),起始點(diǎn)的轉(zhuǎn)子葉尖槳距角為35度。兩種不同風(fēng)速 (Vf = 6米/秒和Vf = 5米/秒)下的CFD仿真結(jié)果如表1中所示。來(lái)源于CFD結(jié)果的參 數(shù)如表2所示。在每個(gè)表格中,C表示切入點(diǎn),R表示惰轉(zhuǎn)點(diǎn)。
      [0067]表1
      【主權(quán)項(xiàng)】
      1. 一種啟動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)的方法,所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有一個(gè)或多個(gè)葉片,所述方 法包括: 當(dāng)葉片靜止時(shí),從所述葉片的一個(gè)或多個(gè)排放氣體,所述氣體在一方向上被排放從而 產(chǎn)生反作用力,所述反作用力足以啟動(dòng)所述葉片在期望方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。
      2. -種阻礙風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)的方法,所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有一個(gè)或多個(gè)葉片,所述方 法包括: 當(dāng)葉片在旋轉(zhuǎn)方向上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),在大體上與所述葉片的運(yùn)動(dòng)方向相反的方向上從所述葉 片的一個(gè)或多個(gè)的前緣排放氣體,從而產(chǎn)生阻礙所述旋轉(zhuǎn)的反作用力。
      3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,其中,所述氣體在壓縮下存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備中,并在 來(lái)自控制系統(tǒng)的控制下從所述存儲(chǔ)設(shè)備傳輸?shù)饺~片用于所述排放。
      4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其中,利用由所述風(fēng)力渦輪機(jī)供電和/或由外部電源供 電的發(fā)動(dòng)機(jī),所述氣體被壓縮并注入到所述存儲(chǔ)設(shè)備中。
      5. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法,其中,在所述葉片上的、位于或接近所述葉片 的徑向外端的位置處,所述氣體從所述葉片被排放。
      6. -種風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)備,所述風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)備具有: 一個(gè)或多個(gè)葉片,所述葉片由風(fēng)驅(qū)動(dòng),在第一旋轉(zhuǎn)方向上關(guān)于輪轂旋轉(zhuǎn); 電力產(chǎn)生系統(tǒng),所述電力產(chǎn)生系統(tǒng)由于所述葉片的所述旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電力; 一個(gè)或多個(gè)第一反作用噴射器,所述第一反作用噴射器設(shè)置在所述葉片的至少一個(gè) 上,用于在一方向上排放氣體,從而產(chǎn)生推動(dòng)所述葉片在所述第一旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)的反作 用力; 壓縮氣體產(chǎn)生系統(tǒng); 氣體傳輸系統(tǒng),所述氣體傳輸系統(tǒng)用于將壓縮氣體從所述壓縮氣體產(chǎn)生系統(tǒng)傳輸至所 述第一反作用噴射器;以及 控制系統(tǒng),當(dāng)所述葉片靜止時(shí)所述控制系統(tǒng)運(yùn)作以啟動(dòng)至所述第一反作用噴射器的氣 體傳輸,從而啟動(dòng)所述葉片的旋轉(zhuǎn)。
      7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)備,所述風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)備還包括: 一個(gè)或多個(gè)第二反作用噴射器,所述第二反作用噴射器設(shè)置在所述葉片的至少一個(gè) 上,用于在大體上與所述旋轉(zhuǎn)方向相反的方向上排放氣體,從而產(chǎn)生阻礙在所述旋轉(zhuǎn)方向 上的旋轉(zhuǎn)的反作用力; 當(dāng)所述葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所述控制系統(tǒng)還運(yùn)作以控制所述氣體傳輸系統(tǒng)將壓縮氣體傳輸至 所述第二反作用噴射器; 憑此,所述第二反作用噴射器在大體上與所述葉片的運(yùn)動(dòng)方向相反的方向上排放所述 壓縮氣體,從而產(chǎn)生阻礙所述旋轉(zhuǎn)的反作用力。
      8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)備,其中,所述第一反作用噴射器位于或接 近所述葉片的徑向外端。
      9. 根據(jù)權(quán)利要求6-8任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)備,其中,當(dāng)所述葉片在所述旋轉(zhuǎn)方 向上旋轉(zhuǎn)時(shí),所述第一反作用噴射器位于或接近所述葉片的后緣。
      10. -種風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)備,所述風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)備具有: 一個(gè)或多個(gè)葉片,所述葉片由風(fēng)驅(qū)動(dòng),在旋轉(zhuǎn)方向上關(guān)于輪轂旋轉(zhuǎn); 電力產(chǎn)生系統(tǒng),所述電力產(chǎn)生系統(tǒng)由于所述葉片的所述旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電力; 一個(gè)或多個(gè)第二反作用噴射器,所述第二反作用噴射器設(shè)置在所述葉片的每一個(gè)的前 緣,用于在大體上與所述旋轉(zhuǎn)方向相反的方向上排放氣體,從而產(chǎn)生阻礙在所述旋轉(zhuǎn)方向 上的旋轉(zhuǎn)的反作用力; 壓縮氣體產(chǎn)生系統(tǒng); 氣體傳輸系統(tǒng),所述氣體傳輸系統(tǒng)用于將壓縮氣體從所述壓縮氣體產(chǎn)生系統(tǒng)傳輸至所 述第二反作用噴射器;以及 控制系統(tǒng),當(dāng)所述葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所述控制系統(tǒng)運(yùn)作以控制所述氣體傳輸系統(tǒng)將壓縮氣體 傳輸至所述第二反作用噴射器; 憑此,所述第二反作用噴射器在大體上與所述葉片的運(yùn)動(dòng)方向相反的方向上排放所述 壓縮氣體,從而產(chǎn)生阻礙所述旋轉(zhuǎn)的反作用力。
      11. 根據(jù)權(quán)利要求7或10所述的風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)備,其中,所述第二反作用噴射器位于或 接近所述葉片的徑向外端。
      12. 根據(jù)權(quán)利要求6-11任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī),其中,當(dāng)所述葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所述控制 系統(tǒng)還運(yùn)作以控制所述氣體傳輸系統(tǒng)將所述葉片的旋轉(zhuǎn)速度維持在一定范圍內(nèi)。
      13. 根據(jù)權(quán)利要求6-12任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī),其中,所述氣體傳輸系統(tǒng)包括: 氣體存儲(chǔ)設(shè)備;以及 氣體壓縮設(shè)備,所述氣體壓縮設(shè)備利用由所述風(fēng)力渦輪機(jī)供電和/或外部電源供電的 發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮氣體并將氣體注入到所述氣體存儲(chǔ)設(shè)備。
      【專利摘要】提出一種風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)備。該風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)備具有一個(gè)或多個(gè)葉片,所述葉片由風(fēng)驅(qū)動(dòng),在第一旋轉(zhuǎn)方向上關(guān)于輪轂旋轉(zhuǎn);電力產(chǎn)生系統(tǒng),所述電力產(chǎn)生系統(tǒng)由于所述葉片的所述旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電力;一個(gè)或多個(gè)第一反作用噴射器,所述第一反作用噴射器設(shè)置在所述葉片的至少一個(gè)上,用于在一方向上排放氣體,從而產(chǎn)生推動(dòng)所述葉片在所述第一旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)的反作用力;壓縮氣體產(chǎn)生系統(tǒng);氣體傳輸系統(tǒng),所述氣體傳輸系統(tǒng)用于將壓縮氣體從所述壓縮氣體產(chǎn)生系統(tǒng)傳輸至所述第一反作用噴射器;以及控制系統(tǒng),當(dāng)所述葉片靜止時(shí)所述控制系統(tǒng)運(yùn)作以啟動(dòng)至所述第一反作用噴射器的氣體傳輸,從而啟動(dòng)所述葉片的旋轉(zhuǎn)。
      【IPC分類】F03D11-00, F03D7-00
      【公開號(hào)】CN104797811
      【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380058127
      【發(fā)明人】莫漢·達(dá)斯·伊坦諾爾·撒普爾, 斯里坎斯·娜拉西瑪魯, 斯里尼瓦薩·拉奧·普力米特拉
      【申請(qǐng)人】南洋理工大學(xué)
      【公開日】2015年7月22日
      【申請(qǐng)日】2013年11月27日
      【公告號(hào)】WO2014084796A1
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