根据风力涡轮机或类似设备的位置确定其部件寿命的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及确定构成风力涡轮机的不同部件的寿命，提出一种方法，所述方法允许考虑到在风力涡轮机所设置的位置处的特定风状态以及风力涡轮机在所述位置处的特定操作状态而确定风力涡轮机的每个部件的寿命。本发明还能够应用到水轮机、水下轮机或类似设备，在这些设备中，与考虑冲击风力涡轮机的风不同的是，冲击水轮机的流体，即，在所述位置处的水流。
【背景技术】
[0002]在过去十年中，风电装机容量已增加，因为由风能提供的明显环保优势使得政府和私人机构资助新风电场的建设。这些有利的财务状况与增加的能源需求一起使得科技成熟并且使得风力涡轮机的装机量成倍增长。
[0003]然而，近年来，缺乏经济和商业活动已使得能源需求下降，使得对于更大装机量的需求降低；另一方面，全球金融衰退从根本上减少了风能补贴，这使得新风电场的建设停滞。所有这些使得投资风能者将他们的精力集中在维持那些已装机的风电场的安全上，并且集中在改善已到位投资的成本效益的尝试中，因此他们决定将风力涡轮机在风电场中服役的时间延长。
[0004]风力涡轮机基于规定的标准风等级并且根据诸如IEC61400(国际电工委员会)、或GL劳氏船级社、或DIBt规定设计。因此，在设计风力涡轮机时，所述风力涡轮机不以特定于每个位置的方式设计，而是依据那些一般风等级状态设计，接下来具有最佳覆盖在特定位置处的风状态的设计风等级的风力涡轮机被选择用于每个位置。
[0005]这些规定的风等级相对于在风力涡轮机所设置的位置处的实际风状态通常非常保守。依照规定，风力涡轮机设计为持续20年，在这段时间中，其必须依照用于其设计的技术规格操作，而不出现显著故障。
[0006]作为结果，风力涡轮机的所述20年设计寿命能够从一个位置到下一个位置改变，并且作为一般规则能够延长，即，风力涡轮机的实际寿命通常超过其设计寿命。这是因为在特定位置处的实际风状态通常比由规定指示出的风状态更温和，因此风力涡轮机实际承受的载荷通常处于与其设计承受的载荷相比更低的量度。
[0007]专利文献W02012/160370公开了一种用于以大致方式确定风力涡轮机的传动系的剩余寿命的方法，其中风力涡轮机传动系轴受到的载荷借助于计算机模拟工具确定，以及其中仅考虑规定的标准风等级，用于计算所述载荷。此外，专利文献W02012/107051公开了一种用于确定风力涡轮机的基础的剩余寿命的方法，基于来自风电场上的每个风力涡轮机的风向玫瑰图的信息识别基础的暴露于风的部分，根据由风向玫瑰图确定的风向获得来自基础的不同部分的样例，所述样例受到疲劳测试影响，以便确认其强度并且因此估算其大致寿命。
[0008]尽管这些方法允许估算风力涡轮机的部件的剩余寿命，但是它们无法实现可靠的估算，因为它们不考虑所有不同变量的风状态，或在现场处的风力涡轮机的特定操作状态。
[0009]因此，对于延长服役超过20年的风力涡轮机的寿命的需求日益增长，使得必须提供一种允许可靠地预测风力涡轮机的主部件的实际设计寿命的方法，考虑到在风力涡轮机所安装的风电场上发生的特定风状态和特定操作状态。
【发明内容】
[0010]根据本发明，提出一种用于根据风力涡轮机或类似设备的位置确定其部件寿命的方法，从而使得考虑到风力涡轮机的部件根据在风力涡轮机的位置处发生的风状态和在所述位置处的风力涡轮机的操作状态而将会受到的实际疲劳载荷。
[0011]所述方法包括以下阶段:
[0012]阶段1:根据风力涡轮机的设计条件获得其气体弹性模型；
[0013]阶段2:获得设置在风力涡轮机的现场处的实际风力涡轮机的气体弹性模型；
[0014]阶段3:确定在风力涡轮机的现场处的特定风状态；
[0015]阶段4:确定在风力涡轮机的现场处的风力涡轮机的特定操作状态；
[0016]阶段5:根据规定的操作状态和风状态确定在阶段1中模型化的风力涡轮机的部件上的设计疲劳载荷；
[0017]阶段6:根据在阶段3和4中确定的风状态和操作状态确定在阶段2中模型化的风力涡轮机的部件上的实际疲劳载荷；以及
[0018]阶段7:确定在风力涡轮机的现场处的风力涡轮机的每个部件的寿命，其中，重新积分在阶段6中计算出的实际疲劳载荷，直到到达在阶段5中计算出的设计疲劳载荷。
[0019]因此获得这样一种方法，所述方法允许有效地估算在现场处的风力涡轮机的每个部件的在不经受显著故障的情况下将会持续的时间，使得有必要修理或替换所述部件。
【附图说明】
[0020]图1示出代表冲击风力涡轮机的气体弹性模型的风的三维行为的风模型。
【具体实施方式】
[0021]本发明提出一种用于确定风力涡轮机的不同部件将会具有的寿命的方法，考虑到所述部件在其服役寿命期间在风力涡轮机的位置处(即，在风力涡轮机封所安装的风电场中)将会受到的实际疲劳载荷。风力涡轮机的部件将会具有的寿命是风力涡轮机的每个部件根据用于设计和建造风力涡轮机的技术规格正确地操作而不发生显著故障使得有必要对其进行替换或修理的通常以年为单位估算的时间。风力涡轮机的部件应当理解为风力涡轮机的任何构成部分，诸如叶片、转子、轮毂、塔架、机舱、轴承等。
[0022]本发明的所述方法主要应用于已处于操作状态的风电场上的风力涡轮机，并且相对于所述风力涡轮机，在其现场处的实际数据可用。因此，提出根据在风力涡轮机的位置处的状态确定其部件寿命的方法，所述方法包括以下操作阶段:
[0023]阶段1:考虑到风力涡轮机最初设计并且受认证以操作的状态而获得设置在现场处的风力涡轮机的气体弹性模型，即，以风力涡轮机原始设计的参数将风力涡轮机模型化；
[0024]阶段2:获得设置在现场处的实际风力涡轮机的气体弹性模型，从而使得在用于确定风力涡轮机的部件寿命的方法中考虑到在理论上构成风力涡轮机的部件与设置在现场处的风力涡轮机的实际部件之间的重量区别或几何尺寸区别的效果；
[0025]阶段3:确定在风力涡轮机的现场处发生的特定风状态；
[0026]阶段4:确定在现场处的风力涡轮机的特定操作状态；
[0027]阶段5:依照规定(诸如IEC61400)并且根据规定的操作状态和风状态确定在阶段1中模型化的风力涡轮机的部件上的对于风力涡轮机的20年规定估计寿命而言的设计疲劳载荷；
[0028]阶段6:根据在阶段3和4中确定的风状态和操作状态确定在阶段2中模型化的风力涡轮机的部件上的对于风力涡轮机的20年规定估计寿命而言的实际疲劳载荷；以及
[0029]阶段7:确定在风力涡轮机的现场处的风力涡轮机的每个部件的寿命，其中，重新积分在阶段6中计算出的实际疲劳载荷，直到到达在阶段5中计算出的设计疲劳载荷。
[0030]风力涡轮机通常设计为在规定的操作状态和风状态下持续20年，所述规定的操作状态和风状态相对于实际风数据通常非常保守，从而使得风力涡轮机的部件在其服役寿命期间将会受到的估计设计疲劳载荷对于同一操作寿命时间而言通常大于风力涡轮机的所述部件在其现场实际将会受到的实际疲劳载荷，从而使得借助于将设计疲劳载荷与实际疲劳载荷进行比较，本发明的所述方法允许有效地估算风力涡轮机的每个部件还能够操作多久而不发生显著故障使得有必要对其进行替换或修理。
[0031]类似于在阶段1和2中获得的气体弹性模型是基于将风力涡轮机的每个部件的