【技术实现步骤摘要】
本公开大体涉及风力涡轮功率生成系统，并且更具体地，涉及用于阻尼风力涡轮中的振动和载荷的系统和方法，特别是当转子轮毂在锁定或空转状态下不操作时。
技术介绍
1、现代风力涡轮通常用于将电供应到电网中。该类型的风力涡轮大体上包括塔架和布置在塔架上的转子。典型地包括轮毂和多个叶片的转子设定成在风对叶片的影响下旋转，其中旋转生成扭矩，该扭矩通过转子轴直接地(“直接驱动”)或通过使用齿轮箱传送至发电机。这样，发电机产生可供应至电网的电。
2、存在如下趋势：使风力涡轮叶片越来越长，以捕获更多的风并将风能转化为电。这导致叶片为更柔性的且更倾向于气动弹性不稳定性，例如叶片的振动，其还可导致不稳定的叶片振荡。振动的叶片产生对整个风力涡轮中的各个构件的主要潜在损坏的风险。
3、当风力涡轮操作时，风力涡轮控制器可(直接或间接地)操作辅助驱动系统，诸如桨距系统，或发电机扭矩，以减少叶片上的载荷并且因此抵消叶片振动。
4、然而，当风力涡轮处于静止状态(空转或锁定)时，气动弹性不稳定性的问题可为严重的。当转子锁定以防止旋转(例如由于安装、调试或维护任务)时，叶片可经历气动弹性不稳定性(包括当攻角在某些范围内时不同类型的振动)。因为转子被锁定，所以不可使用转子的旋转来减少导致这些振动的载荷。
5、在静止状态期间，至少两种类型的振动可发生。第一种是在某些攻角处的涡流引起的振动(viv)，并且可或可不包括在接近叶片本征频率或系统频率的频率处脱落的横流涡流。第二种是当攻角接近失速角并且流动相互作用可导致叶片振动时的失速
6、涡流和失速引起的振动为现象，如果不充分设计或补偿，则该现象可导致叶片故障或加速叶片损坏。
7、针对提及的问题的当前解决方案包括使用附接于叶片的空气动力学装置来减少涡流和/或增加阻尼。然而，该解决方案可增加由于阻力而产生的载荷，以及安装和移除此类装置的成本和时间。
8、风力涡轮在不产生功率时的另一种当前实践包括：当转子偏航到风中并且借助于锁定销来防止旋转时，将转子叶片的桨距角设定为大致90度。该特别桨距角可减少叶片上的载荷(至少关于一些风力条件)。然而，当桨距角设定在风向标位置处时，锁定销可遭受较高的载荷，并且即使在该位置，也不可避免所有的振动，特别是如果风向随时间的过去而变化。
9、美国专利no.9316202提出用以预防风力涡轮叶片在转子锁定或在低速处空转时的振动的方法和系统，该方法和系统涉及将可释放的盖附接于叶片，这为叶片的区域提供非空气动力学表面。叶片盖描述为网状材料的套筒，其可在安装之前或在现场由服务工程师使用指导方针定位在叶片上。
10、本公开提供备选的有效手段，以经由使用独特的振动阻尼器来减少或防止当风力涡轮处于非操作模式时在转子轮毂不能够偏航和锁定或空转的情况下风力涡轮叶片中的振动或振荡，这将在安装的成本、时间和容易性，以及有效性方面提供益处。
技术实现思路
1、本专利技术的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述为明显的，或者可通过本专利技术的实践学习。
2、本公开包含一种用于在风力涡轮处于非操作模式时在转子轮毂处于锁定或空转状态的情况下防止或至少减少风力涡轮的转子轮毂上的一个或多个转子叶片中的振动和载荷的方法。风力涡轮的该模式可发生例如在安装、维修、维护、与电网断开连接或需要转子轮毂锁定以防止旋转(即，处于静止)或允许空转的任何其它场景期间。
3、方法包括在转子轮毂的锁定或空转状态期间，将电子可调谐弹簧质量阻尼器附接在叶片上的固定位置处，可调谐弹簧质量阻尼器具有沿行程路径移动的质量构件。弹簧质量阻尼器包括能够操作为马达或发电机的电机。例如，电机可为也可作用为发电机的常规dc马达。方法包括确定在锁定或空转状态期间叶片中引起的振动的幅度和频率，以及感测由叶片中引起的振动导致的质量构件的移动。基于质量构件的感测的移动，通过在虚拟阻尼器模式下将电机操作为发电机，弹簧质量阻尼器的阻尼功能自动调谐成调整振动的幅度。备选地或者另外，通过在虚拟弹簧模式下将电机操作为马达-发电机，弹簧质量阻尼器刚度自动调谐至振动的频率。在特别实施例中，执行两种调谐功能。
4、在特别实施例中，弹簧质量阻尼器包括飞轮，在质量构件沿行程路径移动时，该飞轮与电机进行齿轮接合。在虚拟阻尼器模式下，在弹簧质量阻尼器朝向行程路径的端部减速时，电机在飞轮上生成与弹簧质量阻尼器速度成比例的反扭矩，并且在虚拟弹簧模式下，在弹簧质量阻尼器加速远离行程路径的端部时，电机向飞轮生成与弹簧质量阻尼器位置成比例的附加扭矩或反扭矩。在该实施例中，在虚拟阻尼器模式下，电机操作为发电机并且对电池充电。在虚拟弹簧模式下，电机针对弹簧质量阻尼器行程的一个半周期操作为马达，并且在弹簧质量阻尼器行程的另一个半周期中操作为发电机，类似于膨胀和收缩弹簧的物理动能行为，其中电机能量损失由电池供应。
5、飞轮可与轨道进行齿轮接合，该轨道齿轮沿行程路径延伸并且限定行程路径，使得当质量构件沿行程路径移动时，飞轮被旋转地驱动。飞轮联接于轴，该轴联接于电机。
6、方法的优点在于，自动调谐弹簧质量阻尼器的步骤完全由弹簧质量阻尼器完成，而无需外部操作员或装置动作。
7、根据某些实施例，质量构件沿行程路径的位置或移动利用关于弹簧质量阻尼器构造的一个或多个传感器连续地或周期性地感测。位置数据用于各种调谐功能。
8、本方法的另一个优点是弹簧质量阻尼器在操作上对温度变化不敏感。
9、在某些实施例中，弹簧质量阻尼器与远程中央控制器通信，其中弹簧质量阻尼器的至少一个操作参数由远程中央控制器远程调节或控制。弹簧质量阻尼器还可与移动智能装置通信，该移动智能装置继而与远程中央控制器通信，其中操作员经由移动智能装置或经由远程中央控制器调节弹簧质量阻尼器的操作参数。
10、风力涡轮的转子轮毂上的每个叶片可构造有弹簧质量阻尼器中的一个，其中弹簧质量阻尼器中的每个与风力涡轮控制器通信。风力涡轮控制器可与远程中央控制器通信。
11、本专利技术还包括一种风力涡轮，其构造用于在非操作模式期间减少转子叶片中的振动和载荷。风力涡轮包括转子轮毂上的多个转子叶片，其中在风力涡轮的非操作模式中，转子轮毂处于锁定或空转状态。风力涡轮还包括附接在转子叶片中的一个或多个上的固定位置处的弹簧质量阻尼器，弹簧质量阻尼器具有能够沿行程路径移动的质量构件。一个或多个传感器构造在弹簧质量阻尼器内以感测质量构件沿行程路径的移动，其中移动由在转子轮毂的锁定或空转状态期间转子叶片中引起的振动或振荡生成。控制器与弹簧质量阻尼器一起使用，并且配置成执行以下中的一个或两者：(a)基于质量构件的感测的移动，通过在虚拟阻尼器模式下将电机操作为发电机，将弹簧质量阻尼器自动调谐至振动的幅度；或者(b)通过在虚拟弹簧模式下将电机操作为马达-发电机，将弹簧质量阻尼本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于在风力涡轮的转子轮毂处于锁定或空转状态时减少所述转子轮毂上的叶片中的振动和载荷的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括执行(a)和(b)两者，其中，所述弹簧质量阻尼器包括在所述质量构件沿所述行程路径移动时与所述电机进行齿轮接合的飞轮，其中，在所述虚拟阻尼器模式下，在所述弹簧质量阻尼器接近所述行程路径的端部并且在所述行程路径的端部处减速时，所述电机在所述飞轮上生成反扭矩，并且在所述虚拟弹簧模式下，在所述弹簧质量阻尼器加速远离所述行程路径的端部时，所述电机在所述飞轮上生成附加扭矩或反扭矩。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述虚拟阻尼器模式下，操作为所述发电机的所述电机对电池充电，并且在所述虚拟弹簧模式下，操作为马达-发电机的所述电机由所述电池供能。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述飞轮与沿所述行程路径延伸的轨道齿轮进行齿轮接合，使得在所述质量构件沿所述行程路径移动时，所述飞轮被旋转地驱动，所述飞轮联接于轴，所述轴联接于所述电机。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，自动调谐所述弹簧质
6.根据权利要求1所述的方法，其中，利用关于所述弹簧质量阻尼器构造的一个或多个传感器连续地或周期性地感测所述质量构件沿所述行程路径的位置或移动。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述弹簧质量阻尼器在操作上对温度变化不敏感。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述弹簧质量阻尼器与远程中央控制器通信，其中，所述弹簧质量阻尼器的至少一个操作参数由所述远程中央控制器远程调节。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述弹簧质量阻尼器还与移动智能装置通信，所述移动智能装置与所述远程中央控制器通信，其中，操作员经由所述移动智能装置或经由所述远程中央控制器调节所述弹簧质量阻尼器的所述操作参数。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述转子轮毂上的每个叶片构造有所述弹簧质量阻尼器中的一个，所述弹簧质量阻尼器中的每个与风力涡轮控制器通信，所述风力涡轮控制器与所述远程中央控制器通信。
...【技术特征摘要】
1.一种用于在风力涡轮的转子轮毂处于锁定或空转状态时减少所述转子轮毂上的叶片中的振动和载荷的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括执行(a)和(b)两者，其中，所述弹簧质量阻尼器包括在所述质量构件沿所述行程路径移动时与所述电机进行齿轮接合的飞轮，其中，在所述虚拟阻尼器模式下，在所述弹簧质量阻尼器接近所述行程路径的端部并且在所述行程路径的端部处减速时，所述电机在所述飞轮上生成反扭矩，并且在所述虚拟弹簧模式下，在所述弹簧质量阻尼器加速远离所述行程路径的端部时，所述电机在所述飞轮上生成附加扭矩或反扭矩。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述虚拟阻尼器模式下，操作为所述发电机的所述电机对电池充电，并且在所述虚拟弹簧模式下，操作为马达-发电机的所述电机由所述电池供能。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述飞轮与沿所述行程路径延伸的轨道齿轮进行齿轮接合，使得在所述质量构件沿所述行程路径移动时，所述飞轮被旋转地驱动，所述飞轮联接于轴，所述轴联接于所述电机。
5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：L·S·斯诺，C·E·西利，E·C·德尔加多，
申请(专利权)人：通用电气基础设施技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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