专利名称：风力发电设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于使风力发电设备的双叶片转子运动到停机位置的方法。
背景技术：
当考虑到局部仅暂时地作用于风力发电设备上的巨大力会使风力发电设备损坏的气候状况，尤其是较高的风力负荷出现时，总是有必要使风力发电设备从工作位置转移到停机位置。因此，尤其在具有高发生率的特大风，特别是季节性出现的风和旋风(诸如还具有高度湍流的飓风或台风)的区域中，风力发电设备易损坏。特别是，三叶片转子由于叶片的几何结构尤其受到横向流的影响，横向流会导致极其高的负荷并最终导致设备的破坏。似乎不能针对这些情况为抵抗这些力的风力发电设备的部件设计尺寸。然而，为了在这些区域中还能安装风力发电设备并充分利用它们获取能量的潜力，已开发了用于保护风力发电设备免于由已述的强风造成的损坏的多种机构。因此，EP 0 709 571 A2介绍一种具有双叶片转子的风力发电设备，该风力发电设备具有带有可相对于彼此自由旋转的转子叶片段的转子叶片，因而，一方面整个转子可与风向平行定向，或者在正面流的情况下至少可减少作用于转子的负荷。然而，这种设计的缺点在于复杂的叶片结构，这种结构很麻烦并还易受较大的风力负荷的影响。与此相反，DE 101 41 098 Al完全取消对转子进行制动和锁定。其中，转子通过如下方式来不制动地且不锁定地稳定在旋转位置，即，通过调节转子叶片进入抵制旋转运动的位置，防止由于湍流而离开停机位置。这种控制以此方式实现转子的“空转”，而不离开
停机位置。然而，似乎不确定的是，在DE 101 41 098 Al中无进一步细节介绍如何对涡流如此快速地反应以使具有这种类型控制的风力发电设备避免由较大的风力负荷引起的损坏。 此外，必须考虑的是，风力发电设备的在较大风力负荷出现时运动的部件会产生其它可变的力矩，在对部件进行设计和确定尺寸时必须考虑到这些力矩。然而，几乎无法计算这种风力发电设备的构造，因为参数无法预先确定。
发明内容
因此，本发明的目的是减少在带有被制动和被锁定转子的风力发电设备中出现的负荷，以使它们还可充分抵抗湍流。在这种情况下还必须考虑到，电网在前述的极端天气的状况下会被切断，且风力发电设备取决于在没有附加的能量供给时也必须能控制的被动机构。通过具有权利要求1特征的方法来实现该目的。附属权利要求规定本发明有利的实施例。本发明的基本思想是，使风力发电设备的双叶片转子通过制动置于能使转子叶片水平定向的停机位置。较佳地，转子借助锁定装置形状配合地进行锁定，该锁定装置尤其较佳地设计成配合到锁定凹槽中的液压驱动的锁栓。尤其较佳地，叶片的相对于纵轴线而言的桨距角(Pitch angle)如此定向，即，考虑到转子轴线的倾斜度和转子轴线上的叶片的空气动力特性，出现最小扭矩和如有可能作用于叶片根部的最小负荷。平均到时间上，较佳地仅有静负荷力矩作为负荷平均值出现在叶片凸缘处。尤其较佳地，叶片彼此相对于纵轴线而言的桨距角如此定向，即，产生(平均到时间上)补偿叶片的静负荷力的叶片升力。这些升力较佳地还与由转子轴线倾斜产生的俯仰力矩相抵消。尤其地，设置有控制系统，该控制系统借助调压阀如此控制转子制动器的制动力， 即，通过获悉转子的角度和/或位置如此制动转子的转速，即使得转子在水平的停机位置停止转动。随后，使用检测装置来检测已呈现的位置的精确性。在锁定装置不能配合到与它们协配的凹槽的位置，控制系统又松开转子，此后转子可又旋转并触发新的制动和检测过程。然而，如果已呈现的位置与预定的容差一致，则较佳地将锁栓插入锁定凹槽中，从而借助形状配合使转子固定在其水平位置。根据本发明，可通过可控的目标制动将双叶片转子风力发电设备的转子置于水平的停机位置，较佳地通过使液压操作的锁栓插入为此在转子上所设的凹槽来进行制动和锁定。随后，转子叶片置于与风力发电设备的转子轴线的倾斜度和叶片对于来自上方和下方的来流的空气动力特性相关的位置，且转子叶片较佳永久地停留在该位置。在此，由于两个叶片相对于叶片的翼弦通常是不对称的构造，因此两个叶片的叶片角是不同的。如果风力发电设备设计成顺风机械并在水平位置制动，且松开偏航制动器并与偏航发动机脱开，即偏航发动机的输出齿轮为了避免过度旋转不再与设置在塔架上的啮合齿圈啮合，当风向改变时，转子会进行独立跟踪。这确保叶片没有横向流，且仅产生较小的升力。本发明的设备的优点是可以取消用于调节停机位置的运动部件和因此在停机位置时用于产生辅助能量所需的设备。相对于传统的设备，根据本发明的风力发电设备同时受较少的磨损，并且相对于传统的设备还具有更高度的稳定性和安全性。
因此，使用附图中所示的尤其较佳的示例性实施例借助具体例子来解释本发明。 附图中图1示出风力发电设备的转子叶片的空气动力型面的剖视图；图2示出说明关于型面攻角的升力系数(Cl)的视图；图3示出在叶片的不同水平面剖切的转子叶片的示意图；图4示出用于说明根据叶片桨距角作用于转子叶片的转子轴线上的扭矩的第二视图；图fe示出根据本发明的带有制动和锁定于停机位置的转子的风力发电设备的立体图，以说明几何关系和轴线；图恥示出图fe的风力发电设备的前视图；图6a示出具有双叶片转子的风力发电设备的侧视图6b示出风力发电设备的一个叶片在约一半叶片长度处的型面剖视图；图6c示出风力发电设备的另一个叶片在约一半叶片长度处的型面剖视图；图7a示出当使用本发明的方法时图6b的风力发电设备的一个叶片的位置；图7b示出当使用本发明的方法时图6b的风力发电设备的另一个叶片的位置；图8a用扭矩Mai示出传统的风力发电设备的双叶片转子的转子轴线的关于时间的负荷；图8b用扭矩Mm示出在使用本发明的方法时转子轴线的关于时间的负荷的视图。
具体实施例方式图1示出空气动力型面10的示意性剖视图。转子叶片型面10关于其翼弦(chord) 呈非对称设计，可清楚地看到，型面10的顶侧12与其底侧14的形状不同。在此，角度α 是指来流与翼弦之间的角度，而翼弦是型面的前缘和尾缘之间的直的连接线。图2示出在非对称形状的型面的情况下，不同的来流角α导致不同的型面升力系数Q。在所示实施例中，例如-4°的角度导致产生的升力比+4°的来流角产生的升力小一半以上。图3示意示出沿转子叶片的轴线形成的不同型面，叶片尖端处的型面比叶片根部处更薄，且各型面相对彼此扭转。图4示出用于说明根据叶片桨距角β，即，在恒定来流的情况下转子平面(定义为 0° )与最佳的产生位置之间的角度，作用于转子轴线的扭矩Mai的第二视图。图如和恥示出根据本发明的带有制动和锁定于本发明的停机位置的转子的风力发电设备。风力发电设备100装备有双叶片转子20。可清楚地看到，转子20到达水平位置。为了更好地理解说明书，在带有x，y，z轴的坐标系统中画出风力发电设备100。点 R表示y轴与ζ轴的交点，而点T表示χ轴与ζ轴的交点。图恥示出图fe的风力发电设备的前视图，如相对于图7下面所示，左转子叶片30 和右转子叶片40的叶片位置彼此不同。在图6中所示的图5的风力发电设备100的侧视图清楚描述常规运转的设备中的左转子叶片30和右转子叶片40的叶片位置。在此，ζ表示转子轴线，Y角表示转子轴线相对于水平面的倾斜度，而β表示相对于垂直于转子轴线的转子平面a的叶片角。图6b示出在桨距角为β = 90°时剖过左叶片30的剖视图。图6c示出在桨距角也为β =90°时剖过右叶片40的剖视图。在此可看出，来自图平面中左侧的来流将产生不同的升力系数，这又导致轴的扭矩负荷。现图7示出在使用本发明的方法时对两个转子叶片的调节。两个叶片30和40相对于彼此如此定位，即，转子轴线具有最小扭矩，而转子叶片凸缘具有由转子叶片产生的最小负荷。因此，图7b中所示的叶片30的叶片桨距角例如达92°至95°，而图7c中的另一叶片40的叶片桨距角例如达88°至85°。因此，由于不同的叶片桨距角产生的不同的来流角使升力系数进行适应，并因此使转子扭矩减少。最后，图8清楚地用图表示出经由本发明的方法改进过的转子轴线上的负荷分布，这些图表示出双叶片转子的转子轴线的关于时间的负荷(扭矩Mzk)。图8a示出对于两个叶片β =90°的常规运转的双叶片转子在一段时间内会出现导致风力发电设备损坏的峰值负荷。与之不同，可在图8b中看到，通过对两个转子叶片的叶片角都进行本发明的控制可减少平均负荷与峰值负荷(在所示的例子中，一个叶片的β =95°，而另一个叶片的β =85° )。这使设备的部件免受损坏。
权利要求
1.一种用于使风力发电设备的双叶片转子运动到停机位置的方法， 其特征在于，使所述转子叶片在水平面中定向并制动所述转子。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转子叶片通过所述转子的可控制动而精确地运动到所述水平的停机位置。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当所述转子叶片水平定向时，所述转子形状配合地与锁定装置锁定。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述锁定装置设计成配合到锁定凹槽中的液压操作的锁栓。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，有如下步骤 调节所述一个转子叶片的第一攻角以调节作用于所述第一叶片的第一空气动力以及 调节所述另一个转子叶片的第二攻角以调节作用于所述第二叶片的第二空气动力， 因而，由在所述转子轴线上的所述第一力和所述第二力产生的所述扭矩平均到时间上彼此相抵消。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个转子叶片相对于转子平面的桨距角和所述另一个转子叶片相对于所述转子平面的所述桨距角是不同的。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述转子轴线的倾斜度和所述转子叶片的空气动力学特性来选择所述一个转子叶片的所述桨距角和所述另一个转子叶片的所述桨距角。
8.如权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，产生平均到时间上与所述叶片的静负荷力相抵消的所述叶片升力。
9.如权利要求5至8中任一项所述的方法，其特征在于，产生与由所述叶片的所述静负荷力围绕y轴产生的俯仰力矩相抵消的所述叶片升力。
10.如前述权利要求中一项或多项所述的方法，其特征在于，所述风力发电设备是顺风机械。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，松开偏航发动机和偏航制动器。
全文摘要
一种用于使风力发电设备的双叶片转子运动到停机位置的方法，其特征在于，使转子叶片定向到水平面中并制动转子。
文档编号F03D7/02GK102301131SQ200980153755
公开日2011年12月28日 申请日期2009年12月3日 优先权日2009年1月2日
发明者S·西格弗里德森 申请人:爱罗丁工程有限公司