[发明专利]用于在风力涡轮机叶片变桨距轴承上减小负载的方法

说明书

用于在风力涡轮机叶片变桨距轴承上减小负载的方法。描述了一种用于调整被连接到风力涡轮机（1）的转子（3）的转子叶片（5）的桨距角（α）的方法，该方法包括：使得转子叶片（5）朝目标叶片桨距角变桨距，变桨距的方式依赖于变桨距轴承上的负载和/或转子的方位角位置。

技术领域

本发明涉及用于调整风力涡轮机的转子叶片的桨距角的方法和布置，并且还涉及包括所述布置的风力涡轮机。

背景技术

风力涡轮机包括转子，多个转子叶片被连接在该转子处并且该转子驱动发电机以产生电能。转子叶片可以关于其相对于风的取向而进行调整，其中，转子叶片可以绕转子叶片的纵向轴线旋转，这通常被称为使得转子叶片变桨距。现代风力涡轮机可以被设计成使用气动、液压或电动变桨距系统来进行桨距调节。由此，常规地，变桨距系统可以由致动器构成，该致动器可以将来自控制器的信号转变成用于变桨距马达/变桨距致动器的运动信号，该变桨距马达/变桨距致动器转而使得叶片绕其桨距轴线（即转子叶片的纵向轴线）旋转。

叶片和变桨距系统可以通过变桨距轴承被联接。在操作期间，变桨距轴承可以由于叶片弯曲到风中而承受高的弯曲负载。在刚达到额定功率之前和刚达到额定功率之后的风速下可以发生最高叶片推力。在该高加载的时刻，也存在重要的变桨距运动以限制这些负载且也用于功率调节。

转子叶片的弯曲可以导致在变桨距轴承中的内部弹性变形，这转而可以导致在轴承本身的滚珠和槽道（runway）（轴承滚珠或圆柱可以沿其滚动的槽口）之间的高的壁压力。当变桨距系统被致动时，在轴承内部的这些高接触压力可以导致疲劳损坏。这最终可以导致部件损坏。特别地有危险害的可以是变桨距活动和非常高的弯曲负载的组合，这尽管很少发生（就相对发生而言），但可以导致所谓的低周疲劳。叶片轴承疲劳可以是带入指数幂的叶片上的弯矩与叶片变桨距运动的乘积。叶片轴承疲劳可以非线性地依赖于负载，特别地，其可以与被乘以变桨距运动的升高到3次幂的负载成比例。叶片变桨距轴承可以是更大的风力涡轮机的设计中的限制因素。

已经应用若干方法来减小在变桨距轴承的滚道或槽道中的接触压力：常规地，能够减小在涡轮机上的加载。这可以通过有时被称为“调峰（peak shaving）”的方法来完成。调峰可以是被引入到控制器行为中以致叶片更早地变桨距到风中的变化，以此方式减小了整个转子上的加载。该方法的缺点在于，其也可以影响功率性能并且因此减小能量产出。

减小轴承负载的另一方法可以是增加轴承的大小。增加轴承的直径可以减小材料中的局部诱导应力。不过，一旦已经设计了毂部和叶片，则该解决方案可以不是很实用的。更大的变桨距轴承也可以是更昂贵的，从而增加所产生的能量的成本。

被常规地使用的另外的方法可以包括：例如部分变桨距，其中，变桨距系统沿着叶片向外运动同时在内部保持固定的变桨距区段；或者循环变桨距，这减小了极端负载，但增加了变桨距活动。这可以是复杂的相互作用。同样在更外部，轴承将需要为更小的并且具有更低的疲劳极限。

文献US 2011/0305568 A1公开了一种风力涡轮机控制系统，其适合于最小化变桨距致动器的致动，其中，当在转子速度和参考转子速度之间的差对于风力涡轮机部件的负载不重要时，全负载控制中的误差增益调度（error gain schedule）被用于减少变桨距致动。误差增益调度的使用可以减小变桨距致动器的磨损，并且可以改善结构振动的减小，因为当速度误差为低时焦点从跟踪转子速度参考移开。

然而，已经观察到，常规方法和布置并非在所有情况中且在所有环境下均能够在不负面地影响其它部件或者不负面地影响风力涡轮机性能的同时可靠地且有效地减小变桨距轴承负载或者变桨距轴承损坏。

因此，需要一种用于调整转子叶片的桨距角的方法和布置，其中，变桨距轴承上的负载被减小，同时不负面地影响其它部件或者不负面地影响风力涡轮机的性能。

发明内容