[發明專利]用于控制風力渦輪機中的負載的方法

在審

• 申請號: 201410291708.7
• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN104295445A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: J.M.奧布雷希特;K.希布斯拜
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 成城;胡斌

技術領域

本發明大體涉及風力渦輪機，且更具體而言涉及最小化在停駐的風力渦輪機中的空氣動力學結構負載。

背景技術

風力渦輪機的成本效率隨著轉子直徑增大而增大，但葉片長度和設計通常受風暴期間的最大風負載限制。當風力渦輪機運行時，偏航控制保持機艙和轉子軸與風對齊。然而，在檢測到或者預報有大風時，可鎖定偏航位置。在這種情況下，風可來自于相對于機艙的任意方向。葉片舷側的風可導致在葉片和所有支承部件上過量的應力。為此，葉片可主動地順槳以使所述葉片的弦線與風對齊。主動順槳要求在風向改變時進行持續的葉片槳距調節。如果轉子為了安全而停駐，則不會產生功率。如果電網故障，則沒有功率用于主動變槳控制，因此需要輔助功率單元，其本身也經受故障。當用于變槳控制的功率不可用時，葉片可在大風中經受過量的彎曲和扭轉力。

附圖說明

在以下描述中參照附圖來解釋本發明，附圖顯示了：

圖1是根據本發明的一方面的具有處于豎直方位角位置的第一葉片的風力渦輪機的前視圖。

圖2是沿著圖1的線2-2截取的豎直定向的葉片的剖視俯視圖。

圖3是圖2的葉片翼型部段的放大圖。

圖4顯示了針對在相對風向的整個范圍上計算的根部彎矩、根部剪切力以及根部扭矩的相互關聯的函數曲線。

圖5顯示了相對于給定為1.00的完全掃掠來說的不同的掃掠量的根部扭矩曲線。

圖6示意性地顯示了具有穿過其從根部到末梢的1/4弦點的輪廓曲線的葉片。

圖7顯示了向后掃掠的葉片的輪廓曲線。

圖8顯示了在中間徑向位置的向后掃掠的葉片的輪廓曲線。

圖9顯示了根據圖8設計的葉片。

具體實施方式

圖1是風力渦輪機(WT)20的前視圖，其具有徑向地安裝在輪轂28上的三個葉片22、24、26，輪轂28安裝在從機艙30延伸的轉子軸(不可見)上，機艙30經由偏航軸承34安裝在塔架32上，偏航軸承34提供機艙繞著偏航軸線36的旋轉。葉片、輪轂以及軸組成了繞著水平轉子軸軸線38旋轉的轉子。標出了徑向位置r。各個葉片繞著相應的變槳軸線43可控地樞轉。豎直葉片顯示處于零方位角位置。當檢測到或者預告大風時，所述葉片可鎖定在該位置，以便最小化塔架上的總彎矩以及使葉片遠離塔架周圍的渦流。

圖2是徑向地安裝在位于水平轉子軸40上的輪轂28上的豎直定向的葉片22的剖視俯視圖，水平轉子軸40驅動機艙30中的發電機(未顯示)。葉片在豎直平面42內旋轉。葉片繞著變槳軸線43樞轉，變槳軸線43可位于如圖所示的1/4弦位置處或附近，或者位于一些其它位置。在圖2中，偏航、方位角以及槳距是停駐的(固定的)，翼型的弦線44與旋轉平面42對齊。相對于機艙來說的進入風矢量V_R1在其來自前方且平行于軸的軸線46時被限定為零度。在該視圖中，相對風角度沿順時針增大，因此當風來自右方時其為90°，而當風來自左方時其為-90°。迎角AoA被限定在葉片弦線44與相對風矢量V_R1、V_R2之間。針對相對于葉片的任何風向Φ，迎角被限定如下：

AoA(r,?θ)=Φ+90°-β(r)-θ

其中：???r?=?自轉子軸線起的半徑

???????????????Θ?=?槳距角

???????????????Φ?=?相對風向

???????????????β(r)?=?扭轉角(給定半徑處相對于葉片內置的槳距)。

用于該計算的示例性相對風向V_R2顯示為處于-75°。如果給定半徑r處的槳距角和扭轉角為零，則V_R2的迎角為：AoA=-75°+90°-0°-0°=15°。AoA用于計算空氣動力學負載。然而，本文所示的圖表使用V_R1的風向慣例(從軸的軸線46起沿順時針的0到180°，以及沿逆時針的-0到-180°)，其中翼型弦44平行于旋轉平面42，如圖2中所示。這就提供了這樣的圖表，其顯示了相對于轉子軸軸線46將槳距引導到何處以便達到風負載曲線的穩定波谷，如下文所述的。