[發明專利]基于葉片上測量的負荷和加速度的風力渦輪機的操作方法及裝置

有效

• 申請號: 201480042858.2
• 申請日: 2014-07-04
• 公開（公告）號: CN105408625B
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: I·S·奧勒森
• 申請（專利權）人: 維斯塔斯風力系統集團公司
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02;F03D17/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 蔡洪貴

提供了一種風力渦輪機裝置和一種操作所述風力渦輪機以維持轉子葉片上的負荷低于預定閾值水平的方法。所述方法包括：測量所述轉子葉片的根端處的負荷；測量所述轉子葉片上所述根端外側處的加速度，所述加速度由作用在所述轉子葉片上的瞬時負荷引起；以及基于測得的負荷和測得的加速度，控制所述風力渦輪機以維持所述轉子葉片上的負荷低于預定閾值水平。

技術領域

本發明涉及一種風力渦輪機以及一種操作風力渦輪機以防止過度負荷作用在轉子葉片上的方法。

背景技術

在風力渦輪機的運轉過程中，風力渦輪機的轉子葉片承受著顯著水平的動力載荷。在某種程度上，這種動力載荷由風施加，并且特別地，湍流或陣風，即短時期非常強的風，可以導致過度的瞬時負荷。風載荷可能導致葉片極度偏轉并且可能導致葉片中的危險應力。在風力渦輪機的使用期中(可能20年或更長)，周期應力可能導致轉子葉片因材料疲勞而損壞。

轉子葉片必須是強壯和可靠的，以便在風力渦輪機的使用期中減少潛在的維護時間和費用。因此，現代的風力渦輪機包括若干例如應變儀之類的負荷傳感器，它們用于測量轉子葉片上的應變。通過與轉子葉片的材料和結構有關的預定應力應變特性，轉子葉片上測得的應變可以用于確定轉子葉片承受的應力。為了防止高應力，可以調整轉子葉片的槳距或改變轉子葉片的橫截面(例如，使用副翼)。這些保護措施意在減小轉子葉片上的風載荷，從而減小轉子葉片中的應力。

通常，應變儀設置在轉子葉片的根端處，即靠近轉子葉片安裝到風力渦輪機的轂的地方。最大應變極限通常被采用，以便當測得的應變到達所述極限時，采用保護措施(例如改變轉子葉片的槳距或曲弧度)以減少轉子葉片上的疲勞并延長其壽命。但是，這樣也會具有在大風期間降低風力渦輪機總能量獲取的不利后果。

為了避免由過度負荷引起的葉片損壞，一些風力渦輪機工作在所謂的“安全應變界限”之下，所述安全應變界限顯著地低于葉片在沒有損壞的情況下可以忍受的最大應變極限。在這種情況下，當達到安全應變界限時(即，在達到最大應變極限之前)，采用保護措施以減小葉片上的負荷。因此，所述安全應變界限提供了一個安全界限，在其中，風力渦輪機可以在葉片沒有被損壞可能性的情況下運轉。然而，如果葉片暴露在沒有陣風或湍流的穩定大風中，即使穩定的風負荷不會導致葉片超過它們的最大應變極限，所述安全應變界限也可能被超過且保護措施得以實施。在這種情況下，不存在損壞發生的風險，但所述安全措施不可避免地導致了能量獲取降低。

增加風力渦輪機的尺寸和效率是一種持續不斷的沖動。隨著轉子葉片變得更大，它們也變得更加容易彎曲且暴露在更大的風力中。因此，有必要開發用于風力渦輪機的更加復雜的負載檢測和控制系統，其能夠防止葉片發生損壞，同時使得從風中獲取的能量最大化。

發明內容

本發明的發明人已經意識到，現有的負載檢測系統存在的一個缺陷在于，當轉子葉片的尖端附近承受由湍流或強陣風引起的高瞬時負荷時，誘導應力將花費一定時間傳遞到轉子葉片的根端處被負荷傳感器檢測到。通常，所述傳遞時間大約為幾百毫秒，而風力渦輪機調節其結構以減輕風載荷要花費幾秒時間。因此，等到所述負荷檢測系統檢測到偏轉及相應的應力時，轉子葉片可能已經在它的最大應變極限之上工作了一段時間，并且在葉片上的負荷通過保護措施被減小之前，葉片可能已經產生了損壞。

在這樣的背景下，本發明提供了一種用于操作風力渦輪機的方法，所述風力渦輪機包括至少一個轉子葉片，所述方法包括：測量所述轉子葉片的根端處的負荷；測量所述轉子葉片上所述根端外側處的加速度，所述加速度由作用在所述轉子葉片上的瞬時負荷引起；以及基于測得的負荷和測得的加速度，控制所述風力渦輪機以維持所述轉子葉片上的負荷低于預定閾值水平。

所述操作風力渦輪機的方法允許風力渦輪機在普遍條件下(例如，穩定風或陣風)采用最合適的配置，在考慮到風、湍流和陣風負荷以防止或減少疲勞的同時，使得轉子葉片的能量獲取最大化。