[发明专利]具有用于使负载最小化的装置的风力机

说明书

本发明涉及一种风力机，该风力机包括塔架、设置在塔架上的能量转换单元、连接到能量转换单元并具有固定到轮毂的两个风轮叶片的风轮、设置在轮毂中并用于测量轮毂的机械变形的测量装置以及用于设定风轮叶片的叶片桨距角(Blatteinstellwinkel)的单叶片控制器，该单叶片控制器用于减小风力机的部件的机械负载。

构成本申请的权利要求1的前序部分的这种类型的风力机已由EP 1 243790B1已知。它提供了用于探测仅在风力机的一部分上局部存在的瞬时应力的测量装置，作用于对承载至少一个叶片的风轮的风轮叶片进行单叶片调节的装置的控制单元设定成避免在风轮叶片、轮毂、轴驱动装置和所用的轴承的负载中的局部峰值。

在已知的风力机的情况下所用的测量装置是应变仪，这些应变仪附连于风轮叶片、风轮叶片内部、风轮轮毂上或风轮轮毂内部、枢轴(Achszapfen)上或枢轴内部、驱动轴上或驱动轴内部或轴承上。特别是，附连于风轮轮毂的应变仪设置在风轮叶片平面上并与其齐平。

使用应变仪的缺点是较高的组装和维修费用、由于相当慢的测量和高负载循环的测量不精确以及这种类型的测量装置的相对较快的磨损。应变仪对机械负载，特别是对过度拉伸敏感，并可在高循环负载的情况下与支承体分离。

因此，替代地从DE 101 60 360 B4中已知在风轮叶片内布设光导并通过比较进入和离开的光量来确定作用于风轮叶片上的机械负载，设置自动调节的设备控制系统以减小风轮叶片的负载。

然而，这种设计的缺点是在生产风轮叶片过程中布设光导所涉及的工作量。此外，光导像应变仪那样对机械负载敏感，并且本质上由于受机械负载损坏的风险，光导是在风力机的部件的确定负载的范围内低可靠性的测量装置。

因此，最近已知用于确定作用于风轮叶片上的负载的其它装置，例如DE 202007 008 066 U1和DE 10 2006 002 708 B4。它们提供激光测量装置，其设置在风力机的轮毂内并将光发射到风轮叶片，可以通过激光束与设置在叶片内的参考点的偏差或借助于反射光的偏差探测到风轮叶片的偏转并且可以通过合适的控制机构来避免发生在叶片上的过载。

缺点又是当建立测量系统时较大的工作量，特别是在生产风轮叶片时所涉及到的工作量。

为较高的使用强度负载而设计的传统风力机多半由于较大的材料消耗量而具有较大的重量，而较大的材料消耗量致使风力机的部件的生产相应地复杂、运输复杂以及建立复杂。

因此，本发明的目的是为风力机创造一种简单、快速反应和易于安装的测量系统，风力机借助于该测量系统能如此操作，即，使用强度负载最小，且因此可设计更轻质和节省材料的结构。

本发明的目的由一种具有权利要求1所述特征的风力机来实现。从属权利要求表现了本发明的有利设计方式。

本发明的基本思想是借助于发生在轮毂处的变形来探测两叶片风轮的彼此相对的风轮叶片处的不均匀的负载分布，并改变叶片的叶片桨距角，以使叶片连接力矩积累成尽可能小的力矩差，其中，这种不均匀的负载分布例如由湍流引起并导致横向于叶片轴线方向的弯曲力矩M_YR。

使用附图中所示的特别较佳的设计的示例性实施例来详细解释本发明。在附图中：

图1示出具有两叶片风轮的风力机的立体图；

图2a是图1的风力机的前视图，并标记了在与风轮共同转动的R坐标系中的X和Y轴以及力矩M_YR和M_XR；

图3a是图1的风力机的前视图，并标记了在固定的N坐标系中的X和Y轴以及力矩M_YR和M_XR；

图4示出发生在轮毂处的变形；

图5(a)是根据示例性实施例的图1的风力机的轮毂的剖切侧视图，而(b)是根据另一示例性实施例的图1的风力机的轮毂的剖切侧视图；

图6是在与风轮共同转动的R坐标系三叶片风轮中发生在未调节风力机的轮毂处的弯曲力矩M_XR(a)和M_YR(b)的时间曲线；

图7是在固定的N坐标系三叶片风轮中发生在未调节风力机的轮毂处的弯曲力矩M_XN(a)和M_YN(b)的时间曲线；

图8是在与风轮共同转动的R坐标系两叶片风轮中发生在风力机的轮毂处的弯曲力矩M_XR(a)和M_YR(b)的时间曲线；