[發明專利]風力渦輪機轉子葉片的偏轉的確定

在審

• 申請號: 201610896799.6
• 申請日: 2016-10-14
• 公開（公告）號: CN106968896A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: P.B.埃內沃爾德森;A.G.岡薩萊斯
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;F03D7/04;F03D80/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 李晨,安文森

技術領域

本發明涉及一種用于確定轉子葉片偏轉的方法和裝置。此外，提出了一種傳感器和一種轉子葉片以及一種風力渦輪機。

背景技術

由于由風力渦輪機所提供電力的增加，代表這種風力渦輪機的基本驅動部件的轉子葉片在例如重量、空氣動力特性和最可能的發電方面得到優化。

因此，轉子葉片的設計和形狀是由若干因素來表征或限制。作為一個示例，特別地對于長的細長和柔性轉子葉片，在風力渦輪機運行期間的一個關鍵特征是在極端狀況期間轉子葉片尖端與風力渦輪機塔架表面之間的間隙，用以避免碰撞。塔架與葉片頂端之間的距離也稱為“葉尖/塔架間隙”。

葉尖偏轉對于轉子葉片的結構具有限制性結果，同樣具有限制性經濟結果。因此，葉片可以承載的載荷水平常常受到這個因素和因此汲取能量的量以及能源成本的限制。

維持葉尖/塔架間隙的問題可從結構設計的觀點出發通過例如增加葉片主梁的剛度而得到解決。這完全是與較大葉片質量和因此較高葉片成本以及在葉片和轂部件兩者中的較高疲勞載荷有關的結構解決方案。

從空氣動力學設計的觀點來看，高葉尖偏轉的問題可根據以下示例性選項中的一個選項而得以解決：

- 增大葉片的長細比：

該解決方案的缺點可以是對正常運行期間的風力渦輪機的空氣動力性能的負面影響。在一些情況下，作為另一個缺點，結構尺寸（如“建筑高度”）會變得非常??；

- 減小葉片朝向葉尖的空氣動力扭轉：

該解決方案的一個缺點將會是在正常運行期間的性能損失；

- 主動襟翼（flap）的使用：

這里的缺點是在葉片中必須采用有源元件。

- 增加翼型的相對厚度從而提高結構剛度：

這里的缺點是與較厚翼型相比，較薄翼型的性能低下。

在臨界載荷狀態中葉片的槳距角的減小，這對于年發電量（AEP）具有負面影響。

發明內容

因此，本發明的目的是克服這種缺點，并且特別地提供一種用于檢測并避免轉子葉片的極端偏轉的改進方法。

該問題是由獨立權利要求的特征而得以解決。其它實施例是由從屬權利要求得出。

為了克服這個問題，提供一種用于確定風力渦輪機轉子葉片的偏轉的方法，該方法包括以下步驟：

- 將至少一個導電體環經由固定點固定到轉子葉片的至少一個表面，其中該至少一個導電體環布置成使得：

- 由于轉子葉片的偏轉，推動至少一個導電體環在至少兩個的固定點之間延伸；

- 如果轉子葉片的偏轉低于確定的閾值，那么延伸的導電體環保持閉合；

- 如果轉子葉片的偏轉超過確定的閾值，那么延伸的導電體環打開。

所提出的解決方案使對轉子葉片的極端偏轉的檢測成為可能，這主要是基于以下事實：在極端條件下并且由于葉片的彈性變形，葉片的吸力側將處于壓縮狀態而葉片的壓力側將處于延伸狀態。因此，分配或固定到轉子葉片的表面（該表面可以是內表面或外表面）的任何元件（例如導電體環）將經歷相同或相似的彈性變形。

作為一個示例，葉片段的延伸將與該段的原長度乘以應變水平的乘積成比例。例如，對于具有10米長度的葉片段為有效的3000 微應變[10^-6 毫米/毫米] 的應變水平將會導致3000×10^-6×10000=30毫米的總變形（即，延伸）。

換句話說，就例如數米的葉片長度而言，總變形將為數厘米。該長度中的變化可以以不同的方式用于監測，假設該元件具有獨立于葉片發生變形的自由度（即，未牢固地附接到葉片表面）。

圖1示例性地示出了轉子葉片的變形的一個可能實施例。根據圖1，機艙110可旋轉的安裝在風力渦輪機100的塔架120的頂部上。轉子130附接到機艙110的上風側。轉子130包括中心轉子轂和多個轉子葉片140，這些轉子葉片安裝到限定轉子平面的轉子轂并且從該轉子轂徑向地延伸。

因此，假設45米葉片140中有5米的示例性葉尖偏轉，葉片140的壓力側的內表面將會延伸大約40毫米，這將會足以實施所提出的解決方案。在圖1中，將示出前述偏轉的在壓力作用下的相應轉子葉片示例性地表示為轉子葉片140a，其中在圖1中葉片140a的壓力側是由箭頭150所表示，并且其中葉片140a的吸力側是由箭頭151所表示。此外，由于例如轉子葉片的偏轉所導致的壓力側150的延伸是示例性地由箭頭160所表示，其中轉子葉片吸力側的相應收縮是由箭頭161所表示。