CN113167232A

CN113167232A - 抑制风力涡轮机中的振动

Info

Publication number: CN113167232A
Application number: CN201980082397.4A
Authority: CN
Inventors: P·埃格达尔; G·赫格
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2021-07-23
Anticipated expiration: 2039-10-31
Also published as: DK3870845T3; US20220025861A1; EP3870845A1; WO2020120017A1; EP3870845B1; ES2953043T3; EP3667064A1; US11454213B2; CN113167232B

Abstract

提出一种用于抑制风力涡轮机（10）中的振动的方法，所述风力涡轮机（10）包括用于影响从所述风力涡轮机（10）的转子叶片（20）的前缘（41）流到所述转子叶片（20）的后缘（31）的空气流（61）的多个空气动力学设备（30），每一空气动力学设备（30）可通过致动器在第一凸出构造与第二缩回构造之间移动。所述方法包括以下步骤：‑测量所述风力涡轮机（10）中的振动，‑如果所测量的振动大于预先限定的频带内的预先限定的阈值，则将所述空气动力学设备（30）的一部分移动到所述第二缩回构造并继续测量所述风力涡轮机（10）中的振动，‑如果所测量的振动仍大于预先限定的频带内的预先限定的阈值，则减小所述转子叶片（20）的俯仰角间隔并继续测量所述风力涡轮机（10）中的振动，‑如果所测量的振动仍大于预先限定的频带内的预先限定的阈值，则将所有空气动力学设备（30）都移动到所述第二缩回构造。

Description

抑制风力涡轮机中的振动

技术领域

本发明涉及一种用于监测和抑制风力涡轮机中的过度振动的方法。

背景技术

风力涡轮机转子叶片在其表面上可能已经安装有流量调节设备，气流从风力涡轮机的转子叶片的前缘流到后缘。此流量调节设备的示例是安装在风力涡轮机转子叶片的吸力侧上的漩涡发生器（VG）。一般来说，流量调节设备可以被视为包括能够例如通过增加转子叶片的边界层的能量水平来增强翼型件区段的升力系数的设备。

其它空气动力学设备可以与所述漩涡发生器共同作用，并且可以根据扰流片的状态影响漩涡发生器的效果。后一空气动力学设备的示例通常是在后缘与漩涡发生器之间安装在叶片的吸力侧上的扰流片。可替代地，扰流片可以单独存在，即，不与漩涡发生器或其它流量调节设备组合。扰流片可以被构造成使得可以例如通过气动或液压或机械致动器调节其形状和/或取向。

所述扰流片可以与所述漩涡发生器共同作用，并且可以根据扰流片的状态（即，扰流片从转子叶片的其它表面部分延伸或相对于转子叶片的其它表面部分倾斜的凸出高度和/或倾斜角）影响漩涡发生器的效果。

EP 1 623 111 B1公开一种风力涡轮机叶片，其包括：可调整的升力调节器件，所述可调整的升力调节器件布置在风力涡轮机叶片的表面上或表面处并且沿叶片的纵向方向延伸；以及激活器件，通过所述激活器件，可以调整所述升力调节器件，并且因此改变叶片的空气动力学性质。所述升力调节器件包括一个或多个柔性翻板。

US 8 851 840 B2公开一种风力涡轮机叶片，其包括叶片主体和用于修改叶片的空气动力学表面或形状的设备，其中气动致动器控制所述设备的位置和/或移动，其中存在定位在所述叶片主体内的压力室。所述压力室可以被加压，从而改变所述设备的状态，从而修改所述叶片的空气动力学表面或形状。

US 5 106 265 A公开一种风力涡轮机翼，其包括可垂直于空气流移动的气动致动的扰流片。

WO 2018/041420公开一种转子叶片，其包括用于影响从转子叶片的前缘区段流到转子叶片的后缘区段的空气流的空气动力学设备，其中所述空气动力学设备安装在转子叶片的表面处，并且包括气动或液压致动器，例如软管或腔体，其体积取决于所述气动或液压致动器内部存在的流体的压力。

当空气动力学设备被完全激活时，叶片失速，并且因此减小叶片的空气动力学阻尼。如果叶片的其它部分也因例如污物而失速，则存在阻尼将太低并且叶片振荡开始的风险，从而导致过大的叶片负载。

期望通过扰流片或其它流量调节空气动力学设备来监测在风力涡轮机的结构上引发的振动并调节此类空气动力学设备以抑制所引发的振动。

发明内容

此需求可以由根据独立权利要求的主题来满足。从属权利要求描述本发明的有利实施例。

根据本发明，提供一种用于抑制风力涡轮机中的振动的方法，所述风力涡轮机包括用于影响从所述风力涡轮机的转子叶片的前缘流到所述转子叶片的后缘的空气流的多个空气动力学设备，每一空气动力学设备可通过致动器在第一凸出构造与第二缩回构造之间移动。所述方法包括以下步骤：

- 测量风力涡轮机中的振动，

- 如果所测量的振动大于预先限定的频带内的预先限定的阈值，则将所述空气动力学设备的一部分移动到所述第二缩回构造并继续测量风力涡轮机中的振动，

- 如果所测量的振动仍大于预先限定的频带内的预先限定的阈值，则减小转子叶片的俯仰角间隔并继续测量风力涡轮机中的振动，

- 如果所测量的振动仍大于预先限定的频带内的预先限定的阈值，则将所有空气动力学设备都移动到所述第二缩回构造。

本发明的方法允许处于第一凸出构造的空气动力学设备的激活并不在叶片中导致不稳定性问题。

根据本发明的实施例，所述空气动力学设备是翻板，即，安装在转子叶片的后缘处的空气动力学设备。

可替代地，所述空气动力学设备是扰流片，即，安装在转子叶片的前缘与后缘之间的中间位置中的空气动力学设备。

根据本发明的实施例，翻板和扰流片一起设置在转子叶片上。

转子叶片的俯仰角间隔在最小俯仰角与最大俯仰角之间延伸。根据本发明的实施例，通过增加转子叶片的最小俯仰角来减小俯仰角间隔。

根据本发明的实施例，本发明的方法围绕第一叶片翻板模式抑制振动。所述第一叶片翻板模式是转子叶片在正交于转子叶片的翼型件区段的翼弦的方向上的第一振荡模式。

根据本发明的实施例，可以借助于以下来测量振动：

- 安装在塔架上或机舱上或转子叶片上的加速度传感器，

- 安装在塔架上或机舱上或转子叶片上的负载传感器。

本发明的上文限定的方面和其它方面根据将在下文中描述的实施例的示例显而易见并参考所述实施例的示例进行解释。在下文中将参考实施例的示例更详细地描述本发明，但是本发明并不限于此。

附图说明

图1示出风力涡轮机；

图2示出带有空气动力学设备的风力涡轮机的转子叶片，其可根据本发明来操作；

图3示出图2的转子叶片的第一径向截面；

图4示出图2的转子叶片的第二径向截面。

具体实施方式

附图呈示意性形式。用相同或不同的附图标记来表示类似或相同的元件。

图1示出用于发电的常规风力涡轮机10。风力涡轮机10包括塔架11，塔架11在一端处安装在地面16上。机舱12安装在塔架11的相对端部处。机舱12通常安装成可相对于塔架11旋转，塔架11被称为包括大致垂直于地面16的偏航轴线。机舱12通常容纳风力涡轮机的发电机和齿轮箱（如果所述风力涡轮机是齿轮式风力涡轮机）。此外，风力涡轮机10包括可围绕转子轴线Y旋转的毂13。在未不同地规定时，下文中的术语轴向、径向和周向是参考转子轴线Y作出的。

毂13通常被描述为风力涡轮机转子的一部分，其中风力涡轮机转子能够围绕转子轴线Y旋转并且将旋转能量传递到发电机（未示出）。

风力涡轮机1进一步包括安装在毂13上的至少一个叶片20（在图1的实施例中，风力转子包括三个叶片20，仅其中的两个叶片20可见）。叶片4基本上相对于旋转轴线Y径向延伸。

每一转子叶片20通常安装成可枢转到毂13，以便围绕相应的俯仰轴线X进行俯仰调整。

这通过修改风撞击转子叶片20的方向的可能性来改善对风力涡轮机、并且特别是对转子叶片的控制。每一转子叶片20在其根部区段21处安装到毂13。根部区段21与转子叶片的尖端区段22相对。

俯仰致动系统（电动或液压）靠近于相应的根部区段21与转子叶片20相关联，以用于调节每一叶片的俯仰角。根据本发明的不同的可能实施例，可以为所有转子叶片20提供单个俯仰致动系统，或者可以提供多个俯仰致动系统，每一个俯仰致动系统用于一个相应的叶片20。

每一转子叶片20的俯仰角在最小俯仰角与最大俯仰角之间延伸。

图2示出转子叶片20，其包括呈致动扰流片形式的空气动力学设备30。在根部区段21与尖端区段22之间，转子叶片20还包括用于产生升力的多个翼型件区段。每一翼型件区段包括吸力侧25和压力侧26。翼型件部分的翼型件形状由示出在图2中并且示出转子叶片在此翼展方向位置处的横截面形状的一个翼型件轮廓表示。而且，应注意，吸力侧25通过连接转子叶片20的前缘41与后缘31的翼弦线27与压力侧26分开或分离。

图2中的空气动力学设备30可借助于连接到气动致动器34的压力管线53移动。根据附图的实施例，气动致动器34被实现为软管。软管34包括弹性外表层，使得其可以在借助于压力管线53操作时可逆地并且在许多循环期间充气和放气。

压力管线53包括在压力供应系统52中，并且由控制单元51控制。压力供应系统52向气动致动器34提供加压空气或其它加压气体。在此上下文中，术语“加压流体”不仅意味着正压而且还意味着负压，其中流体从气动致动器34中吸出（或“抽出”）。实际上，压力管线53可以被实现为并不显著改变其体积的管子或管道。控制单元51负责在压力供应系统52处设置特定压力，这随后导致气动致动器34处的某一预先确定的压力。通过控制加压空气的压力，在充气与放气构造之间操作气动致动器34。

根据本发明的不同实施例，控制单元51和压力供应系统52中的任一者可以位于转子叶片20的根部区段21中或放置在风力涡轮机中的其它位置，诸如例如在风力涡轮机10的毂13中或机舱12中或塔架11中。

转子叶片20另外地包括流量调节单元40，其包括多对漩涡发生器。

流量调节单元40在空气动力学设备30与后缘31之间布置在叶片20的吸力侧25上。

根据本发明的其它实施例（附图中未示出），流量调节单元40在前缘41与空气动力学设备30之间布置在叶片20的吸力侧25上。

根据本发明的其它实施例（附图中未示出），不存在流量调节单元40，并且仅使用空气动力学设备30来调节叶片20的表面上的流量。

根据本发明的其它实施例（附图中未示出），叶片20包括多个空气动力学设备30。

根据本发明的其它实施例（附图中未示出），空气动力学设备30被构造为后缘翻板。

根据本发明的其它实施例（附图中未示出），叶片20可以包括多个空气动力学设备30，其包括翻板和扰流片。

转子叶片20另外地包括用于测量转子叶片20上的振动或负载的一个传感器54。传感器54连接到控制单元51，以用于传输振动或负载信号。

根据本发明的其它实施例（附图中未示出），叶片20可以包括沿着转子叶片20分布的多个振动或负载传感器54。

图3示出处于对应于气动致动器34的充气构造的第一凸出构造的空气动力学设备30。

在所述第一构造中，空气动力学设备30使从转子叶片的前缘41流到后缘31的空气流71偏移。

处于第一凸出构造的空气动力学设备30引发失速。这通过空气动力学设备30下游的相对大的漩涡63可视化。所引发的失速的结果是转子叶片的升力减小，并且因此，转子叶片和风力涡轮机的相关部件的负载减小。

图4示出处于对应于气动致动器34的放气构造的第二缩回构造（即，朝向转子叶片20的表面向下移动）的空气动力学设备30。

在此第二构造中，流过空气动力学设备30的空气流71保持附着到转子叶片20的表面，因此不发生流动分离，即，失速。因此，转子叶片的升力增加。通过漩涡发生器40在边界层中产生再充能的漩涡64，其具有帮助增加升力的效果。因此，可以实现最高升力值。

借助于通过压力管线53操作空气动力学设备30的气动致动器34，空气动力学设备30可以在第一凸出构造与第二缩回构造之间移动，以便在操作风力涡轮机10时视期望和请求来改变叶片的空气动力学性质。

根据本发明的方法，在检测到大于预先限定的频带内的预先限定的阈值的振动时，可以通过单独地操作空气动力学设备30或结合叶片俯仰角操作空气动力学设备30来抑制此振动。

可以通过传感器54或通过其它传感器（附图中未示出）来检测风力涡轮机10的振动。例如，还可以借助于安装在塔架或机舱上的加速度传感器来测量振动。

特别地、但不排他地，本发明准许围绕第一叶片翻板模式抑制振动。

所述方法包括以下步骤：

- 测量风力涡轮机中的振动，

通过增加转子叶片的最小俯仰角来减小转子叶片的俯仰角间隔。

Claims

1.一种用于抑制风力涡轮机（10）中的振动的方法，所述风力涡轮机（10）包括用于影响从所述风力涡轮机（10）的转子叶片（20）的前缘（41）流到转子叶片（20）的后缘（31）的空气流（61）的多个空气动力学设备（30），每一空气动力学设备（30）能够通过致动器在第一凸出构造与第二缩回构造之间移动，所述方法包括以下步骤：

- 测量所述风力涡轮机（10）中的振动，

- 如果所测量的振动大于预先限定的频带内的预先限定的阈值，则将所述空气动力学设备（30）的一部分移动到所述第二缩回构造并继续测量所述风力涡轮机（10）中的振动，

- 如果所测量的振动仍大于预先限定的频带内的预先限定的阈值，则减小所述转子叶片（20）的俯仰角间隔并继续测量所述风力涡轮机（10）中的振动，

- 如果所测量的振动仍大于预先限定的频带内的预先限定的阈值，则将所有空气动力学设备（30）都移动到所述第二缩回构造。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过增加所述转子叶片（20）的最小俯仰角来减小所述转子叶片（20）的俯仰角间隔。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述预先限定的频带包括第一叶片翻板模式。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，借助于安装在塔架（11）上或所述风力涡轮机（10）的机舱（12）上或所述转子叶片（20）上的加速度传感器来测量振动。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，借助于安装在所述塔架（11）上或所述风力涡轮机（10）的所述机舱（12）上或所述转子叶片（20）上的负载传感器来测量振动。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机（10），其中，所述空气动力学设备（30）是翻板。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机（10），其中，所述空气动力学设备（30）是扰流片。