[發(fā)明專利]抗振裝置和固定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片以防止振動(dòng)的技術(shù)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080059705.0
• 申請日: 2010-12-01
• 公開（公告）號(hào): CN102686877A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·貝克
• 申請（專利權(quán)）人: 維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團(tuán)公司
• 主分類號(hào): F03D11/00
• 分類號(hào): F03D11/00;F03D1/00
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 蔡洪貴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種抗振裝置及固定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片以防止振動(dòng)的技術(shù)。

背景技術(shù)

圖1中描繪了一種典型的水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)作為參考。圖1中描繪了風(fēng)力渦輪機(jī)1，其包括風(fēng)力渦輪機(jī)塔架2，在該塔架上安裝有風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙3。包括至少一支風(fēng)力渦輪機(jī)葉片5的風(fēng)力渦輪機(jī)葉輪4安裝于輪轂6上。

輪轂6通過由機(jī)艙前部伸出的軸（圖中未顯示）與機(jī)艙3連接。機(jī)艙3可利用位于塔架1頂端的偏航驅(qū)動(dòng)裝置被轉(zhuǎn)動(dòng)，以改變?nèi)~輪的輪轂6和葉片5的朝向。葉片具有空氣動(dòng)力學(xué)外形，因此在風(fēng)吹過其表面時(shí)會(huì)受到“升力”或由風(fēng)產(chǎn)生的壓力作用。葉片空氣動(dòng)力學(xué)外形的前鋒面與入射風(fēng)相遇的角度或槳距可利用變槳驅(qū)動(dòng)裝置來改變，變槳驅(qū)動(dòng)裝置使葉片5相對輪轂6轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖1中展示的風(fēng)力渦輪機(jī)可以為一種小型的家用或輕型多用途應(yīng)用為目的而設(shè)計(jì)的型號(hào)，或可以為一種大型的例如那些適合在風(fēng)場中大規(guī)模發(fā)電而使用的型號(hào)。一臺(tái)典型的商用風(fēng)力渦輪機(jī)，例如一臺(tái)設(shè)計(jì)發(fā)電能力為3MW的風(fēng)力渦輪機(jī)，其直立后高度大約可達(dá)100米并具有長度約40米或更長的葉片。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的尺寸，并且尤其是當(dāng)葉片在風(fēng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)它們掃過的面積與風(fēng)力渦輪機(jī)能夠從風(fēng)中汲取的能量密切相關(guān)。在商用產(chǎn)能中，風(fēng)力渦輪機(jī)由于上述原因會(huì)具有龐大的尺寸，從而可以提供最大限度的發(fā)電能力。

在一般發(fā)電過程中，偏航驅(qū)動(dòng)裝置使機(jī)艙3旋轉(zhuǎn)從而使風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片5指向風(fēng)向。而且，葉片的槳距可被調(diào)整，從而使其由風(fēng)中受到的力保持在安全運(yùn)行參數(shù)范圍內(nèi)，同時(shí)由入射風(fēng)中產(chǎn)出盡可能多的能量。

當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)不發(fā)電時(shí)，例如在并網(wǎng)之前或維護(hù)中時(shí)，風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片應(yīng)通過偏航驅(qū)動(dòng)裝置和變槳驅(qū)動(dòng)裝置盡可能遠(yuǎn)離風(fēng)向，以使葉片不會(huì)受到來自入射風(fēng)的過大力。在此情況下，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可被牽引至靜止?fàn)顟B(tài)并鎖定。

當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片被鎖定于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，它們很容易發(fā)生側(cè)向葉片振動(dòng)（側(cè)向?yàn)閺娜~片前緣到葉片后緣的方向），此現(xiàn)象在風(fēng)從側(cè)面撞擊葉片時(shí)由橫過葉片或葉片周邊的氣流造成。如果風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可相對于風(fēng)向順槳，那么風(fēng)可以由此葉片周圍順暢流過，但在缺乏持續(xù)調(diào)整葉片槳距的能量的情況下，風(fēng)向?qū)⒉豢杀苊獾馗淖儯?dǎo)致葉片周圍的氣流不順暢的狀況。最壞情況是入射風(fēng)與葉片的平坦表面之一垂直地相遇，并且入射風(fēng)不得不在葉片前緣及后緣周圍流過。如果此振動(dòng)達(dá)到足夠大的等級(jí)，可導(dǎo)致其對風(fēng)力渦輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)產(chǎn)生物理損傷，修復(fù)該損傷需耗費(fèi)財(cái)力與時(shí)間。

此問題是由葉片從風(fēng)中收漿時(shí)葉輪葉片周圍尤其是前緣的空氣的極其不穩(wěn)定流動(dòng)引起的。空氣在葉片的彎曲表面周圍流動(dòng)，但無法以層流形式保持貼附于葉片表面，這是因?yàn)槿~片未正確變槳以支持升力。因此，層流可能會(huì)短暫出現(xiàn)但隨即就消失，導(dǎo)致在葉片的背風(fēng)面形成渦流。此種情況經(jīng)常被稱為渦流溢放現(xiàn)象，其具有以下特點(diǎn)，即在空氣中的分離傾向于以節(jié)律氣流的形式由葉片的一側(cè)轉(zhuǎn)移至另一側(cè)。這些振動(dòng)通常是先在葉尖發(fā)生，因?yàn)樵诖颂帲^小的直徑和較輕的框架由空氣產(chǎn)生的節(jié)律轉(zhuǎn)移力的抵抗較小。如果由氣流產(chǎn)生的節(jié)律振動(dòng)與葉片自身的共振頻率對應(yīng)，葉片最終會(huì)遭受災(zāi)難性故障。

許多風(fēng)力渦輪機(jī)因此包括機(jī)械或液壓設(shè)備，這種設(shè)備可在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片產(chǎn)生的振動(dòng)發(fā)展為足以損壞葉片的等級(jí)前將其抑制。雖然這種設(shè)備的確可以解決此類問題，但其價(jià)格昂貴且難于安裝。因此我們注意到了對于克服葉片上的這種振動(dòng)的裝置和方法的需要。

發(fā)明內(nèi)容

在第一方面，本發(fā)明提供了一種操作風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，用于抑制當(dāng)所述風(fēng)力渦輪機(jī)處于非運(yùn)行模式時(shí)由所述葉片上的氣流引起的振動(dòng)，所述方法包括：將風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可釋放地鎖定在位；將可釋放地安裝的臨時(shí)葉片覆蓋物固定到所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上，使得所述葉片覆蓋物覆蓋葉片表面的區(qū)域并提供非空氣動(dòng)力學(xué)的外表面，以便在所述葉片上的氣流中產(chǎn)生湍流。在葉片表面周圍流動(dòng)的空氣因此無法充分地貼附于葉片而產(chǎn)生層流，即便是短暫層流也無法產(chǎn)生，結(jié)果，節(jié)律渦流溢放現(xiàn)象發(fā)生的可能性以及發(fā)生的任何渦流溢放振動(dòng)的等級(jí)會(huì)被大幅地降低。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述葉片覆蓋物是套筒，且所述方法包括：將第一導(dǎo)引繩索安裝到位于所述套筒一端的安裝點(diǎn)上；將所述套筒拉至所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上；將所述導(dǎo)引繩索系到所述風(fēng)力渦輪機(jī)上，從而將所述套筒固定在位。這允許套筒在制造時(shí)被安裝，因此當(dāng)葉片被安裝于風(fēng)力渦輪機(jī)上時(shí)，葉片覆蓋物保持在位直到風(fēng)力渦輪機(jī)準(zhǔn)備使用前，或者套筒也可在施工現(xiàn)場進(jìn)行安裝。

在一個(gè)實(shí)施例中，套筒由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成，因發(fā)現(xiàn)其安裝就位后將為葉片提供非空氣動(dòng)力學(xué)的表面，并具有相對輕量及容易制造等優(yōu)勢。此外，此葉片覆蓋物可以是在其表面具有突出部或凹部以形成非空氣動(dòng)力學(xué)的外表面的套筒。