CN110520620B - 用于在风力涡轮机叶片变桨距轴承上减小负载的方法 - Google Patents

Abstract

用于在风力涡轮机叶片变桨距轴承上减小负载的方法。描述了一种用于调整被连接到风力涡轮机（1）的转子（3）的转子叶片（5）的桨距角（α）的方法，该方法包括：使得转子叶片（5）朝目标叶片桨距角变桨距，变桨距的方式依赖于变桨距轴承上的负载和/或转子的方位角位置。

Description

用于在风力涡轮机叶片变桨距轴承上减小负载的方法

技术领域

本发明涉及用于调整风力涡轮机的转子叶片的桨距角的方法和布置，并且还涉及包括所述布置的风力涡轮机。

背景技术

风力涡轮机包括转子，多个转子叶片被连接在该转子处并且该转子驱动发电机以产生电能。转子叶片可以关于其相对于风的取向而进行调整，其中，转子叶片可以绕转子叶片的纵向轴线旋转，这通常被称为使得转子叶片变桨距。现代风力涡轮机可以被设计成使用气动、液压或电动变桨距系统来进行桨距调节。由此，常规地，变桨距系统可以由致动器构成，该致动器可以将来自控制器的信号转变成用于变桨距马达/变桨距致动器的运动信号，该变桨距马达/变桨距致动器转而使得叶片绕其桨距轴线（即转子叶片的纵向轴线）旋转。

叶片和变桨距系统可以通过变桨距轴承被联接。在操作期间，变桨距轴承可以由于叶片弯曲到风中而承受高的弯曲负载。在刚达到额定功率之前和刚达到额定功率之后的风速下可以发生最高叶片推力。在该高加载的时刻，也存在重要的变桨距运动以限制这些负载且也用于功率调节。

转子叶片的弯曲可以导致在变桨距轴承中的内部弹性变形，这转而可以导致在轴承本身的滚珠和槽道（runway）（轴承滚珠或圆柱可以沿其滚动的槽口）之间的高的壁压力。当变桨距系统被致动时，在轴承内部的这些高接触压力可以导致疲劳损坏。这最终可以导致部件损坏。特别地有危险害的可以是变桨距活动和非常高的弯曲负载的组合，这尽管很少发生（就相对发生而言），但可以导致所谓的低周疲劳。叶片轴承疲劳可以是带入指数幂的叶片上的弯矩与叶片变桨距运动的乘积。叶片轴承疲劳可以非线性地依赖于负载，特别地，其可以与被乘以变桨距运动的升高到3次幂的负载成比例。叶片变桨距轴承可以是更大的风力涡轮机的设计中的限制因素。

已经应用若干方法来减小在变桨距轴承的滚道或槽道中的接触压力：常规地，能够减小在涡轮机上的加载。这可以通过有时被称为“调峰（peak shaving）”的方法来完成。调峰可以是被引入到控制器行为中以致叶片更早地变桨距到风中的变化，以此方式减小了整个转子上的加载。该方法的缺点在于，其也可以影响功率性能并且因此减小能量产出。

减小轴承负载的另一方法可以是增加轴承的大小。增加轴承的直径可以减小材料中的局部诱导应力。不过，一旦已经设计了毂部和叶片，则该解决方案可以不是很实用的。更大的变桨距轴承也可以是更昂贵的，从而增加所产生的能量的成本。

被常规地使用的另外的方法可以包括：例如部分变桨距，其中，变桨距系统沿着叶片向外运动同时在内部保持固定的变桨距区段；或者循环变桨距，这减小了极端负载，但增加了变桨距活动。这可以是复杂的相互作用。同样在更外部，轴承将需要为更小的并且具有更低的疲劳极限。

文献US 2011/0305568 A1公开了一种风力涡轮机控制系统，其适合于最小化变桨距致动器的致动，其中，当在转子速度和参考转子速度之间的差对于风力涡轮机部件的负载不重要时，全负载控制中的误差增益调度（error gain schedule）被用于减少变桨距致动。误差增益调度的使用可以减小变桨距致动器的磨损，并且可以改善结构振动的减小，因为当速度误差为低时焦点从跟踪转子速度参考移开。

然而，已经观察到，常规方法和布置并非在所有情况中且在所有环境下均能够在不负面地影响其它部件或者不负面地影响风力涡轮机性能的同时可靠地且有效地减小变桨距轴承负载或者变桨距轴承损坏。

因此，需要一种用于调整转子叶片的桨距角的方法和布置，其中，变桨距轴承上的负载被减小，同时不负面地影响其它部件或者不负面地影响风力涡轮机的性能。

发明内容

可以通过根据本发明的用于调整被连接到风力涡轮机的转子的转子叶片的桨距角的方法、用于利用该方法调整被连接到风力涡轮机的转子的转子叶片的桨距角的布置、风力涡轮机来满足该需要。通过优选实施方案描述了本发明的有利的实施例。

根据本发明的实施例，提供了一种用于调整被连接到风力涡轮机的转子的转子叶片的桨距角的方法，该方法包括：使得转子叶片朝向目标叶片桨距角变桨距，变桨距（的特别是手段或方式或特性或速度）依赖于变桨距轴承上的（例如测量或模拟或估计或理论计算的）负载，特别地依赖于转子的方位角位置。

根据本发明的实施例，提供了用于调整被连接到风力涡轮机的转子的转子叶片的桨距角的方法（或布置），该方法包括：使得转子叶片朝向目标叶片桨距角变桨距，变桨距（的特别是方法或方式或特性或速度）依赖于转子的方位角位置。由此可以不必确定在轴承上的负载。

变桨距轴承上的负载可以随着转子的方位角位置而变化或者与其相互关联。变桨距轴承上的负载还可以随着转子的方位角位置之外的因素（如转子叶片的运动方向、外部条件等）而变化或与其相互关联。这些附加输入源可以包括但不限于风速测量、塔架应变和扭转、功率测量、变桨距致动器应变、叶片振动、尖端偏转传感器、激光雷达（“激光照射的探测和测距（ranging）”）测量、剪切测量或者能够与变桨距轴承负载相互关联的任何其它测量。

所述方法可以通过风力涡轮机的控制器和/或变桨距调整系统来执行。针对被连接到转子的多个转子叶片中的每一个，所述方法可以被独立地且单独地应用。因此，不同的转子叶片可以彼此独立地且特别地以不同方式变桨距。由此，所有转子叶片的目标桨距角可以是同样的，但是不同转子叶片朝向目标桨距角变桨距的方式或手段可以是不同的。转子叶片是否变桨距或（以什么变桨距速度）如何变桨距的方式可以依赖于转子的方位角位置，因此也依赖于相应转子叶片的方位角位置或转子叶片的取向。

对于多个转子叶片中的每一个，转子的方位角位置可以例如相对于相应转子叶片的竖直位置而限定，在该竖直位置中转子叶片的顶部向上指向。依赖于转子的方位角位置，可以启用、禁用变桨距或以可以针对不同方位角位置而变化的特定变桨距旋转速度来执行变桨距。特别地，当转子叶片被取向在经受相对高的负载的方位角范围中时，可以禁用在该区域中的变桨距或者可以相对于其它方位角位置减小变桨距速度。另外的因素可以控制如何执行变桨距的方式。例如，环境因素（诸如风速、风湍流和/或在转子叶片上和/或在变桨距轴承上的实际测量的或估计的负载）可以被考虑以影响执行变桨距的方式。

目标叶片桨距角可以是对于转子的实际旋转速度最佳且对于当前风速和风向最佳的叶片桨距角，以便从风提取最大电能。在转子叶片的完整回转期间，转子叶片变桨距的方式可以依赖于方位角位置。变桨距轴承损坏可以被计算或估计为例如变桨距行程和被升高到给定幂指数的轴承力矩之间的乘积。特别地，当轴承力矩相对高时，变桨距行程可以被减小，以便减小变桨距轴承损坏。可以例如通过在轴承力矩相对较高或特别地高于阈值的范围中禁用转子叶片变桨距或通过减小该区域中的变桨距旋转速度来减小变桨距行程。

特别地，使得转子叶片变桨距可以被执行成使得变桨距轴承损坏对于转子叶片的整个回转基本上是相等的。其它方案是可能的。由此，变桨距轴承损坏可以被有效地减小，同时确保高的风力涡轮机性能且不损坏风力涡轮机的其它部件。

根据本发明的实施例，转子叶片的变桨距包括：在转子的方位角位置的一范围（特别地转子叶片变桨距轴承上的负载高于阈值的范围）中禁用使得转子叶片变桨距；在转子的方位角位置的另一范围（特别地转子叶片变桨距轴承上的负载处于或低于阈值的范围）中启用使得转子叶片变桨距。

当在方位角位置的一范围中禁用变桨距时，变桨距行程在该区域中是零，由此变桨距轴承损坏在该范围中也可以非常低或者甚至为零。当在负载相对低且特别地低于阈值的方位角位置的另一范围中启用使得转子叶片变桨距时，能够确保变桨距轴承损坏处于可接受范围中。可以特别地在方位角位置的以下范围中禁用使得转子叶片变桨距，即转子叶片向上指向（或者执行下摆（downswing））或者转子叶片处于距下摆的方向上的30°和50°之间的取向偏离+/-60°或+/-40°之间的范围中。其它的范围是可能的。在该范围中，转子叶片的弯矩或者轴承弯矩可以被预期为最大的，因为在该范围中，转子叶片被布置在最高海拔处，在那里最大风速被预期且和/或在那里最高的重力或杠杆臂作用在叶片和/或变桨距轴承上。

对变桨距轴承的最大损坏可以发生在下摆时。这时重力、转矩力和推力可以导致对轴承上的最薄弱点的最大损坏。在平均剪切处，其可以是大约80°至100°方位角。变桨距可以被限制成在经过下摆至竖直位置之前执行。

根据本发明的实施例，使得转子叶片变桨距包括：以依赖于转子的方位角位置的变桨距旋转速度来使得转子叶片变桨距，其中，特别地，变桨距旋转速度被调整成对于转子叶片的纵向轴线被竖直取向同时转子叶片的尖端正向上指向的方位角位置比对于其它方位角位置更低。

变桨距旋转速度可以是转子叶片绕其纵向轴线旋转的旋转速度。当变桨距旋转速度为低时，变桨距行程（在特定时间间隔内）为低，当变桨距旋转速度为高时，变桨距行程（在特定时间间隔内）为高。因此，例如通过在方位角位置的特定范围中减小变桨距旋转速度，导致减小在该区域中的变桨距行程。特别地，与在其它方位角位置中或在另一方位角范围中相比，变桨距旋转速度在转子叶片处于距下摆的方向上的30°和50°之间的取向偏离+/-60°或+/-40°之间的方位角范围中较低。特别地，根据特定实施例，变桨距旋转速度可以与（测量或估计的）轴承力矩的指数成反比。

根据本发明的实施例，变桨距旋转速度根据预定曲线而依赖于方位角位置且/或变桨距旋转速度与变桨距轴承或者转子叶片上的负载成反比。

可以通过执行例如模拟或计算来建立预定曲线以便在转子叶片的整个回转中保持变桨距轴承损坏或变桨距轴承负载低于阈值。预定曲线可以不同于常数。预定曲线可以包括彼此不同的至少一个最小值和至少一个最大值。

在特定范围中禁用变桨距、在方位角位置的另一范围中启用变桨距以及以依赖于转子上的方位角位置的变桨距旋转速度使得转子叶片变桨距可以被组合。

根据本发明的实施例，对于目标桨距角在朝向和远离失速的方向上从初始桨距角调整到目标桨距角的情况，变桨距旋转速度是不同的。模拟或物理建模可以启用以限定当初始桨距角在朝向或远离失速的方向上调整时旋转速度是更高还是更低。限定变桨距旋转速度可以依赖于其它因素，诸如风速、风湍流、转子的旋转速度等。

根据本发明的实施例，使得转子叶片变桨距包括依赖于测量的叶片根部力矩和/或变桨距轴承负载或预期的变桨距轴承损坏指示量来使得转子叶片变桨距。

变桨距轴承负载可以由风力涡轮机的操作参数或环境（诸如风速、转子叶片的几何形状和材料和/或实际桨距角等）来估计，或者可以使用一个或更多个传感器（诸如应变传感器）来测量。测量的叶片根部力矩和/或变桨距轴承负载可能还会依赖于转子的方位角位置。由此，可以实现轴承负载的有效减小。

根据本发明的实施例，使得转子叶片变桨距包括：还依赖于随时间累积的变桨距轴承负载来使得转子叶片变桨距。当随时间累积的变桨距轴承负载相对低时，变桨距轴承可以经受和承受相对高的未来的负载。当随时间累积的变桨距轴承负载相对高时，可以通过例如禁用在特定方位角位置范围中变桨距或者至少减小在该范围或这些范围中的变桨距旋转速度来减小未来的轴承负载。

根据本发明的实施例，在转子叶片的尖端向上指向的同时，以相对于转子叶片的竖直取向的纵向轴线的度数限定方位角位置，其中，变桨距旋转速度具有在80°和350°之间，特别地在110°和330°之间的方位角位置范围中的第一平均值，其中，变桨距旋转速度具有在300°和140°之间，特别地在330°和110°之间的方位角位置范围中的第二平均值，其中，第一平均值在第二平均值的两倍和100倍之间。在0°和90°之间不可以执行变桨距。

对于被连接到转子的多个转子叶片中的每一个转子叶片，方位角位置可以被单独地限定。设定变桨距旋转速度所根据的曲线关于0°处或180°处的位置可以是对称或者不对称的。可以执行模拟和物理建模或排除数据（excremental data）以限定曲线，该曲线依赖于转子叶片的方位角位置而限定变桨距旋转速度，诸如例如在转子叶片的整个回转中达到轴承负载的期望路线（course）。

根据本发明的实施例，如果变桨距轴承负载指示量指示变桨距轴承的负载平均地或当竖直取向时超过阈值，则变桨距旋转速度依赖于方位角位置。如果证明变桨距轴承负载即使在转子叶片竖直取向并向上指向时仍相对低，诸如低于阈值，则可以不必禁用使得转子叶片变桨距或者可以不必减小在特定方位角位置范围中的变桨距旋转速度。由此，转子叶片可以朝向目标叶片桨距角被更快地变桨距。

根据本发明的实施例，由风力涡轮机的至少一个操作参数或环境估计和/或测量和/或计算变桨距轴承负载指示量。可以例如由风速、转子叶片几何形状和材料、实际叶片桨距角和/或变桨距轴承的特性（诸如几何形状、材料、设计等）估计或计算变桨距轴承负载。由此，转子叶片的变桨距也可以直接依赖于（如估计或计算或测量的）变桨距轴承负载而执行。

变桨距旋转速度可以依赖于每一个叶片的变桨距轴承的平均负载，其中，特别地，桨距变化的速率是每一个叶片的轴承负载相比于所有叶片上的平均轴承负载的函数。例如可以基于下述方程式(1)至(4)确定分别为叶片A、B和C的变桨距轴承负载的M_{PitBearFluctA}、M_{PitBearFluctB}、M_{PitBearFluctC}（变桨距依赖于其执行），其中，M_PitBearMean是所有叶片上的平均负载。

因此叶片的单独的变桨距轴承负载（如在本发明的实施例中所使用的）可以被计算为平均变桨距轴承负载和单独的叶片的测量或估计的变桨距轴承负载M_PitBearA、M_PitBearB、M_PitBearC之间的差。

根据本发明的实施例，如果：变桨距轴承的负载水平超过阈值，且/或风湍流水平大于阈值，且/或传动系旋转速度距参考值的偏差超过阈值且/或风速大于阈值，则变桨距旋转速度依赖于变桨距轴承上的负载和/或方位角位置。

在这些情况中或在这些条件下，变桨距轴承负载可以处于在一个或更多个方位角范围中高于阈值的风险。在这些方位角范围中，变桨距旋转速度可以然后被减小以满足一个标准，使得变桨距轴承损坏或变桨距轴承负载低于阈值。

使得转子叶片变桨距可以包括使得转子叶片绕转子叶片的纵向轴线旋转。

根据本发明的实施例，提供了一种用于调整两者均被连接到风力涡轮机的转子的第一转子叶片和第二转子叶片的桨距角的方法，该方法包括：以不同于使得第二转子叶片朝向目标叶片桨距角变桨距的方式，使得第一转子叶片朝向目标叶片桨距角变桨距。

根据如上文所描述的用于调整转子叶片的桨距角的方法的实施例中的一个，使得第一转子叶片和第二转子叶片中的每一个变桨距可以彼此独立地执行。

应该理解的是，单独地或以任何组合地公开、描述或提供以用于用于调整转子叶片的桨距角的方法的特征也可以单独地或以任何组合地应用于用于调整两者均被连接到风力涡轮机的转子的第一转子叶片和第二转子叶片的桨距角的方法，并且也可以应用于根据本发明实施例的用于调整被连接到风力涡轮机的转子的转子叶片的桨距角的布置，并且反之亦可。

根据本发明的实施例，提供了一种用于调整被连接到风力涡轮机的转子的转子叶片的桨距角的布置，该布置包括：变桨距系统，其适于使得转子叶片朝向目标叶片桨距角变桨距，变桨距的方式依赖于转子的方位角位置。

变桨距系统可以包括被启用以使得转子叶片绕其纵向轴线旋转的致动器。变桨距系统可以接收（目标桨距角和）转子的方位角位置或者被连接到转子的转子叶片的方位角位置，并且可以依赖于转子的方位角位置或者转子叶片的方位角位置或者转子叶片的取向使得转子叶片朝向目标桨距角变桨距。

另外，提供了风力涡轮机，其包括转子、被连接到转子的至少一个转子叶片和根据如上文所描述的实施例的用于调整转子叶片的桨距角的布置。

必须注意到，已经参考不同主题描述了本发明的实施例。特别地，已经参考方法类型实施方案描述了一些实施例，而已经参考设备类型实施方案描述了其它实施例。然而，本领域的技术人员将从上文和以下描述了解到，除非另有告知，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合，涉及不同主题的特征之间的任何组合，特别是方法类型实施方案的特征和设备类型实施方案的特征之间的任何组合也被认为是与本文档一起所公开。

本发明的上文限定的方面和另外的方面将从待在下文中描述的实施例的示例变得明显，并且参考实施例的示例而被解释。将参考实施例的示例在下文中更详细地描述本发明，不过本发明不限于这些示例。

附图说明

现在参考附图描述本发明的实施例。本发明不限于所图示或所描述的实施例。

图1示意性图示了根据本发明的实施例的风力涡轮机；

图2图示了示出若干转子叶片所经历的风速的图表；

图3图示了依赖于方位角的叶片根部弯矩的图表；

图4图示了依赖于方位角和弯矩的变桨距轴承累积损坏的绘图；

图5图示了示出依赖于转子方位角位置的高负载处的累积损坏的图表；

图6图示了依赖于方位角位置的变桨距速度缩放比例因子的示例；

图7图示了示出针对不同风湍流的依赖于弯矩的累积变桨距损坏的图表；以及

图8图示了依赖于时间的轴承力矩和桨距位置的图表。

具体实施方式

附图中的图示是示意性形式的。

在图1中图示的风力涡轮机1包括转子3，多个转子叶片5被连接在该转子3处。转子3驱动发电机14，一旦转子3旋转，则该发电机14产生电功率（例如3相功率），该功率可以被供应到（可选的）AC-DC转换器，从那里供应到（可选的）DC链路，并且从那里供应到（可选的）DC-AC转换器，该DC-AC转换器将能量流转换成固定频率功率流，该固定频率功率流被供应到变压器13，该变压器13将功率流变换成更高的电压并且该变压器13被连接到公共联接点15，另外的风力涡轮机被连接到该公共联接点15。公共联接点可选地经由风电场变压器17连接到公用电网19。

风力涡轮机1还包括根据本发明的实施例的用于调整转子叶片5的桨距角α的布置21。布置21包括变桨距系统，其适于依赖于转子3的方位角位置β使得转子叶片朝向目标叶片桨距角变桨距。其中，关于绕转子旋转轴线4的旋转（如由箭头6所指示）限定转子3的方位角位置β。因此，变桨距系统21使得转子叶片变桨距，即使得转子叶片5沿着变桨距方向绕其纵向轴线8旋转，如由箭头10所指示，该变桨距依赖于转子3绕轴线4的旋转的取向或方位角位置β。

发明人注意到，变桨距活动和非常高的弯曲负载的组合可以导致变桨距轴承损坏并且特别地可以导致所谓的低周疲劳。本发明的实施例减小在变桨距轴承12上的负载，该变桨距轴承12旋转地支撑转子叶片5，从而使得转子叶片5能够围绕转子叶片5的纵向轴线8变桨距。本发明的实施例利用了如下事实，即变桨距轴承12的损坏并非沿着方位角（即沿着转子3的一个回转）均匀地累积，而是当叶片5向上指向和/或在叶片处于下摆的方位角位置的范围中时累积更多损坏。转子叶片5具有根部16，转子叶片5在该根部16处被连接或安装在转子3处，特别地被安装在转子3的毂部处。轴承可以定位成靠近根部14。

对于该观察，一个简单的解释是叶片负载的分布为方位角的函数。通常，在转子的顶部中的风速被预期且实际上高于在下部部分中的风速。图2图示了风速测量的示例，其中，轴线23表示水平位置并且轴线25表示竖直位置，同时测量的风速被绘制为热图。示出了三个转子叶片5a、5b、5c，它们处于不同取向并且其中它们中的两个（5a、5c）比第三转子叶片5b经历更高的风速且因此更高的负载。热图示出了风速朝向顶部更高的趋势。这转而导致如在接下来的图3中所示的在叶片-毂部界面处的更高的加载，在图3中横坐标27指示方位角（即限定转子3的方位角位置的沿着箭头6的角度β）并且其中，纵坐标29表示叶片根部弯矩。叶片根部弯矩的曲线31指示当方位角在0°（或360°）左右时加载是最高的，该角对应于叶片向上指向的位置。

当结合涵盖从切入到切出的风速的整个操作范围、考虑到不同的加载水平并计算累积损坏时，获得如图4中所图示的表面图。其中，轴线33表示弯矩，轴线35表示方位角位置，并且竖直轴线37表示变桨距轴承累积损坏。表面图39示出了分布到弯矩格子（bin）和方位角格子中的损坏。损坏以持续负载的形式累积，其中损坏仅在变桨距系统激活时才发生。

如果沿着图4的表面在高加载水平处进行切割，则获得如图5中所示的累积损坏分布，其中横坐标41指示转子方位角位置，同时纵坐标43指示高加载处的累积损坏。图示了高加载处的累积损坏的曲线45示出了，大部分损坏累积于叶片位于旋转平面的上部部分（竖直高）之间并持续直到经过下摆时。示出了从0°到130°的损坏最多。

根据本发明的一个实施例，通过减小在叶片处于转子平面的上部区段中时的变桨距活动来减小累积变桨距损坏。减少变桨距活动可以以多种方式执行，如下文所解释的。

在本发明的一个实施例中，每一个叶片的变桨距速度根据与图6中所示的函数类似的规定函数根据方位角位置被独立缩放，其中横坐标41指示方位角位置，同时纵坐标44指示变桨距速度乘法因子（multiplicative factor），即缩放比例因子（scaling factor），变桨距旋转速度根据该因子进行调节。示出变桨距速度乘法因子的规定函数47的形式可以针对朝向和远离失速的变桨距运动是不同的，因此当叶片的上边缘远离塔架转动时，以致叶片处于风中或者以致转子叶片的上边缘面向风。

根据另一实施例，变桨距轴承上的负载可以由方便的信号估计或者通过位于叶片5的根部14（见图1）处的传感器测量，该传感器诸如是应变仪传感器或者光纤传感器。传感器也可以被安装在叶片的外部区段处。当加载的水平超过给定阈值时，则可以开始缩放变桨距速度。因此，变桨距速度的限定可以依赖于实际弯矩或者轴承负载而根据图6中所图示的曲线47。

图7图示了依赖于横坐标30上指示的弯矩的分别在风湍流强度0.08、0.1、0.12下的累积变桨距损坏的曲线32、34、36，同时纵坐标28指示累积变桨距损坏。如能够从图7中的曲线32、34、36观察到的，累积变桨距损坏随着风湍流强度的增加而增加。本发明的实施例有助于减小变桨距轴承损坏。

在本发明的又一实施例中，迎面而来的湍流的时间和/或空间分布的特性可以使用方便的信号来估计，并且变桨距速度可以被相应地调节（即在高湍流强度水平处的转子的上部部分中的变桨距致动比在低水平处少，在轴向风速更低或最低的转子的任何区域中变桨距致动更多或变桨距速度更高）。

在本发明的又一实施例中，变桨距速度缩放比例因子可以响应于源自传动系旋转速度和参考值之间的差的信号进行调整，以致在传动系速度距参考速度偏差很大的情况中，所有叶片桨距与方位角无关。

在本发明的又一实施例中，可以响应于风力涡轮机上游的风速测量或估计、一组风速测量或风切变测量或估计来调整变桨距速度缩放比例因子。

不同实施例的不同特征可以与下文描述的本发明的又一些实施例的特征相结合。

变桨距速度可以依赖于转子或转子叶片的方位角位置，并且可以潜在地也依赖于风的湍流强度水平。

根据本发明的实施例，利用如下事实，即变桨距轴承的损坏并不是在所有方位角处（即沿着转子的一个旋转）均匀地累积。

本发明的实施例也提出了使得不同叶片彼此独立地变桨距以减小变桨距轴承损坏。当特定叶片与其它叶片（例如两个叶片）相比处于明显更大负载下时，被更高加载的叶片可以不变桨距。因为叶片上的负载是大体上绕方位角循环的，所以这通常意味着叶片在每次旋转或回转的大约33%（或每次回转的约1至2秒）期间可以不变桨距。一旦负载更低，则不变桨距（其桨距角已经被保持以减小变桨距轴承负载）叶片的叶片桨距角然后可以赶上其它叶片。

本发明的实施例可以被实施为用于减小变桨距轴承负载的控制器。

根据本发明的一个实施例，对于相对于其它叶片被更重地加载的叶片，变桨距速率（即变桨距速度）被减小，如图8所图示。在图8中，图表48和50的横坐标49指示时间，同时纵坐标51指示轴承力矩并且纵坐标53指示桨距位置。在图8的图表48中，曲线52表明第一叶片的轴承力矩，曲线54指示第二叶片的轴承力矩，并且曲线56指示第三叶片的轴承力矩。如能够观察到的，随着叶片绕转子轴线旋转，轴承力矩随时间变化。因此，轴承力矩依赖于方位角位置。使得处于呈现高轴承力矩的方位角位置的那些转子叶片变桨距的变桨距速率或变桨距速度相对于经受更低轴承力矩（即处于其它方位角位置）的转子叶片可以被减小。

根据本发明的另一实施例，叶片的单独的变桨距速率或变桨距速度可以被设定成与每一个叶片上的负载成反比，其中，负载例如由如图8的图表48中所图示的测量的轴承力矩得到。

当轴承力矩相对高时，相应转子叶片上的变桨距速率或变桨距速度可以被限制或者可以相对于其它转子叶片被减小。图8的图表50分别图示了依赖于时间的第一、第二和第三转子叶片的桨距位置的曲线58、60、62。由模拟的14和20秒之间的时间间隔最清楚的是，当轴承力矩为高时，该叶片上的变桨距速率被限制。图表50中的线的斜率是变桨距速率。当没有斜率（斜率为零）时，叶片没有在变桨距。当图表48中的加载为高时，叶片没有在变桨距。

根据本发明的又一实施例，变桨距运动可以根据方位角被禁用。例如，在高剪切下的转子叶片在例如向上指向时可以被禁用变桨距。

根据本发明的又一实施例，风感测可以被用于改变根据方位角的变桨距速率或变桨距速度。

此外，根据本发明的又一实施例，变桨距损坏在使用寿命期间被累积并且被使用上述方法中的一种相应地调整。

根据本发明的实施例，风力涡轮机叶片被独立地控制以减小变桨距轴承损坏。本发明的实施例一次以一个叶片为目标，并且可以能够以更少的功率损耗或负载增益来减小变桨距轴承损坏。本发明的实施例的优点在于，轴承损坏能够被显著地降低而不减少能量生产。

本发明的实施例可以利用叶片根部力矩传感器，其可以提供控制信号以使得叶片单独地变桨距以减小变桨距轴承损坏。

本发明的优点可以提供增加的被常规地严重地调峰的来自涡轮机的能量生产，以便减小变桨距轴承损坏。其也可以减小由于变桨距轴承故障导致的保修成本。当应用本发明的实施例时，也可以减小变桨距轴承成本。

应该注意到，术语“包括”不排除其它元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。而且，与不同实施例相关联地描述的元件可以被组合。还应该注意到，权利要求中的附图标记不应该被解释为限制权利要求的范围。

Claims (15)

1.一种用于调整被连接到风力涡轮机（1）的转子（3）的转子叶片（5）的桨距角（α）的方法，所述方法包括：

通过测量、模拟、估计或理论计算来确定变桨距轴承上的负载，

以依赖于所述变桨距轴承上的所述负载的变桨距旋转速度（47）使得所述转子叶片（5）朝向目标叶片桨距角变桨距，

其中，所述变桨距旋转速度（47）被调整成在方位角位置的一范围中比对于其它方位角位置更低，由于空气动力学且由于重力导致的所述变桨距轴承上的所述负载在所述范围中更大，

其中，使得所述转子叶片变桨距包括：

在所述转子（3）的方位角位置（β、41）的转子叶片变桨距轴承（12）上的负载或所述转子叶片（5）的弯矩（51）高于阈值的范围中减小所述转子叶片（5）的所述变桨距旋转速度；

在所述转子（3）的方位角位置的所述转子叶片变桨距轴承（12）上的所述负载或所述转子叶片（5）的弯矩（51）处于或低于所述阈值的另一范围中增加所述转子叶片（5）的所述变桨距旋转速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述转子叶片的所述变桨距包括：

以进一步依赖于所述转子（3）的所述方位角位置（β、41）的所述变桨距旋转速度（47）使得所述转子叶片（5）变桨距。

3.根据权利要求2所述的方法，

其中，所述变桨距旋转速度根据预定曲线（47）而依赖于所述方位角位置，且/或

其中，所述变桨距轴承上的所述负载越大，所述变桨距旋转速度越小。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述变桨距旋转速度（47）

当所述目标叶片桨距角在朝向失速的方向上从初始桨距角调整到所述目标叶片桨距角时具有第一值，

当所述目标叶片桨距角在远离失速的方向上从所述初始桨距角调整到所述目标叶片桨距角时具有第二值，

其中，所述第一值不同于所述第二值。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述转子叶片的所述变桨距包括：

依赖于测量的叶片根部力矩和/或变桨距轴承负载指示量使得所述转子叶片变桨距。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，使得所述转子叶片变桨距包括：

还依赖于随时间累积的变桨距轴承负载（37、43）使得所述转子叶片变桨距。

7.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，在所述转子叶片（5）的尖端（14）向上指向的同时，所述方位角位置（β、41）以相对于所述转子叶片（5）的竖直取向的纵向轴线（8）的度数限定，

其中，所述变桨距旋转速度（47）具有在110° 和350°之间的方位角位置范围中的第一平均值，

其中，所述变桨距旋转速度（47）具有在350° 和110°之间方位角位置范围中的第二平均值，

其中，所述第一平均值在所述第二平均值的两倍和100倍之间。

8.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，如果所述变桨距轴承负载指示量指示所述变桨距轴承的所述负载超过阈值，则所述变桨距旋转速度（47）依赖于所述方位角位置（β、41），

其中，由所述风力涡轮机（1）的至少一个操作参数或环境估计和/或测量和/或计算所述变桨距轴承负载指示量。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，与对于所述转子叶片执行上摆的方位角位置相比，所述变桨距旋转速度对于所述转子叶片执行下摆的方位角位置更低。

10.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，如果发生如下情况，则变桨距旋转速度依赖于所述变桨距轴承上的所述负载：

所述变桨距轴承（12）的所述负载水平超过阈值，且/或

风湍流水平大于阈值，且/或

传动系旋转速度距参考值的偏差超过阈值，且/或

风速大于阈值。

11.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述变桨距旋转速度依赖于每一个叶片的变桨距轴承的平均负载，

其中，桨距变化的速率是每一个叶片的轴承负载相比于所有叶片上的平均轴承负载的函数；并且/或者

其中，所述变桨距旋转速度依赖于所述转子叶片上和/或所述变桨距轴承上的扭转应变。

12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一平均值在130° 和330°之间的方位角位置范围中。

13.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第二平均值在10° 和90°之间的方位角位置范围中。

14.一种用于利用根据权利要求1至13中的任一项所述的方法调整被连接到风力涡轮机的转子的转子叶片的桨距角的布置，所述布置包括：

变桨距系统（21），所述变桨距系统（21）适于以依赖于变桨距轴承上的负载的变桨距旋转速度（47）使得所述转子叶片（5）朝向目标叶片桨距角变桨距，

其中，所述变桨距旋转速度（47）被调整成在方位角位置的一范围中比对于其它方位角位置更低，由于空气动力学且由于重力导致的所述变桨距轴承上的所述负载在所述范围中更大。

15.一种风力涡轮机（1），包括:

转子（3）；

被连接到所述转子（3）的至少一个转子叶片（5）；以及

根据权利要求14所述的布置（21）。

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