[发明专利]风力涡轮机和相应的偏航控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双叶片风力涡轮机和相应的控制该风力涡轮机的偏航动作的方法。

背景技术

风力涡轮机运行过程中，风力涡轮机结构常常会经受各种不同的应力和应变。风力涡轮机设计过程中必须考虑这种应力的疲劳影响，以确保风力涡轮机本身能够抵御这种应变，而不经受灾难性的结构破坏。这关系到设计出具有相当大的结构加固的风力涡轮机，以防止由于这种力而使得结构破坏或破裂。

因此，需要开发运转风力涡轮机的方法，以减小这些运转应力的大小和/或影响，从而降低风力涡轮机的结构设计要求，并相应节省风力涡轮机制造精力和成本。

风力涡轮机经受相当大的力的区域之一是在风力涡轮机的机舱和转子偏航面向涡轮机处的风向的过程中。当风力涡轮机偏航时，由于风力涡轮机叶片运动时的偏航或转动机舱的影响，风力涡轮机机构经受偏航力矩。这种力矩在风力涡轮机叶片中产生力，要求设计该叶片的尺寸以抵御这些力的影响。此外，重要的是，由于涡轮机处的风向和风力涡轮机叶片当前面对的方向之间的偏航误差的存在，任何偏航动作以快速有效的方式进行，以减少能量损失。

已知的针对偏航力问题的解决方案是在风力涡轮机上使用咬牙轮毂（teether hubs），其允许风力涡轮机机舱上的转子轮毂的相对运动。然而，在风力涡轮机上使用这种咬牙轮毂涉及到设计阶段相当多的技术问题，并增加了复杂的维护操作。

EP2314869描述了一种风力涡轮机发电机的偏航控制系统，其在发电和偏航过程中，通过在风向改变的初期进行偏航转动，将风力涡轮机的磨损最小化。该偏航控制系统采用一组条件，用于探测在两个临界值中的一个临界值以上的时间期限内风向的过渡变化，因此，该探测的变化快于公称的风向测量。

本发明的目的是提供一种风力涡轮机和相应的控制方法，该方法减小了偏航动作过程中经受的力，使风力涡轮机降低设计要求和相关成本。

发明内容

因此，提供一种控制双叶片风力涡轮机的偏航运动的方法，该风力涡轮机包括可偏航的机舱，风力涡轮机转子可转动地安装于所述机舱，所述转子具有第一和第二转子叶片，所述方法包括以下步骤：

以偏航速度偏航风力涡轮机机舱，随着风力涡轮机处的即将来临的风调整风力涡轮机转子叶片的方位，其中，所述方法进一步包括以下步骤：

基于所述涡轮机转子叶片的转动位置，调整所述偏航速度。

风力涡轮机叶片经受的偏航力，根据双叶片风力涡轮机的叶片的转动角而变化。因此，基于叶片的转动位置改变偏航动作（或偏航速度）意味着，可以更有效地管理风力涡轮机经受的力。（例如，当偏航力矩最小时，偏航速率可针对这些转动角增大。）以这种方式有效控制偏航系统使得叶片力最小化，同样降低了对控制这种偏航的偏航发动机的要求（由于偏航发动机在应对减小的力）。因此，风力涡轮机设计可调整为应对减小的载荷，并且在这种风力涡轮机结构中可作出相应的节省。

优选地，所述方法包括当所述风力涡轮机转子叶片大致垂直对齐时，增加所述偏航速度至基本偏航速度之上的步骤。

当叶片大致垂直对齐时，叶片偏航力矩减小至最小。因此，此时偏航风力涡轮机会导致叶片主体中产生的力减小。当叶片大致垂直时，增加的偏航速率于是导致在风力涡轮机的寿命中，叶片中的力减小。

附加地或可选择地，所述方法包括当所述风力涡轮机转子叶片大致水平对齐时，降低所述偏航速度至基本偏航速度之下的步骤。

类似地，当叶片大致水平时，偏航过程中，叶片经受的偏航力矩和作用于叶片主体上的力都最大。因此，通过减小这种水平位置的叶片的偏航速率，使叶片结构上的这种力的影响最小化。

优选地，所述基本偏航速度约为0.5-1度/秒。

优选地，所述偏航速度与所述风力涡轮机转子叶片的转动角成比例。

一个实施例中，偏航速度随着叶片的转动位置而变化，使得特定的转动角可能导致与该角度有关的特定偏航速度。

优选地，所述偏航速度的增加与风力涡轮机转子叶片从垂直轴线的转动距离成反比。这意味着当转子叶片从水平位置移动至垂直位置，该偏航速度增加。

优选地，当转子叶片的转动角在与水平轴成第一角度和与水平轴成90度之间变化时，所述偏航速度呈线性变化。这个实施例中，在风力涡轮机的偏航速度调整之前，叶片的转动位置必须超过临界角度。