CN101498280B - 用于停止风力涡轮机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于停止桨距受控型风力涡轮机的方法，该桨距受控型风力涡轮机包括至少一个叶片和用于调节叶片桨距角度的桨距系统，桨距系统使所述至少一个叶片能转向顺桨位置或者转向小桨距位置，所述方法包括如下步骤：将所述至少一个叶片转向顺桨位置或转向小桨距位置以使叶片载荷最小化。考虑到以下操作条件中的一个或多个的状态执行前述步骤：叶片桨距角度、叶片攻角、风速、叶片载荷。

Description

用于停止风力涡轮机的方法
技术领域
本发明涉及用于停止风力涡轮机的方法，尤其涉及用于根据风力涡轮机的一个或多个操作条件停止风力涡轮机的方法。
背景技术
风力涡轮机是将机械能转换为电能的装置。典型的风力涡轮机包括安装在塔上的机舱，该机舱容纳用于将转子的转动传送到发电机的传动链。
风力涡轮机的效率取决于许多因素。其中之一是转子叶片关于气流方向的定位，这通常由桨距系统来控制，桨距系统允许调节转子叶片的桨距角度，以将转子速度维持在固定值或者给定的范围内。否则，特别是在高风速时，转子的载荷将超过由风力涡轮机的结构强度设定的限制。
有两个基本方法用于改变转子叶片的桨距角度控制风力涡轮机的功率：“桨距”控制方法和“失速”控制方法。
在“桨距”控制方法中，为了减小功率捕获，将转子叶片的桨距角度改变为较小的攻角，为了增加功率捕获，将转子叶片的桨距角度改变为较大的攻角。该方法允许对空气动力的功率捕获和转子速度进行灵敏和稳定的控制。
在“失速”控制方法中，将转子叶片的桨距角度改变到气流恰好在转子叶片表面分开的较大攻角，从而限制空气动力功率捕获。
风力涡轮机的停止是最关键的操作之一，因为它可能使风力涡轮机组件陷于高载荷。
在桨距受控型风力涡轮机中，停止操作包括如下步骤：以后缘沿着风向的方式使叶片变桨，直到叶片到达它们的顺桨位置。该步骤可使叶片陷于大的载荷，特别是当以高攻角开始停止操作的时候。
在失速受控型风力涡轮机中，停止操作包括如下步骤：以后缘逆着风向的方式使叶片变桨，直到叶片到达它们的小桨距(fine)位置。该步骤可使叶片陷于大的载荷，特别是当以低攻角开始停止操作的时候。
这两个选择都不是完全令人满意的，本发明意图解决这个缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于以最小化叶片载荷的方式停止桨距受控型风力涡轮机的改进方法。
本发明的另一目的是提供一种用于在桨距受控型风力涡轮机叶片之一受阻时停止该风力涡轮机的改进方法。
通过提供一种用于停止桨距受控型风力涡轮机的方法来满足本发明的这些和其它目的，该风力涡轮机包括至少一个叶片和用于调节叶片桨距角度的桨距系统，该桨距系统允许使所述至少一个叶片转向顺桨位置或者转向小桨距位置，该方法包括如下步骤：将所述至少一个叶片转向顺桨位置或转向小桨距位置，使得叶片载荷最小化。
在一个实施例中，用于在一个叶片受阻时停止桨距受控型风力涡轮机的方法包括如下步骤：将其它叶片转向小桨距位置。从而实现特别用于双叶片风力涡轮机的载荷有效停止方法。
通过以下结合附图的详细描述将会理解本发明的其它特征和优点。
附图说明
图1示出作为攻角的函数的风力涡轮机叶片上的升力和阻力。
图2示意性示出一个叶片受阻的双叶片风力涡轮机以叶片向顺桨位置变桨的方式停止时其叶片上的升力。
图3示意性示出一个叶片受阻的双叶片风力涡轮机以叶片向小桨距位置变桨的方式停止时其叶片上的升力。
具体实施方式
如图1中所示，作用在叶片上的升力11和阻力13依赖于攻角AOA。
如果在桨距受控型风力涡轮机以叶片处于图1中的区域15的方式操作时，即以低AOA操作时，启动其停止操作，则叶片向负AOA移动，并且因此叶片将向前偏转。在相同情况下，在失速受控型风力涡轮机的停止操作中，叶片向正AOA移动，并且因此叶片将具有最大升力11，并由此具有可能大的偏转。
如果在桨距受控型风力涡轮机以叶片处于图1中的区域17的方式操作时，即以高AOA操作时，启动其停止操作，则叶片向负AOA移动，并且因此叶片将向前偏转。在相同情况下，在失速受控型风力涡轮机的停止操作中，叶片向正AOA移动，并且因此升力11将保持在叶片上而阻力13将使转动速度停止，因此升力11也将减小。
根据本发明，在相同条件下，当叶片处于区域17时，以将叶片向小桨距位置变桨的方式执行停止操作，而当叶片处于区域15时，以将叶片向顺桨位置变桨的方式执行停止操作。
更一般来说，根据本发明的可应用于具有一个或多个叶片的风力涡轮机的停止操作是以根据以下操作条件中的一个或多个将风力涡轮机叶片向顺桨位置或小桨距位置变桨的方式执行的：叶片桨距角度、叶片攻角、风速、叶片上的载荷以及叶片转向能力。
本发明的方法的一个要求是风力涡轮机包括叶片轴承上具有齿轮和齿环的电桨距系统或者提供具有180度全转向能力的叶片的任何其它系统。
本发明对于特别是在双叶片风力涡轮机的情形中处理一个叶片受阻的情况特别有利。
在具有两个叶片21、23的典型桨距受控型风力涡轮机的停机情形中，当一个叶片21受阻时，停止操作的顺序如下：首先被风W移动的两个叶片21、23以沿着例如10度叶片的形貌的典型AOA操作，因此具有正升力L1，正升力L1产生叶片21、23的推力和向前弯曲，然后叶片23向负AOA变桨，并因此具有负升力L2，该负升力L2使叶片23与另一叶片21相反弯曲，如图2中所示，产生非常高的并且有损害的偏航和倾斜力矩。
然而，在相同情况中，根据本发明的停止方法，叶片23向正AOA变桨，因此升力L1首先达到最大值，然后它将减小一点并且叶片23的阻力将使旋转减慢，升力L3是速度平方的函数(L＝1/2*rhoV^2*CL*A)并且当来自主动变桨叶片的阻力使转子减慢时，叶片23上的相对速度减小并因此升力L3缓慢去除。因此，如图3中所示，在停止期间叶片21、23的升力方向保持在同一方向上，只是在停止期间升力的大小可能变化，因此预期偏航和倾斜载荷不会很严重，因为在转子平面中没有失衡。
对于双叶片风力涡轮机，一个叶片受阻的危险是绝对最坏的载荷情形，或者至少是非常严重的载荷情形。根据本发明的方法所允许的载荷减少提高了在风力涡轮机市场中占有一些份额的双叶片风力涡轮机的竞争力。
对于所有类型的风力涡轮机，本发明是有利的，因为它提供了在两个方向上使叶片变桨的可能性，当考虑到相关操作条件这种需求上升时，可以决定变桨方向，例如：
-如果一个叶片受阻，则风力涡轮机叶片向小桨距位置变桨。
-如果风速在10-14米/秒之间，则叶片向小桨距位置变桨。
-如果桨距角度小于10度，则叶片向小桨距位置变桨。
-如果桨距角度在10度以上，则叶片向顺桨位置变桨。
尽管已经结合优选实施例充分描述了本发明，但是很明显，各种修改也可以包含在本发明的范围内，因此本发明的范围不受这些实施例限制，而是由所附权利要求来限定。

Claims (4)

1.用于停止桨距受控型风力涡轮机的方法，该桨距受控型风力涡轮机包括至少一个叶片和用于调节叶片桨距角度的桨距系统，桨距系统使所述至少一个叶片能转向顺桨位置或者转向小桨距位置，其特征在于所述方法包括如下步骤：根据以下操作条件中的一个或多个的状态：叶片桨距角度、叶片攻角、风速、叶片载荷，将所述至少一个叶片转向顺桨位置或者转向小桨距位置以使叶片载荷最小化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
当风速在10-14米/秒之间，并且桨距角度小于或等于10度时，叶片转向小桨距位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当所述桨距角度大于10度时所述至少一个叶片转向顺桨位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述风力涡轮机包括两个或更多个叶片并且当所述叶片之一受阻时其它叶片转向小桨距位置。
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