專利名稱：減弱風輪機的一個或多個葉片中的邊沿振蕩的方法，主動失速控制式風輪機及其使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于減弱風輪機的一個或多個葉片中的邊沿振蕩的方 法， 一種主動失速控制式風輪機及其使用。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中已知的風輪機包括錐形風輪機塔架和設(shè)置在塔架頂部的風 輪機機艙。具有多個風輪機葉片的風輪機轉(zhuǎn)子通過低速軸連接到機槍上， 所述低速軸如圖1所示從機艙前面伸出。
風輪機葉片的振蕩和振動是不希望有的，因為在最壞情況下它們可能 損壞葉片。尤其是沿著葉片的尾緣和前緣之間的弦振蕩的邊沿振蕩可能損 壞葉片，因為葉片對這種振蕩方式的減弱作用很小。
另外，邊沿振蕩尤其有害，因為它們可能在葉片的才艮部處或者沿著尾 緣引起裂紋。在已知情況下，這種振蕩已經(jīng)使葉片失效到了導致葉片與風 輪機分離的程度。
速控制式風輪機大多當在超出失速點的強風下運行的遇到這個問題，而槳 距控制式風輪機大多是在其中突然陣風可能引起葉片瞬時失速的強風下遇 到這個問題。
為了消除葉片的有害振蕩，已知如果檢測到葉片的潛在有害的邊沿振 蕩，則使風輪機停止運轉(zhuǎn)一段時間。但如果經(jīng)常檢測這些振蕩，則這種方 法將嚴重減少風輪才幾的總輸出。
還已知給葉片提供不同形式的機械減振器，大多經(jīng)?；趶椈砂惭b的質(zhì)量與減弱裝置結(jié)合的原理，或者它們裝備有不同種類的液體阻尼器。
W099/32784中公開了一種液體阻尼器的示例，其中，葉片尖端設(shè)有 調(diào)諧式液體阻尼器系統(tǒng)。液體在盡可能接近葉片尖端安放的多個室中自由 流動。所述室具有特定的長度，該長度適合于特定葉片類型的自然邊沿頻 率。
盡管這些頻率特定的阻尼器的重量小于傳統(tǒng)的多頻率阻尼器，但它們 仍然具有在葉片尖端增加4艮大重量的缺點，而該葉片尖端希望重量最小， 并且在所有情況下都不希望提供可在葉片中斷裂的任何東西，因為葉片的 內(nèi)部可能很難接近，并且不希望在葉片中具有額外的重量。
本發(fā)明的一個目的是提供一種風輪機，該風輪機包括用于減弱或消除 葉片中邊沿振蕩的裝置，而不存在上述缺點。
另外，本發(fā)明的一個目的是提供一種簡單而成本有效的技術(shù)，用于減 弱或消除風輪機的一個或多個葉片的邊沿振蕩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于減弱風輪機的一個或多個葉片中的邊沿振蕩的
方法。該方法包括以下步驟
-檢測一個或多個葉片在風輪機工作期間是否出現(xiàn)邊沿振蕩，以及 -在至少兩個葉片之間基本循環(huán)地(周期性地)產(chǎn)生俯仰角差。 葉片的邊沿振蕩將導致葉片附接于其上的輪轂的中心的偏斜(偏轉(zhuǎn)，
偏移)。這些偏斜與振蕩同步，可以通過在葉片的至少兩個之間循環(huán)地產(chǎn)
生俯仰角差而使打斷該偏斜，由此減弱振蕩。
節(jié)葉片迎角的能力，以便控制轉(zhuǎn)子或風輪機的電力輸出，保護葉片或風輪 機免受破壞性負荷等的影響。
因此，使風輪機葉片俯仰的能力在大多數(shù)現(xiàn)代風輪機中已經(jīng)存在，并 且當檢測出邊沿振蕩時，通過利用這種能力來在葉片的至少兩個之間循環(huán) 地產(chǎn)生俯仰差，可以簡單并且成本有效地減弱風輪機葉片的邊沿振蕩。應該強調(diào)，術(shù)語"在工作期間"應理解為風輪機正生產(chǎn)電力以送到公 用電網(wǎng)，即，風輪機的轉(zhuǎn)子不停止，以及轉(zhuǎn)子不是僅空轉(zhuǎn)而使發(fā)電機僅產(chǎn) 生維持風輪機自身的電力。
在本發(fā)明的一方面，所述俯仰角差僅當所述葉片的一個或多個中的邊 沿振蕩的大小高于預定水平產(chǎn)生。
將葉片俯仰角從其在電力生產(chǎn)方面基本最佳的位置改變，可能減少風 輪機的電力輸出，及持久地使一個或多個葉片循環(huán)俯仰也會磨損葉片變槳 機構(gòu)，因此，如果邊沿振蕩很小以^/或者是非破壞性的，如果振蕩的大小 低于某一水平，則制止葉片俯仰是有利的。
在本發(fā)明的一方面，所述俯仰角差的大小基本與所述邊沿振蕩的大小
成正比o
因而可以建立筒單而有效的控制算法，所述控制算法有效地^f吏所產(chǎn)生 的俯仰角差適合振蕩的大小。
在本發(fā)明的一方面，所述葉片的至少兩個之間的俯仰角差在轉(zhuǎn)子的輪 轂中心上產(chǎn)生不對稱的負荷狀況，其中所述葉片附裝在該轉(zhuǎn)子上。
通過在轉(zhuǎn)子的輪轂中心上在轉(zhuǎn)子平面中建立不對稱負荷狀況，可以使 輪轂中心偏斜，從而例如使輪轂中心在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間畫出一橢圓形。這 種偏斜可以打亂葉片的邊沿運動，并因此減弱該運動。
在本發(fā)明的一方面，由所述俯仰角差產(chǎn)生的所述不對稱負荷狀況基本
與由所述邊沿振蕩產(chǎn)生的不對稱負荷狀況反相(counter-phase)。
由分開俯仰(分裂俯仰，split pitch)產(chǎn)生的不對稱負荷狀況的頻率可 以在線調(diào)節(jié)，以l更適合由邊沿振動產(chǎn)生的不對稱負荷狀況的頻率；通過使 由俯仰角差產(chǎn)生的不對稱負荷狀況基本與由邊沿振蕩產(chǎn)生的不對稱負荷狀 況反相，能夠抵消葉片的邊沿振蕩，并因此更有效地減弱振蕩。
在本發(fā)明的一方面，當在所述葉片的至少兩個之間產(chǎn)生所迷俯仰角差 時，基本保持由所述葉片提供的推力之和。
在世界上某些地方，風況可能造成一直發(fā)生潛在地破壞性的邊沿葉片 振蕩。因此，當實施用于減弱或消除這些振蕩的方法時，基本保持轉(zhuǎn)子推
6力是有利的，因為由此可以即使塔架振蕩被減弱也能基本保持風輪機的總 的電力輸出。
在本發(fā)明的一方面，所述俯仰差是通過4吏至少 一第 一葉片的俯仰角沿 第一方向偏移和4吏至少一個另外的葉片沿與該第一方面相反的方向偏移而 產(chǎn)生的。
通過使至少一個葉片正向偏移和使至少一個另外的葉片負向偏移，一 個葉片的電力輸出基本增加，另一個葉片的電力輸出基本減少，由此，轉(zhuǎn) 子的總電力輸出基本保持不變。
在本發(fā)明的一方面，所述偏移是在正常俯仰角算法之外產(chǎn)生的，所述 俯仰角算法控制所述葉片的俯仰角與正常風i^機控制參數(shù)如負荷、電力輸 出、風速、噪音排放、塔架振動等的關(guān)系。
通過使俯仰角的這種改變是相對的一意味著它是除了實施俯仰角改變 以使葉片對來風的角度在電力輸出、負荷、噪音等方面最優(yōu)之外的額外改 變，可以即使循環(huán)地產(chǎn)生俯仰角差也仍能相對于這些控制參數(shù)的一個或多 個優(yōu)化葉片俯仰角。這是有利的，因為由此能保持風輪機的電力輸出或至 少減少電力輸出的損失。
在本發(fā)明的一方面，所述邊沿振蕩利用一個或多個放在所述葉片的一 個或多個中的振蕩傳感器檢測。
通過在葉片中放置振蕩傳感器，可以得到各個葉片的邊沿振蕩狀況的 更精確的信息。這是有利的，因為由此能更精確地抵消輪轂中心的運動， 并由此更有效地減弱振蕩。
在本發(fā)明的一方面，所述邊沿振蕩利用 一個或多個振蕩傳感器檢測， 所述振蕩傳感器放置在葉片安裝于其上的轉(zhuǎn)子中或轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線處。
通過將振蕩傳感器安放在轉(zhuǎn)子中或轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線處，可以將傳感器 旋轉(zhuǎn)在機艙中或轉(zhuǎn)子輪轂中，此處傳感器更容易接ii/操作。
在本發(fā)明的一方面，所述振蕩傳感器是一個或多個加速度計，因為加 速度計是筒單而成本低的用于檢測振蕩的裝置。
在本發(fā)明的一方面，如果所述沿振蕩的大小上升到高于預定水平，則
7控制所述俯仰角差和所述邊沿振蕩之間關(guān)系的控制算法的增益增大。
當增益增加時，風輪機的電力輸出可能減少，但如果邊緣振蕩上升到 高于預定水平，則葉片凈皮損壞的危險也增加，因此，增加增益來保護葉片 是有利的。
在本發(fā)明的一方面，控制算法的增益控制所述俯仰角差和所述邊沿振 蕩的時間導數(shù)之間的關(guān)系。
如果增益控制俯仰角差和邊沿振蕩的時間導數(shù)之間的關(guān)系，則對控制 算法來說，可以相對于邊沿振蕩尤其是關(guān)于邊沿振蕩水平的快速變化而更 準確地控制俯仰角差。
本發(fā)明還提供一種主動失速控制式風輪機，所述主動失速控制式風輪
機包括用于實施按照權(quán)利要求1-12之一所述的方法的控制裝置。
向主動失速控制式風輪機提供用于實施上述方法的裝置是有利的，因 為由于主動失速控制式風輪機的葉片在正常工作期間失速，所以在這種風 輪機的情況下發(fā)生邊沿振蕩的機會特別大。此外，主動失速控制式風輪機 上葉片的設(shè)計使它們特別易受邊沿振蕩的攻擊，因此對主動失速控制式風 輪機使用這種方法特別有利。
此外，本發(fā)明提供了按照權(quán)利要求13所述的主動失速控制式風輪機在 風輪機場中的使用，該風輪機場包括至少兩個主動失速控制式風輪機。
如果風況在風^"機場中一個風輪機的葉片上產(chǎn)生邊沿振蕩，則在所述 場中別的風輪機的葉片中也產(chǎn)生邊沿振蕩的可能性很高。如果風輪機場中 多個風輪機由于各葉片的臨界邊沿振蕩而基本同時停機，則因電力公司難 以補償這種突然的大電力損失而顯得特別嚴重，因此在風輪機場中使用按 照本發(fā)明所述的主動失速控制式風輪機特別有利，因為按照本發(fā)明所述的 主動失速控制式風輪機更經(jīng)常保持電力生產(chǎn)，即使偶而必須停機一以便防 止邊沿振蕩損壞葉片一同 一風輪機場中的按照本發(fā)明的多個風輪機同時停 才幾的危險也大大減少。


下面，將參照

本發(fā)明，其中 圖l示出從前面看去的、現(xiàn)有技術(shù)已知的大型現(xiàn)代風輪機， 圖2示出從前面看去的風輪機葉片，
圖3示出從前面看去的、包括處于不同俯仰角的葉片的風輪機， 圖4示出從葉片根部看去的、處于非失速狀態(tài)的風輪機葉片的剖#見圖， 圖5示出從葉片根部看去的、處于失速狀態(tài)的風i^機葉片的剖視圖， 圖6示出如從葉片的根部所看到的、處于深度失速狀態(tài)的風輪機葉片 的剖;現(xiàn)圖，以及
圖7示出從側(cè)面看去的、機艙的筒化剖視圖。
具體實施例方式
圖1示出現(xiàn)代風輪機1，它包括塔架2和位于該塔架2的頂部的風輪 才;0/L搶3。包括三個風輪機葉片5的風輪機轉(zhuǎn)子4通過低速軸連接到機搶3 上，該低速軸從機搶3的前面伸出。
每個葉片5都包括尖端8和根部9，在根部9處，每個葉片5都裝備 有變槳裝置13，從而能使各葉片5都能單獨地繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
圖2示出從前側(cè)/壓力側(cè)11看去的風輪機葉片5。該風輪機葉片5包括 前緣6、尾緣(尾緣)7、尖端8和根部9?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的風輪機葉片 5通常由碳纖維增強的玻璃纖維和樹脂復合物、碳纖維增強的木材或其組 合制成。
現(xiàn)有技術(shù)中已知的風輪機葉片5具有一至少相對于該葉片5的大部分 的彈性中心，與尾緣7相比，該彈性中心更靠近前緣6。如果邊沿振蕩是 在或接近葉片第一自然邊沿頻率的頻率下發(fā)生，尤其;I^C緣7因此暴露于 相當大的應力下，則所述邊沿振蕩在某些條件下可能損壞葉片5，并沿著 尾緣7產(chǎn)生裂紋10。
圖3示出從前面看去的風輪機1，該風輪機包括三個葉片5，每個葉片 5都設(shè)置成其俯仰角與另外兩個葉片5的俯仰角不同。
在這個實施例中，不同的俯仰角這樣循環(huán)地產(chǎn)生4吏第一葉片5的俯仰不偏置、使第二葉片5的俯仰角偏移+0.5°和使第三葉片5的俯仰角偏移 -0.5。。在另一實施例中，各葉片5可以偏移到不同的俯仰角，或者葉片5 俯仰的量級可以不同。
在這個實施例中，風輪機1是主動失速控制式風輪機1，但在其它實 施例中，風輪機1可以是槳距控制式風輪機1或者其它類型的風輪機1, 只要它包括用于調(diào)節(jié)和控制葉片5的俯仰角的裝置即可。主動失速控制式 風輪機1和槳距控制式風輪機1之間的差別在圖4和5下進一步討論。
當出現(xiàn)某些風況時一例如風速在特定范圍內(nèi)、風中存在特別高的湍流 等，則有在葉片5中發(fā)生邊沿振蕩的危險。
當邊沿振蕩發(fā)生時，它通常是取在轉(zhuǎn)子輪轂14中心上感生不對稱負荷 的形式。這可能例如是由于，存在隨時間推移彼此相對或彼此遠離地振蕩 的兩個葉片5時只有一個葉片5振蕩，存在隨時間推移各以沿相對方向振 蕩的第三葉片5的振幅的一半以相同方向振蕩的兩個葉片5時只有一個葉 片5振蕩，或者可能在輪轂14中心造成不平衡負荷狀態(tài)的其它邊沿振蕩方 式。這種不對稱負荷4吏輪轂14中心由于加上來自前進和倒退邊沿葉片5 渦流方式的慣性載荷而沿橢圓軌道偏斜。
在本發(fā)明的這個實施例中，葉片5的這些邊沿振蕩通過轉(zhuǎn)子4的所有 葉片5之間循環(huán)地產(chǎn)生的俯仰角差減弱，而在另一實施例中，也可通it^ 至少兩個葉片5之間循環(huán)地產(chǎn)生俯仰角差實現(xiàn)(邊沿振蕩的減弱)。
在這個實施例中，俯仰角差在輪轂14中心感生氣動力，所述氣動力通 過控制裝置25中的控制算法用橢圓軌道由于加上的來自葉片5的前進和后 退邊沿振蕩的慣性負荷而描繪輪轂14中心偏斜的速度達到反相。換句話 說，起源于邊沿振蕩并作用在輪轂14中心上的力利用控制裝置與作用在輪 轂14中心上并且源自循環(huán)地產(chǎn)生俯仰角差的力^^目，由此減弱或消除這些 振蕩。
在本發(fā)明的這個實施例中，風輪機l包括控制裝置25，所述控制裝置 25控制所產(chǎn)生的俯仰角差的大小，即，作用在輪轂14中心上的反相力的 大小與葉片的邊沿振蕩的大小一即與由作用在輪轂14中心上的邊沿振蕩所產(chǎn)生的力的大小一成正比。
在本發(fā)明的另一實施例中，輸入信號(輪轂14中心的偏斜的幅度、邊 沿振蕩的大小等)與輸出信號(俯仰角差的大小)之間的關(guān)系可以是指數(shù) 關(guān)系，它可以是逐步控制(如果邊沿振蕩是在某一預定范圍內(nèi)，則俯仰角 差的大小偏移某一預定的大小)或其它。
在主動失速控制式風輪機1、槳距控制式風輪機1和其它包括變槳機 構(gòu)13的風輪機上，葉片5可以根據(jù)多個不同的風輪機控制參數(shù)如負荷、推 力、風速、旋轉(zhuǎn)速度、噪音排放、塔架振動等進行俯仰。俯仰角差是通過 使一個或多個葉片5的俯仰角相對于控制葉片5俯仰角的正常俯仰角算法 偏離而產(chǎn)生的。
通過循環(huán)地產(chǎn)生這種異質(zhì)的俯仰角狀態(tài)(如圖3中所示)，可以基本 保持轉(zhuǎn)子4的總體電力輸出，因為第一葉片5的電力輸出不變，第二葉片 5的電力輸出稍有增加，而第三葉片5的電力輸出稍有減少。
在本發(fā)明的另一實施例中，只有一個葉片5的俯仰角偏移，同時其余 葉片5的俯仰角在循環(huán)期間不變，以試圖減弱或消除葉片5的邊沿振蕩。
在本發(fā)明的這個實施例中，風輪才幾l包括三個葉片5，而在另一實施 例中，風輪機l可以包括其它數(shù)量例如二個、四個或更多的葉片5。
如果風輪機1僅包括兩個葉片5，則其中只有一個葉片5的俯仰角可 以偏移以便產(chǎn)生俯仰角差，或者兩個葉片5可以朝相反方向偏移。
如果風輪機l包括四個或更多葉片，則俯仰角差可以例如通過使葉片 5配對，然后使這些成對的葉片的俯仰角朝不同的方便偏移，或者例如通 過使葉片的俯仰角交替地朝相反方向偏移或其它方法實現(xiàn)。
在本發(fā)明的這個實施例中，控制裝置25還包括一死區(qū)(無控制作用區(qū)) 或其它控制方法，所述方法保證只有當葉片5的邊沿振蕩高于某一預定水 平時才產(chǎn)生俯仰角差。
此外，在本發(fā)明的這個實施例中，控制裝置25還包括用于增加控制裝 置的增益的裝置，該增益可在振蕩的大小高于某一預定水平時、振蕩的大 小在某一預定時間內(nèi)未減弱到某一預定水平時、或者振蕩的大小高于某一
ii預定水平至少某一預定時間時增加。
增益是控制裝置25中控制算法的一部分，所述控制裝置25例如通過 控制有多少輸入信號(邊沿振蕩的振幅)在控制系統(tǒng)25的控制算法中^^欠 大來控制在規(guī)定的振蕩水平下的反作用的大小，由此通過控制在規(guī)定的輸 入信號下產(chǎn)生的俯仰角差來控制在輪轂14中心產(chǎn)生多大的反相力。
更進一步的控制減弱過程的方法如下振動傳感器(加速度計、應變 儀等)采集葉片5中至少兩個葉片的信號，以便檢測邊沿振蕩狀況。可將 邊沿振動分解成兩個子模式(前進和后退的轉(zhuǎn)子4渦流-涉及所有三個葉片 5的模式)，并可以識別相應模式振幅的與時間有關(guān)的大小。因為葉片5 上的任何邊沿偏斜都可以通過兩個子模式的線性組合說明，所以可以將循 環(huán)分開俯仰動作一即俯仰角差一分開，以便抑制這兩個子模式，并疊加相 應的兩個分開俯仰要求(到一起俯仰要求上)。其中分開俯仰起作用的頻 率與兩種模式的每一種都不同(如果葉片5邊沿模式嚴格地是面內(nèi) (in-plane)模式，則這兩個之間的頻率差將是1P，但不是如此必需)。 這種控制方法稱為模態(tài)控制，即，兩個并聯(lián)的PI (D)控制器實施/控制俯 仰角差(循環(huán)的分開俯仰)，以便抑制兩個邊沿轉(zhuǎn)子4渦流模式。
圖4示出從葉片5的根部9看去的、處于非失速狀態(tài)的風輪機葉片5 的剖視圖。
圖4中所示的葉片5是正常工作期間的普通槳距調(diào)節(jié)式風輪機1上的 葉片5。在另一實施例中，它也可以是主動失速調(diào)節(jié)式風輪機1上的葉片5, 其在低風力中或者在葉片5開始失速之前的起動期間運行。
在槳距控制式風輪機1上，風輪機電子控制器檢驗該風輪機1的電力 輸出，例如，每秒鐘數(shù)次。當電力輸出變得太高時，控制器傳送指令給葉 片變槳^J 13，所述葉片變槳機構(gòu)13立即使轉(zhuǎn)子葉片5俯仰(轉(zhuǎn)動)稍 微離開風。同樣，當風力再次下降時，使葉片5轉(zhuǎn)回風中。在正常工作期 間，槳距控制式風輪機l的葉片5通常一次只俯仰很小的度數(shù)，并且轉(zhuǎn)子 4將同時轉(zhuǎn)動。
大多數(shù)已知的槳距控制式風輪機l不包括用于檢測葉片5的邊沿振蕩的檢測裝置21，并因此也不包括用于減弱或消除這些振動的有效裝置。當 槳距控制式風輪機l裝備有按照本發(fā)明所述的裝置時，由于能降低失速的 安全系數(shù)，所以葉片5的輸出因此增加，其中該裝置由此設(shè)置在風輪機1 上以用于減弱或消除有損害的邊沿振蕩一如果它們出現(xiàn)的話。
在槳距控制式風l^機l上，控制器一般在每次風力改變時使葉片5稍 微俯仰，以使轉(zhuǎn)子葉片5保持在最佳角度，從而針對所有風速或至少某一 風速一例如25米/秒一以內(nèi)的風速使輸出最大，其中葉片5完全轉(zhuǎn)離風， 從而使葉片弦C (尾緣7和前緣6之間的線)基本并行于風向，從而使轉(zhuǎn) 子4停止旋轉(zhuǎn)或至少使它空轉(zhuǎn)。這樣可保護葉片5免受高風速下的破壞性 過載，并且這是槳距控制式風輪機l的葉片5可以制成為比主動失速式風 輪機l的葉片5更長和細的原因之一。
槳距控制式風^^機1上的葉片5在正常工作期間通常不失速，因為葉 片5在失速可能發(fā)生之前就俯仰離開風。但在某些環(huán)境下，陣風可能發(fā)生 很快，以致風輪機l控制裝置不能足夠快地反應，并且可能發(fā)生短時間失 速。這些短的失速時期可以在葉片5中感生邊沿振蕩，所述邊沿振蕩潛在 地可能4W"破壞性。尤其是，如果這些陣風以葉片5的第一自然邊沿頻率 或接近該頻率的頻率有節(jié)奏地發(fā)生，則可能積累邊沿振蕩的能量。
圖5示出從葉片5的根部看去的、處于失速狀態(tài)的風輪機葉片5的剖 視圖。
圖5中所示的葉片5是正常工作期間的主動失速調(diào)節(jié)式風輪機1上的 葉片5。在另一實施例中，它也可以是槳距調(diào)節(jié)式風輪機l上的葉片5，所 述葉片5示出為在產(chǎn)生不希望的失速狀態(tài)的突然陣風期間。
在技術(shù)上，主動失速控制式風輪機1類似于槳距控制式風輪機1。因 為它們二者都具有可俯仰的葉片，并且為了在低速軸處獲得合理大的力矩
(轉(zhuǎn)動力)，主動失速控制式風輪機l通常編程以使葉片5很像槳距控制 式風輪機1在低風速下那樣俯仰。然而，當主動失速控制式風輪機l達到 其額定功率時，將會看到與槳距控制式風輪機的重要差別如果發(fā)電機將 要過載，則主動失速控制式風輪機1將使它的葉片5朝與槳距控制式風輪
13機l相反的方向俯仰。換句話說，它將增加轉(zhuǎn)子葉片5的迎角，以使葉片 5 ii^更深的失速，由此消耗風中的過量能量。因此，在高風速下，主動 失速控制式風輪機1的葉片5必須能比槳距控制式風輪機1的葉片5承受 高得多的極限負荷，所述極限載荷都僅保持葉片5不斷裂和保持葉片5不 彎曲成產(chǎn)生撞擊塔架2的危險。因此，主動失速控制式風輪機1的葉片5 比槳距控制式風輪機1的葉片更粗糙且更重。
此外，失速產(chǎn)生噪音，為了減少主動失速控制式風輪機l的噪音排放， 轉(zhuǎn)子4的旋轉(zhuǎn)比槳距控制式風輪機1的轉(zhuǎn)子4慢。因此，主動失速控制式 風輪機1的葉片5必須更大和更寬，以便能有效地利用風能。
與被動失速控制式風輪機1相比，主動失速控制式風輪機1的優(yōu)點之 一是可以更準確地控制電力輸出，以便避免在陣風開始時超出風輪機l的 額定功率限制。另一優(yōu)點是主動失速控制式風輪機l可在至少處于某一最 大風速以內(nèi)的所有高風速下幾乎精確地在額定功率下運轉(zhuǎn)。正常的被動失 速控制式風輪機1則通常在較高風速下電力輸出下降，因為轉(zhuǎn)子葉片5進 入更深的失速。
圖6示出從風輪機葉片5的根部9看去的、處于深度失速狀態(tài)的葉片 5的剖碎見圖。
圖6中所示的葉片是在很高風速下工作期間示出的主動失速調(diào)節(jié)式風 輪機l上的葉片5。
在這個實施例中，葉片5俯仰到風中，從而失速并且基本失去所有風 能，以便保護風輪機l免受破壞性過載的影響。
圖7示出從側(cè)面看去的、主動失速調(diào)節(jié)式風輪機l的機艙3的簡化的 剖視圖。機搶3存在多個改變和構(gòu)型，但在大多數(shù)情況下，機搶3中的傳 動系包括下列部件中的一個或多個(齒輪)傳動裝置15， ^接器(未示 出)，某種斷路系統(tǒng)16和發(fā)電機17?，F(xiàn)代風輪機1的機輪3還包括變換 器18 (也稱逆變器)和附加外圍i殳備，例如附加動力處理i史備、控制根、 液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及更多。
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通常放置在和/或連接到這個共用的承載結(jié)構(gòu)19 上。在這個筒化的實施例中，加強結(jié)構(gòu)19沿機搶3的底部延伸，例如取底 座框架20的形式， 一部分或全部部件15、 16、 17、 18連接到該底座框架 20上。在另一實施例中，加強結(jié)構(gòu)19可以包括將轉(zhuǎn)子4的負荷轉(zhuǎn)移到塔 架2上的齒輪鐘(gear bell),或者該承載結(jié)構(gòu)19可以包括多個互連部件 例如格柵(支承銜架)。
在本發(fā)明的這個實施例中，傳動系與水平面成一角度建立。傳動系形 成角度以使轉(zhuǎn)子4能相應地傾斜，從而例如保證葉片5不撞擊塔架2，補 償在轉(zhuǎn)子4的頂部和底部處風速的差別等。
在本發(fā)明的這個實施例中，在每個葉片5中安放振蕩傳感器21,以檢 測葉片5是否邊沿振蕩。因為葉片5的邊沿振蕩的振幅隨著距葉片5的根 部9的距離增加而增加，所以振蕩傳感器21在本發(fā)明的這個實施例中是加 速度計，所#速度計放置在葉片5的內(nèi)部距葉片的根部9 一規(guī)定距離處。
在本發(fā)明的另 一實施例中，振蕩傳感器241可以是加速度計22之外的 其它類型傳感器，例如揚聲器、應變儀、光纖等，它們可以不同地放置在 葉片5內(nèi)，或者可將振蕩傳感器21放置在葉片5的外部，例如在轉(zhuǎn)子4 中或轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線26處，例如放置在輪轂14中心中或機艙3中。
振蕩傳感器21在本發(fā)明的這個實施例中是連接到控制裝置25上的。 如果檢測出葉片5的邊沿振蕩，或者如果檢測出邊沿振蕩高于某一水平， 則可起動控制裝置25以以使一個或多個葉片5循環(huán)地俯仰。
如上所述，主動失速調(diào)節(jié)式風4^機1或槳距調(diào)節(jié)式風輪機1的葉片5 都裝備有變槳機構(gòu)13。在所示的實施例中，風輪機l的葉片5通過俯仰軸 承23連接到輪轂14上，從而使葉片5能繞它們的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
在這個實施例中，變槳機構(gòu)13包括用于使葉片旋轉(zhuǎn)的裝置，所述裝置 的形式為連接到輪轂14和相應葉片5上的線性致動器24。在一種優(yōu)選實 施例中，線性致動器24是液壓缸。在另一實施例中，變槳機構(gòu)13包括步 進電機或其它用于使葉片5旋轉(zhuǎn)的裝置。
在這個實施例中，控制裝置25放置在輪轂14中，而在更優(yōu)選的實施例中，控制裝置25可放置在機艙3中、塔架2中、相鄰的外殼中或別的地 方，例如在與一般槳距控制裝置(未示出)相同的位置處一該槳距控制裝 置用于相對于負荷、功率等控制俯仰，或這甚至結(jié)合在這些一般槳距控制 裝置中。
在這個實施例中，控制裝置25連接到線性致動器24，以用于響應于 振蕩傳感器21的測量結(jié)果來控制葉片5的俯仰角。
如果邊沿振蕩在預定的時間段內(nèi)未降到低于預定的水平，則控制裝置 25可以包括用于發(fā)出報警信號和/或發(fā)出使風輪機停機的信號的裝置。同 樣，如果邊沿振蕩的大小持續(xù)增長一即4吏控制裝置25循環(huán)地發(fā)出信號以通 過循環(huán)地產(chǎn)生俯仰角差別抵消該振蕩，則可發(fā)送報警信號和/或停止風輪機 的信號。
上面已經(jīng)參照風輪機l、振蕩傳感器21、用于減弱邊沿振蕩的方法等 的具體實施例示例說明了本發(fā)明。然而，應該理解，本發(fā)明不限于上述具 體的實施例，而是可在如權(quán)利要求所述的發(fā)明范圍內(nèi)進行各種設(shè)計和改變。標號明細表1、風輪機；2、塔架
3、機艙
4、轉(zhuǎn)子
5、葉片
6、前緣
7、尾緣
8、尖端
9、根部
10、裂紋;
11、壓力側(cè)；12、背風側(cè)；13、變槳機構(gòu)；14、輪轂；15、傳動裝置；16、斷路系統(tǒng)；17、發(fā)電機；18、變換器；19、加強結(jié)構(gòu)；20、底座框架；21、振蕩傳感器；22、加速度計；23、俯仰軸承；24、致動器；
25、控制裝置；26、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線;C、弦。
權(quán)利要求
1.一種用于減弱風輪機(1)的一個或多個葉片(5)中的邊沿振蕩的方法，所述方法包括以下步驟-在所述風輪機(1)的工作期間檢測所述葉片(5)的一個或多個是否出現(xiàn)邊沿振蕩，以及-在所述葉片(5)的至少兩個之間基本循環(huán)地產(chǎn)生俯仰角差。
2. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，僅當所述葉片(5)的 一個或多個中的所述邊沿振蕩的大小高于預定水平時產(chǎn)生所述俯仰角差。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述俯仰角差的大小 基本與所述邊沿振蕩的大小成正比地產(chǎn)生。
4. 按照前a利要求之一所述的方法，其特征在于，所述葉片(5) 的至少兩個之間的所述俯仰角差在所述葉片(5)附裝于其上的轉(zhuǎn)子(4) 的輪轂(14)中心上產(chǎn)生不對稱負荷狀況。
5. 按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，由所述俯仰角差產(chǎn)生的 所述不對稱負荷狀況基本與由所述邊沿振蕩產(chǎn)生的不對稱負荷狀況反相。
6. 按照前述4又利要求之一所述的方法，其特征在于，當在所述葉片(5 ) 的至少兩個之間產(chǎn)生所述俯仰角差時，基本保持由所述葉片(5)提供的推 力之和。
7. 按照前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，通過使至少一第 一葉片(5)的俯仰角沿第一方向偏移和^f吏至少一個另外的葉片(5)的俯 仰角沿與所述第 一方向相對的方向偏移來產(chǎn)生所述俯仰角差。
8. 按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在正常俯仰角算法相對 于正常風輪機控制參數(shù)控制所述葉片(5)的俯仰角之外產(chǎn)生所述偏移，所 述正常風輪機控制^t例如為負荷、電力輸出、風速、噪音排放、塔架振 動等。
9. 按照前a利要求之一所述的方法，其特征在于，利用放置在所述 葉片(5)的一個或多個中的一個或多個振蕩傳感器(21)檢測所述邊沿振蕩。
10. 按照權(quán)利要求l-8之一所述的方法，其特征在于，利用轉(zhuǎn)子(4) 中或轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線(26)處的一個或多個振蕩傳感器(21)檢測所述邊 沿振蕩，所述葉片(5)安裝于所述轉(zhuǎn)子上。
11. 按照權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述振蕩傳感器 (21)是一個或多個加速度計(22)。
12. 按照前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，如果所述邊沿 振蕩增大到高于預定水平，則控制所述俯仰角差和所述邊沿振蕩之間關(guān)系 的控制算法的增益增大。
13. 按照前迷權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，控制算法的增 益控制所述俯仰角差和所述邊沿振蕩的時間導數(shù)之間的關(guān)系。
14. 一種主動失速控制式風輪機(1)，包括用于實施按照權(quán)利要求 l-13之一所述的方法的控制裝置(25)。
15. 按照權(quán)利要求14所述的主動失速控制式風輪機(1)在風輪機場 中的使用，該風輪機場包括至少兩個主動失速控制式風輪機(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于減弱風輪機(1)的一個或多個葉片(5)中的邊沿振蕩的方法。該方法包括以下步驟在風輪機(1)的工作期間檢測一個或多個葉片(5)是否出現(xiàn)邊沿振蕩；以及，基本循環(huán)地在至少兩個葉片(5)之間產(chǎn)生俯仰角差。本發(fā)明還涉及一種主動失速控制式風輪機(1)及其使用。
文檔編號F03D7/02GK101589229SQ200780045431
公開日2009年11月25日 申請日期2007年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者B·J·佩德森, C·J·斯普魯斯, T·S·B·尼爾森 申請人:維斯塔斯風力系統(tǒng)有限公司