專利名稱：用于風(fēng)力渦輪機(jī)的差異振動控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及風(fēng)力渦輪機(jī)，且更具體而言，本發(fā)明涉及風(fēng)力渦輪 機(jī)的差異振動感測和控制。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)是一種將風(fēng)動能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的機(jī)器。如果該機(jī)械能被 機(jī)械裝置直接使用的話，例如用于泵送水或者用于碾磨小麥，那么該風(fēng) 力渦輪機(jī)可被稱作風(fēng)車。類似地，如果該機(jī)械能被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Φ脑?，?么該風(fēng)力渦輪機(jī)也可被稱作風(fēng)力發(fā)電機(jī)或風(fēng)動力裝置。
在風(fēng)力渦輪機(jī)的各種部件中產(chǎn)生的振動可顯著地縮短這些部件的 使用壽命和/或?qū)е庐a(chǎn)生早期疲勞失效。典型地，這些振動是通過使用 布置在所關(guān)注部件上的關(guān)鍵部位處的加速度計(jì)而相對于固定基準(zhǔn)點(diǎn)測 得的。然而，這樣的感測振動的常規(guī)手段并不能充分地保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī) 并且可能會導(dǎo)致發(fā)生不必要的系統(tǒng)停機(jī)"跳閘"。

發(fā)明內(nèi)容
通過在多個實(shí)施例中提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)，從而克服了本文中與 上面這些常規(guī)手段相關(guān)的這些和其它缺點(diǎn)。所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括用于產(chǎn)
生第一振動信號的第一振動傳感器；自所述第一振動傳感器移開一定距 離的用于產(chǎn)生第二振動信號的第二振動傳感器；和用于將所述笫一振動 信號與所述第二振動信號進(jìn)行比較且響應(yīng)于所迷比較結(jié)果而控制所述 風(fēng)力渦輪機(jī)的處理器。同時還提供一種用于運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，所 述方法包括感測在所述風(fēng)力渦輪機(jī)上面的笫一部位處產(chǎn)生的振動；感 測在所述風(fēng)力渴輪機(jī)上面的第二部位處產(chǎn)生的振動；將在第一部位處感 測到的振動與在第二部位處感測到的振動進(jìn)行比較；以及響應(yīng)于所述比 較步驟得到的結(jié)果而控制所述風(fēng)力渦輪機(jī)。


下面結(jié)合附圖對本技術(shù)領(lǐng)域中的多個方面進(jìn)行描述，所述附圖并不 一定是按照比例進(jìn)行繪制的，在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)號表示相
應(yīng)的元件，其中
圖l是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的示意性的側(cè)視圖2是圖1所示風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的短艙和葉轂的剖切正視圖3是用于圖2所示短艙的構(gòu)架的正視圖4是示意性的控制流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了風(fēng)力渦輪機(jī)2的一個實(shí)例。用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)型的風(fēng)力渦 輪機(jī)的該特定構(gòu)型包括支承封閉動力傳動系統(tǒng)8的短搶6的支柱 (tower) 4。葉片10被布置在葉轂上面，從而在所述動力傳動系統(tǒng)8 的位于短艙6外部的一個端部處形成"轉(zhuǎn)子".旋轉(zhuǎn)葉片IO驅(qū)動在所 述動力傳動系統(tǒng)8的另一個端部處連同可以接收來自風(fēng)速計(jì)18的輸入 的控制系統(tǒng)16—起與發(fā)電機(jī)14相連的齒輪箱12。第一或支柱振動傳感 器20被布置在支柱4上面，例如位于接近支柱頂部的位置處，或者位 于支柱上面的任何其它位置處。其它振動傳感器同樣可以被布置在支柱 4上面的其它位置處和/或被布置在風(fēng)力渦輪機(jī)2上面的其它位置處。
圖2是圖1所示風(fēng)力渦輪機(jī)2中的短艙6和葉轂110的剖切正視圖。 風(fēng)力渦輪機(jī)4中的動力傳動系統(tǒng)8 (如圖l所示)包括與葉轂110和齒 輪箱12相連的主轉(zhuǎn)子軸116。控制系統(tǒng)16 (如圖1所示)包括一個或 多個處理器，例如面板112內(nèi)的微型控制器111，所述處理器提供信號 用以控制風(fēng)力渦輪機(jī)2中的間距可變的葉片驅(qū)動器和/或其它部件。使 用高速軸(圖2中未示出)經(jīng)由聯(lián)軸節(jié)122驅(qū)動第一發(fā)電機(jī)120。短艙 6中的各部件受到構(gòu)架132的支承.
圖3是用于圖2所示短搶6的構(gòu)架132的正視圖。如圖3中所示， 構(gòu)架132典型地包括主構(gòu)架，或"底板"203和典型地自底板伸出懸臂 的發(fā)電機(jī)支承構(gòu)架或"后部構(gòu)架"205。第二或構(gòu)架振動傳感器22例如 在接近后部構(gòu)架205端部的位置處被緊固到構(gòu)架132上面，用以測量橫 向振動和垂直振動。另一種可選方式是或者另外，其它振動傳感器可被 緊固到后部構(gòu)架205上的其它部位處、可被緊固到底板203上和/或可 被緊固到風(fēng)力渦輪機(jī)2上的其它部位處。每一個振動傳感器20和/或22包括用于測量加速度、速度和/或在 一個或更多尺度上產(chǎn)生的位移的運(yùn)動傳感器。例如，振動傳感器20和/ 或22可以是三軸的或雙軸的，測量在所述時域中的橫向振動和縱向振 動。除振動之外的其它工藝變量，例如位移、速度、溫度和/或壓力也 可以相似的方式類似地在多個渦輪機(jī)部位處被感測到。布置振動傳感器 20和22以便與控制系統(tǒng)16相聯(lián)系。例如，可布置振動傳感器20和22 以便經(jīng)由有線設(shè)備和/或無線設(shè)備與本地或遠(yuǎn)程處理器如微型控制器 lll相聯(lián)系。
如圖4中的用于微型控制器111的示意性的控制流程圖中所示，對 來自構(gòu)架振動傳感器20的一些或全部垂直和/或橫向輸出與來自支柱振 動傳感器22的一些或全部相對應(yīng)的輸出進(jìn)行比較?？赏ㄟ^比較器，例 如圖中所示出的加法器24，或者其它裝置實(shí)現(xiàn)上述這一步驟，以便能夠 提供"差異振動"信號。在附圖所示的該特定實(shí)例中，從由后部構(gòu)架振 動傳感器22提供的橫向加速度信號中減去來自支柱振動傳感器20的橫 向加速度信號。另一種可選方式是或者另外，可以從由后部構(gòu)架振動傳 感器22提供的垂直加速度信號中減去來自支柱振動傳感器20的垂直加 速度信號?？砂凑疹愃品绞綄Ρ绕渌S上面的信號。
按照該方式，來自加法器24的輸出信號以在支柱4中感測到的振 動作為基準(zhǔn)，而不是基于固定基準(zhǔn)值如接地值.換言之，從加法器24 的輸出中消除了支柱振動的累積效應(yīng)，從而使得該信號更精確地剛好對 應(yīng)于由后部構(gòu)架205附近的裝備造成的振動.因此能夠更加準(zhǔn)確地解釋 支柱4與后部構(gòu)架205之間的相對移動。也可以使用其它振動傳感器， 從而使得來自第二傳感器22和/或其它傳感器的輸出以在風(fēng)力渦輪機(jī)4 中的任何其它位置處所感測到的振動作為基準(zhǔn)。
濾波器26可有選擇地適用于來自加法器24的信號，以便排除所不 感興趣的頻率和/或時期(times)。然而，濾波器26也可適用于來自 其它部位的信號，這包括來自振動傳感器20和22的輸出.也可以使用 除濾波以外的其它類型的信號處理，例如放大和/或降噪。來自濾波器 26的"經(jīng)過濾波的差異振動信號"隨后被送至可選擇的調(diào)節(jié)器28用于 進(jìn)行進(jìn)一步處理。例如，調(diào)節(jié)器28可被用于計(jì)算均方根值"RMS" 和/ 或用于評價是否"經(jīng)過調(diào)節(jié)且經(jīng)過濾波的差異振動信號"落入正常運(yùn)行 參數(shù)范圍內(nèi)的其它統(tǒng)計(jì)度量。加法器24、濾波器26和/或調(diào)節(jié)器28可實(shí)施作為微型控制器lll (如圖2所示)的一部分或者相對于風(fēng)力渦輪 機(jī)2而言本地或遠(yuǎn)程布置的其它處理器。
所述有差異的信號、經(jīng)過濾波的差異信號和/或經(jīng)過調(diào)節(jié)且經(jīng)過濾 波的差異信號隨后在判斷點(diǎn)30作出判斷，以基于所述信號是否在閾值 以上而采取進(jìn)一步的動作。例如，所述經(jīng)過調(diào)節(jié)的信號可用以在當(dāng)RMS
動或手動停機(jī)"跳閘"。例如，可以通過致使間距可變的葉片驅(qū)動器114 使得葉片10旋轉(zhuǎn)至導(dǎo)鍵聯(lián)接位置(feathered position)，從而實(shí)施 所述跳閘。在判斷點(diǎn)30處，在作出啟動渦輪機(jī)停機(jī)或其它工藝改變之 前，也可以考慮其它工藝變量。
在一個實(shí)例中，其中按照上面所述的方式對來自支柱4和后部構(gòu)架 205的橫向振動信號進(jìn)行比較，峰值振動幅度降低了 34%且RMS值減小 了 33%。而對于垂直振動而言，峰值振動幅度降低了 14X且RMS值減小 了 15%。因此可以預(yù)期通過更加準(zhǔn)確地測量后部構(gòu)架205處的振動水 平，采用上面所述的多種技術(shù)可以避免由于發(fā)生過度振動而導(dǎo)致不必要 的渦輪機(jī)停機(jī)。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，上面所述的實(shí)施例，特別是各個"優(yōu)選"實(shí)施例僅 是在本文中列出用以提供對該項(xiàng)技術(shù)的多個方面更加明確的理解的多 種實(shí)施方式的實(shí)例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠在大體上不偏離僅由所附 權(quán)利要求書適當(dāng)構(gòu)造出的保護(hù)范圍的情況下對這些實(shí)施例作出改變。
權(quán)利要求
1、一種風(fēng)力渦輪機(jī)(2)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括用于產(chǎn)生第一振動信號的第一振動傳感器(20)；自所述第一振動傳感器移開一定距離的用于產(chǎn)生第二振動信號的第二振動傳感器(22)；和用于將所述第一振動信號與所述第二振動信號進(jìn)行比較且響應(yīng)于所述比較結(jié)果而控制所述風(fēng)力渦輪機(jī)(2)的處理器(111)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述比較結(jié) 果包括從所述第二振動信號中減去所述第一振動信號從而產(chǎn)生差異振 動信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述第一振 動傳感器(20)被布置在所述風(fēng)力渦輪機(jī)的支柱(4)上且所述第二振 動傳感器(22)被布置在所述風(fēng)力渦輪機(jī)的后部構(gòu)架(205 )上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述處理器 (111)包括用于對所述差異振動信號進(jìn)行濾波的濾波器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述濾波器 包括頻率濾波器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述處理器 (111)包括用于對所述差異振動信號進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述調(diào)節(jié)器 計(jì)算所述差異振動信號的均方根值。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述控制包 括響應(yīng)于高的差異振動信號啟動所述風(fēng)力渦輪機(jī)的停機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于風(fēng)力渦輪機(jī)的差異振動控制。一種風(fēng)力渦輪機(jī)(2)包括用于產(chǎn)生第一振動信號的第一振動傳感器(20)；自所述第一振動傳感器(20)移開一定距離的用于產(chǎn)生第二振動信號的第二振動傳感器(22)；和用于將所述第一振動信號與所述第二振動信號進(jìn)行比較且響應(yīng)于所述比較結(jié)果而控制所述風(fēng)力渦輪機(jī)(2)的處理器(111)。
文檔編號F03D7/04GK101676556SQ20091017348
公開日2010年3月24日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者A·C·加里多, E·耶格羅, M·H·克雷斯波, P·L·貝尼托 申請人:通用電氣公司