[發(fā)明專利]摩擦腐蝕和操作風(fēng)力渦輪的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580069561.X
• 申請(qǐng)日: 2015-12-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107278241B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J.貝特蘭帕洛馬斯;P.努亞拉特;J.默卡德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用電氣再生風(fēng)能技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): F03D7/02
• 分類號(hào): F03D7/02
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴(yán)志軍;譚祐祥

操作風(fēng)力渦輪的方法包括一個(gè)或更多個(gè)齒輪傳動(dòng)的變槳系統(tǒng)。該方法包括用于低于標(biāo)稱的風(fēng)速的亞標(biāo)稱操作區(qū)和用于等于或高于標(biāo)稱的風(fēng)速的超標(biāo)稱操作區(qū)。亞標(biāo)稱操作區(qū)包括從切入風(fēng)速延伸到第一風(fēng)速的第一操作范圍和從第一風(fēng)速延伸到第二風(fēng)速的第二操作范圍，且第一操作范圍包括兩個(gè)或更多個(gè)子范圍，其中，對(duì)于子范圍中的各個(gè)限定不同的恒定槳距位置。該方法還包括在第一操作范圍中，利用齒輪傳動(dòng)的變槳系統(tǒng)以用于隨當(dāng)前風(fēng)速而變將葉片設(shè)置在對(duì)于各子范圍限定的槳距位置中。

本申請(qǐng)請(qǐng)求享有2014年12月19日提交的歐洲專利申請(qǐng)14382544.6的權(quán)益。

本公開(kāi)涉及操作包括至少一個(gè)齒輪傳動(dòng)的變槳系統(tǒng)(geared pitch system)的風(fēng)力渦輪的方法。本公開(kāi)還涉及適合用于執(zhí)行此方法的風(fēng)力渦輪。

背景

現(xiàn)代風(fēng)力渦輪通常用于將電供應(yīng)到電網(wǎng)中。風(fēng)力渦輪大體上包括具有轉(zhuǎn)子轂和多個(gè)葉片的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子在風(fēng)對(duì)葉片的影響下開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)直接地驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(“直接驅(qū)動(dòng)的”)或者通過(guò)使用齒輪箱。齒輪箱(如果存在)、發(fā)電機(jī)和其他系統(tǒng)通常安裝在風(fēng)力渦輪塔架頂部上的機(jī)艙中。

可變速度風(fēng)力渦輪通常可通過(guò)改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和葉片的槳距角來(lái)控制。結(jié)果，空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)子速度和電功率將變化。

參照?qǐng)D1描述了可變速度風(fēng)力渦輪的一般現(xiàn)有技術(shù)控制策略。在圖1中，關(guān)于槳距角(β)、生成的電功率(P)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩(M)和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速率(ω)示出了典型可變速度風(fēng)力渦輪的操作，其隨風(fēng)速而變。

在第一操作范圍中，從切入風(fēng)速到第一風(fēng)速(例如，大約5或6 m/s)，轉(zhuǎn)子可被控制為在剛好足夠高以能夠精確地控制其的大致恒定的速度下旋轉(zhuǎn)。切入風(fēng)速可為例如大約3m/s。

在第二操作范圍中，從第一風(fēng)速(例如，大約5或6 m/s)到第二風(fēng)速(例如，大約8.5m/s)，目標(biāo)大體上是使功率輸出最大化，同時(shí)維持葉片的槳距角恒定以獲取最大能量。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩可變化以便控制轉(zhuǎn)子速度，使得保持末梢速度比λ(轉(zhuǎn)子葉片末梢的切向速度除以主導(dǎo)風(fēng)速)恒定以便使功率系數(shù)Cp最大化。

為了使功率輸出最大化且保持Cp在其最大值下恒定，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩可根據(jù)以下公式來(lái)設(shè)置：T=k.ω²，其中，k是常數(shù)，且ω是發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。在直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪中，發(fā)電機(jī)速度大致等于轉(zhuǎn)子速度。在包括齒輪箱的風(fēng)力渦輪中，通常，在轉(zhuǎn)子速度和發(fā)電機(jī)速度之間存在大致恒定的比率。

在該區(qū)域中，因此通過(guò)將末梢速度比維持在恒定的最佳值處來(lái)優(yōu)化功率系數(shù)。葉片的空氣動(dòng)力特性可大體上基于該操作范圍內(nèi)的性能。理論上，風(fēng)力渦輪將頻繁地在此操作范圍中操作，且因此在該范圍中優(yōu)化渦輪的性能是有意義的。然而，這意味著對(duì)于其他操作范圍可能未優(yōu)化葉片的空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)。

在第三操作范圍(其在達(dá)到標(biāo)稱轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度時(shí)開(kāi)始且延伸直到達(dá)到標(biāo)稱功率)中，轉(zhuǎn)子速度可保持恒定，且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩可變化到此效果。關(guān)于風(fēng)速，該第三操作范圍大致從第二風(fēng)速延伸至標(biāo)稱風(fēng)速，例如，從大約8.5 m/s到大約11 m/s。

在第四操作范圍(其可從標(biāo)稱風(fēng)速延伸至切出風(fēng)速(例如，從大約11 m/s到25m/s))中，葉片可旋轉(zhuǎn)(“變槳”)，以維持由轉(zhuǎn)子傳遞的空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩大致恒定。在實(shí)踐中，槳距可被促動(dòng)，使得維持轉(zhuǎn)子速度大致恒定。在切出風(fēng)速下，風(fēng)力渦輪的操作中斷。

總之，在第一、第二和第三操作范圍中，即，在低于標(biāo)稱風(fēng)速(亞標(biāo)稱操作區(qū))的風(fēng)速下，葉片通常被保持在恒定的槳距位置，即“低于額定槳距位置”。所述默認(rèn)槳距位置通常可接近0°的槳距角。然而，“低于額定”條件下的精確槳距角取決于風(fēng)力渦輪的完整設(shè)計(jì)。