ES2956369T3 - Turbina eólica y método asociado - Google Patents

Turbina eólica y método asociado Download PDF

Info

Publication number
ES2956369T3
ES2956369T3 ES20200725T ES20200725T ES2956369T3 ES 2956369 T3 ES2956369 T3 ES 2956369T3 ES 20200725 T ES20200725 T ES 20200725T ES 20200725 T ES20200725 T ES 20200725T ES 2956369 T3 ES2956369 T3 ES 2956369T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
steering wheel
blade
control
rigid body
respect
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES20200725T
Other languages
English (en)
Inventor
Philippe Couturier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Original Assignee
Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Gamesa Renewable Energy AS filed Critical Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Application granted granted Critical
Publication of ES2956369T3 publication Critical patent/ES2956369T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0296—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor to prevent, counteract or reduce noise emissions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0675—Rotors characterised by their construction elements of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/30—Flywheels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • F05B2260/964—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise by damping means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)

Abstract

La invención se refiere a un sistema y método de supresión de vibraciones para una turbina eólica que comprende una pluralidad de palas. El sistema comprende, para cada pala, un sistema de estabilización que comprende un giroscopio con un eje de control que se extiende en una primera dirección, un primer eje de control de cuerpo rígido que se extiende en una segunda dirección diferente de la primera dirección, un segundo eje de control de cuerpo rígido que se extiende en una una tercera dirección diferente de las direcciones primera y segunda y un volante giratorio con respecto al eje de control y libre para moverse con respecto a al menos uno de los ejes de control del cuerpo rígido. El sistema de estabilización comprende un actuador para aplicar un par sobre el giroscopio y un sensor respectivo para detectar los movimientos de cada pala. El sistema de supresión comprende un dispositivo de control para controlar el accionamiento de los actuadores según dichas detecciones, con el fin de suprimir movimientos no deseados de las palas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Turbina eólica y método asociado
Campo técnico
La presente invención se refiere a sistemas de supresión de vibraciones de las palas para turbinas eólicas y a métodos asociados, que se utilizan para suprimir, al menos parcialmente, movimientos de las palas de las turbinas eólicas.
Técnica anterior
Una turbina eólica comprende un buje, un carenado que define un espacio de protección interior en donde el buje está dispuesto de manera protegida, una pluralidad de palas unidas al buje (normalmente, tres homogéneamente dispuestas con respecto a un eje central), una góndola orientada hacia el carenado, un generador dispuesto en la góndola, un árbol generador que conecta el generador al buje, y una torre (mástil) que soporta los otros elementos y se fija al suelo o a una plataforma, por ejemplo. Cuando las palas y el buje giran con respecto al eje central debido a la acción del viento, este giro se transmite al generador a través del árbol generador, y el generador transforma este giro (energía mecánica) en energía eléctrica.
Se sabe que las palas de las turbinas eólicas sufren vibraciones (movimientos no deseados) debido a diferentes circunstancias, tales como cargas externas (viento y gravedad, por ejemplo), especialmente cuando se excitan cerca de su resonancia, y dichas vibraciones pueden causar una reducción de la vida útil o un daño de las palas. Por lo tanto, es deseable eliminar o compensar dichas vibraciones, al menos parcialmente, para aumentar la vida útil de las palas.
Se conocen diferentes métodos para resolver este inconveniente, concretamente métodos activos y métodos pasivos. Los métodos pasivos se basan en la adaptación estructural, que no requiere una entrada de energía externa o un controlador activo, como el que se describe en el documento EP2808541A2. Por el contrario, los métodos activos, como el descrito en el documento US-2010014971A, requieren energía externa y/o un controlador activo. El método descrito en este último documento comprende un control de paso de la turbina eólica, y modifica el control de paso para resolver los inconvenientes mencionados anteriormente. Sin embargo, esta modificación podría causar una reducción en la eficacia de la producción de energía.
El documento US-4.025.230A describe un sistema de control que incluye un mecanismo de detección por el cual una señal pura verdadera de la actividad de flexión de la aleta resultante de una fuerza de carga externa en una pala de rotor en un sistema de rotor, se genera y retroalimenta a un giroscopio que luego realiza una precesión para devolver un movimiento de corrección de orientación a la pala de rotor a través de una placa cíclica.
El documento EP 2527651 A2 describe una turbina que tiene una unidad de medición microinercial (MIMU, por sus siglas en inglés) montada en palas, y señales de parámetros de detección de las palas. Una unidad de procesamiento de parámetros recibe las señales de parámetros de la MIMU, y determina los parámetros de las palas según las señales de parámetros recibidas. La MIMU se monta en un punto de raíz y un punto de punta de cada pala. La MIMU se monta en una torre y detecta las señales de parámetros de la torre, donde la unidad de procesamiento de parámetros recibe señales de parámetros detectadas de la MIMU montada en la torre.
El documento US-2019/226457 A1 describe un método que implica fijar el indicador a la pala de rotor, que define una dirección del indicador de dirección de cuerda, indicativa de una dirección de una cuerda de la pala de rotor. La unidad de detección del ángulo de torsión se proporciona para detectar un ángulo de torsión de la pala de rotor. La parte de pala de rotor de la pala de rotor está conectada de forma fija al indicador de dirección de cuerda. Se define la posición del indicador de dirección de la cuerda con respecto al molde de fabricación de una herramienta. La herramienta está alineada con respecto al molde de fabricación.
El documento US-9.896.959 B2 describe un sistema que tiene un primer y segundo sensores de velocidad angular para medir la primera velocidad angular y la segunda velocidad angular alrededor del primer y segundo ejes de sensor, y unirse fijamente a una pala con una primera y segunda orientaciones predeterminadas seleccionadas para producir una primera y segunda proyecciones de un eje de rotación principal sobre el primer y segundo ejes de sensor, donde el primer y segundo ejes de sensor son linealmente independientes. Una unidad de cálculo calcula un ángulo de paso calculado, indicativo de un ángulo de paso de pala (theta1) de la primera y segunda velocidades angulares.
Descripción de la invención
El objeto de la invención es proporcionar una turbina eólica que comprenda una pluralidad de palas, y un sistema de supresión de vibraciones de pala según la reivindicación 1, y un método para suprimir, al menos parcialmente, la vibración de las palas de una turbina eólica según la reivindicación 8.
Una turbina eólica comprende una pluralidad de palas. El viento y/o la gravedad (y/u otro factor externo) que actúan sobre una pala de la turbina eólica pueden dar como resultado movimientos o pares no deseados de las palas, que podrían dañar dichas palas y podrían causar una reducción de la vida útil de dichas palas, como se ha descrito anteriormente.
El sistema de supresión de vibraciones de las palas está adaptado para turbinas eólicas. La turbina eólica comprende una pluralidad de palas, preferiblemente tres, y el sistema de supresión de vibraciones de las palas comprende al menos un sistema de estabilización giroscópico controlado activamente para cada pala.
Cada sistema de estabilización giroscópico comprende:
- un giroscopio con un eje de control de rotación, que se extiende en una primera dirección, un primer eje rígido de control de cuerpo, que se extiende en una segunda dirección diferente de la primera dirección, un segundo eje rígido de control de cuerpo, que se extiende en una tercera dirección diferente de la primera y segunda direcciones, y un volante giratorio con respecto al eje de control de rotación, y libre para moverse con respecto a al menos uno de los ejes rígidos de control de cuerpo,
- al menos un actuador de accionamiento del volante, configurado para aplicar un par controlado sobre el giroscopio, y
- al menos un sensor dispuesto en la pala correspondiente, y configurado para detectar los movimientos (vibraciones) de dicha pala.
Preferiblemente, la segunda dirección es perpendicular a la primera dirección, y la tercera dirección es perpendicular a la primera dirección y a la segunda dirección.
El sistema de supresión de vibraciones de las palas comprende, además, al menos un dispositivo de control comunicado con los sensores y con los actuadores de accionamiento del volante de los sistemas de estabilización giroscópicos. El dispositivo de control está configurado para recibir señales representativas de los movimientos de las palas de los respectivos sensores, y para controlar el accionamiento de los actuadores de accionamiento del volante según dichas respectivas señales recibidas para actuar sobre los giroscopios respectivos, y generar pares de reacción en dichos giroscopios (y luego en las palas correspondientes), que se oponen o contrarrestan los movimientos detectados de las palas (suprimiendo entonces, al menos parcialmente, dichos movimientos). Por lo tanto, los movimientos de cada pala pueden compensarse o suprimirse, al menos parcialmente, con la actuación adecuada sobre el sistema de estabilización giroscópico correspondiente, y los efectos negativos causados por dichos movimientos pueden eliminarse fácilmente o, al menos, reducirse en gran medida, incluso sin afectar a la efectividad de la producción de energía.
Además, las ventajas descritas pueden obtenerse sin tener que rediseñar la turbina eólica y/o las palas de la turbina eólica, para soportar el sistema propuesto de supresión de vibraciones de las palas, ya que los elementos de dicho sistema de supresión de vibraciones de las palas pueden aplicarse, y operar, en cualquier turbina eólica existente y/o diseño de pala.
Otro aspecto de la invención se refiere a un método según la reivindicación 8, para suprimir vibraciones de las palas de una turbina eólica que comprende una pluralidad de palas. El método se implementa por medio de un sistema de supresión de vibraciones de las palas, que comprende al menos un sistema de estabilización giroscópico controlado activamente para cada pala, en donde cada sistema de estabilización giroscópico comprende un giroscopio con un eje de control de rotación, que se extiende en una primera dirección, un primer eje rígido de control de cuerpo, que se extiende en una segunda dirección diferente de la primera dirección, un segundo eje rígido de control de cuerpo, que se extiende en una tercera dirección diferente de la primera y segunda direcciones, y un volante giratorio con respecto al eje de control de rotación, y libre para moverse con respecto a al menos uno de los ejes de control de cuerpo rígido; y al menos un actuador de accionamiento de volante, configurado para aplicar un par de torsión sobre el giroscopio. Preferiblemente, la segunda dirección es perpendicular a la primera dirección, y la tercera dirección es perpendicular a la primera dirección y a la segunda dirección.
En el método, para cada pala, se miden o detectan los movimientos de la pala correspondiente y, según dichas mediciones, se aplica un par controlado sobre el giroscopio correspondiente por medio del actuador de accionamiento del volante correspondiente, para generar pares de reacción en dicho giroscopio (y luego en la pala correspondiente), que se oponen o contrarrestan los movimientos detectados de la pala correspondiente (suprimiendo, al menos parcialmente, dichos movimientos). Las ventajas descritas para los otros aspectos de la invención también se obtienen con el método.
Estas y otras ventajas y características de la invención, serán evidentes a la vista de las figuras y de la descripción detallada de la invención. El alcance de la protección se define por las reivindicaciones adjuntas.
Descripción de los dibujos
La Figura 1 es una representación esquemática de una turbina eólica que comprende una realización de un sistema de supresión de vibraciones de las palas.
La Figura 2 es una representación esquemática de un giroscopio de un sistema de estabilización giroscópico controlado activamente.
La Figura 3 es una representación esquemática de las comunicaciones del dispositivo de control según la realización preferida del sistema de supresión de vibraciones de las palas.
Descripción detallada de la invención
Como se muestra en la Figura 1, una turbina eólica 1 comprende una pluralidad de palas 1.0, normalmente tres palas 1.0, dispuestas homogéneamente con respecto a un eje central 1.9 de la turbina eólica 1, comprendiendo cada pala 1.0 un eje longitudinal 1.0L. Las palas 1.0 están soportadas en un mástil 1.8.
El viento y/o la gravedad (y/u otro factor externo) que actúen sobre una pala 1.0 de la turbina eólica 1 pueden dar como resultado movimientos o pares no deseados (vibraciones) de las palas 1.0, que podrían dañar dichas palas 1.0, como se ha descrito anteriormente.
Un aspecto de la invención se refiere a un sistema de supresión de vibraciones de las palas, para una turbina eólica 1, que se usa para evitar, o para reducir, el riesgo de que las palas 1.0 de la turbina eólica 1 se dañen o se reduzca su vida útil. Otro aspecto de la invención se refiere a la turbina eólica 1 que comprende dicho sistema de supresión de vibraciones de las palas.
El sistema de supresión de vibraciones de las palas comprende al menos un sistema de estabilización giroscópico controlado activamente asociado a cada pala 1.0, para generar pares de torsión sobre la pala 1.0 opuestos a los pares no deseados (movimientos, vibraciones) que podrían dañar la pala 1.0, y al menos un dispositivo 200 de control, comunicado con todos los sistemas de estabilización giroscópicos controlados activamente, para controlar activamente dichos pares generados por el sistema de estabilización giroscópico. Por lo tanto, se proporciona un accionamiento controlado sobre las palas 1.0, a través del sistema de estabilización giroscópico correspondiente, para suprimir, al menos parcialmente, los movimientos no deseados de dichas palas 1.0. Preferiblemente, el sistema de supresión de vibraciones de las palas comprende solo un sistema de estabilización giroscópico controlado activamente asociado a cada pala 1.0, pero también podría comprender una pluralidad de sistemas de estabilización giroscópicos controlados activamente asociados a cada pala 1.0. Alternativamente, también podría proporcionar un número diferente de sistemas de estabilización giroscópicos controlados activamente para las diferentes palas 1.0.
Cada sistema de estabilización giroscópico comprende un giroscopio 109, que es un dispositivo para medir o mantener la orientación, en base a los principios de conservación del momento angular. El giroscopio 109 es básicamente un volante 106 que gira alrededor de un eje 101 de control de rotación, que se extiende en una primera dirección, que preferiblemente (pero no se limita a) coincide con el eje longitudinal 1.0L de la pala 1.0 correspondiente, y comprende, además, un primer eje 102 rígido de control de cuerpo, que se extiende en una segunda dirección diferente de la primera dirección, y un segundo eje 103 rígido de control de cuerpo, que se extiende en una tercera dirección diferente de la primera y segunda direcciones, como se muestra en la Figura 2. Preferiblemente, la segunda dirección es perpendicular a la primera dirección, y la tercera dirección es perpendicular a la primera dirección y a la segunda dirección (como se muestra en la Figura 2).
Un giroscopio 109 está dispuesto en la pala 1.0 correspondiente (preferiblemente unida) en cualquier posición longitudinal de dicha pala 1.0, ya que la naturaleza de los movimientos que se compensarán, se compensa igualmente con el giroscopio 109, en cualquier posición longitudinal de la pala 1.0. A medida que el giroscopio 109 se coloca en la pala 1.0, también presenta los efectos del factor externo provocando los movimientos no deseados sobre la pala 1.0. De la misma manera, los pares externos aplicados al giroscopio 109 también se reflejan en el cuerpo al que están unidos (la pala 1.0, en este caso). Por lo tanto, actuar sobre el giroscopio 109 para generar pares de reacción en dicho giroscopio 109, da como resultado pares de reacción en la pala 1.0, y controlar dicha actuación daría como resultado la generación de pares de reacción requeridos en la pala 1.0 para suprimir, al menos parcialmente, los movimientos no deseados de dicha pala 1.0.
La aplicación de pares controlados alrededor de un eje del giroscopio 109, puede producir pares de reacción alrededor de otro eje del giroscopio 109, debido a la naturaleza de un giroscopio 109 (un efecto conocido), y dichos pares de reacción están provocados también en la pala correspondiente 1.0, como ya se ha explicado. Por lo tanto, actuando sobre dicho giroscopio 109, mediante la aplicación de un par controlado como se describe, la pala 1.0 correspondiente para moverse convenientemente (el par de reacción) puede ser forzada, y dichos pares pueden aplicarse de tal manera que generen pares de reacción que se opongan o contrarresten, al menos parcialmente, los movimientos no deseados de la pala 1.0.
Cada sistema de estabilización giroscópico comprende, además, al menos un sensor respectivo 1.S1, 1.S2 y 1.S3 para detectar los movimientos de cada pala 1.0, y al menos un actuador de accionamiento del volante respectivo, configurado para aplicar un par al giroscopio 109 correspondiente, con el fin de provocar pares opuestos (pares de reacción) en la pala 1.0. Un actuador de accionamiento del volante puede comprender un motor u otro dispositivo conocido capaz de aplicar un par de torsión sobre el giroscopio 109.
Cada sensor 1.S1, 1.S2 y 1.S3 se une preferiblemente a la pala 1.0 correspondiente, y puede ser de cualquier tipo capaz de detectar movimientos rotativos, tales como el sensor de posición de acimut, extensómetros, acelerómetros o codificadores rotatorios, por ejemplo. Gracias a los sensores 1.S1, 1.S2 y 1.S3, se pueden conocer los movimientos (amplitud y dirección) de cada pala 1.0, y también se conocen los pares de reacción que se van a generar.
El dispositivo 200 de control se comunica independientemente con los sensores 1.S1, 1.S2 y 1.S3 y con los actuadores de accionamiento del volante de los sistemas de estabilización giroscópicos de la turbina eólica 1, y está configurado para recibir señales desde todos los sensores 1.S1, 1.S2 y 1.S3. Cada señal es representativa de los movimientos de la pala 1.0 correspondiente, de modo que el dispositivo 200 de control puede conocer las propiedades de movimiento de cada pala 1.0, y los pares de reacción que deben generarse en la pala 1.0 para suprimir los movimientos no deseados. Por lo tanto, el dispositivo 200 de control también está configurado para controlar el accionamiento de los actuadores de accionamiento del volante según dichas señales recibidas, controlar selectivamente el accionamiento de cada actuador de accionamiento del volante según las señales del sensor 1.S1, 1.S2 y 1.S3 asociado a la pala 1.0 correspondiente, para aplicar los pares controlados requeridos sobre el giroscopio 109 correspondiente para generar los pares de reacción requeridos. El(los) actuador(es) puede(n) ser neumático(s), hidráulico(s) o eléctrico(s), con las propiedades técnicas necesarias para generar los pares de torsión regulados requeridos del volante 106, alrededor de los ejes 102 y 103 correspondientes.
Por lo tanto, gracias a los sensores 1.S1, 1.S2 y 1.S3 y al dispositivo 200 de control, los pares controlados, y en las direcciones deseadas, pueden aplicarse a los giroscopios 109 para hacer que los pares de reacción requeridos en las palas 1.0 supriman los movimientos no deseados de las palas 1.0. El dispositivo 200 de control puede comprender una unidad de control que reciba todas las señales de los sensores 1.S1, 1.S2 y 1.S3, y llevar a cabo todos los accionamientos sobre todos los actuadores de accionamiento del volante, o, alternativamente, el dispositivo 200 de control puede comprender una unidad de control por pala 1.0, por ejemplo. Una unidad de control puede ser un microprocesador, un procesador, una FPGA, un controlador u otro tipo de dispositivo capaz de llevar a cabo las funciones descritas.
Los giroscopios 109 se seleccionan de tal manera que se conozcan sus reacciones. Por lo tanto, también se conocen los pares de torsión que se aplicarán sobre ellos para generar los pares de reacción requeridos. Esta información puede precargarse en una memoria (no mostrada en las figuras) que puede integrarse, o no, en el dispositivo de control.
En una realización preferida, el volante 106 de al menos un sistema de estabilización giroscópico, es libre para moverse con respecto a los ejes 102 y 103 rígidos de control de cuerpo, para suprimir fácilmente los movimientos no deseados. En dicha realización, el sistema de estabilización giroscópico comprende un primer actuador 2.1 de accionamiento del volante, para provocar un par del volante 106 alrededor del primer eje 102 rígido de control del cuerpo, y un segundo actuador 2.2 de accionamiento del volante, para provocar un par del volante 106 alrededor del segundo eje 102 rígido de control de cuerpo, de modo que todos los posibles movimientos no deseados de la pala 1.0 correspondiente se puedan compensar. Alternativamente, si es necesario, el volante 106 de un sistema de estabilización giroscópico es libre de moverse solo en uno de los ejes 102 y 103 rígidos de control de cuerpo, siendo el volante 106 fijo con respecto al otro eje 102 o 103 rígido de control de cuerpo. En este último caso, el sistema de estabilización giroscópico podría comprender solo un actuador de accionamiento del volante.
En la realización preferida, como se muestra en la Figura 3, los volantes 106 de todo el sistema de estabilización giroscópico son libres de moverse con respecto a ambos ejes 102 y 103 rígidos de control de cuerpo, y el sistema de estabilización giroscópico comprende un primer actuador 2.1 de accionamiento del volante, para provocar un par del volante 106 alrededor del primer eje 102 rígido de control de cuerpo, y un segundo actuador 2.2 de accionamiento del volante, para provocar un par del volante 106 alrededor del segundo eje 102 rígido de control de cuerpo. Alternativamente, también pueden ser posibles otras configuraciones, tal como tener todos los volantes 106 fijados con respecto al primer eje 102 rígido de control de cuerpo, o todos los volantes 106 fijos con respecto al segundo eje 103 rígido de control de cuerpo, o una combinación de las diferentes configuraciones posibles mencionadas.
Cada sistema de estabilización giroscópico también puede comprender, en algunas configuraciones, un actuador de accionamiento de volante adicional, no mostrado en las figuras, configurado para controlar activamente la velocidad de rotación del volante 106 correspondiente con respecto al eje 101 de control de rotación. El volante 106 comprende un árbol 106.1, que se extiende longitudinalmente en la dirección del eje 101 de control de rotación, y dicho actuador de accionamiento de volante adicional puede ser un motor cuyo rotor esté unido a dicho árbol 106.1, por ejemplo. En una configuración, dicho actuador puede comprender un motor síncrono para controlar la velocidad de rotación (para mantenerla constante, por ejemplo, si es necesario). Gracias a dicho control de rotación, se pueden generar pares de torsión más precisos de los volantes 106, siendo compensado con mayor precisión el movimiento no deseado de las palas 1.0. El actuador puede ser neumático, hidráulico o eléctrico, con las propiedades técnicas necesarias para generar los pares de torsión regulados requeridos del volante 106, alrededor del eje 101 de control de rotación.
En algunas configuraciones, el sistema de estabilización giroscópico también puede comprender un sensor adicional para detectar la velocidad de rotación del volante 106 correspondiente, con respecto al eje 101 de control de rotación. En estas configuraciones, el dispositivo 200 de control también se comunica con el sensor o sensores adicionales y, por lo tanto, provoca el accionamiento del actuador de accionamiento de volante adicional según las señales recibidas desde dicho sensor o sensores, para controlar la velocidad de rotación según sea necesario. El sensor o sensores adicionales se pueden unir al árbol 106.1 del volante 106, por ejemplo, aunque también se pueden usar otras alternativas para detectar la velocidad de rotación.
Otro aspecto de la invención se refiere a un método para suprimir la vibración de las palas de una turbina eólica 1 que comprende una pluralidad de palas 1.0. El método se implementa por medio de un sistema de supresión de vibraciones de las palas, que comprende al menos un sistema de estabilización giroscópico controlado activamente para cada pala.
Cada sistema de estabilización giroscópico comprende un giroscopio 109 con un eje 101 de control de rotación, que se extiende en una primera dirección, un primer eje 102 rígido de control de cuerpo, que se extiende en una segunda dirección diferente de la primera dirección, un segundo eje 103 rígido de control de cuerpo, que se extiende en una tercera dirección diferente de la primera y segunda direcciones, y un volante 106 que puede girar con respecto al eje 101 de control de rotación, y es libre para moverse con respecto a al menos uno de los ejes 102 y 103 rígidos de control de cuerpo. El sistema de estabilización giroscópico comprende, además, al menos un actuador de accionamiento del volante, configurado para aplicar un par controlado al giroscopio 109. Preferiblemente, la segunda dirección es perpendicular a la primera dirección, y la tercera dirección es perpendicular a la primera dirección y a la segunda dirección.
En cualquier realización o configuración del método, para cada pala 1.0, se miden o detectan movimientos de la pala 1.0 correspondiente y, según dichas mediciones, se aplica un par controlado sobre el giroscopio 109 correspondiente por medio del actuador de accionamiento del volante correspondiente, para generar pares de reacción requeridos en dicho giroscopio 109 y, en consecuencia, en la pala 1.0 correspondiente, para suprimir, al menos parcialmente, dichos movimientos medidos.
El método se implementa por medio de un sistema de supresión de vibraciones de pala como el descrito anteriormente para los otros aspectos de la invención. El método comprende, entonces, diferentes configuraciones o realizaciones, cada una adaptada para cada configuración o realización respectiva de los otros aspectos de la invención.
Por lo tanto, el método está adaptado para aplicar un par de torsión controlado respectivo sobre el giroscopio 109 con respecto a ambos ejes 102 y 103 de cuerpo rígidos, para los sistemas de estabilización giroscópicos donde el volante 106 esté libre para moverse con respecto a ambos ejes 102 y 103 rígidos de control de cuerpo, y donde dicho sistema de estabilización giroscópico comprende un primer actuador 2.1 de accionamiento de volante asociado al primer eje 102 rígido de control de cuerpo, y un segundo actuador 2.2 de accionamiento de volante asociado al segundo eje 103 rígido de control de cuerpo; y el método está adaptado para aplicar un par controlado sobre el volante 106 con respecto a los ejes 102 o 103 de cuerpo rígidos, para los sistemas de estabilización giroscópicos donde el volante 106 esté libre para moverse con respecto a dichos ejes 102 o 103 rígidos de control de cuerpo, pero no con respecto al otro eje 102 o 103 de cuerpo rígido.

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    i . Una turbina eólica (1) que comprende una pluralidad de palas (1.0) y un sistema de supresión de vibraciones de las palas,
    en donde cada sistema de supresión de vibraciones de las palas comprende al menos un sistema de estabilización giroscópico controlado activamente, y al menos un dispositivo (200) de control comunicado con todos los sistemas de estabilización giroscópicos controlados activamente del sistema de supresión de vibraciones de las palas,
    en donde cada sistema de estabilización giroscópico comprende
    un giroscopio (109) con un eje (101) de control de rotación, que se extiende en una primera dirección, un primer eje (102) rígido de control de cuerpo, que se extiende en una segunda dirección diferente de la primera dirección, un segundo eje (103) rígido de control de cuerpo, que se extiende en una tercera dirección diferente de la primera y segunda direcciones, y un volante (106) giratorio con respecto al eje (101) de control de rotación, y libre para moverse con respecto a al menos uno de los ejes rígidos de control de cuerpo,
    al menos un actuador (2.1, 2.2) de accionamiento de volante, configurado para aplicar un par de torsión sobre el giroscopio (109), y
    al menos un sensor dispuesto en la pala correspondiente, y configurado para detectar los movimientos de dicha pala,
    en donde el sistema de supresión de vibraciones de las palas comprende, además, al menos un dispositivo (200) de control comunicado con los sensores (1.S1, 1.S2 y 1.S3) y con los actuadores (2.1, 2.2) de accionamiento del volante,
    estando configurado el dispositivo (200) de control para recibir señales representativas del movimiento de la pala correspondiente de los sensores (1.S1, 1.S2 y 1.S3), y para controlar el accionamiento de los actuadores (2.1, 2.2) de accionamiento del volante según dichas señales recibidas, para generar un contrapar de torsión sobre el volante (106) correspondiente, para suprimir los movimientos no deseados de la pala (1.0) correspondiente.
  2. 2. La turbina eólica (1) según la reivindicación 1, en donde el volante (106) de al menos un sistema de estabilización giroscópico es libre de moverse con respecto a ambos ejes (102, 103) rígidos de control de cuerpo, comprendiendo dicho sistema de estabilización giroscópico un primer actuador (2.1) de accionamiento de volante asociado al primer eje (102) rígido de control de cuerpo, y un segundo actuador (2.2) de accionamiento de volante asociado al segundo eje (103) rígido de control de cuerpo,
    estando configurado el dispositivo (200) de control para recibir señales representativas del movimiento de la pala (1.0) correspondiente, desde el sensor (1.S1, 1.S2 y 1.S3) de dicho sistema de estabilización giroscópico, y para controlar dicho primer y segundo actuadores (2.1,2.2) de accionamiento de volante, para aplicar un par sobre el volante (106 ) correspondiente según las señales recibidas desde dicho sensor, para suprimir los movimientos no deseados de dicha pala.
  3. 3. La turbina eólica (1) según la reivindicación 2, en donde los volantes (106) de todos los sistemas de estabilización giroscópicos del sistema de supresión de vibraciones de las palas de una turbina eólica, son libres de moverse con respecto a ambos ejes (102, 103) rígidos de control de cuerpo.
  4. 4. La turbina eólica (1) según la reivindicación 3, en donde al menos uno de los sistemas de estabilización giroscópico del sistema de supresión de vibraciones de las palas comprende un actuador de accionamiento de volante adicional, configurado para controlar activamente la velocidad de rotación del volante (106) correspondiente con respecto al eje de control de rotación,
    estando el dispositivo (200) de control comunicado, además, con dicho actuador de accionamiento de volante adicional, y configurado, además, para controlar el accionamiento sobre el actuador (2.1, 2.2) de accionamiento de volante adicional, para controlar dicha velocidad de rotación.
  5. 5. La turbina eólica (1) según la reivindicación 4, en donde el sistema de estabilización giroscópico del sistema de supresión de vibraciones de las palas que comprende un actuador (2.1,2.2) de accionamiento de volante adicional, comprende, además, un sensor adicional para detectar la velocidad de rotación del volante (106) correspondiente con respecto al eje de control de rotación, estando dicho sensor adicional unido preferiblemente a un árbol de dicho volante, extendiéndose dicho árbol en la dirección del eje de control de rotación.
  6. 6. La turbina eólica (1) según la reivindicación 5, en donde todos los sistemas de estabilización giroscópicos del sistema de supresión de vibración de las palas, comprenden un sensor adicional para detectar la velocidad de rotación del volante correspondiente con respecto al eje de control de rotación, y un actuador (2.1,2.2) de accionamiento de volante adicional configurado para controlar activamente dicha velocidad de rotación, estando el dispositivo (200) de control comunicado, además, con todos los sensores adicionales y con todos los actuadores de accionamiento de volante adicionales, y configurado para recibir señales representativas de la velocidad de rotación de los volantes (106) de dichos sensores adicionales, y para controlar el accionamiento de los actuadores de accionamiento de volante adicionales según las señales recibidas desde los sensores correspondientes para controlar la velocidad de rotación correspondiente.
    La turbina eólica según la reivindicación 6, en donde cada sensor adicional está unido a un árbol del volante (106) correspondiente, extendiéndose dicho árbol en la dirección del eje de control de rotación cada uno del volante que comprende un árbol que se extiende en la dirección del eje de control de rotación.
    Un método para suprimir, al menos parcialmente, la vibración de las palas de una turbina eólica,
    en donde el método se implementa por medio de un sistema de supresión de vibraciones de las palas, que comprende al menos un sistema de estabilización giroscópico controlado activamente para cada pala,
    en donde cada sistema de estabilización giroscópico comprende
    un giroscopio (109) con un eje (101) de control de rotación, extendiéndose un primer eje (102) rígido de control de cuerpo, en una dirección diferente de la dirección del eje de rotación, extendiéndose un segundo eje (103) rígido de control de cuerpo, en una dirección diferente de la dirección del eje de rotación y desde la dirección del primer eje rígido de control de cuerpo, y un volante (106) giratorio con respecto al eje (101) de control de rotación, y libre para moverse con respecto a al menos uno de los ejes (102, 103) rígidos de control de cuerpo, y
    al menos un actuador de accionamiento del volante configurado para aplicar un par de torsión sobre el giroscopio (109),
    en donde, para cada pala, los movimientos de la pala correspondiente se miden o detectan y, según dichas mediciones, un contrapar de torsión controlado sobre el giroscopio correspondiente, se aplica por medio del actuador de accionamiento del volante correspondiente, para generar pares de reacción en dicho giroscopio que se oponen o contrarrestan los movimientos detectados de las palas.
    El método según la reivindicación 8, en donde está adaptado para aplicar un par controlado respectivo sobre el volante con respecto a ambos ejes rígidos del cuerpo, para los sistemas de estabilización giroscópicos donde el volante es libre de moverse con respecto a los ejes rígidos de control del cuerpo, y donde dicho sistema de estabilización giroscópico comprende un primer actuador de accionamiento del volante asociado al primer eje rígido de control de cuerpo, y un segundo actuador de accionamiento del volante asociado al segundo eje rígido de control de cuerpo.
    El método según la reivindicación 8, en donde está adaptado para aplicar un par controlado sobre el volante (106) con respecto a uno de los ejes (102, 103) de cuerpo rígidos, para los sistemas de estabilización giroscópicos donde el volante (106) es libre de moverse con respecto a dicho eje rígido de control de cuerpo, pero no con respecto al otro eje de cuerpo rígido.
ES20200725T 2019-10-28 2020-10-08 Turbina eólica y método asociado Active ES2956369T3 (es)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/665,186 US11460002B2 (en) 2019-10-28 2019-10-28 Blade vibration suppression system for a wind turbine and associated method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2956369T3 true ES2956369T3 (es) 2023-12-20

Family

ID=72811654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES20200725T Active ES2956369T3 (es) 2019-10-28 2020-10-08 Turbina eólica y método asociado

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11460002B2 (es)
EP (1) EP3816434B1 (es)
CN (1) CN112727682A (es)
DK (1) DK3816434T3 (es)
ES (1) ES2956369T3 (es)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11572868B1 (en) * 2022-03-03 2023-02-07 General Electric Company System and method for use of a tunable mass damper to reduce vibrations in wind turbine blades in a locked or idling condition of the rotor hub
CN117365874A (zh) * 2022-06-30 2024-01-09 金风科技股份有限公司 陀螺组件、风机叶片、叶轮以及风力发电机组
CN115949554B (zh) * 2022-09-30 2023-09-22 金风科技股份有限公司 风机基础、风力发电机组以及控制方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4025230A (en) 1976-05-13 1977-05-24 Lockheed Aircraft Corporation Advanced control system for a rotor and/or a compound or rotary wing vehicle
US4302152A (en) * 1979-06-25 1981-11-24 Jensen Ronald N Anti-moment gyro for windmill
US4518313A (en) * 1982-02-25 1985-05-21 Jensen Ronald N Wind blade vibration eliminator for helicopters
EP2132437B2 (en) 2007-03-30 2018-10-03 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine with pitch control
DE102009026372A1 (de) * 2009-08-14 2011-02-17 Ssb Wind Systems Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Steuern einer Windkraftanlage
US20120107116A1 (en) * 2010-11-03 2012-05-03 Obrecht John M System and method for damping motion of a wind turbine
CN102797634A (zh) 2011-05-27 2012-11-28 通用电气公司 风力涡轮机及监测风力涡轮机参数的方法
EP2685093B1 (en) * 2012-07-10 2016-06-29 Alstom Wind, S.L.U. Wind turbine stabilization
DK2803853T3 (en) * 2013-05-17 2015-12-14 Siemens Ag Damping oscillations of the wind turbine tower by use of gyroscopic forces
US20140356181A1 (en) 2013-05-30 2014-12-04 Luis A. Mailly Wind turbine blade having a tensile-only stiffener for passive control of flap movement
EP2896827B1 (en) 2014-01-21 2016-10-26 SSB Wind Systems GmbH & Co. KG Pitch angle measuring system for wind turbine
EP3279470B1 (de) 2016-08-06 2021-11-03 Nidec SSB Wind Systems GmbH Verfahren zur pitch-winkelmessung und/oder zum aufbau eines messsystems zur pitch-winkelmessung
CN106762391B (zh) * 2016-12-29 2018-11-02 北京金风科创风电设备有限公司 叶片、风力发电机组及风力发电机组的控制方法
CN117365874A (zh) * 2022-06-30 2024-01-09 金风科技股份有限公司 陀螺组件、风机叶片、叶轮以及风力发电机组

Also Published As

Publication number Publication date
US11460002B2 (en) 2022-10-04
DK3816434T3 (da) 2023-09-04
CN112727682A (zh) 2021-04-30
EP3816434A1 (en) 2021-05-05
US20210123415A1 (en) 2021-04-29
EP3816434B1 (en) 2023-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2956369T3 (es) Turbina eólica y método asociado
ES2375310T3 (es) Controlador para sistema de guiñada para una turbina eólica y método para reducir las cargas que actúan sobre tal sistema de guiñada.
AU2008252208B2 (en) Wind turbine generator and yaw driving method for wind turbine generator
US7160083B2 (en) Method and apparatus for wind turbine rotor load control
ES2473343T3 (es) Procedimiento de control de la velocidad rotacional de un rotor
ES2723877T3 (es) Método y sistema para el funcionamiento de un aerogenerador
ES2923904T3 (es) Método y sistema para determinar la torsión dinámica de una pala de turbina eólica
DK2803853T3 (en) Damping oscillations of the wind turbine tower by use of gyroscopic forces
ES2940285T3 (es) Sistemas y procedimientos para ensamblar un conjunto de pitch para su uso en una turbina eólica
EP2617993B1 (en) Wind turbine generator and operation method for the same
JP4996715B2 (ja) 水平軸風車
US20100119369A1 (en) Control Of Rotor During A Stop Process Of A Wind Turbine
WO2011134473A1 (en) A method and system for detecting angular deflection in a wind turbine blade or component
ES2638469T3 (es) Una turbina eólica y un método para la alimentación de uno o más actuadores hidráulicos de cambio de paso
ES2909661T3 (es) Procedimientos y sistemas para apagar una turbina eólica
ES2705150T3 (es) Banco de pruebas
US9719491B2 (en) Systems for minimizing yaw torque needed to control power output in two-bladed, teetering hinge wind turbines that control power output by yawing
ES2797623T3 (es) Procedimiento de funcionamiento de un aerogenerador, aerogenerador y dispositivo de control para un aerogenerador
EP1947329A1 (en) Wind turbine and method for mitigating the asymmetric loads endured by the rotor or the wind turbine
JP2005264865A (ja) 風車装置
ES2906872T3 (es) Sistema y procedimiento para controlar un ángulo de pitch de una pala de rotor de turbina eólica
ES2809307T3 (es) Sistema y procedimiento para ajustar un momento flector de un eje en un aerogenerador
CN108562285A (zh) 一种由并联式直线型超声电机驱动的控制力矩陀螺
ES2429238A2 (es) Método y dispositivo para la determinación de una desviación de una torre.
WO2018206065A1 (en) Individual pitch control with hub sensor