專(zhuān)利名稱(chēng)：風(fēng)力渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及具有可變槳的葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)，并且涉及用于基于指示風(fēng)力渦輪機(jī)狀態(tài)的信號(hào)構(gòu)造葉片變槳命令、用以減少風(fēng)力渦輪機(jī)部件上的載荷的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
平均風(fēng)速隨著在地面以上的高度而增加已經(jīng)導(dǎo)致使用非常高的塔架，舉例來(lái)說(shuō)，60到120米，用以支撐風(fēng)力渦輪機(jī)的機(jī)艙和轉(zhuǎn)子。為了從風(fēng)提取能量，風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子必須使風(fēng)減速，因此將大的推力載荷放置在塔架上。高的塔架以及由陣風(fēng)和狂風(fēng)中的漩渦引起的大的不穩(wěn)定的載荷能潛在地產(chǎn)生大的塔架頂部運(yùn)動(dòng)和塔架擺動(dòng)。已經(jīng)提出了多種使用轉(zhuǎn)子葉片上的空氣動(dòng)力減弱塔架沿著轉(zhuǎn)子軸線方向擺動(dòng)的
相法US4, 420，692描述了使用指示塔架頂部在轉(zhuǎn)子軸線方向上的加速度的加速計(jì)信號(hào)控制葉片俯仰角并且產(chǎn)生與塔架擺動(dòng)反相的總推力變量的系統(tǒng)。US2008/0206051描述了類(lèi)似的系統(tǒng)。已經(jīng)提出了使用空氣動(dòng)力或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制塔架從一側(cè)到一側(cè)的擺動(dòng)(也就是，垂直于轉(zhuǎn)子軸線)的其它想法。US7, 309，930提出改變機(jī)艙中的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩需求以產(chǎn)生與塔架的側(cè)向運(yùn)動(dòng)反相的力矩，因此形成有效的塔架阻尼。US7, 400, 055提出通過(guò)發(fā)電機(jī)和葉片變槳控制的組合減弱塔架側(cè)向移動(dòng)。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，焦點(diǎn)是通過(guò)在傳動(dòng)系統(tǒng)中產(chǎn)生反相力而減弱塔架擺動(dòng)。根本動(dòng)機(jī)是降低塔架的載荷，允許使用更柔性的和更低廉的塔架。獲得這種益處的代價(jià)是損害疲勞和涉及反相力傳遞的傳動(dòng)系統(tǒng)部件的載荷增加，因此導(dǎo)致增加傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本和操作期間的維護(hù)成本。所有的塔架頂部結(jié)構(gòu)圍繞典型地位于塔架的下部部分中的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)伴隨塔架沿轉(zhuǎn)子軸線方向的運(yùn)動(dòng)。這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)使得回轉(zhuǎn)載荷作用在轉(zhuǎn)子葉片上，其然后傳導(dǎo)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)。在海上裝置中渦輪機(jī)被放置在浮動(dòng)結(jié)構(gòu)或平臺(tái)頂部上時(shí)，能明顯地判斷這種塔架運(yùn)動(dòng)，并且風(fēng)變化和波載荷能使得整個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)和平臺(tái)在轉(zhuǎn)子軸線的方向上前后移動(dòng)。這里，這種運(yùn)動(dòng)被稱(chēng)作“海上俯仰”，以區(qū)別它與“葉片俯仰”。在岸上風(fēng)力渦輪機(jī)裝置中，風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子軸線隨著被稱(chēng)作“偏擺”的操縱而周期地改變以將風(fēng)力渦輪機(jī)保持的基本上與平均風(fēng)向相對(duì)準(zhǔn)。另外，岸上裝置的未命令的“偏擺”運(yùn)動(dòng)來(lái)自于塔架中的扭曲。在漂浮的海上裝置中，由于漂浮系統(tǒng)更柔性地附接到海床下面，這種未命令的“偏擺”運(yùn)動(dòng)能是顯著大于岸上裝置的。由于它在葉片和傳動(dòng)系統(tǒng)中引起大的回轉(zhuǎn)載荷，這種未命令的“偏擺”運(yùn)動(dòng)是有害的和不想要的，盡管通過(guò)使用大量纜繩附接到海底能部分拘束它，但是不能完全消除它。關(guān)于減少葉片載荷，已經(jīng)提出的通常策略是使用葉片變槳減少葉片應(yīng)力，而不考慮應(yīng)力的源。例如，已經(jīng)提出了基于葉片應(yīng)變和/或葉片變形的直接測(cè)量減少葉片應(yīng)力的策略。這些策略造成不同葉片之間的俯仰角命令以及轉(zhuǎn)子角位置(方位)不同，因此被稱(chēng)為“獨(dú)立的變槳控制”。盡管已經(jīng)測(cè)量到葉片載荷的一些減少，這主要是對(duì)于來(lái)自狂風(fēng)的隨機(jī)載荷而言，但提出的策略不適于抵消由于以下原因引起的回轉(zhuǎn)載荷在葉片移動(dòng)之前產(chǎn)生的空氣動(dòng)力，因此阻止在正確的時(shí)間發(fā)出控制信號(hào)。此外，由于風(fēng)本身的波動(dòng)性，到達(dá)控制器的輸入信號(hào)(即葉片根部力矩或葉片偏斜)具有自由隨機(jī)的分量。這個(gè)自由分量阻礙葉片信號(hào)內(nèi)對(duì)回轉(zhuǎn)引起的載荷的發(fā)作進(jìn)行立即辨認(rèn)，并進(jìn)而延遲甚或阻止糾正變槳?jiǎng)幼鞯膱?zhí)行。因此，期望提供一種顯著抵消由于塔架前后運(yùn)動(dòng)和未命令的偏擺而作用在葉片上的不良有害的回轉(zhuǎn)載荷的裝置。此外，也期望在不使傳動(dòng)系統(tǒng)的部件遭遇額外載荷和疲勞的情況下獲得這種載荷抵消。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的第一個(gè)目的是提供一種用于消除由于塔架在轉(zhuǎn)子軸線的方向上的運(yùn)動(dòng)而作用在轉(zhuǎn)子葉片上的回轉(zhuǎn)載荷的系統(tǒng)。 本實(shí)用新型的第二個(gè)目的是提供一種用于消除由于圍繞塔架的軸線的偏擺轉(zhuǎn)動(dòng)而作用在轉(zhuǎn)子葉片上的回轉(zhuǎn)載荷的系統(tǒng)。本實(shí)用新型的第三個(gè)目的是提供一種基于無(wú)雜訊、非隨機(jī)、確定的信號(hào)抵消回轉(zhuǎn)載荷的有效方法。本實(shí)用新型提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有可轉(zhuǎn)動(dòng)地附接到機(jī)艙的轂、可轉(zhuǎn)動(dòng)地附接到所述轂以允許改變?nèi)~片俯仰角的至少兩個(gè)葉片、用于獨(dú)立地控制各葉片的葉片俯仰角的葉片變槳系統(tǒng)、用于發(fā)布第一變槳命令的管理控制單元、產(chǎn)生指示轉(zhuǎn)子方位位置的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的轉(zhuǎn)子位置傳感器、產(chǎn)生指示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率信號(hào)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率傳感器、和支撐所述機(jī)艙的塔架，該風(fēng)力渦輪機(jī)包括產(chǎn)生指示所述風(fēng)力渦輪機(jī)的海上俯仰速率的海上俯仰速率信號(hào)的海上俯仰速率傳感器，接收包括所述轉(zhuǎn)子位置信號(hào)、所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率信號(hào)和所述海上俯仰速率信號(hào)的渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)的計(jì)算單元。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述計(jì)算單元基于所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)計(jì)算第二變槳命令，將所述第二變槳命令添加到所述第一變槳命令以獲得總變槳命令，并且將所述總變槳命令傳送到所述葉片變槳系統(tǒng)。在進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述第二變槳命令在葉片上產(chǎn)生空氣動(dòng)力，其消弱由于海上俯仰速率運(yùn)動(dòng)而作用在所述風(fēng)力渦輪機(jī)上的回轉(zhuǎn)引起的載荷。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)包括產(chǎn)生指示所述渦輪機(jī)處的風(fēng)速和風(fēng)向的風(fēng)場(chǎng)信號(hào)的風(fēng)場(chǎng)傳感器。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)包括測(cè)量偏擺角的變化的時(shí)間速率、產(chǎn)生指示風(fēng)力渦輪機(jī)的偏擺速率的偏擺速率信號(hào)的偏擺速率傳感器。額外地，所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)一步包括產(chǎn)生指示所述風(fēng)力渦輪機(jī)的偏擺速率的偏擺速率信號(hào)的偏擺速率傳感器，并且其中所述計(jì)算單元基于所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)計(jì)算額外的第三變槳命令，將所述第三變槳命令添加到所述第一和第二變槳命令以獲得總變槳命令，并且將所述總變槳命令傳送到所述葉片變槳系統(tǒng)，由此所述第三變槳命令導(dǎo)致在所述葉片上產(chǎn)生消弱由于偏擺速率而作用在葉片上的回轉(zhuǎn)引起的載荷的空氣動(dòng)力。
通過(guò)其它實(shí)施方式的下面的描述并結(jié)合附圖，本實(shí)用新型的進(jìn)一步的特征、性能和好處將是清楚的。圖I示出了在海上漂浮裝置上的風(fēng)力渦輪機(jī)以及海上俯仰角的定義。圖2示出了風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(葉片和轂)、海上俯仰速率傳感器和附接到塔架的頂部的機(jī)艙。圖3示出了風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(葉片和轂)和附接到塔架的頂部的機(jī)艙并且示出了葉片方位角的定義。圖4示出了本實(shí)用新型的第一實(shí)施方式中的“回轉(zhuǎn)載荷抵消系統(tǒng)”的部件。
圖5示出了示出了風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(葉片和轂)、海上俯仰速率傳感器、偏擺速率傳感器和附接到塔架的頂部的機(jī)艙。圖6示出了本實(shí)用新型的第二實(shí)施方式中的“回轉(zhuǎn)載荷抵消系統(tǒng)”的部件。
具體實(shí)施方式
風(fēng)力渦輪機(jī)包括圖I和2中的附接到轂210的兩個(gè)或多個(gè)葉片1、2和3，所述轂210圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線220相對(duì)于機(jī)艙200轉(zhuǎn)動(dòng)。這里用字母Ω表示轂210的轉(zhuǎn)速。除了這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度之外，轂被固定地附接到機(jī)艙。在轂內(nèi)，各葉片具有俯仰改變機(jī)構(gòu)以改變?nèi)~片的沖角。葉片變槳機(jī)構(gòu)在本領(lǐng)域是眾所周知的并且在附圖中沒(méi)有示出。除了葉片俯仰自由度之外，各葉片通過(guò)軸承單元固定地附接到轂。這種類(lèi)型的轉(zhuǎn)子被稱(chēng)作“剛性轉(zhuǎn)子”。機(jī)艙由塔架100支撐。這里所描述的實(shí)用新型可應(yīng)用到陸上和海上風(fēng)力渦輪機(jī)場(chǎng)所。在圖I中，風(fēng)力渦輪機(jī)被示為由海10上的漂浮結(jié)構(gòu)20支撐，所述漂浮結(jié)構(gòu)20本身使用纜索附接到海
。海上俯仰將塔架軸線在塔架頂部處遠(yuǎn)離垂直并且在轉(zhuǎn)子軸線220的方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)位移稱(chēng)作“海上俯仰角”。用字母Λ標(biāo)記海上俯仰角，如同在圖I中由數(shù)字Iio表示的那樣?！昂Ｉ稀备┭鲞\(yùn)動(dòng)在本領(lǐng)域中也被描述為塔架或機(jī)艙的“前后運(yùn)動(dòng)”。這種運(yùn)動(dòng)最突出地發(fā)生在漂浮的海上結(jié)構(gòu)中，但是在安裝在岸上的風(fēng)力渦輪機(jī)上也以較小程度發(fā)生。俯仰角速率測(cè)量裝置,在230處示出，提供指示海上俯仰角Λ，在110處示出，隨時(shí)間的改變速率的信號(hào)λ。俯仰角速率測(cè)量裝置能由測(cè)量角度Λ的俯仰角測(cè)量裝置和獲得角度Λ隨時(shí)間的改變速率的時(shí)間差示器的組合構(gòu)成在本領(lǐng)域中是已知的。由任何一個(gè)葉片相對(duì)于垂直線的角度描述葉片方位位置。參考圖3，用β i標(biāo)記葉片I的這個(gè)角，用β 2標(biāo)記葉片2的這個(gè)角,用β 3標(biāo)記葉片3的這個(gè)角。在三葉片渦輪機(jī)中，這些角以120度的偏移量相關(guān)聯(lián)。在不喪失一般性的情況下，我們把葉片角P1也定義為轉(zhuǎn)子方位角。這樣，β 時(shí)間導(dǎo)數(shù)等于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率Ω。本實(shí)用新型涉及計(jì)算單元，在圖4中被標(biāo)記為240，接收渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)，所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)包括來(lái)自轉(zhuǎn)子位置傳感器238的轉(zhuǎn)子的當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置;來(lái)自轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率傳感器236的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率Ω ;來(lái)自海上俯仰速率傳感器230的當(dāng)前海上俯仰速率λ ；來(lái)自風(fēng)向傳感器234的相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸線方向測(cè)量的相對(duì)風(fēng)向Ψ的當(dāng)前估計(jì)值；和來(lái)自風(fēng)速傳感器232的當(dāng)前風(fēng)速V。[0035]優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率傳感器236是在計(jì)算單元240內(nèi)的軟件層處執(zhí)行的例程；其中所述例程通過(guò)β!信號(hào)的時(shí)間差計(jì)算當(dāng)前轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率Ω。風(fēng)傳感器232和234最通常地以設(shè)置在機(jī)艙之上的風(fēng)速計(jì)和風(fēng)向標(biāo)的形式出現(xiàn)。從基于葉片載荷的風(fēng)估計(jì)值獲得風(fēng)向和風(fēng)速的更優(yōu)選值。這種方法具有更快地響應(yīng)風(fēng)改變的優(yōu)點(diǎn)，并且不受到葉片尾流的影響。在渦輪機(jī)操作期間，由管理控制單元(未示出)根據(jù)本領(lǐng)域眾所周知的規(guī)則改變?nèi)~片俯仰角以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的空氣動(dòng)力是普遍已知的。據(jù)此，它被稱(chēng)作第一變槳命令，由管理控制單元發(fā)布所述命令。第一變槳命令包括同時(shí)將所有三個(gè)葉片變槳相同的量的共同變槳命 令，并且，任選地，也能包括專(zhuān)用于各葉片的疊加的變槳命令，在本領(lǐng)域其被稱(chēng)作“獨(dú)立的變槳控制”。用符號(hào)Pci標(biāo)記涉及葉片i的第一變槳命令分量。計(jì)算單元240基于傳送到計(jì)算單元的傳感器輸入數(shù)據(jù)計(jì)算各葉片的俯仰位置與時(shí)間的函數(shù)。計(jì)算單元的功能是計(jì)算或獲得第二變槳命令，使得通過(guò)空氣動(dòng)力抵消由海上俯仰λ引起的回轉(zhuǎn)動(dòng)力，直到預(yù)定程度。第二變槳命令包括與各獨(dú)立的葉片i=l、2、3相關(guān)的分量。用符號(hào)Ppi標(biāo)記這些命令分量。將第二變槳命令Ppi添加到第一變槳命令Pei以形成各葉片i=l、2、3的完整的葉片變槳命令PtotiPtoti = Pci + Ppi(I)因?yàn)橛捎诤Ｉ细┭鏊俾师硕饔迷诟魅~片上的回轉(zhuǎn)力與海上俯仰速率λ線性地成比例，并且因?yàn)楦魅~片上的回轉(zhuǎn)力每一轉(zhuǎn)具有一個(gè)變化，第二變槳命令的命令Ppi分量本質(zhì)上具有這樣的形式Ppi= λ GpCOS (^i+ Φρ)(2)其中Ppi是抵消海上俯仰速率的葉片俯仰角值的載荷λ 是海上俯仰角速率Gp 是海上俯仰運(yùn)動(dòng)的增益β i是葉片方位角φρ是海上俯仰運(yùn)動(dòng)的相位偏移量增益系數(shù)Gp與轉(zhuǎn)子葉片之上的風(fēng)速和風(fēng)向函數(shù)相關(guān)。轉(zhuǎn)子葉片之上的風(fēng)速和風(fēng)向本身取決于可用到計(jì)算單元240的測(cè)量量，也就是轉(zhuǎn)子角速度Ω、風(fēng)速V、相對(duì)風(fēng)向Φ和海上俯仰速率λ。這樣，增益系數(shù)Gp與報(bào)告給計(jì)算單元的渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)函數(shù)相關(guān)。相位Φρ主要取決于葉片和主轉(zhuǎn)子軸的幾何形狀和剛度。對(duì)于鉸接的葉片，小1)的大小是90度，并且當(dāng)葉片與轂的連接變得更加剛性時(shí)這個(gè)大小逐漸地減少。增益Gp和相位(^對(duì)可用到計(jì)算單元240的測(cè)量信號(hào)的函數(shù)相關(guān)以顯式公式的形式，或者以表格的形式，或者以顯式公式和表格值的混合形式存儲(chǔ)在計(jì)算單元中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)地圖中。在操作期間，計(jì)算單元240讀取海上俯仰速率λ、轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子速度Ω、風(fēng)速V、相對(duì)風(fēng)向Φ和當(dāng)前轉(zhuǎn)子方位角Pi的當(dāng)前值。在λ的信號(hào)中存在噪聲的情況下，經(jīng)由求平均方法，或者等同地，經(jīng)由零相位移動(dòng)低通濾波器從瞬時(shí)的海上俯仰速率信號(hào)λ獲得第二海上俯仰速率信號(hào)i，并且代替瞬時(shí)的海上俯仰速率信號(hào)λ將所述第二海上俯仰速率信號(hào)i用在第二變槳命令的構(gòu)造中。這種過(guò)濾步驟去除掉信號(hào)噪聲，以及隨著比整個(gè)渦輪機(jī)組件的海上俯仰的特有的最低模式的周期更短的周期的變化。通過(guò)渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)的值，從存儲(chǔ)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)地圖計(jì)算和/或檢索增益Gp和相位Φρ并且與葉片方位角I和第二海上俯仰速率信號(hào)λ組合，以形成各葉片i=l、2、3的第二變槳命令Ppi的分量。最后，將第一變槳命令Pei和第二變槳命令Ppi加在一起并且發(fā)送到變槳驅(qū)動(dòng)單元250。 變槳驅(qū)動(dòng)單元250直接控制和驅(qū)動(dòng)各變槳致動(dòng)器260、264和268，并且通過(guò)其控制葉片1、2和3的葉片俯仰。這些變槳致動(dòng)器能是電動(dòng)的或者液壓的，這在本領(lǐng)域中是眾所周知的。通過(guò)葉片俯仰角傳感器測(cè)量各葉片的測(cè)量的葉片俯仰角，在262、266和270處示出了分別用于各葉片的葉片俯仰角傳感器，并且將指示實(shí)際俯仰角位置的信號(hào)發(fā)送到變槳控制器250以關(guān)閉葉片變槳控制循環(huán)并且，由此檢驗(yàn)命令的葉片俯仰角和實(shí)際的葉片俯仰角。在命令的和期望的俯仰角不一致的情況下，通過(guò)變槳控制器250將報(bào)警信號(hào)發(fā)送到計(jì)算單元240。當(dāng)命令的葉片俯仰角和實(shí)際的葉片俯仰角之間的偏差超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)所述計(jì)算單元240不啟用所述第二變槳命令。能用數(shù)字構(gòu)建數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)地圖中的函數(shù)和表格關(guān)系，由此確定大范圍的渦輪機(jī)狀態(tài) 信號(hào)中的G1^P φρ的最好的載荷-最小化值并且以表格或函數(shù)的形式存儲(chǔ)其?？商鎿Q地，能通過(guò)為真實(shí)渦輪機(jī)配置葉片載荷傳感器并且尋找使渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)的給定值處的葉片載荷最小化的Gp和Φρ的值以獲得Gp和Φρ的最好的載荷_最小值。基于指示引起葉片上的回轉(zhuǎn)力的直接動(dòng)態(tài)量的渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)，而不是基于顯示回轉(zhuǎn)力的結(jié)果(而非原因)的間接信號(hào)(舉例來(lái)說(shuō)，葉片載荷)的第二變槳命令，允許第二變槳命令在正確的時(shí)間立即啟動(dòng)葉片變槳?jiǎng)幼?。本?shí)用新型的第二變槳命令的公式內(nèi)的(如等式(4)中所示)本質(zhì)上非隨機(jī)、非隨意、非波動(dòng)的良好確定和良好測(cè)量的信號(hào)的專(zhuān)有使用，致使整個(gè)“回轉(zhuǎn)載荷抵消”方法比基于指示葉片載荷的信號(hào)的方法(如現(xiàn)有技術(shù)中所述)更加可靠、簡(jiǎn)單并且更加敏感和有效，在基于指示葉片載荷的信號(hào)的方法中必須使用濾波器或等同裝置處理由于風(fēng)的湍流而引起的大的隨機(jī)變化。未命令的偏擺在本實(shí)用新型的另一實(shí)施方式中，如圖5所示的偏擺速率傳感器280附接到機(jī)艙200。這個(gè)傳感器測(cè)量偏擺角「的變化的時(shí)間速率。角！■被定義為(I)轉(zhuǎn)子軸線220在水平面上的投影和(b)相對(duì)于固定地面的固定方向，諸如真正的向北的方向之間的轉(zhuǎn)動(dòng)位移。在岸上風(fēng)力渦輪機(jī)裝置中，僅僅由于兩個(gè)作用，也就是塔架扭曲運(yùn)動(dòng)和命令的偏擺角，角廠能變化。如同本領(lǐng)域中眾所周知的那樣，通過(guò)渦輪機(jī)管理控制器規(guī)定這個(gè)命令的偏擺角以使轉(zhuǎn)子軸線220跟蹤風(fēng)。在漂浮的海上裝置中，由于額外的作用，也就是整個(gè)漂浮設(shè)備相對(duì)于固定地面的轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致未命令的偏擺轉(zhuǎn)動(dòng)，偏擺角「能變化。這個(gè)未命令的轉(zhuǎn)動(dòng)是不想要的，并且盡管通過(guò)附接到海底的纜繩能部分地拘束它，但是不能完全消除它。用Y標(biāo)記偏擺角Γ的改變的時(shí)間速率。上面所描述的本實(shí)用新型的由于海上俯仰速率而引起的回轉(zhuǎn)載荷的“循環(huán)載荷抵消系統(tǒng)”同樣能用來(lái)抵消由偏轉(zhuǎn)速率產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)載荷。尤其是，計(jì)算單元，在圖6中標(biāo)記為241，接收渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)，所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)包括來(lái)自轉(zhuǎn)子位置傳感器238的轉(zhuǎn)子的當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置β !;如上所述的優(yōu)選在軟件層操作的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率傳感器236提供的當(dāng)前轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率Ω ;通過(guò)風(fēng)向傳感器234測(cè)量的相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸線方向的相對(duì)風(fēng)向Ψ的當(dāng)前估計(jì)值；來(lái)自風(fēng)速傳感器232的當(dāng)前風(fēng)速V;由海上俯仰速率傳感器230提供的當(dāng)前海上俯仰速率λ ;和由偏擺速率傳感器280提供的當(dāng)前偏擺速率Y。計(jì)算單元241基于風(fēng)狀態(tài)信號(hào)計(jì)算各葉片的俯仰位置與時(shí)間的函數(shù)。計(jì)算單元的功能是計(jì)算具有各葉片i=l、2、3的分量Ppi的第二變槳命令，使得通過(guò)空氣動(dòng)力能將由海上俯仰速率λ引起的回轉(zhuǎn)力抵消到預(yù)定程度，和具有各葉片/=1、2、3的分量Pi的第三變槳命令，使得通過(guò)空氣動(dòng)力將由偏擺速率Y引起的回轉(zhuǎn)力抵消到預(yù)定程度。將葉片變槳命令Ppi和Pyi這兩個(gè)“載荷抵消”添加到第一變槳命令Pyi以形成各葉片i=l、2、3的完整的葉片變槳命令Ptoti = Pci + Ppi + Pyi(3)通過(guò)下面形式的公式給出第三變槳命令的分量 Pyi= Y GyCos ( β i + Φγ)(4)其中Pyi是抵消偏擺速率的葉片俯仰角值的載荷Y 是偏擺速率Gy 是偏擺速率運(yùn)動(dòng)的增益β i是葉片方位角Φγ是偏擺速率運(yùn)動(dòng)的相位偏移量。增益系數(shù)Gy與轉(zhuǎn)子葉片之上的風(fēng)速和風(fēng)向函數(shù)相關(guān)。轉(zhuǎn)子葉片之上的風(fēng)速和風(fēng)向本身取決于可用到計(jì)算單元241的測(cè)量量，也就是轉(zhuǎn)子角速度Ω、風(fēng)速V、相對(duì)風(fēng)向Φ、海上俯仰速率λ和偏擺速率Υ。這樣，增益系數(shù)Gy與報(bào)告給計(jì)算單元的渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)函數(shù)相關(guān)。類(lèi)似于Φρ，相位主要取決于葉片和主轉(zhuǎn)子軸的幾何形狀和剛度。增益Gy和相位對(duì)測(cè)量信號(hào)的函數(shù)相關(guān)以顯式公式的形式，或者以表格的形式，或者以顯式公式和表格值的混合形式存儲(chǔ)在計(jì)算單元241中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)地圖中。在操作期間，計(jì)算單元241讀取渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)，計(jì)算“回轉(zhuǎn)載荷抵消”第二和第三變槳命令Ppi和Pyi,并且將這兩個(gè)變槳命令添加到第一變槳命令Fi以形成葉片i=l、2、3的完整的葉片變槳命令PtoV本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,計(jì)算單元240、241執(zhí)行能經(jīng)由專(zhuān)用和單獨(dú)硬件單元中的軟件，或者經(jīng)由存在于管理控制單元中的軟件內(nèi)的額外的命令實(shí)現(xiàn)的功能。
權(quán)利要求1.一種風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有可轉(zhuǎn)動(dòng)地附接到機(jī)艙(200)的轂(210)、可轉(zhuǎn)動(dòng)地附接到所述轂(210)以允許改變?nèi)~片俯仰角(O1, Θ2, O3)的至少兩個(gè)葉片(1，2，3)、用于獨(dú)立地控制各葉片的葉片俯仰角( P θ2, O3)的葉片變槳系統(tǒng)(250)、用于發(fā)布第一變槳命令的管理控制單元、產(chǎn)生指示轉(zhuǎn)子方位位置的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)(β )的轉(zhuǎn)子位置傳感器(238)、產(chǎn)生指示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率信號(hào)(Ω )的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率傳感器(236)、和支撐所述機(jī)艙(200)的塔架(100)， 其特征在于所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括 產(chǎn)生指示所述風(fēng)力渦輪機(jī)的海上俯仰速率的海上俯仰速率信號(hào)(λ )的海上俯仰速率傳感器(230)和接收包括轉(zhuǎn)子位置信號(hào)(β )、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率信號(hào)(Ω )和海上俯仰速率信號(hào)(入)的渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)的計(jì)算單元(240，241)。
2.如權(quán)利要求I所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述計(jì)算單元(240，241)基于所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)計(jì)算第二變槳命令，將所述第二變槳命令添加到所述第一變槳命令以獲得總變槳命令，并且將所述總變槳命令傳送到所述葉片變槳系統(tǒng)(250)。
3.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述第二變槳命令在所述葉片(1，2，3)上產(chǎn)生空氣動(dòng)力，其消弱由于海上俯仰速率運(yùn)動(dòng)而作用在所述風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片(1，2，3)上的回轉(zhuǎn)引起的載荷。
4.如權(quán)利要求I到3之一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，在命令的俯仰角和期望的俯仰角(θπ θ2，θ3)之間不一致的情況下，通過(guò)變槳控制器(250)將報(bào)警信號(hào)發(fā)送到所述計(jì)算單元(240，241)。
5.如權(quán)利要求I所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，當(dāng)命令的葉片俯仰角和實(shí)際的葉片俯仰角之間的偏差超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)所述計(jì)算單元(240，241)不啟用所述第二變槳命令。
6.如權(quán)利要求I到3之一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，在所述海上俯仰速率信號(hào)(λ )中存在噪聲的情況下，經(jīng)由求平均方法或者等同地，經(jīng)由零相位移動(dòng)低通濾波器從瞬時(shí)的海上俯仰速率信號(hào)(λ )獲得第二海上俯仰速率信號(hào)，并且代替所述瞬時(shí)的海上俯仰速率信號(hào)(λ)將所述第二海上俯仰速率信號(hào)用在所述第二變槳命令的構(gòu)造中。
7.如權(quán)利要求I所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)包括產(chǎn)生指示渦輪機(jī)處的風(fēng)速和風(fēng)向的風(fēng)場(chǎng)信號(hào)(V)的風(fēng)場(chǎng)傳感器(232)。
8.如權(quán)利要求I所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)包括測(cè)量偏擺角(Γ )的變化的時(shí)間速率、產(chǎn)生指示風(fēng)力渦輪機(jī)的偏擺速率的偏擺速率信號(hào)(Y )的偏擺速率傳感器(280)。
9.如權(quán)利要求I所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述計(jì)算單元(240，241)基于所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)計(jì)算額外的第三變槳命令，將所述第三變槳命令添加到所述第一和第二變槳命令以獲得總變槳命令，并且將所述總變槳命令傳送到所述葉片變槳系統(tǒng)(250)。
10.如權(quán)利要求9所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述第三變槳命令導(dǎo)致在所述葉片(1,2,3)上產(chǎn)生空氣動(dòng)力，其消弱由于所述偏擺速率(Y )而作用在所述葉片(1，2，3)上的回轉(zhuǎn)引起的載荷。
專(zhuān)利摘要一種風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有可轉(zhuǎn)動(dòng)地附接到機(jī)艙(200)的轂(210)、可轉(zhuǎn)動(dòng)地附接到所述轂(210)以允許改變?nèi)~片俯仰角的至少兩個(gè)葉片(1，2，3)、用于獨(dú)立地控制各葉片的葉片俯仰角的葉片變槳系統(tǒng)(250)、用于發(fā)布第一變槳命令的管理控制單元、產(chǎn)生指示轉(zhuǎn)子方位位置的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)(β)的轉(zhuǎn)子位置傳感器(238)、產(chǎn)生指示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率信號(hào)(Ω)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率傳感器(236)、和支撐所述機(jī)艙(200)的塔架(100)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括產(chǎn)生指示所述風(fēng)力渦輪機(jī)的海上俯仰速率的海上俯仰速率信號(hào)(λ)的海上俯仰速率傳感器(230)和接收包括轉(zhuǎn)子位置信號(hào)(β)、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率信號(hào)(Ω)和海上俯仰速率信號(hào)(λ)的渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)的計(jì)算單元(240，241)。
文檔編號(hào)F03D7/00GK202718807SQ201220048308
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者F.伯托洛蒂 申請(qǐng)人:Ssb風(fēng)系統(tǒng)兩合公司