DE212020000565U1 - Device for reducing the fatigue load on the rotor blades of horizontal axis wind turbines - Google Patents

Abstract

A device for reducing the fatigue load of the rotor blades of horizontal axis wind turbines, characterized in that it comprises a blade fatigue load reducing device body (3), the blade fatigue load reducing device body (3) being sandwiched between a blade root flange (2) and a pitch bearing flange (4) is installed,
and wherein the body of the fatigue load reducing device (3) comprises a shell structure and slide restoring force systems, and wherein the slide restoring force systems are provided in plural groups and distributed uniformly along the circumferential direction in the internal cavity of the shell structure;
and wherein the shell structure comprises a first shell structure and a second shell structure, and wherein the second shell structure is placed on top of the first shell structure;
and wherein the slider restoring force system consists of a slider (303) and a component for providing the restoring force (305), and wherein the slider (303) is arranged in a space between the first shell structure and the second shell structure, and wherein the direction of movement of the spool (303) extends along the radial direction of the space; and wherein the slider (303) is connected to the inner sidewall of the shell structure by the component for providing the restoring force (305);
and at the same time the upper and lower surfaces of the slider (303) are in contact with the inner surfaces of the first and second shell structures, respectively.

Description

TECHNICAL AREA

The present invention relates to reducing the blade load of wind turbines, and more particularly to an apparatus for reducing the fatigue load of the rotor blades of horizontal axis wind turbines.

STATE OF THE ART

With the continuous development trend of horizontal axis wind turbines that the single turbine has large capacity and small weight, the design and manufacturing technology of the turbine has made significant progress. The length of the rotor blades is increased, the power of the plant is increased, the weight of the components is reduced, the safety tolerance of key parts is reduced, and the structure also gradually exhibits nonlinear characteristics. As the main load source of the equipment, the rotor blade itself and the reduction of the transmitted load provide more scope for component structure optimization, which has a significant impact on the life evaluation of the equipment after the end of the service life and the performance increase after the technical transformation, and the rotor blade is an important one Aspect for the fine construction of the mechanical system.

The system load is divided into the limit load and the fatigue load. Under normal circumstances, the reduction in ultimate load can be achieved by adjusting the aerodynamic shape and/or structural stiffness of the blade and the control strategy of the turbine, and the reduction in ultimate load should be iteratively completed in the design phase of the entire machine and blade. Given the maturity of the existing design optimization technology, the effect that can be achieved by applying the method to modify the molded products is very limited. In addition to using the above fatigue load reduction methods, this can also be achieved by adding structural damping and dynamic vibration dampening, etc., which can be modified after the design is complete.

• 1) Reduzieren der Last durch eine Anpassung der Steuerstrategie der Anlage Anbringen der Lastsensoren an wichtigen Teilen der Anlage, um die Last der Anlage zu überwachen. Definieren der Grenzlast, des Sicherheitsfaktors und des Lastauslösekennzeichens. Beim Auslösen der Last erfolgt eine entsprechende Steuerung zur Reduzierung der Grenzlast der Anlage. Bezeichnung der Erfindung: Lastreduzierungs-Steuerverfahren für die Windkraftanlagen basierend auf der Blattwurzellast und der Turmlast (Veröffentlichungsnummer: CN108180111A )
• 2) Reduzieren der Last durch eine Anpassung der Rotorblattdämpfungssteuerung Erfassen des Werts der Rotorblattschwingungsbeschleunigung und Vergleichen dieses mit dem voreingestellten Referenzwert, um die Dämpfung des Steuersystems zur Reduzierung der Rotorblattschwingungen einzustellen und die Rotorblattschwindungen zu reduzieren. Bezeichnung der Erfindung: Steuerverfahren und -system zur Schwingungsdämpfung des Rotorblatts von Windkraftanlagen (Veröffentlichungsnummer: CN104033334A )
• 3) Reduzieren der Last durch die Erhöhung der Dämpfungsdissipation des Rotorblatts Im Inneren des Rotorblatts ist ein vorgespanntes Kabel installiert, das die Rotorblattschwingungen durch den beweglichen Rollensatz verstärkt und den elektrischen Wirbel antreibt, um die Rotation zu dämpfen, wodurch die Energie abgeführt und die Klingenschwingung reduziert wird.

At present, the main structure of the wind turbine blade does not include an independent device that can realize the load reduction function, and there are very few related patent applications. The technical solutions that can be found include the following situations:

• 1) Reducing the load by adapting the plant's control strategy Attaching the load sensors to key parts of the plant to monitor the load on the plant. Define the limit load, the safety factor and the load trip indicator. When the load is triggered, a corresponding control is carried out to reduce the limit load of the system. Title of the invention: Load reduction control method for the wind turbines based on the blade root load and the tower load (publication number: CN108180111A )
• 2) Reducing the load by adjusting the blade damping control Detecting the value of the blade vibration acceleration and comparing it to the preset reference value to adjust the damping of the control system to reduce blade vibration and reduce blade vibration. Title of the invention: Control method and system for anti-vibration of the rotor blade of wind turbines (publication number: CN104033334A )
• 3) Reducing the load by increasing the damping dissipation of the rotor blade A pre-tensioned cable is installed inside the rotor blade, which amplifies the rotor blade vibration through the movable pulley set and drives the electric vortex to dampen the rotation, thereby dissipating the energy and reducing the blade vibration will.

Title of Invention: Multidirectional Vibration Dampening Device for Prestressed Cables of Large Wind Turbine Blades and Connection Method (Publication number: CN109058049B ) Patent 1) and 2) both use the blade load adjustment control system, determining the control strategy has a significant impact on the degree of load reduction. The related R&D process is the heart of the technology and needs to be developed together with the whole machine and blade design, and the cycle is long. Patent 3) represents increasing the structural damping dissipation to reduce the blade load. Engineering changes are required in the manufacturing stage of the blade, and the security of the related connection positions shall be verified separately.

CONTENT OF THE PRESENT INVENTION

The present invention aims to provide a fatigue reducing device load of the rotor blades of horizontal-axis wind turbines in order to solve the shortcomings of the existing means of reducing the load of the plant with a long cycle and low efficiency.

• eine Vorrichtung zur Reduzierung der Ermüdungslast der Rotorblätter von Windkraftanlagen mit horizontaler Achse gemäß der vorliegenden Erfindung, umfassend einen Körper der Vorrichtung zur Reduzierung der Rotorblattermüdungslast, wobei der Körper der Vorrichtung zur Reduzierung der Rotorblattermüdungslast zwischen einem Blattwurzelflansch und einem Pitchlagerflansh installiert ist;
• und wobei der Körper der Vorrichtung zur Reduzierung der Ermüdungslast eine Schalenstruktur und Schieber-Rückstellkraftsysteme umfasst, und wobei die Schieber-Rückstellkraftsysteme in mehreren Gruppen bereitgestellt und entlang der Umfangsrichtung gleichmäßig im inneren Hohlraum der Schalenstruktur verteilt sind;
• und wobei die Schalenstruktur eine erste Schalenstruktur und eine zweite Schalenstruktur umfasst, und wobei die zweite Schalenstruktur an der ersten Schalenstruktur aufgesetzt ist;
• und wobei das Schieber-Rückstellkraftsystem aus einem Schieber und einer Komponente zum Bereitstellen der Rückstellkraft besteht, und wobei der Schieber in einem Raum zwischen der ersten Schalenstruktur und der zweiten Schalenstruktur angeordnet ist, und wobei sich die Bewegungsrichtung des Schiebers entlang der radialen Richtung des Raums verlauft; und wobei der Schieber durch die Komponente zum Bereitstellen der Rückstellkraft an die innere Seitenwand der Schalenstruktur angeschlossen ist;
• und wobei gleichzeitig die obere und untere Oberfläche des Schiebers jeweils in Berührung mit den Innenflächen der ersten und zweiten Schalenstruktur stehen.

To achieve the above objective, the present invention uses the following technical solution:

• a device for reducing the fatigue load of rotor blades of horizontal axis wind turbines according to the present invention, comprising a blade fatigue load reducing device body, wherein the blade fatigue load reducing device body is installed between a blade root flange and a pitch bearing flange;
• and wherein the body of the fatigue load reducing device comprises a shell structure and slide restoring force systems, and wherein the slide restoring force systems are provided in plural groups and distributed uniformly in the inner cavity of the shell structure along the circumferential direction;
• and wherein the shell structure comprises a first shell structure and a second shell structure, and wherein the second shell structure is placed on top of the first shell structure;
• and wherein the slider restoring force system consists of a slider and a component for providing the restoring force, and wherein the slider is arranged in a space between the first shell structure and the second shell structure, and wherein the direction of movement of the slider is along the radial direction of the space ; and wherein the slider is connected to the inner sidewall of the shell structure by the component for providing the restoring force;
• and at the same time the upper and lower surfaces of the slider are in contact with the inner surfaces of the first and second shell structures, respectively.

Preferably, the first shell structure includes an inner cylinder and a top cover, wherein the top cover is a ring structure and is installed at the top of the inner cylinder and formed as the top of the shell structure, and wherein the central axes of the inner cylinder and the top cover are overlapped;
and wherein the second shell structure comprises an outer cylinder and a lower cover, and wherein the lower cover is a ring structure and is installed on the bottom of the outer cylinder and is formed as the bottom of the shell structure, and wherein the central axes of the outer cylinder and the inner cylinder are overlapped with each other;
and wherein the outer cylinder is fitted to the inner cylinder and the central axes of the two are overlapped with each other.

Preferably, the slider is a wedge-shaped structure with the inner surface of the top cover and the inner surface of the bottom cover subtending an equal wedge angle to the slider.

The blade root, the blade root flange, the upper cover, the lower cover, the pitch bearing flange and the pitch bearing are preferably connected to one another by high-strength preload screws.

Preferably, the component for providing the restoring force is a spring arranged along the radial direction of the end surface, and one end of the spring is connected to the side wall of the shell structure and the other end is connected to the slider so that between the shell structure and the slider an elastic interaction force is generated.

Preferably, the component for providing the restoring force is magnetic members installed on the side wall of the shell structure and the slider, respectively, so that a magnetic interaction force is generated between the shell structure and the slider.

Preferably, the component for providing the restoring force comprises a spring and a magnetic element, the spring being arranged along the radial direction of the end surface, and one end of the spring being connected to the side wall of the shell structure and the other end being connected to the slider; and wherein the magnetic members are provided in a number of 2 and installed respectively on the side wall of the shell structure and the slider so that elastic and magnetic interaction forces are generated between the slider and the shell structure.

• wenn ein Teilbereich der Blattwurzel relativ zu dem Pitchlager nach unten gedrückt oder nach oben gezogen wird, wird die Last an die Vorrichtung zur Reduzierung der Ermüdungslast übertragen, wodurch das Spitze der Schalenstruktur dazu angetrieben wird, sich relativ zu dem Boden abwärts oder aufwärts zu bewegen, so dass sich die relative Entfernung zwischen der ersten Schalenstruktur und der zweiten Schalenstruktur verkleinert oder vergrößert;
• unter Wirkung der durch die Komponente zum Bereitstellen der Rückstellkraft erzeugten Rückstellkraft der Schieber eine radiale Verschiebung zu einer Seite mit einem größeren Spalt oder einer Seite mit einem kleineren Spalt erzeugt, wobei der Schieber ganze Zeit an den Innenflächen der ersten Schalenstruktur und der zweiten Schalenstruktur anliegt, um durch den reibungsdämpfenden Effekt eine Dissipation der kinetischen Energie des Systems zu realisieren.

A method for reducing the fatigue load of horizontal-axis wind turbine blades, starting from a device for reducing the fatigue load of horizontal-axis wind turbine blades, comprising the following steps:

• when a portion of the blade root is pushed down or pulled up relative to the pitch bearing, the load is transferred to the fatigue load reduction device, thereby tipping the shell structure is driven to move downwards or upwards relative to the ground such that the relative distance between the first shell structure and the second shell structure decreases or increases;
• under the effect of the restoring force of the slides generated by the component for providing the restoring force, a radial displacement is generated to a side with a larger gap or a side with a smaller gap, the slide being in contact with the inner surfaces of the first shell structure and the second shell structure all the time, to dissipate the kinetic energy of the system through the friction-damping effect.

Preferably, the first-order natural frequency for each slider restoring force system corresponds to the frequency of the fatigue vibration of the rotor blade at which the blade root at the location of the slider restoring force system is significantly deformed.

• die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Reduzierung der Ermüdungslast der Rotorblätter von Windkraftanlagen mit horizontaler Achse zur Verfügung, dabei wird mittels der Eigenschaften der Ermüdungsschwingung des Rotorblatts von Windkraftanlagen mit horizontaler Achse das Schieber-Rückstellkraftsystem verwendet, um die kinetische Energie der Eigenfrequenzschwingungen des Rotorblattes niedriger Ordnung dynamisch zu absorbieren, dadurch wird eine Dissipation für die kinetische Energie des Systems wirksam gebildet, auf die Weise wird die Blattermüdungslast reduziert;
• die Forschung und Entwicklung der Vorrichtung müssen nicht in die Konstruktion der gesamten Maschine und des Rotorblattes eingreifen und können unabhängig realisiert werden; die Installation der Vorrichtung muss nicht in die Herstellung des Rotorblatts eingreifen und beeinträchtigt nicht die Sicherheit des Rotorblatts selbst.

Compared to the prior art, the present invention has the following advantageous effects:

• The present invention provides an apparatus for reducing the fatigue load of the rotor blades of horizontal-axis wind turbines, using the properties of the fatigue vibration of the rotor blade of horizontal-axis wind turbines using the slider restoring force system to reduce the kinetic energy of the low-order natural frequency vibrations of the rotor blade to absorb dynamically, thereby efficiently dissipating the kinetic energy of the system, thus reducing the blade fatigue load;
• the research and development of the device does not have to interfere with the design of the whole machine and the rotor blade, and can be realized independently; the installation of the device does not have to interfere with the manufacture of the blade and does not compromise the safety of the blade itself.

character list

• 1 Fig. 12 is a schematic diagram of the arrangement of the fatigue load reducing device concerned in the present invention.
• 2 Fig. 12 is a schematic diagram of the structure of the fatigue load reducing device to which the present invention pertains.

DETAILED DESCRIPTION

The present invention is explained in more detail below in connection with figures.

As in 1 1, a device for reducing the fatigue load of rotor blades of horizontal axis wind turbines according to the present invention comprising a blade fatigue load reducing device body 3, wherein the blade fatigue load reducing device body 3 is installed between a blade root flange 2 and a pitch bearing flange 4 is.

As in 2 shown, the body of the blade fatigue load reduction device 3 comprises an inner cylinder 301, an upper cover 302, a slider 303, a lower cover 304, a component for providing the restoring force 305 and an outer cylinder 306, wherein the inner cylinder 301 and the outer cylinder 306 are nested within each other and arranged coaxially.

A gap is provided between the inner cylinder 301 and the outer cylinder 306 .

At the top of the inner cylinder 301 is arranged a top cover 302 which is a ring structure; wherein the top cover 302 is installed at the top of the inner cylinder 301 and formed as the top of the shell structure, and the central axes of the inner cylinder and the top cover are overlapped with each other.

At the bottom of the outer cylinder 306 is arranged a lower cover 304 which is a ring structure; wherein the lower cover 304 is installed on the bottom of the outer cylinder 306 and formed as the bottom of the shell structure, and the central axes of the outer cylinder and the inner cylinder are overlapped with each other.

The second shell structure is stacked on the first shell structure to form an integrated shell structure.

The outer cylinder 306 is fitted to the inner cylinder 301 .

The shell structure is arranged between the blade root flange 2 and the pitch bearing flange 4 .

The slider restoring force systems are provided in a plurality of groups and are evenly distributed along the circumferential direction in an internal cavity formed between the first shell structure and the first shell structure.

The spool restoring force system is formed by a spool 303 and a restoring force providing component 305 , the spool 303 being connected to the inner side wall of the outer cylinder 306 by the restoring force providing component 305 .

Slider 303 is a wedge-shaped structure, with the inner surface of top cover 302 and the inner surface of bottom cover 304 forming an equal wedge angle with slider 303 . The upper surface of the slider 303 mates with the inner surface of the top cover 302, while the lower surface of the slider 303 mates with the inner surface of the bottom cover 304.

The blade root 1, the blade root flange 2, the upper cover 302, the lower cover 304, the pitch bearing flange 4 and the pitch bearing 5 are connected to each other by high-strength preload screws.

A set of slider restoring force systems is located between two adjacent connecting bolts.

The component for providing the restoring force 305 is a spring and/or a magnetic element; the spring is arranged along the radial direction of the end face, and one end of the spring is connected to the side wall of the shell structure and the other end is connected to the slider 303 so that an elastic interaction force is generated between the two; and the magnetic members are respectively installed on the side wall of the shell structure and the slider 303 so that a magnetic interaction force is generated between the two.

• die von der Blattwurzelverbindung übertragene Last ist hauptsächlich das radiale Biegemoment und die Spannweitenaxialkraft, und die Lastverteilung von Abwärtsdruck oder Aufwärtszug und die Verformung relativ zum Pitchlager werden im Teilbereich der Endfläche der Blattwurzel gebildet;
• wenn der Teilbereich der Blattwurzel relativ zu dem Pitchlager nach unten gedrückt/nach oben gezogen wird, wird die Last an die Vorrichtung zur Reduzierung der Ermüdungslast übertragen, wodurch das Oberteil der Schalenstruktur dazu angetrieben wird, sich relativ zu dem Boden abwärts/aufwärts zu bewegen, so dass sich die relative Entfernung zwischen der oberen Abdeckung und der unteren Abdeckung der Schalenstruktur verkleinert/vergrößert, so dass unter Wirkung der durch die Komponente zum Bereitstellen der Rückstellkraft erzeugten Rückstellkraft der Schieber eine radiale Verschiebung zu einer Seite mit einem größeren Spalt oder einer Seite mit einem kleineren Spalt erzeugt, wobei der Schieber ganze Zeit an den Innenflächen der oberen Abdeckung und der unteren Abdeckung anliegt;
• die Ermüdungslast (radiales Biegemoment und Spannweitenaxialkraft) an der Blattwurzelposition oszilliert mit der Zeit positiv und negativ, und die Verformung der Verbindungsstruktur treibt den Schieber in der Vorrichtung zur Reduzierung der Blattermüdungslast dazu, radial in die Nähe seiner Gleichgewichtsposition zu gleiten; der Schieber wird einer Gleitreibungskraft ausgesetzt, um die kinetische Energie des Systems abzuführen, so dass die Dämpfung der Ermüdungsschwingung des Rotorblatts beschleunigt werden kann, um eine Funktion zur Reduzierung der Ermüdungslast des Rotorblatts zu erzielen, diese Funktion kann sowohl die Ermüdungslast der Blattwurzelposition als auch die Ermüdungslast des Rotorblatts selbst reduzieren;
• der Aufbau des Innenzylinders/Außenzylinders ist ein rotationssymmetrischer Aufbau, seine Funktion besteht darin, die Form der Vorrichtung zur Lastreduzierung zu erhalten, Positionierungs- und Kraftangriffpunkte für die Komponente zum Bereitstellen der Rückstellkraft bereitzustellen und einen abgedichteten Schutz für den inneren Mechanismus zu bilden;
• der Aufbau der oberen Abdeckung/unteren Abdeckung ist ein rotationssymmetrischer Aufbau, der mit Blattwurzel-Verbindungsschraubenlöchern versehen ist; die Außenfläche der oberen Abdeckung ist parallel zur Außenfläche der unteren Abdeckung ausgerichtet, und die Innenfläche der oberen Abdeckung und der Innenfläche der unteren Abdeckung schließen einen bestimmten Winkel ein, der dem Grad des Keilwinkels des Schiebers entspricht, dieser Aufbau dient dazu, die Verformung und Last der Seite der Blattwurzel/des Pitchlagers zu übertragen,
• der Aufbau des Schiebers ist ein keilförmiger Aufbau, die Oberseite des Schiebers steht in vollem Kontakt mit der Innenfläche der oberen Abdeckung, und die Unterseite des Schiebers steht in vollem Kontakt mit der Innenfläche der unteren Abdeckung; die Anzahl nach den Konstruktionsanforderungen bestimmt werden, und die Schieber werden gleichmäßig zwischen zwei benachbarten Verbindungsschrauben in der Umfangsrichtung der Endfläche verteilt; der Schieber gleitet in radialer Richtung der Stirnfläche und stört in dem Bewegungsvorgang die Verbindungsschrauben nicht, die Funktion des Schiebers besteht darin, die kinetische Energie des Systems durch die Gleitreibung abzuführen;
• der Aufbau der Komponente zum Bereitstellen der Rückstellkraft besteht darin, Rückstellkraft durch die Feder/Magnetpol-Wechselwirkung bereitzustellen; die Anzahl entspricht den Schiebern, ein Ende/ein Pol ist mit dem/an dem Innenzylinder/Außenzylinder verbunden/befestigt und ein Ende/ein Pol ist mit dem/an dem Schieber verbunden/befestigt, ihre Funktion besteht darin, eine Rückstellkraft für das Gleiten des Schiebers bereitzustellen.

The present invention has the following operation:

• the load transmitted from the blade root joint is mainly the radial bending moment and the spanwise axial force, and the load distribution of downward pressure or upward pull and the deformation relative to the pitch bearing are formed in the portion of the end face of the blade root;
• when the blade root portion is pushed down/up relative to the pitch bearing, the load is transferred to the fatigue load reduction device, thereby driving the top of the shell structure to move down/up relative to the ground, so that the relative distance between the top cover and the bottom cover of the shell structure decreases/increases, so that under the action of the restoring force generated by the component for providing the restoring force, the slider undergoes a radial displacement to a side with a larger gap or a side with creates a smaller gap with the slider abutting the inner surfaces of the top cover and the bottom cover all the time;
• the fatigue load (radial bending moment and spanwise axial force) at the blade root position oscillates positively and negatively with time, and the deformation of the connecting structure drives the slider in the blade fatigue load reduction device to slide radially near its equilibrium position; the slider is subjected to a sliding friction force to dissipate the kinetic energy of the system, so that the damping of the fatigue vibration of the rotor blade can be accelerated to achieve a function of reducing the fatigue load of the rotor blade, this function can reduce both the blade root position fatigue load and the reduce fatigue load of the rotor blade itself;
• the structure of the inner cylinder/outer cylinder is a rotationally symmetrical structure, its function is to maintain the shape of the load reduction device, to provide positioning and force application points for the component for providing the restoring force, and to form a sealed protection for the inner mechanism;
• the top cover/bottom cover structure is a rotationally symmetrical structure provided with blade root connecting screw holes; the outer surface of the upper cover is oriented parallel to the outer surface of the lower cover, and the inner surface of the upper cover and the inner surface of the lower cover enclose a certain angle, which corresponds to the degree of the wedge angle of the slider, this structure serves to reduce the deformation and load to the side of the blade root/pitch bearing,
• the structure of the slider is a wedge-shaped structure, the top of the slider is in full contact with the inner surface of the upper cover, and the bottom of the slider is in full contact with the inner surface of the lower cover; the number is determined according to design requirements, and the sliders are evenly distributed between two adjacent connecting bolts in the circumferential direction of the end face; the slide slides in the radial direction of the end faces che and does not interfere with the connecting screws in the process of movement, the function of the slider is to dissipate the kinetic energy of the system through the sliding friction;
• the structure of the component for providing the restoring force is to provide restoring force by the spring/magnetic pole interaction; the number corresponds to the sliders, one end/pole is connected/attached to the inner cylinder/outer cylinder and one end/pole is connected/attached to the slider, their function is to provide a restoring force for sliding to provide the slider.

• das Rotorblatt ist eine schlanke Balkenstruktur mit variablem Querschnitt und seine Eigenfrequenzschwingung höherer Ordnung entspricht einer höheren strukturellen Dämpfung und einer schnelleren Dissipation der kinetischen Energie des Systems, daher wird die Ermüdungsschwingungsreaktion des Rotorblatts gewöhnlich durch die Überlagerung von Eigenfrequenzschwingungen niedriger Ordnung gebildet; die Vorrichtung zur Reduzierung der Ermüdungslast der Rotorblätter führt die kinetische Energie des Systems, die der Eigenfrequenzschwingung des Rotorblatts niedriger Ordnung entspricht, ab, wodurch die Ermüdungslast des Rotorblatts wirksam reduziert werden kann;
• die Eigenfrequenzschwingung niedriger Ordnung des Rotorblattes umfasst hauptsächlich die Schwingung in fuchtelnder Richtung und die Schwingung in schwenkender Richtung; für die Schwingung in fuchtelnder Richtung/in schwenkender Richtung sind innerhalb eines bestimmten Umfangswinkelbereichs zentriert auf die entsprechende Richtung die Lastverteilung im Blattwurzelbereich und die Verformung relativ zum Pitchlager signifikanter als die in anderen Richtungen, und die radiale Verschiebung des Schiebers im Bereich des Umfangswinkelbereichs ist leichter erregbar;
• die radiale Verschiebung des Schiebers, d.h. die Schwingung des Schieber-Rückstellkraftsystems, wird durch die Schwingung des Rotorblatts angeregt und gebildet, wenn der Eigenfrequenzwert erster Ordnung des Schieber-Rückstellkraftsystems gleich der Schwingungsfrequenz der entsprechenden Anregungsquelle ist, ist der Absorptions- und Dissipationseffekt für die kinetische Energie des entsprechenden Systems am offensichtlichsten; aufgrund dessen kann der Eigenfrequenzwert erster Ordnung des Schieber-Rückstellkraftsystems in der entsprechenden Richtung entsprechend den unterschiedlichen Eigenfrequenzschwingungen niedriger Ordnung des Rotorblatts ausgelegt werden, um gleichzeitig die kinetische Energie des Systems entsprechend der Eigenfrequenzschwingung des Rotorblatts mehrerer Ordnungen abzuführen, wodurch die Ermüdungslast des Rotorblatts wirksam reduziert wird.

The technical requirements of the device for reducing the fatigue load of the rotor blades of wind turbines according to the present invention will affect the effect of reducing the fatigue load of the rotor blade, due to which it should be explained as a part of the present invention as follows:

• the rotor blade is a slender beam structure with variable cross-section, and its higher-order natural frequency vibration corresponds to higher structural damping and faster dissipation of the kinetic energy of the system, therefore the fatigue vibration response of the rotor blade is usually formed by the superposition of low-order natural frequency vibrations; the blade fatigue load reduction device dissipates the system kinetic energy corresponding to the low-order natural frequency vibration of the blade, which can effectively reduce the blade fatigue load;
• the low-order natural frequency vibration of the rotor blade mainly includes the heave-direction vibration and the pitching-direction vibration; for the swinging direction/pivoting direction vibration within a certain circumferential angle range centered on the corresponding direction, the load distribution in the blade root area and the deformation relative to the pitch bearing are more significant than those in other directions, and the radial displacement of the slider in the circumferential angle range area is easier to excite ;
• the radial displacement of the slider, that is, the vibration of the slider restoring force system, is excited and formed by the vibration of the rotor blade, when the first-order natural frequency value of the slider restoring force system is equal to the vibration frequency of the corresponding excitation source, the absorption and dissipation effect is for the kinetic energy of the corresponding system most obvious; due to this, the first-order natural frequency value of the slider restoring force system can be designed in the appropriate direction according to the different low-order natural frequency vibration of the rotor blade, to simultaneously dissipate the kinetic energy of the system corresponding to the natural frequency vibration of the rotor blade of multiple orders, thereby effectively reducing the fatigue load of the rotor blade .

The apparatus and method effectively realize a reduction in fatigue load of the rotor blade of horizontal axis wind turbines.

• die vorliegende Erfindung verwendet mittels der Eigenschaften der Ermüdungsschwingung des Rotorblatts von Windkraftanlagen mit horizontaler Achse das Schieber-Rückstellkraftsystem, um die kinetische Energie der Eigenfrequenzschwingungen des Rotorblatts niedriger Ordnung dynamisch zu absorbieren, dadurch wird eine Dissipation für die kinetische Energie des Systems wirksam gebildet, auf die Weise wird die Blattermüdungslast reduziert, und die vorliegende Erfindung hat die folgenden Eigenschaften:
  1. 1. die Vorrichtung kann die Ermüdungslast des Rotorblatts wirksam reduzieren, bei der Anwendung muss nicht die Steuerstrategie der gesamten Maschine geändert oder das Steuersystem unabhängig entwickelt werden, und die Forschung und Entwicklung müssen nicht in die Konstruktion der gesamten Maschine und des Rotorblattes eingreifen, was Zeit und Kosten spart;
  2. 2. die Installation der Vorrichtung muss nicht in die Herstellung des Rotorblatts eingreifen und beeinträchtigt nicht die Sicherheit des Rotorblatts selbst;
  3. 3. die Vorrichtung kann die Dissipation der kinetischen Energie des Systems realisieren, die der Eigenfrequenzschwingung des Rotorblatts mehrerer Ordnungen entspricht, was einer Erhöhung der Systemstrukturdämpfung in mehreren Dimensionen und einer Verbesserung der Wirkung der Reduzierung der Ermüdungslast des Rotorblatts entspricht;
  4. 4. die Vorrichtung verwendet die Methode der dynamischen Absorption der kinetischen Energie der Schwingungen, was sowohl die Ermüdungslast der Blattwurzelposition als auch die Ermüdungslast des Rotorblatts selbst reduzieren kann, und es ist auch dafür vorteilhaft, die Ermüdungslast anderer wichtiger Teile auf dem Kraftübertragungsweg der Windkraftanlage zu reduzieren;
  5. 5. durch die radiale Gleitbewegung des Schiebers kann die Vorrichtung die relative Verformung zwischen der oberen Abdeckung und der unteren Abdeckung unter Last erhöhen, um sicherzustellen, dass die obere Abdeckung in besserem Kontakt mit der Endfläche der Blattwurzel (Flansch) und die untere Abdeckung in besserem Kontakt mit der Endfläche des Pitchlagers (Flansch) steht, um die Belastung auf die Verbindungsschrauben der Blattwurzel zu reduzieren, die nichtlineare Verformung der Verbindungsschrauben der Blattwurzel zu verringern und die Sicherheit der Verbindungsstruktur zu verbessern.

Benefits:

• The present invention uses the characteristics of fatigue vibration of the rotor blade of horizontal-axis wind turbines, the slider restoring force system to dynamically absorb the kinetic energy of the low-order natural frequency vibrations of the rotor blade, thereby effectively forming a dissipation for the kinetic energy of the system to which Thus, blade fatigue load is reduced, and the present invention has the following characteristics:
  1. 1. The device can effectively reduce the fatigue load of the rotor blade, the application does not need to change the control strategy of the whole machine or independently develop the control system, and the R&D does not have to intervene in the design of the whole machine and the rotor blade, which takes time and saves costs;
  2. 2. the installation of the device does not have to interfere with the manufacture of the blade and does not affect the safety of the blade itself;
  3. 3. The device can realize the dissipation of the system kinetic energy corresponding to the natural frequency vibration of the rotor blade of multiple orders, which corresponds to an increase in the system structure damping in multiple dimensions and an improvement in the effect of reducing the fatigue load of the rotor blade;
  4. 4. The device uses the method of dynamic absorption of the kinetic energy of vibrations, which reduces both the fatigue load of the blade root position and the can reduce fatigue load of the rotor blade itself, and it is also advantageous for reducing the fatigue load of other important parts on the power transmission path of the wind turbine;
  5. 5. Through the radial sliding movement of the slider, the device can increase the relative deformation between the upper cover and the lower cover under load, to ensure that the upper cover in better contact with the end face of the blade root (flange) and the lower cover in better Contact with the end face of the pitch bearing (flange) to reduce the stress on the blade root connecting bolts, reduce the non-linear deformation of the blade root connecting bolts, and improve the security of the connecting structure.

QUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Patent Literature Cited

• CN 108180111A [0004]
• CN 104033334A [0004]
• CN 109058049B [0005]

Claims (7)

A device for reducing the fatigue load of the rotor blades of horizontal axis wind turbines, characterized in that it comprises a blade fatigue load reducing device body (3), the rotor blade fatigue load reducing device body (3) being sandwiched between a blade root flange (2) and a pitch bearing flange (4), and wherein the body of the fatigue load reducing device (3) comprises a shell structure and slider restoring force systems, and wherein the slide restoring force systems are provided in plural groups and evenly distributed along the circumferential direction in the inner cavity of the shell structure are; and wherein the shell structure comprises a first shell structure and a second shell structure, and wherein the second shell structure is placed on top of the first shell structure; and wherein the slider restoring force system consists of a slider (303) and a component for providing the restoring force (305), and wherein the slider (303) is arranged in a space between the first shell structure and the second shell structure, and wherein the direction of movement of the spool (303) extends along the radial direction of the space; and wherein the slider (303) is connected to the inner sidewall of the shell structure by the component for providing the restoring force (305); and at the same time the upper and lower surfaces of the slider (303) are in contact with the inner surfaces of the first and second shell structures, respectively. Device for reducing the fatigue load of the rotor blades of horizontal axis wind turbines claim 1 , characterized in that the first shell structure comprises an inner cylinder (301) and a top cover (302), wherein the top cover (302) is a ring structure and is installed at the top of the inner cylinder (301) and formed as the top of the shell structure , and wherein the central axes of the inner cylinder and the top cover are overlapped with each other; and wherein the second shell structure comprises an outer cylinder (306) and a bottom cover (304), and wherein the bottom cover (304) is a ring structure and is installed on the bottom of the outer cylinder (306) and is formed as a bottom of the shell structure, and wherein the central axes of the outer cylinder and the inner cylinder are overlapped with each other; and wherein the outer cylinder (306) is fitted to the inner cylinder (301) and the central axes of the two are overlapped with each other. Device for reducing the fatigue load of the rotor blades of horizontal axis wind turbines claim 2 , characterized in that the slider (303) is a wedge-shaped structure, wherein the inner surface of the top cover (302) and the inner surface of the bottom cover (304) enclose an equal wedge angle to the slider (303). Device for reducing the fatigue load of the rotor blades of horizontal axis wind turbines claim 2 , characterized in that the blade root (1), the blade root flange (2), the upper cover (302), the lower cover (304), the pitch bearing flange (4) and the pitch bearing (5) are connected to one another by high-strength preload screws. Device for reducing the fatigue load of the rotor blades of horizontal axis wind turbines claim 1 , characterized in that the component for providing the restoring force (305) is a spring, which is arranged along the radial direction of the end face, and wherein one end of the spring connected to the side wall of the shell structure and the other end to the slider (303). is such that an elastic interaction force is generated between the slider (303) and the shell structure. Device for reducing the fatigue load of the rotor blades of horizontal axis wind turbines claim 1 , characterized in that the component for providing the restoring force (305) are magnetic elements provided in a number of 2 and installed respectively on the side wall of the shell structure and on the slider (303) so that between the slider (303 ) and the shell structure a magnetic interaction force is generated. Device for reducing the fatigue load of the rotor blades of horizontal axis wind turbines claim 1 , characterized in that the component for providing the restoring force (305) comprises a spring and magnetic elements, wherein the spring is arranged along the radial direction of the end face, and wherein one end of the spring to the side wall of the shell structure and the other end to the slider (303) is connected; and wherein the magnetic members are provided in a number of 2 and installed respectively on the side wall of the shell structure and the slider (303) so that elastic and magnetic interaction forces are generated between the slider (303) and the shell structure.

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