用于抑制塔架摆动的方法、主动失速控制风轮机及其应用的制作方法

专利名称：用于抑制塔架摆动的方法、主动失速控制风轮机及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于抑制主动失速控制风轮机塔架中的塔架摆动的方 法、 一种主动失速控制风轮机及其应用。
背景技术：
轮机机抢。具有多个风轮机叶片的风轮机转子通过低速轴连接到机抢，低 速轴延伸出机艙的前部，如图1中所示。
对于所有类型的风轮机，风轮机塔架的摆动和振动都或多或少地是一 个问题，但是特别地，在制造主动失速控制风轮机的领域内，这个问题意 义重大。
例如，由于转子叶片每次经过塔架时风都会略微地推动塔架，所以会 导致塔架摆动。如果转子的旋转速度使得转子叶片在塔架每次处于其极限 位置时经过塔架，则转子叶片可以抑制或者放大塔架的摆动。
塔架摆动的其它产生源也是可能的，但是对于主动失速控制风轮机来 说， 一个产生源是主导的。
在主动失速控制风轮机的正常工作期间，转子具有正的气动阻尼。尽 管塔架顶部的移动很小，但是它基本上一直来回移动。当塔架顶部逆风移 动时，转子的推力增加，因此塔架顶部沿顺风方向被回推，这抑制了塔架 摆动。类似地，当塔架顶部顺风移动时，转子推力减小，因此塔架顶部沿 逆风方向被回推，其再次抑制塔架摆动。
但是，主动失速控制风轮机的转子气动特性是非线性的。在推力/风速 曲线上，这种转子具有一相对小的负斜率区域，这使得在特定条件下转子提供了负的气动阻尼。当塔顶逆风移动时，转子推力减小，因此塔架顶部 进一步被逆风推动，这放大了塔架振动。类似地，当塔架顶部顺风移动时， 转子推力增加，因此塔架顶部进一步被顺风推动，这再次放大了塔架振动。
在最坏的情况下，这种负的气动阻尼能使塔架摆动达到使得风轮机的 塔架或其它部件被破坏的程度、塔架或其它部件的寿命严重缩短的程度或 风轮机的效率降低的程度。
解决此问题的一个方法是在风轮机的设计阶段期间采取不同的措施， 例如使塔架更硬、以不同的方式设计叶片、减小机艙和转子的重量等。但 是这些措施常常与风轮机需要的其它性质一一例如低生产成本、高效率 等一一相冲突。
另 一种方法是当检测到临界的塔架摆动时简单地关掉风轮机，并且在 风轮机完全关掉、在特定的临界条件改变一一例如在风速改变一一时再重 新启动。在特定的情形下，此方法在消除或抑制塔架摆动方面是特别有效 的，但需要4艮长的时间来关闭和重启风轮机，因此降低了风轮机的整体功 率输出。另外，经常停止和启动增加了风轮机许多部件的磨损，因此，为 了延长风轮机的寿命，停止和启动应保持在最小程度。
因此，已经建议了解决此问题的其它方法，其中之一在欧洲专利申请
No. EP 1 008 747 A2中公开。该申请公开了 一种通过悬挂在塔架中的阻尼 垂摆来抑制塔架移动的方法。但是，这些类型的阻尼装置必须非常大并且 重以在大型现代风轮机中有效地抑制塔架摆动，并且它们都很昂贵，其增 加了i荅架或塔架必须承载的机抢的不期望的重量、并且占用^荅架或机舱内 的空间。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于抑制或消除主动失速控制风 轮机的塔架内的塔架摆动的技术，其不存在前面所述的缺点。
具体地说，本发明的目的是提供一种用于抑制或消除主动失速控制风 轮机的塔架中的塔架摆动的、简单且成本有效的技术
发明内容
本发明提供一种用于抑制主动失速控制风轮机塔架的塔架摆动的方
法。所述方法包括如下步骤
在失速条件下运行所述风轮机的两个或多个叶片；
检测所述塔架的摆动是否超出预定等级；以及
在至少两个所述叶片之间建立不同的失速条件。
要有可能在主动失速控制风轮机中发生破坏性的塔架摆动，则必须满 足特定条件风必须具有特定的速度，风轮机转子与风之间的相干性必须 为高，风轮机、特别是叶片必须具有特定的设计，叶片必须置于特定的俯 仰角，等等。这些条件中的大多数不能被控制，或者在不某种程度地减少 风轮机效率或在不使风轮机更昂责时不能被控制。
但是，通过在至少两个所述叶片之间建立不同的失速条件，可以提供 简单且有效的手段来减小风轮机转子与风的相千性，从而抑制或消除塔架 摆动。
应当强调，通过术语"在至少两个所述叶片之间建立不同的失速条件"， 可以了解，至少一个叶片的失速条件形成为不同于风轮机转子中至少另一 叶片的失速条件。
在本发明的一个方面中，所述不同的失速条件在所述风轮机的转子上 形成不对称的载荷条件。
通过在转子上形成不对称的载荷条件，减小了转子引起塔架摆动的能 力。其优点在于，因此而降低了风能转换成塔架摆动的危险。
在本发明的一个方面中，当在至少两个所述叶片之间建立所述不同的 失速条件时，由所述叶片提供的推力的总和基本上得以维持。
在世界上的一些地方，风可以是非常均一的，结果是如果存在可能 导致破坏性塔架摆动的风力条件，则塔架摆动会持续地累积。因此，当执 行用于抑制或消除这些摆动的方法时基本维持转子推力是有利的，因为这 样可能基本维持风轮机的总功率输出，即使塔架摆动被抑制。
在本发明的一个方面中，所述失速条件之间的不同永久地建立，只要 所述塔架摆动的幅度落在预定范围内。例如可通过不停地摇摆机抢、因而转子相对于风向前后摇摆来建立失 速条件的不同。但是，这种不停的运动会磨损风轮机及风轮机的不同部件， 并且，在特定的条件下，还可能有这些例如循环的运动将进一步引起塔架 摆动而不是抑制塔架摆动的危险。
因此，只要塔架摆动落在预定范围内，则一直维持失速条件之间的不 同是有利的。
在本发明的一个方面中，通过相对于另一叶片的俯仰角偏置至少第一 叶片的俯仰角来建立所述不同的失速条件。
主动失速控制风轮机本身具有改变叶片俯仰角、并因此调整叶片迎角 的能力，以控制转子或风力轮机的功率输出及保护叶片或风轮机不受破坏 性的过载。
因此，在现代的主动失速控制风轮机中已经有变桨风轮机叶片的能力， 并且，通过使用这种能力来改变发生破坏性塔架摆动或至少累积塔架摆动 所需的条件中的至少一个条件是有利的，因而提供了简单和成本有效的用 于抑制或消除这些摆动的手段。
应当强调的是，俯仰角的这种偏置是相对的 一一 即除净皮执行以与功率 输出、载荷、噪声等相关地相对于来风优化俯仰角的俯仰角改变以外的进 一步的俯仰角改变。
在本发明的一个方面中，通过沿第一方向偏置至少第一叶片的俯仰角 并且沿所述第 一方向的相反方向偏置至少另 一叶片的俯仰角来建立所述不 同的失速条件。
通过正向地偏置至少一个叶片并且负向地偏置至少另一叶片，增加了 一个叶片的功率输出，并减小了另一叶片的功率输出，因而基本上维持了 转子的总功率输出。
在本发明的一个方面中，所述俯仰角的偏置值基本保持不变，只要所 述塔架摆动的幅度落在预定范围内。
因而实现了本发明的有利的实施方式。
在本发明的一个方面中，当所述塔架摆动的幅度降到低于预定等级时,基本上移除所述失速条件之间的不同。
在大多数情况下，失速条件的不同不能形成关于效率、磨损等的最优 化的条件。因此，只要塔架摆动降到低于预定等级就重新建立普通的失速 条件是有利的。
在本发明的一个方面中，所述方法进一步包括如下步骤如果所述塔 架的摆动超出另一预定等级，则降低所述转子的功率输出。
如果摆动如此有力，使得一一即使建立了不同的失速条件一一它们继
续升高超出另一的预定等级，则减小转子的功率输出是有利的，因而进一 步提高了抑制摆动的机会。
在本发明的一个方面中，所述方法包括如下步骤如果所述的塔架摆 动超出第二预定等级，则基本上移除所述不同的失速条件并将基本一致的 俯仰角移到-1。到_30°之间、优选为-4。到-20。之间以及最优选为 -8。到-16。之间，例如移到-12。度。
如果在预定时间内塔架摆动不降到低于可接受的等级，或者如果塔架 摆动的幅度增大超出第二预定等级，则即使建立了不同的失速条件，重新 建立普通的一致桨距情形并且偏置所有叶片的俯仰角是有利的，使得叶片 转到风中、因此放弃了几乎所有的风能，以确保此能量不会转化成塔架摆 动。因此，确保进一步减小可能的破坏性塔架摆动被继续的危险，并且， 即使这将暂时地使风轮机的功率产出减小为低等级或零等级，但是与关闭 整个风轮机并且重启相比，对于风轮机而言，这仍然是快得多的、并且费 用更少。
另外，如果叶片的俯仰角偏置得太小一一当检测到高于第二等级的塔 架摆动时一_所述摆动可能没有得到抑制、或者其需要相当长的时间，而 如果叶片变桨过多，则转子变负的危险增加，因而增加了必须关闭风轮机 的危险，因为不能维持与馈电网的连接一一例如以保护齿轮箱免受转子的 反冲等。
因此，当前用于俯仰角的范围 一一当检测到高于预定第二等级的塔架 摆动时一一表示了阻尼效率和总体功率输出之间的有利关系。在本发明的一个方面中，通过将转子面定位在与风向不垂直的角度处 来建立所述至少两个叶片之间的不同的失速条件。
主动失速控制风轮机基本上总是设置有转向装置，其使得转子面的方 向可以垂直于风向。通过将转向误差控制为一非零值，可以以简单且有效 的方式在叶片之间建立不同的失速条件。
在本发明的一个方面中，通过使用呈设置在所述风轮机的机舱内的一 个或多个摆动传感器的形式的检测装置来检测所述塔架摆动。
塔架固定在基座处，因此越到塔架高处，塔架摆动时的幅度越大。机 艙位于塔架的顶上，因此机抢摆动的幅度将甚至比塔架顶部处的幅度还大， 因此在机舱内设置摆动传感器是有利的。
另外，在大多数情况下，此位置还简化了布线，因为通常风轮机的总 控制器或塔架摆动的具体控制装置(摆动传感器必须与其连接)设置在机 舱内。因此，避免了穿过塔架和机抢之间的旋转接头的布线困难。
在本发明的一个方面中，所述摆动传感器是一个或多个加速计，因为 加速计是检测摆动的简单且成本有效的装置。
在本发明的一个方面中，所述方法进一步包括如下步骤如果所述塔 架摆动的幅度升高超过另 一预定等级、或者如果在预定的时间段内所述摆 动未降到低于一预定等级，则发出警才艮信号。
如果在预定的时间段内塔架摆动的幅度未降到低于一预定等级、或者 如果所述摆动升高超出另一预定等级，则检测系统可能出现某些故障，或 者叶片、塔架或其它部件被破坏的危险增加，因此使控制装置发出警报是 有利的。然后，此警报信号可触发风轮机的关闭，和/或该信号可以被传送 到监控中心等，监控中心等能够对情况进行评估并采取必要的措施。
另外，本发明提供了一种主动失速控制风轮机，其包括用于执行如权 利要求1至14中任一项所述的方法的控制装置。
因此实现了主动控制风轮机的有利的实施方式。
再别夕卜，本发明提供了如权利要求15所述的主动失速控制风轮机在风 轮机场中的应用，所述风轮机场包括至少两个主动失速控制风轮机。如果在风轮机场中风与 一个风轮机转子的相干性高，则很有可能风与 场中其它风轮机的相干性也高。如果场中的许多风轮机基本上同时关闭， 则是非常危险的，因为电力公司难以补偿这种突然的大量电力损失，因此， 在风轮机场中使用根据本发明的主动失速控制风轮机是特别有利的，因为 根据本发明的主动失速控制风轮机更经常的是维持电力产出，并且即使其 被偶然关闭一一以防止塔架摆动损坏风轮机，也大大降低了同一风轮机场 中根据本发明的若干风轮机同时关闭的危险。


下面将参照附图描述本发明，图中
图1示出现有技术的大型现代主动失速控制风轮机的前视图； 图2示出包括不同俯仰角的叶片的主动失速控制风轮机的前视图； 图3示出从叶片的基部观察的、处于非失速条件下的风轮机叶片的截 面图4示出从叶片的基部观察的、处于失速条件下的风轮机叶片的截面
图5示出从叶片的基部观察的、处于深失速条件下的风轮机叶片的截 面图6示出在两个不同俯仰角下的推力/风速曲线的实施例； 图7示出图6中所示曲线在负斜率区域附近的放大图； 图8示出机抢的简化侧视截面图；以及 图9示出主动失速控制风轮机的俯视图。
具体实施例方式
图1示出一现代主动失速控制风轮机1，其包括塔架2以及位于塔架2 顶上的风轮机机抢3。风轮机转子4包括三个风轮机叶片5，并通过延伸出 机抢3前部的低速轴连接到机舱3。
每个叶片5包括一末端8和一基部9，并且在基部9处每个叶片5都设置有一变桨机构13，该变桨机构13使得叶片5能够绕它们的纵向轴线 旋转。
图2示出了 一种主动失速控制风轮机1的前视图，该风轮机1包括三 个叶片5，这三个叶片5中的每一个的俯仰角都不同于另两个叶片5的俯 仰角。
当出现特定的风力条件时一一例如风速处于特定的狭窄范围内、风为 低紊流和/或风与风轮机转子4的相干性高一一可出现负气动阻尼，从而引 起风轮机塔架2的临界接动。
如果塔架摆动的幅度高于一特定的预定等级，则根据本发明，可针对 转子叶片5建立不同的失速条件，以消除此负气动阻尼。
在本发明的此实施例中，这通过不偏置第一叶片5的俯仰角、将第二 叶片的俯仰角偏置+ 2°以及将第三叶片的俯仰角偏置-2。来实现。因此， 能够发生负气动阻尼的条件被破坏一一因为风与风轮机转子4的有效相干 性减d---并因此塔架摆动被抑制或消除。
在本发明的另一实施例中，叶片5变桨的顺序可以不同，例如不偏置 第一叶片5的俯仰角、将第二叶片的俯仰角偏置-2°以及将第三叶片的俯 仰角偏置+ 2° ，等等。
如果这没有将塔架摆动抑制到可接受的等级、或者如果摆动的幅度增 加到高于第二等级，则风轮机l的功率输出可降低到接近于零千瓦，同时 维持风轮机1连接到馈电网，因此维持转子4以发电速度(在此例中为约 14.4RPM)旋转。这能够例如通过使所有的叶片5返回到统一俯仰角的指 令来实现一一其形式为俯仰角通常基本相等，然后这些基本一致的俯仰角 能够在-1。和-30。之间移动，优选为在-4°和-20。之间移动，并且 最优选为在-8°和-16。之间移动，例如在此实施例中为-12。 。 一_§^ 测装置21 ——检测塔架摆动的幅度一一检测到塔架摆动降到低于预定等 级或者在预定时间后，叶片5能够返回到它们的正常发电俯仰角，即，正 向变桨返回到例如-4°的正常工作俯仰角，且风轮机1能够返回到正常工 作模式。在另一实施例中，风轮机1的控制装置25还设有处于第一等级和第二 等级之间的其他预定等级，例如，如果当三个叶片的俯仰角偏置-2。 、 + 2。及0。时塔架摆动的幅度并不降低且摆动幅度继续增加、从而超过另一 等级(该另一预定等级低于所述第二预定等级)，则可将俯仰角的偏置量 增加到例如0。 、 +4。及-4° ，从而进一步降低风与风轮机转子4的显 著相干性。
通过形成这种不一致的俯仰角条件一一当检测到塔架摆动超出一特定 的预定等级时一一可以基本上维持转子4的总体功率输出，因为第一叶片 5的功率输出不变、第二叶片5的功率输出稍孩i增加而第三叶片5的功率 输出稍微降低。
在本发明的另一实施方式中，在试图抑制或消除塔架摆动期间，仅偏 置一个叶片5的俯仰角，而保持剩余叶片5的俯仰角不变。
在本发明的此实施方式中，主动失速控制风轮机l包括三个叶片5， 但是，在另一实施方式中，风轮机l可以包括其它数量的叶片，例如两个、 四个或更多。
如果风轮机1仅包括两个叶片5，则可偏置其中仅一个叶片5的俯仰 角以降低风与转子4的相干性，或者两个叶片5可沿相反的方向偏置。
如果风轮机1包括四个或更多个叶片，则可例如通过将叶片5配对然 后沿不同的方向偏置这些成对叶片的俯仰角、或者交替地或以其他方式沿 相反的方向偏置叶片的俯仰角来实现叶片5之间的不同的失速条件。
图3示出了从叶片5的基部9处观察的、处于非失速条件下的主动失 速控制风轮才几1的风轮机叶片5的截面。
主动失速控制风轮机1的风轮机叶片5包括前缘6、后缘7、压力侧 11和下风侧12，图3至5中的箭头示出了从旋转叶片5观察的相对风向， 因此不是从转子面4或风轮机1观察的风向。
现有技术中已知的风轮机叶片5通常由玻璃纤维以及碳纤维增强树脂 复合物、碳纤维增强木料及其组合制成。
在此实施方式中，在叶片5开始失速之前，主动失速控制风轮机l的所示叶片5在低风速下或起动过程期间是工作的。假设从叶片5观察时来 风的方向平行于叶片5的翼弦C，则叶片迎角是0。，因此，所示的叶片 在0°的绝对俯仰角下工作。
在另一实施方式中，图3还可以示出一叶片5，当在塔架摆动高于根 据本发明的特定等级的情形下，其俯仰角从约-4。的正常工作俯仰角偏置 例如+ 40 。
图4示出了从叶片5的基部9观察的、在正常工作期间主动失速控制 风轮机1的风轮机叶片5的截面。
在变桨控制风轮机(未图示)上，风轮机的电子控制器例如每秒若干 次地检查风轮机的功率输出或旋转速度。当功率输出或旋转速度变得太高 时，控制器向叶片变桨机构13发送指令，该叶片变桨机构13立即将转子 叶片5略微地偏斜(旋转)出风中(其为主动失速控制风轮机1的反方向)。 类似地， 一旦风重新变小，叶片5转回到风中。
在变桨控制风轮机(未图示)上，风每改变一次则控制器通常将稍微 地变桨叶片5以将转子叶片保持在最优角度处，从而最大化在所有风速下 的输出、或至少直至一例如25米/秒的特定风速最大化输出，在该特定风 速下，叶片5完全转出风中，使得叶片翼弦C(后缘7和前缘6之间的线) 基本上与风向(从风轮机观察)平行、使得叶片5的前缘基本上逆风、并 且使得转子4停止旋转或至少使其空转。这样做保护叶片5在高风速时免 受超载的破坏，并且因为变桨控制，风轮机叶片5上的载荷不同于主动失 速控制风轮机l，所以，与主动失速控制风轮机l的叶片5相比，可以将 变桨控制风轮机1的叶片5制成相对较长较细。
在技术方面，主动失速控制风轮机1与变桨控制风轮机1类似，因为 它们都具有能够变桨的叶片，并且为了在低风速下获得合理地大的扭矩(旋 转力)，主动失速控制风轮机1通常编程为在低风速时以非常类似于变桨 控制风轮机(未图示)的方式使叶片5变桨。但是，当主动失速控制风轮 机l达到其额定功率时，将可以注意到与变桨控制风轮机的重要不同当 功率增加到高于额定功率时，主动失速控制风轮机1将沿与变桨控制风轮机1相反的方向使叶片5变桨。换言之，其将增加转子叶片5的迎角以使 叶片5进入更深的失速，从而将多余的能量释放在风中。在高风速下，主 动失速控制风轮机1的叶片5与变桨控制风轮机1的叶片5相比还必须能 承受更高的极限载荷，其目的仅仅是防止叶片5断裂并防止叶片5弯曲以 避免它们有撞击塔架2的危险。因此主动失速控制风轮机1的叶片5比变 桨控制风轮机l的叶片5制造得更粗壮、更重。
另外，失速产生噪声，并且，为了降低从主动失速控制风轮机l发出 的噪声，转子4旋转得比变桨控制风轮机1的转子4更慢。因此，主动失 速控制风轮才几l的叶片5必须更大、更宽，从而能够有效地利用风能。
图5示出从叶片5的基部9观察的、处于深失速状态下的风轮机叶片 5的截面。
图5中所示的叶片5是例如在以非常高的速度下工作的叶片5，该叶 片5被变桨入风中，使得其失速并且基本上损失所有的风能。
在本发明的另一实施方式中，图5还可示出主动失速控制风轮机1的 三个叶片5中的一个，其俯仰角偏置-4°以减小风与转子4的显著相干性， 因为另两个叶片5的俯仰角将偏置+ 4°并且分别是不改变的。因此，形成 了不一致的载荷情形而转子推力基本不减小。
图6示出在两个不同俯仰角处推力/风速的静态曲线的实施方式。
在此实施方式中，纵坐标轴10以千牛顿示出推力，横坐标轴14以米/ 秒示出风速。
虚曲线示出了在-6°的俯仰角处叶片5的推力和风速之间的关系，实 曲线示出了在-13。的俯仰角处叶片5的推力和风速之间的关系。
该图示出主动失速控制风轮机1的推力/风速静态曲线具有一小段负斜 率的区域，其中转子的气动特性是非线性的。
图7示出如图6中所示曲线在负斜率区域附近的放大图。
在此放大图中，特别明显地，在特定条件下主动失速控制风轮机1的 转子4将提供负的气动阻尼。如果这些条件存在足够长的时间段，或者如 果这些条件足够经常地重现，则可能导致破坏的塔架摆动会累积到一定程度，为了不破坏塔架2或者风轮机1的其它部件，必须采取措施。
图8示出从侧面观察的、主动失速控制风轮机1的机抢3的截面简图。 机艙3以多种变型和构造存在，但在大多数情形下，机艙3中的传动系包 括以下部件中的一个或多个齿轮箱15、联接装置(未示出)、某些类型 的制动系统16和发电机17。现代风轮机1的机抢3还可包括变压器18和 另外的外围设备，例如另外的功率操纵设备、控制拒、液压系统、冷却系 统等。
包括机枪构件15、 16、 17、 18在内的整个机枪3的重量由加强结构 19承载。构件15、 16、 17、 18通常设置在该共同的载荷承载结构19上， 或连接到该共同的载荷承载结构19。在此简化的实施方式中，加强结构19 仅沿着机枪3的底部延伸，例如呈连接构件15、 16、 17、 18中的一些或全 部的底板20的形式。在另一实施方式中，加强结构19可以包括将转子4 的载荷传递到塔架2的钟形齿轮，或者，载荷承载结构19可包括若干个例 如桁架等互相连接的部件。
在本发明的此实施方式中，传动系建成与水平面成一角度。除其它原 因外，传动系倾斜使得转子4能够相应地倾斜，例如以确保叶片5不碰击 塔架2、补偿在转子4的顶部和底部处的风速之差，等等。
在本发明的此实施方式中，检测装置21设置在机抢3内，呈在塔架2 的中心轴线正上方附接到底板20的两个加速计22的形式。在此实施方式 中，两个加速计22的安装使得塔架2的横向摆动和前后摆动都得以检测。
在本发明的另一实施方式中，检测装置21可以是不同于加速计22的 其它类型的传感器_一例如设置在塔架2上的应变计或光纤等，或者，检 测装置21可以不同地设置在机艙3内，或者，检测装置21可以设置在机 舱3外一一例如设置在塔架2内或塔架2外。
在本发明的此实施方式中，检测装置21连接到控制装置25。如果检 测到塔架2的摆动或者如果检测到塔架2的摆动高于特定的待级，则控制 装置25能够启动从而使叶片5变桨。
如前面所解释的那样，主动失速控制风轮机l的叶片5设置有变桨机构13。在所示实施方式中，风轮机l的叶片5通过变桨轴承23连接到毂， 使得叶片5能够绕它们的纵向轴线旋转。
在此实施方式中，变桨机构13包括用于旋转叶片的装置，其以线性致 动器24的形式连接到毂和相应的叶片5。在一优选实施方式中，线性致动 器24是液压缸。在另一实施方式中，变桨机构13可包括步进马达或其它 用于使叶片5旋转的装置。
在此实施方式中，控制装置25设置在毂内，但是，在更优选的实施方 式中，控制装置25将被设置在机舱3内、塔架2内、邻室内或其它位置， 例如，在与用于考虑载荷或功率而控制桨距的常规变桨控制装置(未图示) 相同的位置处或甚至集成在这些常规的变桨控制装置内。
在此实施方式中，控制装置25连接到线性致动器24，用于响应于检 测装置21的测量值而控制叶片5的俯仰角。
如果在塔架第一固有频率处塔架摆动的幅度一一其由机抢3内的加速 计22检测一一高于例如0.5米/秒的特定等级，则控制装置25提供信号， 确保一个叶片5的俯仰角偏置例如+ 2° 、另一个叶片5的俯仰角偏置例如 -2°以及最后一个叶片5的俯仰角不变。
如果塔架摆动的幅度__由机艙3内的加速计22检测——增加到高于 例如0.75米/秒的特定的另 一等级，则控制装置25提供信号，确保一个叶 片5的俯仰角偏置例如+ 4° 、另一叶片5的俯仰角偏置例如-4°以及最 后一个叶片5的俯仰角不变。
在本发明的另一实施方式中，叶片5的俯仰角也可相对于塔架摆动的 幅度^皮无级地控制。
如果塔架摆动的幅度继续升高并且高于例如1.0米/秒的特定的第二等 级，则控制装置25提供信号，确保所有叶片的俯仰角都改变成-12。。
在本发明的此实施方式中，当检测装置21检测到摆动幅度重新降到低 于特定的预定等级时，叶片5返回到它们的初始位置或者基本上返回到它 们的初始位置。
如果塔架摆动没有被充分抑制并没有在预定的时间段内降到预定等级之下，则控制装置25可发出警报。类似地，如果塔架摆动的幅度继续增 大一一尽管控制装置25已经发送了将所有叶片5变桨到例如-12°的信 号一一也会发出警报信号。
图9示出了主动失速控制风轮机1的俯视图。 图9上的箭头示出从转子面4或风轮机1观察的相对风向。 在本发明的此实施方式中，通过将整个机舱3包括转子4稍微转出风 中来建立至少两个转子叶片5之间的不同的失速条件，从而形成不一致的 载荷条件，因而降低风与转子4的显著相干性。然后，可相对于塔架摆动 幅度的测量值来控制转子4和来风之间的角位移A——或者以步进方式 (如果塔架摆动的幅度高于预定等级Y，则机艙3转动X度)或者连续(无 级)地控制。
上面参照风轮机l、检测装置21、用于抑制塔架摆动的方法等的具体 示例举例说明了本发明。但是，应当了解，本发明并不限于上述的具体示
或改变。附图标记列表
1. 主动失速控制风轮机
2. 塔架
3. 机抢
4. 转子
5. 叶片
6. 前缘
7. 后缘
8. 末端
9. 基部
10. 纵坐标轴
11. 压力侧
12. 下风侧
13. 变桨才几构
14. 纟黄坐标轴
15. 齿轮箱
16. 制动系统
17. 发电机
18. 变压器
19. 加强结构
20. 底板
21. 检测装置
22. 力口速计
23. 变桨轴承
24. 致动器
25. 控制装置 C.翼弦
A来风与转子之间的夹角
权利要求
1.一种用于抑制主动失速控制风轮机(1)塔架(2)的塔架摆动的方法，所述方法包括如下步骤在失速条件下运行所述风轮机(1)的两个或多个叶片(5)；检测所述塔架(2)的摆动是否超出预定等级；以及在至少两个所述叶片(5)之间建立不同的失速条件。
2. 如权利要求l所述的方法，其中，所述不同的失速条件在所述风轮 机(1)的转子U)上形成不对称的载荷情形。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其中，当在至少两个所述叶片(5) 之间建立所述不同的失速条件时，由所述叶片(5)提供的推力的总和基本 上得以维持。
4. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述失速条件之间的 不同持续地建立，只要所述塔架摆动的幅度落在预定范围内。
5. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过相对于另一叶片 (5)的俯仰角偏置至少第一叶片(5)的俯仰角来建立所述不同的失速条件。
6. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过沿第一方向偏置 至少第一叶片(5)的俯仰角并沿所述第一方向的相反方向偏置至少另一叶 片(5)的俯仰角来建立所述不同的失速条件。
7. 如权利要求6所述的方法，其中，所述俯仰角的偏置值基本保持不 变，只要所述塔架摆动的幅度落在预定范围内。
8. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当所述塔架摆动的幅 度降到低于预定等级时，基本上移除所述失速条件之间的不同。
9. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括 如下步骤如果所述塔架(2)的摆动超出另一预定等级，则降低所述转子(4)的功率输出。
10. 如权利要求9所述的方法，其中，通过基本上移除所述不同的失 速条件并将基本一致的俯仰角移到-1。到-30°之间、优选为-4°到-20°之间以及最优选为-8。到-16。之间、例如移到-12°来降低所述功 率输出。
11. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过将转子面(4) 定位在与风向不垂直的角度(A)处来建立所述至少两个叶片(5)之间的 不同的失速条件。
12. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过使用呈设置在 所述风轮机(1)的机艙(3)内的一个或多个摆动传感器的形式的检测装 置(21)来检测所述塔架摆动。
13. 如权利要求12所述的方法，其中，所述摆动传感器是一个或多个 力口速计(22 )。
14. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包 括如下步骤如果所述塔架摆动的幅度升高超出另一预定等级、或者如果 在预定的时间段内所述摆动未降到低于一预定等级，则发出警报信号。
15. —种主动失速控制风轮机(1)，包括用于执行如权利要求1至 14中任一项所述的方法的控制装置(25)。
16. 如权利要求15所述的主动失速控制风轮机(1)在风轮机场中的 应用，所述风轮才几场包括至少两个主动失速控制风轮机。
全文摘要
本发明涉及一种用于抑制主动失速控制风轮机(1)塔架(2)中的塔架摆动的方法。该方法包括如下步骤在失速条件下运行所述风轮机(1)的两个或多个叶片(5)；检测所述塔架(2)的摆动是否超出预定等级；以及在至少两个所述叶片(5)之间建立不同的失速条件。本发明进一步涉及一种主动失速控制风力涡轮机(1)及其应用。
文档编号F03D7/02GK101595302SQ200780039562
公开日2009年12月2日 申请日期2007年10月4日 优先权日2006年10月24日
发明者B·J·佩德森, C·J·斯普鲁斯, T·S·B·尼尔森 申请人:维斯塔斯风力系统有限公司