CN102678476B - 风力涡轮机和加热风力涡轮机的部件的方法 - Google Patents

风力涡轮机和加热风力涡轮机的部件的方法 Download PDF

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Abstract

具有机舱的风力涡轮机，在机舱中至少一个部件配备有用于探测部件温度的第一温度传感器、探测机舱内部或外部的外部温度的第二温度传感器、与至少一个部件相联以对其加热的加热器、以及加热控制器，测得的部件温度和测得的外部温度被提供作为对加热控制器的输入信号，当测得的部件温度低于加热器的预定的接通值时控制加热器以进行加热，其中在至少一个预定温度范围内的加热器的接通值是基于测得的外部温度的，当第二外部温度高于第一外部温度时，第一外部温度的接通值在至少一个温度范围内大于第二外部温度的接通值。

Description

风力涡轮机和加热风力涡轮机的部件的方法
技术领域
本发明涉及风力涡轮机和加热风力涡轮机的部件的方法。
本发明涉及具有机舱的风力涡轮机，在机舱中具有至少一个设有用于探测部件温度的装置的部件。本发明还涉及加热风力涡轮机的部件的方法。
背景技术
DE102007054215A1公开了具有加热器的风力涡轮机。加热器具有热控开关，其监控风力涡轮机的至少一个部件的温度并当达到阈值温度时工作。还设有监控单元，其与加热器相互作用以使得监控单元启动加热器，直到热控开关动作，由此向控制装置传递加速风力涡轮机的运作信号。因此，至少风力涡轮机的温度关键性部件在加速之前被预加热至工作温度。此外，该文献公开了设置了再加热模块，其在达到温度阈值之后使加热器继续工作，并发送运作信号，以进一步增加温度或稳定温度值。再加热模块能够被连接至外部温度传感器以在因为外部温度特别低而值得和必要的情况下进行再加热。
US2010/0135793A1公开了用于风力涡轮机的润滑系统，其中提供了加热系统，为了根据预测的外部影响来控制润滑剂，如预测的风速、预测的外部温度、预测的空气压强和/或预测的空气密度。
US2009/0191060A1公开了具有变速器的风力涡轮机，其中利用泵来传送循环润滑介质。设置了加热器以加热在循环通路中的润滑剂至防止损坏泵的温度。
EP2088316A2公开了用于风力涡轮机的变速器的热控制系统，其中变速器的润滑剂的吸入管线被加热器围绕。温度传感器测定变速器中的油温、吸入管线中的油温、泵中的油温和环境温度。如果环境温度和油温将至预定值以下，加热器开始启动。
发明内容
本发明的目的在于提供风力涡轮机和加热风力涡轮机的部件的方法，该装置通过这种方法即使在低温下也能使用尽可能简单的手段执行风力涡轮机的安全工作。
根据本发明，上述目的通过本发明的风力涡轮机来实现。同样，上述目的通过本发明的方法来实现。有利的实施方式由本发明的更多技术方案的主题来实现。
根据本发明，提供了一种具有机舱的风力涡轮机，在所述机舱中至少一个部件配备有用于探测所述部件的温度的第一温度传感器、探测所述机舱内部或外部的外部温度的第二温度传感器、与至少一个部件相联以对该部件进行加热的加热器、以及加热控制器，测得的所述部件的温度和测得的所述外部温度被作为输入信号提供给所述加热控制器，当测得的所述部件的温度低于所述加热器的预定的接通值时，所述加热控制器启动所述加热器进行加热；
其特征在于，所述加热器的接通值基于测得的外部温度在至少一个预定温度范围内，在所述至少一个预定温度范围内，当第二外部温度高于第一外部温度时，第一外部温度的接通值大于第二外部温度的接通值。
可选地，当所述第二外部温度大于所述第一外部温度时，在所述至少一个预定温度范围内，第一外部温度的各第一接通值大于第二外部温度的各第二接通值。
可选地，当测得的所述部件的温度高于所述加热器的预定的切断值时，所述加热控制器切断所述加热器，其中所述切断值始终大于相应的测得的外部温度的接通值。
可选地，对于所述至少一个预定温度范围中的每个外部温度，所述切断值比所述接通值要大一个恒定的温度差。
可选地，所述温度差在2K-15K的范围内选择。
可选地，所述风力涡轮机的所述部件是变速器。
可选地，用于所述部件的温度的所述第一温度传感器探测所述变速器中的润滑剂的温度。
可选地，对于所述部件仅设置一个温度传感器。
可选地，所述外部温度的所述预定温度范围低至-30℃。
可选地，所述外部温度的所述预定温度范围低至-50℃。
可选地，所述加热器的温度的接通值至多为30℃。
可选地，所述加热器的温度的接通值至多为50℃。
根据本发明，还提供了一种用于加热风力涡轮机中的部件的方法，其特征在于，具有以下步骤：
探测风力涡轮机的所述部件的温度，
探测外部温度，
基于测得的所述外部温度确定所述部件的加热器的接通值，其中当第二外部温度高于第一外部温度时，第一外部温度的所述接通值大于第二外部温度的所述接通值，以及
当测得的所述部件的温度低于接通值时，接通所述加热器。
可选地，确定所述加热器的所述接通值，使得所述接通值随着所述外部温度的升高在预定温度范围中减小。
可选地，确定所述加热器的切断值，使得所述切断值大于测得的所述外部温度的所述接通值，以及当测得的所述部件的温度高于所述切断值时，切断所述加热器。
可选地，确定所述切断值，所述切断值比所述接通值要大一个恒定的温度差。
可选地，所述温度差的值在2K到15K之间。
可选地，探测所述风力涡轮机的变速器的润滑剂的温度。
可选地，基于所述外部温度在预定温度范围内确定所述接通值。
可选地，所述外部温度的预定温度范围低至-30℃。
可选地，所述外部温度的预定温度范围低至-50℃。
可选地，所述接通值高至30℃。
可选地，所述接通值高至50℃。
根据本发明的风力涡轮机具有机舱，在机舱中至少一个部件具有用于探测该部件的温度的第一温度传感器。部件可以是电气的、液压的或者机械部件或者部件整个组件。此外，根据本发明的风力涡轮机具有第二温度传感器，其探测机舱内部或外部的外部温度。此外，根据本发明的风力涡轮机具有与至少一个部件相联的加热器以加热该部件。此外，提供了加热控制器，向其提供部件的测得温度以及外部温度作为输入信号，当测得的部件的温度低于加热器的接通值时启动加热器以加热。根据本发明，加热器的接通值基于外部温度在至少一个预定温度范围内。接通值与测得的外部温度的相关性在于，当第二外部温度大于第一外部温度时，第一外部温度的接通值大于对于第二外部温度的接通值。
由这种方法确定的加热器的接通值导致当外部温度降低时提供给加热器更大的接通值。本发明是基于这样的理解，即特别是当外部温度低时，风力涡轮机中会出现大温差，这对持续工作或当重新开始工作时是有害的。通常，对温度关键性部件的监控只是基于部件的一个特定区域的工作温度。这样做可能导致部件中的更远离测量点的区域或邻近于该部件的区域降温过快，即使在具有加热器的情况下。比较而言，在本发明的风力涡轮机中，在较低的外部温度下，被监控的部件的加热器与部件处于较高的外部温度的情况下相比在部件的更高温度下被接通。这将可以防止部件的附近和远处的区域的急剧降温。
在一个根据本发明的风力涡轮机的优选实施例中，加热控制器被构造成在预定的温度范围中，当第二外部温度大于第一外部温度，第一外部温度的每个接通值大于第二外部温度的每个接通值。换句话说，在预定的温度范围中具有接通值基于外部温度的严格单调特点。
在一个根据本发明的风力涡轮机的优选改进中，当部件的测得温度值高于加热器的预定切断值时，加热控制器切断加热器，其中切断值始终大于对应的外部温度的接通值。当部件在给定的外部温度下被加热器加热时，加热器一直工作直到被监控的部件的温度达到切断值。与此伴随的是，加热器的切断值大于加热器的接通值。本实施例中的加热控制器被形成为开-关控制器，其将部件的温度调节在接通值和切断值之间。
在一个优选的改进中，对温度范围中的每个外部温度，切断值大于接通值一个恒定的温度差。优选的，温度差的值在2K到15K之间。这意味着根据本发明的加热控制器基于外部温度决定接通值，而切断值比对应的确定的接通值大一个恒定的温度差。从控制工程角度来看，配置这种加热控制器是非常简单的。
在一个优选的实施例中，提供了变速器作为风力涡轮机的被监控的温度关键部件。方便地，部件的温度传感器探测变速器中的润滑剂的温度。为此，温度传感器可布置在例如油槽中或油槽盘上。因为在根据本发明的风力涡轮机中，加热器的接通值随外部温度下降而上升，为部件仅仅设置一个温度传感器是足够的。
在一个优选的实施例中，外部温度的范围低至-30℃，优选低至-50℃。温度范围的上限值能够基于风力涡轮机的地点和/或设计合适地选择。低至-40℃的温度范围适于外部温度特别低的地点。
在一个根据本发明的风力涡轮机的优选实施例中，接通温度的最大值可高至30℃，优选高至50℃。最大接通值取40℃也是合适的。最大接通值是在温度范围的最低外部温度时出现的接通值。
之前提到的本发明的目的由具本发明的方法实现。
根据本发明的方法被提供且用于加热风力涡轮机中的部件。根据本发明的方法的特征在于具有以下步骤：探测外部温度和风力涡轮机的待要加热的部件的温度。此外，提供了基于测得的外部温度确定部件的加热器的接通值。根据本发明的方法中，接通值被确定成使得当第二外部温度高于第一外部温度时，第一外部温度的接通值高于第二外部温度的接通值。最后，根据本发明的方法还包括在测得的部件温度低于接通温度时接通加热器的方法步骤。
根据本发明的方法确保了当外部温度低时提供加热器的更大接通值。根据本发明的方法进一步保证了:在较低的外部温度下，风力涡轮机与部件在更高外部温度下相比在更高的部件温度下接通被监控的部件的加热器。在根据本发明的方法中，加热器的接通值优选地确定，使得在预定的温度范围内，接通温度随外部温度的上升而下降。
在根据本发明的方法的一个优选改进中，加热器的切断值被确定，其中切断值高于相应的测得外部温度的接通值。因此每个外部温度具有一个切断值，其比该外部温度的对应的接通值更大。在该改进中，根据本发明的方法在测得的部件温度高于接通值时提供加热器的切断。因此，在加热器的接通值和切断值之间进行了开-关控制。
本方法的一个优越性改进意味着切断值比接通值大一个恒定的温度差。因此切断值在温度范围中遵循着接通值的图表，并依赖于外部温度。
在一个根据本发明的方法的优选实施例中，想要检测风力涡轮机的变速器中的润滑剂的温度。变速器是风力涡轮机的温度关键性部件，因此必须保证润滑剂处于适合温度。此外，根据本发明的方法保证了当只有一个温度传感器用于监控时，变速器中的距离测量点较远的区域不会降温过多。大的温差会加大变速器的机械负荷。
在一个有益实施例中，接通值基于测得的外部温度在预定温度范围内确定。
外部温度的范围低至-30℃，优选低至-50℃。
可以设计加热器的接通值最大高至30℃，优选高至50℃。在风力涡轮机的不同设计中，外部温度的范围可低至-40℃，而接通值可高至40℃。这样做，可能的接通值的最大值出现在外部温度的范围的最低温度值。
附图说明
下文将借助于实施例详细说明本发明的细节。图中：
图1表示风力涡轮机的示意图，
图2表示具有变速器和加热器的机舱的示意图，
图3表示基于外部温度的接通阈值，用于变速器中的油槽加热的加热器，以及
图4表示用于加热器的启动或停止的基于温度的开-关控制。
具体实施方式
图1表示根据本发明的风力涡轮机1，其具有机舱2、转子4和塔架3。
图2示出了机舱20的示意图。具有油槽23的变速器22布置在机舱20中。位于其内的油能够被加热器28加热。油槽的温度由温度传感器24测定。测定外部温度的外部温度传感器26位于机舱20上。此外，机舱20中设置了与加热器28相互作用的加热控制器30。油槽的温度的测定值以及外部温度的测定值被作为输入信号提供给加热控制器。加热控制器根据图3和图4中所示的特性曲线调节加热器的工作状态。
图3示出了根据本发明的风力涡轮机的变速器中的油槽电加热器的接通值的特性曲线10。特性曲线10图示出油槽温度TS随着外部温度TA而变化。特性曲线应按如下理解：在外部温度TA1处给出了用于油槽加热器的接通值E1。这意味着当被监控的油槽中的温度低于E1时油槽加热器接通。特性曲线10在第二外部温度值TA2处给出了第二接通值E2，通过降到第二接通值E2以下，油槽加热器被接通。特性曲线10的特征在于更低的外部温度TA1的接通值E1大于更高的外部温度TA2的第二接通值E2。处于低外部温度(例如TA1的范围)的风力涡轮机的油槽加热器将因此在明显更高的油槽温度下接通。即使接通值显著高于变速器工作所需的温度值，更大的接通值E1确保了变速器不会降温太多，特别是其外部区域，这将在变速器中产生过大的温度梯度。
图4示出了图3所描述的特性曲线10的改进。该图示出了油槽加热器的接通值的特性曲线12和切断值的特性曲线14，该接通值和切断值随着外部温度TA而变化。特性曲线12和14的图应该被理解为特性曲线12的接通值E1和特性曲线14的切断值A1是对于外部温度TA1而给定的。因此，如果油槽温度在温度为TA1时下降至低于接通值E1的温度，即进行油槽的加热。当油槽温度上升，加热过程持续，即使超过接通值E1。在温度值A1处切断加热，在本示例中，温度值A1高于接通值大约5℃。
应以相应方式理解温度TA2的第二接通值E2和第二外部温度值A2。
图4所示的特性曲线作为示例的单元。因此可确定当外部温度TA为-30℃时油槽被加热至40℃。这意味着油槽被加热至比变速器工作所需的明显要高的温度。该温度确保了其外部区域暴露于温度为-30℃下的变速器不会变凉并且产生过大的温度梯度，这样的温度梯度对风力涡轮机的工作很不利。相比而言，外部温度为5℃时，变速器的油槽仅被加热至25℃。
附图标记
1风力涡轮机
2机舱
3塔架
4转子
10特性曲线
12特性曲线
14特性曲线
20机舱
22变速器
23油槽
24温度传感器
26外部温度传感器
28加热器
30加热控制器

Claims (23)

1.一种具有机舱的风力涡轮机，在所述机舱中至少一个部件配备有用于探测所述部件的温度的第一温度传感器、探测所述机舱内部或外部的外部温度的第二温度传感器、与至少一个部件相联以对该部件进行加热的加热器、以及加热控制器，测得的所述部件的温度和测得的所述外部温度被作为输入信号提供给所述加热控制器，当测得的所述部件的温度低于所述加热器的预定的接通值时，所述加热控制器启动所述加热器进行加热；
其特征在于，所述加热器的接通值基于测得的外部温度在至少一个预定温度范围内，在所述至少一个预定温度范围内，当第二外部温度高于第一外部温度时，第一外部温度的接通值大于第二外部温度的接通值。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，当所述第二外部温度大于所述第一外部温度时，在所述至少一个预定温度范围内，第一外部温度的各第一接通值大于第二外部温度的各第二接通值。
3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其特征在于，当测得的所述部件的温度高于所述加热器的预定的切断值时，所述加热控制器切断所述加热器，其中所述切断值始终大于相应的测得的外部温度的接通值。
4.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于，对于所述至少一个预定温度范围中的每个外部温度，所述切断值比所述接通值要大一个恒定的温度差。
5.根据权利要求4所述的风力涡轮机，其特征在于，所述温度差在2K-15K的范围内选择。
6.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机的所述部件是变速器。
7.根据权利要求6所述的风力涡轮机，其特征在于，用于所述部件的温度的所述第一温度传感器探测所述变速器中的润滑剂的温度。
8.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其特征在于，对于所述部件仅设置一个温度传感器。
9.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述外部温度的所述预定温度范围低至-30℃。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机，其特征在于，所述外部温度的所述预定温度范围低至-50℃。
11.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述加热器的温度的接通值至多为30℃。
12.根据权利要求11所述的风力涡轮机，其特征在于，所述加热器的温度的接通值至多为50℃。
13.一种用于加热风力涡轮机中的部件的方法，其特征在于，具有以下步骤：
探测风力涡轮机的所述部件的温度，
探测外部温度，
基于测得的所述外部温度确定所述部件的加热器的接通值，其中当第二外部温度高于第一外部温度时，第一外部温度的所述接通值大于第二外部温度的所述接通值，以及
当测得的所述部件的温度低于接通值时，接通所述加热器。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，确定所述加热器的所述接通值，使得所述接通值随着所述外部温度的升高在预定温度范围中减小。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，
确定所述加热器的切断值，使得所述切断值大于测得的所述外部温度的所述接通值，以及
当测得的所述部件的温度高于所述切断值时，切断所述加热器。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，确定所述切断值，所述切断值比所述接通值要大一个恒定的温度差。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述温度差的值在2K到15K之间。
18.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，探测所述风力涡轮机的变速器的润滑剂的温度。
19.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，基于所述外部温度在预定温度范围内确定所述接通值。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述外部温度的预定温度范围低至-30℃。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述外部温度的预定温度范围低至-50℃。
22.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述接通值高至30℃。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述接通值高至50℃。
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