[发明专利]用于转子的补偿系统

说明书

技术领域

本发明涉及发电风轮机(power generating wind turbine)领域，该发电风轮机包括具有一个或多个叶片(blade)的转子，每个叶片都带有用于调节绕其纵向轴线的俯仰角(angle of pitch)的致动器(actuator)。

具体而言，本发明涉及一种补偿系统，其用于独立地修改(modify)由转子叶片控制系统的中央控制器输出的转子叶片俯仰角信号。

本发明也为转子找到了在流体(尤其是水)涡轮机——诸如船用涡轮机——领域中的应用。

背景技术

现在风轮机在许多国家都是一种常用的发电装置(means)，在欧洲和美国具有数百亿瓦特的安装容量。自20世纪90年代后期以来，风轮机的额定功率(power rating)和尺寸迅速增加到如今的约5MW和120m转子直径。风轮机产生的功率和转子的旋转速度都必须被调整(regulate)以实现风轮机的可行运行，从而避免过度设计——因为风可提供的功率随着风速的立方而增加，并且将转子的旋转速度保持在安全运行范围内。在较高的风速，风轮机的调整是部分地或完全地通过如下方法实现的：随着风速变化来调节叶片的俯仰角从而保持所产生的功率或者转子的旋转速度恒定，或者用于一些其他紧密相关的目的。

所述叶片一般被集总地(collectively)调节；即，对所有叶片进行相同的俯仰调节。这样，就仅要考虑整个转子上的平均风速。对叶片的俯仰角的调节是由风轮机转子叶片控制系统的中央控制器根据所产生的功率或转子的旋转速度恒量的测量值或者一些其他紧密相关的测量值来确定的。致动器以中央控制器确定的量来调节叶片的俯仰角。

当以上述方式调整风轮机时，除了重力载荷或叶片误校准载荷，只要与转子相互作用的风场是均匀的，每个叶片上的载荷就将是相同的；即，关于穿过转子轮毂(hub)的轴线对称，并且垂直于转子。然而，实际的风场是不均匀的。而是，风速随着高度而增大，在支撑转子的塔(tower)前方减小，并且在叶片扫过的盘上扰动地变化。因此，特别是对于大的风轮机，每个叶片上的载荷以及它代表的平均风速是不同的。转子上从而支撑结构上的这种非对称载荷持续地变化，缩短了风轮机的服务寿命。

为了消除该非对称载荷，每个叶片的俯仰角可以被分立地调节。这样，就要考虑叶片上的平均风速。

US 4,297,076公开了一种风轮机，其中仅叶片的尖端部分是俯仰可变的。每个叶片上的弯矩(bending moment)被测量，并且所述尖端的俯仰角的轮转调节(cyclic adjustments)——其仅相位不同——是从弯矩的非对称性得出的。这种轮转俯仰调节导致转子上的轮转非对称载荷的减小。

US 6,361,275公开了一种风轮机，该风轮机包括用于调节每个转子叶片的俯仰的调节设备(device)。使用应变仪(strain gauges)测量每个叶片上的载荷，并且/或者使用安装于叶片的风速计(blade-mounted anemometers)测量每个叶片的风速。所有测量值都被传送至中央控制设备，中央控制设备确定减小载荷所需的对叶片俯仰角的个体调节。然后，连接至各个叶片的致动器执行对俯仰角的调节。这种个体叶片俯仰调节导致转子上的非对称载荷的减小。

WO 2005/010358公开了一种风轮机，该风轮机包括类似于US6,361,275中的用于调节每个叶片的俯仰的调节设备。使用接近传感器(proximity sensor)来测量距主轴休止位置(rest position)的径向位移。所有测量值都被传送至中央控制设备，该中央控制设备确定转子上的非对称载荷的量值(magnitude)和/或定向(orientation)，由此确定减小载荷所需的对叶片俯仰角的个体调节。然后，连接至各个叶片的致动器执行对俯仰角的调节。这种个体叶片俯仰调节导致转子上的非对称载荷的减小。

WO 2007/104306公开了一种用于确定对US 6,361,275中公开的调节设备中的叶片俯仰角的个体调节的方法。在US 6,361,275中，每个叶片上的载荷都被测量，减小载荷所需的调节被确定然后施行。所述载荷被集总、存储，从而确定载荷分布函数。多个周期性函数被从该分布确定，然后被用来确定对叶片俯仰角的调节。