[發(fā)明專利]確定和控制風(fēng)力渦輪機(jī)的疲勞載荷的方法以及風(fēng)力渦輪機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910001397.5
• 申請日: 2009-01-12
• 公開（公告）號: CN101482448A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P·埃格達(dá)爾;H·斯蒂斯達(dá)爾
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00;F03D7/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 溫大鵬;曹 若

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種確定風(fēng)力渦輪機(jī)的疲勞載荷的方法、控制風(fēng)力渦 輪機(jī)的方法、風(fēng)力渦輪機(jī)及其參考風(fēng)力渦輪機(jī)。

背景技術(shù)

為了在風(fēng)力渦輪機(jī)制造過程中減小技術(shù)努力，希望的是減小風(fēng)力 渦輪機(jī)支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的安全冗余度。

減小這種安全冗余度的限制通常由影響風(fēng)力渦輪機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度來 限定。公知的方法因此是將風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成在給定的一組環(huán)境 條件下操作時(shí)剛好在其設(shè)計(jì)壽命內(nèi)經(jīng)受結(jié)構(gòu)上的累計(jì)疲勞載荷。

風(fēng)力渦輪機(jī)還經(jīng)常在下面情況下操作，即疲勞載荷偶爾是如下的 級別，如果載荷保持在該級別下，在其整個(gè)設(shè)計(jì)壽命中，會(huì)超過風(fēng)力 渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞能力。為了滿足這種情況，在現(xiàn)有技術(shù)中公知的是 采用載荷監(jiān)測傳感器并且在高載荷或甚至過載荷的情況下關(guān)閉風(fēng)力 渦輪機(jī)。

但是，以所述方式關(guān)閉風(fēng)力渦輪機(jī)造成不希望的無法使用時(shí)期， 其中風(fēng)力渦輪機(jī)不產(chǎn)生能量。另外，關(guān)閉過程本身增加了風(fēng)力渦輪機(jī) 的總體疲勞損壞。

歐洲專利申請公開EP?1674724描述一種方法，其中風(fēng)力渦輪機(jī)的 部件位置通過與風(fēng)力渦輪機(jī)部件連接的一個(gè)或多個(gè)傳感器相對于固 定參考位置來確定。這里，疲勞載荷分析根據(jù)來自于一個(gè)或多個(gè)傳感 器的輸出信號來進(jìn)行。但是，對于這種方法來說，需要多個(gè)加速計(jì)， 另外需要以特定幾何圖案定位，例如三個(gè)加速計(jì)以正交方式定向。另 外，這里提出的解決方法需要通過雙重積分而對加速計(jì)信號進(jìn)行復(fù)雜 數(shù)學(xué)處理，以便提供大致的位移圖形。

避免所述解決方法的復(fù)雜計(jì)算的可選擇的解決方法在US專利 4297076中披露。該專利描述一種包括載荷測量裝置(應(yīng)變計(jì))的風(fēng) 力渦輪機(jī)，載荷測量裝置連接到風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上以便測量所述葉片 上的彎曲力矩并且提供其代表的輸出信號。另外，它提供調(diào)節(jié)裝置， 調(diào)節(jié)裝置連接到所述載荷測量裝置上以改變所述尖部的節(jié)距，以響應(yīng) 所述輸出信號。

以類似方式，美國專利申請公開US2002/0047275A1提供的系統(tǒng)包 括設(shè)置用于輪轂處的機(jī)械載荷的測量裝置的轉(zhuǎn)子輪轂。

但是，使用應(yīng)變計(jì)來直接測量作用在風(fēng)力渦輪機(jī)上的機(jī)械載荷具 有的缺陷在于例如粘接或焊接的應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變計(jì)需要專業(yè)人員來安 裝和維護(hù)，另外只具有相對短暫的技術(shù)壽命。

從現(xiàn)有技術(shù)中公知了多種可選擇的方法：

在美國專利申請公開US2004/0151577A1中，風(fēng)力渦輪機(jī)描述成包 括連接成直接檢測風(fēng)力渦輪機(jī)的主軸凸緣與一個(gè)或多個(gè)預(yù)定位置偏 移的一個(gè)或多個(gè)傳感器。另外，產(chǎn)生與檢測偏移相對應(yīng)的信號，并且 控制回路與傳感器連接，以便接收信號，并且減小造成主軸凸緣偏移 的載荷以響應(yīng)該信號。但是，這種方法具有的缺陷在于軸偏移會(huì)由于 多種因素造成，包括內(nèi)部軸承間隙和柔性。另外，載荷和偏移之間的 關(guān)系通常不是最佳的。

美國專利US4339666描述一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)的葉片節(jié)距 控制器，該控制器采用一種裝置，該裝置提供指示當(dāng)前瞬時(shí)風(fēng)速超過 當(dāng)前平均風(fēng)速的程度的紊流系數(shù)信號。另外還提供信號處理裝置來提 供作為紊流測量函數(shù)的載荷能力信號。但是，風(fēng)速測量在例如輪轂高 度的某個(gè)點(diǎn)處進(jìn)行，使得進(jìn)行測量的點(diǎn)處不指示實(shí)際作用在轉(zhuǎn)子盤處 的風(fēng)速。

所述專利中提出的系統(tǒng)可與UK專利申請GB2067247A的系統(tǒng)相結(jié) 合，UK專利申請GB2067247A描述一種方法，其中在葉片表面處測量 瞬時(shí)風(fēng)速，并且此方法用來減小載荷。但是這種方法不能考慮累計(jì)的 疲勞數(shù)據(jù)，并且與在考慮“未使用”疲勞能力時(shí)會(huì)需要的情況相比， 在風(fēng)力渦輪機(jī)的壽命期間進(jìn)行更多的載荷規(guī)定。

發(fā)明內(nèi)容

因此本發(fā)明的目的在于提供一種確定風(fēng)力渦輪機(jī)疲勞載荷的方 法，該方法減小了所需的傳感器數(shù)量，同時(shí)增加傳感器系統(tǒng)的牢固性， 并且同時(shí)與現(xiàn)有技術(shù)的所述系統(tǒng)相比，減小了計(jì)算復(fù)雜性。

此目的通過權(quán)利要求1、9、13或14任一項(xiàng)的主題來實(shí)現(xiàn)。

如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明提供一種確定至少一個(gè)操作風(fēng)力渦輪 機(jī)的疲勞載荷的方法，包括如下步驟：

-提供將獲得的第一傳感器的至少一個(gè)測量數(shù)值與獲得的第二傳 感器的至少一個(gè)測量數(shù)值相關(guān)的轉(zhuǎn)換函數(shù)，第一傳感器的至少一個(gè)測 量數(shù)值和第二傳感器的至少一個(gè)測量數(shù)值通過使用定位有第一傳感 器和第二傳感器的參考風(fēng)力渦輪機(jī)來獲得；