CN101676556B - 用于风力涡轮机的差异振动控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于风力涡轮机的差异振动控制。一种风力涡轮机(2)包括用于产生第一振动信号的第一振动传感器(20)；自所述第一振动传感器(20)移开一定距离的用于产生第二振动信号的第二振动传感器(22)；和用于将所述第一振动信号与所述第二振动信号进行比较且响应于所述比较结果而控制所述风力涡轮机(2)的处理器(111)。

Description

用于风力涡轮机的差异振动控制
技术领域
本发明主要涉及风力涡轮机，且更具体而言，本发明涉及风力涡轮机的差异振动感测和控制。
背景技术
风力涡轮机是一种将风动能转化成机械能的机器。如果该机械能被机械装置直接使用的话，例如用于泵送水或者用于碾磨小麦，那么该风力涡轮机可被称作风车。类似地，如果该机械能被转变为电力的话，那么该风力涡轮机也可被称作风力发电机或风动力装置。
在风力涡轮机的各种部件中产生的振动可显著地缩短这些部件的使用寿命和/或导致产生早期疲劳失效。典型地，这些振动是通过使用布置在所关注部件上的关键部位处的加速度计而相对于固定基准点测得的。然而，这样的感测振动的常规手段并不能充分地保护风力涡轮机并且可能会导致发生不必要的系统停机“跳闸”。
发明内容
通过在多个实施例中提供一种风力涡轮机，从而克服了本文中与上面这些常规手段相关的这些和其它缺点。所述风力涡轮机包括用于产生第一振动信号的第一振动传感器；自所述第一振动传感器移开一定距离的用于产生第二振动信号的第二振动传感器；和用于将所述第一振动信号与所述第二振动信号进行比较且响应于所述比较结果而控制所述风力涡轮机的处理器。同时还提供一种用于运行风力涡轮机的方法，所述方法包括：感测在所述风力涡轮机上面的第一部位处产生的振动；感测在所述风力涡轮机上面的第二部位处产生的振动；将在第一部位处感测到的振动与在第二部位处感测到的振动进行比较；以及响应于所述比较步骤得到的结果而控制所述风力涡轮机。
附图说明
下面结合附图对本技术领域中的多个方面进行描述，所述附图并不一定是按照比例进行绘制的，在所有附图中使用相同的附图标号表示相应的元件，其中：
图1是风力发电机的示意性的侧视图；
图2是图1所示风力发电机中的短舱和叶毂的剖切正视图；
图3是用于图2所示短舱的构架的正视图；
图4是示意性的控制流程图。
具体实施方式
图1示出了风力涡轮机2的一个实例。用于风力发电机型的风力涡轮机的该特定构型包括支承封闭动力传动系统8的短舱6的支柱(tower)4。叶片10被布置在叶毂上面，从而在所述动力传动系统8的位于短舱6外部的一个端部处形成“转子”。旋转叶片10驱动在所述动力传动系统8的另一个端部处连同可以接收来自风速计18的输入的控制系统16一起与发电机14相连的齿轮箱12。第一或支柱振动传感器20被布置在支柱4上面，例如位于接近支柱顶部的位置处，或者位于支柱上面的任何其它位置处。其它振动传感器同样可以被布置在支柱4上面的其它位置处和/或被布置在风力涡轮机2上面的其它位置处。
图2是图1所示风力涡轮机2中的短舱6和叶毂110的剖切正视图。风力涡轮机4中的动力传动系统8(如图1所示)包括与叶毂110和齿轮箱12相连的主转子轴116。控制系统16(如图1所示)包括一个或多个处理器，例如面板112内的微型控制器111，所述处理器提供信号用以控制风力涡轮机2中的间距可变的叶片驱动器和/或其它部件。使用高速轴(图2中未示出)经由联轴节122驱动第一发电机120。短舱6中的各部件受到构架132的支承。
图3是用于图2所示短舱6的构架132的正视图。如图3中所示，构架132典型地包括主构架，或“底板”203和典型地自底板伸出悬臂的发电机支承构架或“后部构架”205。第二或构架振动传感器22例如在接近后部构架205端部的位置处被紧固到构架132上面，用以测量横向振动和垂直振动。另一种可选方式是或者另外，其它振动传感器可被紧固到后部构架205上的其它部位处、可被紧固到底板203上和/或可被紧固到风力涡轮机2上的其它部位处。
每一个振动传感器20和/或22包括用于测量加速度、速度和/或在一个或更多尺度上产生的位移的运动传感器。例如，振动传感器20和/或22可以是三轴的或双轴的，测量在所述时域中的横向振动和纵向振动。除振动之外的其它工艺变量，例如位移、速度、温度和/或压力也可以相似的方式类似地在多个涡轮机部位处被感测到。布置振动传感器20和22以便与控制系统16相联系。例如，可布置振动传感器20和22以便经由有线设备和/或无线设备与本地或远程处理器如微型控制器111相联系。
如图4中的用于微型控制器111的示意性的控制流程图中所示，对来自构架振动传感器20的一些或全部垂直和/或横向输出与来自支柱振动传感器22的一些或全部相对应的输出进行比较。可通过比较器，例如图中所示出的加法器24，或者其它装置实现上述这一步骤，以便能够提供“差异振动”信号。在附图所示的该特定实例中，从由后部构架振动传感器22提供的横向加速度信号中减去来自支柱振动传感器20的横向加速度信号。另一种可选方式是或者另外，可以从由后部构架振动传感器22提供的垂直加速度信号中减去来自支柱振动传感器20的垂直加速度信号。可按照类似方式对比其它轴上面的信号。
按照该方式，来自加法器24的输出信号以在支柱4中感测到的振动作为基准，而不是基于固定基准值如接地值。换言之，从加法器24的输出中消除了支柱振动的累积效应，从而使得该信号更精确地刚好对应于由后部构架205附近的装备造成的振动。因此能够更加准确地解释支柱4与后部构架205之间的相对移动。也可以使用其它振动传感器，从而使得来自第二传感器22和/或其它传感器的输出以在风力涡轮机4中的任何其它位置处所感测到的振动作为基准。
滤波器26可有选择地适用于来自加法器24的信号，以便排除所不感兴趣的频率和/或时期(times)。然而，滤波器26也可适用于来自其它部位的信号，这包括来自振动传感器20和22的输出。也可以使用除滤波以外的其它类型的信号处理，例如放大和/或降噪。来自滤波器26的“经过滤波的差异振动信号”随后被送至可选择的调节器28用于进行进一步处理。例如，调节器28可被用于计算均方根值“RMS”和/或用于评价是否“经过调节且经过滤波的差异振动信号”落入正常运行参数范围内的其它统计度量。加法器24、滤波器26和/或调节器28可实施作为微型控制器111(如图2所示)的一部分或者相对于风力涡轮机2而言本地或远程布置的其它处理器。
所述有差异的信号、经过滤波的差异信号和/或经过调节且经过滤波的差异信号随后在判断点30作出判断，以基于所述信号是否在阈值以上而采取进一步的动作。例如，所述经过调节的信号可用以在当RMS值升到预定的设定值之上时发生过度振动的时期启动风力涡轮机2的自动或手动停机“跳闸”。例如，可以通过致使间距可变的叶片驱动器114使得叶片10旋转至导键联接位置(feathered position)，从而实施所述跳闸。在判断点30处，在作出启动涡轮机停机或其它工艺改变之前，也可以考虑其它工艺变量。
在一个实例中，其中按照上面所述的方式对来自支柱4和后部构架205的横向振动信号进行比较，峰值振动幅度降低了34％且RMS值减小了33％。而对于垂直振动而言，峰值振动幅度降低了14％且RMS值减小了15％。因此可以预期：通过更加准确地测量后部构架205处的振动水平，采用上面所述的多种技术可以避免由于发生过度振动而导致不必要的涡轮机停机。
应该强调的是，上面所述的实施例，特别是各个“优选”实施例仅是在本文中列出用以提供对该项技术的多个方面更加明确的理解的多种实施方式的实例。本领域的技术人员将能够在大体上不偏离仅由所附权利要求书适当构造出的保护范围的情况下对这些实施例作出改变。

Claims (20)

1.一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括：
用于产生第一振动信号的第一振动传感器；
其特征在于，所述风力涡轮机还包括：
自所述第一振动传感器移开一定距离的用于产生第二振动信号的第二振动传感器；和
用于将所述第一振动信号与所述第二振动信号进行比较且响应于比较结果而控制所述风力涡轮机的处理器。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述比较结果包括从所述第二振动信号中减去所述第一振动信号从而产生差异振动信号。
3.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述处理器包括用于对所述差异振动信号进行滤波的滤波器。
4.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于，所述滤波器包括频率滤波器。
5.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述处理器包括用于对所述差异振动信号进行调节的调节器。
6.根据权利要求5所述的风力涡轮机，其特征在于，所述调节器计算所述差异振动信号的均方根值。
7.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制包括响应于高的差异振动信号启动所述风力涡轮机的停机。
8.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述第一振动传感器被布置在所述风力涡轮机的支柱上且所述第二振动传感器被布置在所述风力涡轮机的后部构架上。
9.一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括：
支柱；
受到所述支柱的支承的构架；
被布置在所述支柱上面用于产生第一振动信号的第一振动传感器；
其特征在于，所述风力涡轮机还包括：
被布置在所述构架上面用于产生第二振动信号的第二振动传感器；和
用于从所述第二振动信号中减去所述第一振动信号从而产生差异振动信号且用于响应于所述差异振动信号对所述风力涡轮机进行控制的处理器。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机，其特征在于，所述处理器包括用于对所述差异振动信号进行滤波的频率滤波器。
11.根据权利要求10所述的风力涡轮机，其特征在于，所述处理器包括用于计算所述差异振动信号的均方根值的调节器。
12.根据权利要求11所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制包括响应于高的所述差异振动信号的均方根值启动所述风力涡轮机的停机。
13.根据权利要求10所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制包括响应于高的差异振动信号启动所述风力涡轮机的停机。
14.根据权利要求9所述的风力涡轮机，其特征在于，所述处理器包括用于计算所述差异振动信号的均方根值的调节器。
15.根据权利要求14所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制包括响应于高的所述差异振动信号的均方根值启动所述风力涡轮机的停机。
16.根据权利要求9所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制包括响应于高的差异振动信号启动所述风力涡轮机的停机。
17.一种用于运行风力涡轮机的方法，所述方法包括：
感测在所述风力涡轮机上面的第一部位处产生的振动；
其特征在于，所述方法还包括：
感测在所述风力涡轮机上面的自所述第一部位移开一定距离的第二部位处产生的振动；
将在第一部位处感测到的振动与在第二部位处感测到的振动进行比较；以及
响应于所比较的结果而控制所述风力涡轮机。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步地其特征在于，所述比较步骤包括从在所述第二部位处产生的振动中减去在所述第一部位处产生的振动。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括对感测到的振动进行滤波和比较的步骤。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一部位位于支柱上且所述第二部位位于后部构架上。
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