減弱風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙的振蕩運(yùn)動(dòng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于減弱風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙的振蕩運(yùn)動(dòng)的方法。具體而言，以有利的方式使所述振蕩運(yùn)動(dòng)與偏擺運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)。本發(fā)明還涉及一種用于減弱這樣的振蕩運(yùn)動(dòng)的控制裝置。此外，本發(fā)明涉及一種包括這樣的控制裝置的風(fēng)力渦輪機(jī)。最后，本發(fā)明涉及一種用于減弱風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙的振蕩運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)程序。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力渦輪機(jī)，特別是風(fēng)力渦輪機(jī)的塔架，在其使用壽命內(nèi)必須承受相當(dāng)大的載荷。塔架可能會(huì)經(jīng)歷極限載荷或疲勞載荷。極限載荷指塔架能夠承受的最大/最小極限。例如，在較大的(即強(qiáng)烈的)陣風(fēng)期間就可能經(jīng)歷極限載荷。疲勞載荷指由循環(huán)載荷引起的對(duì)結(jié)構(gòu)的累進(jìn)損傷。當(dāng)塔架在正常操作中以所謂的左右運(yùn)動(dòng)或前后運(yùn)動(dòng)振蕩時(shí)，疲勞損傷可以發(fā)生。降低塔架的疲勞載荷將是非常有利的，因?yàn)檫@樣塔架就能夠以較少的材料(例如鋼)制成，并且由此成本和/或重量可以被降低。另外，具有降低的疲勞載荷的相同塔架可以具有較長的使用壽命。
[0003]左右的塔架振蕩可以由陣風(fēng)引起，由風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙的偏擺運(yùn)動(dòng)引起，或者僅僅由于風(fēng)的自然變化。歐洲專利EP 2 146 093 BI描述了一種通過將正弦信號(hào)添加到電動(dòng)轉(zhuǎn)矩參考或電動(dòng)塔架參考來減弱左右塔架振蕩的方法。然而，這涉及對(duì)電信號(hào)的大量處理和變換。
[0004]因此，迫切需要提供一種用于減弱風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙的振蕩運(yùn)動(dòng)的改進(jìn)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]此目標(biāo)通過獨(dú)立權(quán)利要求實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求描述了本發(fā)明的有利發(fā)展和修改。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于減弱風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙的振蕩運(yùn)動(dòng)的方法。機(jī)艙被附接到風(fēng)力渦輪機(jī)的塔架。所述方法包括以偏擺速度繞偏擺軸線來旋轉(zhuǎn)機(jī)艙，其中偏擺軸線與塔架的縱向軸線對(duì)齊。此外，所述方法還包括改變偏擺速度，以及使偏擺速度與振蕩運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)，以使由偏擺速度的改變產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩減弱塔架的機(jī)艙的振蕩運(yùn)動(dòng)。
[0007]所述振蕩運(yùn)動(dòng)也可以被表示為樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。例如，所述振蕩運(yùn)動(dòng)包括塔架繞樞轉(zhuǎn)點(diǎn)的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所述振蕩運(yùn)動(dòng)還包括塔架的彎曲。
[0008]有利的是，機(jī)艙通過軸承被附接到塔架。風(fēng)力渦輪機(jī)是能夠?qū)L(fēng)能(即，來自風(fēng)的動(dòng)能)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。有利的是，所述機(jī)械能隨后被用于產(chǎn)生電。風(fēng)力渦輪機(jī)也被稱為風(fēng)力發(fā)電站。
[0009]偏擺速度的改變包括偏擺速度的加速以及減速。振蕩運(yùn)動(dòng)的減弱包括減小、緩和或甚至消除振蕩運(yùn)動(dòng)。振蕩運(yùn)動(dòng)(例如，左右塔架振蕩)的減弱對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)(特別是對(duì)于塔架)而言是有利的，因?yàn)檫@減小了載荷。例如，減小疲勞載荷可以允許設(shè)計(jì)疲勞載荷的減小或延長塔架使用壽命。疲勞必須被理解為當(dāng)材料經(jīng)受循環(huán)載荷時(shí)發(fā)生的累進(jìn)的和局部的結(jié)構(gòu)損傷。
[0010]有利的是，在機(jī)艙和塔架之間存在偏擺軸承。偏擺軸承允許機(jī)艙繞偏擺軸線的旋轉(zhuǎn)，所述偏擺軸線與塔架的縱向軸線對(duì)齊。如果塔架基本上是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的，則塔架的縱向軸線有利地與塔架的對(duì)稱軸線相同。使機(jī)艙相對(duì)于塔架偏擺的一個(gè)目的在于相對(duì)于改變的來風(fēng)方向重新定位(即，跟進(jìn)或跟蹤)機(jī)艙。完成此過程特別是為了相對(duì)于所述改變的來風(fēng)方向重新定位被附接到轂的轉(zhuǎn)子葉片，所述轂與機(jī)艙連接。換句話說，如果來風(fēng)改變其方向或角度，則有利的是，機(jī)艙被重新定位或偏擺到新的旋轉(zhuǎn)位置中。
[0011]如果偏擺速度改變，則由偏擺運(yùn)動(dòng)(所述偏擺運(yùn)動(dòng)是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))引起的角動(dòng)量也因此改變。這樣，由于改變的角動(dòng)量，所以產(chǎn)生了轉(zhuǎn)矩。
[0012]所述轉(zhuǎn)矩與角動(dòng)量指向相同的方向。因此，假定塔架豎直，即假定偏擺軸線豎直，則通過偏擺速度的加速或減速產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也指向豎直方向。如果風(fēng)力渦輪機(jī)的質(zhì)心遠(yuǎn)離偏擺軸線，則所述豎直轉(zhuǎn)矩的結(jié)果是這樣的一個(gè)力，所述力指向?yàn)榕c偏擺軸線垂直并且與質(zhì)心和偏擺軸線之間的杠桿臂的方向垂直。在此背景下，所述杠桿臂被定義為從質(zhì)心到偏擺軸線的最短距離。所述轉(zhuǎn)矩導(dǎo)致的力可以影響機(jī)艙的振蕩運(yùn)動(dòng)。
[0013]換句話說，本發(fā)明的一個(gè)方面是協(xié)調(diào)(或調(diào)節(jié))偏擺速度，以使由偏擺速度的改變產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩導(dǎo)致這樣的一個(gè)力，與所述振蕩運(yùn)動(dòng)相比，所述力至少部分地沿相反的方向指向，并因此能夠減弱振蕩運(yùn)動(dòng)。
[0014]必須注意的是，風(fēng)力渦輪機(jī)的具有轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子不一定必須旋轉(zhuǎn)以使所述方法工作。但是，只有質(zhì)心遠(yuǎn)離偏擺軸線，振蕩運(yùn)動(dòng)才能夠被減弱。
[0015]上述方法對(duì)于硬性偏擺(hard yaws)特別有效。硬性偏擺具有固定的偏擺速度但具有相當(dāng)大的初始偏擺加速度。這可以引起或產(chǎn)生高的轉(zhuǎn)矩。因此，例如左右塔架振蕩能夠有效地被減弱。一般來說，硬性偏擺是有利的，因?yàn)榕c例如用于偏擺驅(qū)動(dòng)的可變速度馬達(dá)相比，它被相對(duì)便宜并且簡(jiǎn)單地建立。
[0016]偏擺加速能夠產(chǎn)生沿塔架的左右方向的力，并可以沿此方向激發(fā)塔架或使塔架減振。在產(chǎn)生很大的力的方面，偏擺速度經(jīng)常是相當(dāng)有限的。但是，偏擺加速，特別是硬性偏擺的偏擺加速，可以足夠高，以便產(chǎn)生相當(dāng)大的力。因此，特別是對(duì)于具有硬性偏擺的風(fēng)力渦輪機(jī)而言，上述方法是非常有益的。
[0017]需要注意的是，本發(fā)明的一個(gè)方面基于以下結(jié)果，S卩:機(jī)艙偏擺可以對(duì)左右塔架振蕩具有顯著的影響。因此，一方面，由于對(duì)偏擺活動(dòng)的有利安排，例如有計(jì)劃的偏擺活動(dòng)的稍微延后，它能夠減弱存在的左右塔架振蕩。另一方面，也可能有利地停止(即，制動(dòng)或減小)偏擺活動(dòng)，以使可能剛剛通過偏擺活動(dòng)的加速產(chǎn)生的左右塔架振蕩被消除。換句話說，偏擺運(yùn)動(dòng)能夠被用于減弱左右塔架振蕩，并且特別是定時(shí)的偏擺運(yùn)動(dòng)能夠相當(dāng)大地減弱塔架振蕩。
[0018]在有利的實(shí)施例中，機(jī)艙的振蕩運(yùn)動(dòng)具有周期性的時(shí)間依賴性，并且振蕩運(yùn)動(dòng)的符號(hào)周期性地改變。此外，使偏擺速度和振蕩運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)，以使依賴時(shí)間的振蕩運(yùn)動(dòng)被減弱。
[0019]在另一個(gè)有利的實(shí)施例中，機(jī)艙振蕩運(yùn)動(dòng)的周期性的時(shí)間依賴性至少是大致正弦的，并且使偏擺速度和振蕩運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)，以使所述至少大致正弦的振蕩運(yùn)動(dòng)被減弱。
[0020]換句話說，如果振蕩運(yùn)動(dòng)是周期性運(yùn)動(dòng)，特別是正弦運(yùn)動(dòng)，則上述方法會(huì)特別有效地工作。左右振蕩通常能夠通過至少大致正弦的振蕩運(yùn)動(dòng)來描述。振蕩運(yùn)動(dòng)的振幅在相當(dāng)長的時(shí)間跨度期間可以是類似的，即振幅可以是基本上與時(shí)間無關(guān)的。可替代地，所述振幅可以隨機(jī)地或周期性地改變。
[0021]在另一個(gè)有利的實(shí)施例中，所述方法包括另外的步驟，即:在第一時(shí)刻，測(cè)量機(jī)艙相對(duì)于建立風(fēng)力渦輪機(jī)的地面的第一位置；以及在第二時(shí)刻，測(cè)量機(jī)艙相對(duì)于所述地面的至少第二位置。隨后，基于測(cè)得的第一位置和第二位置確定振蕩運(yùn)動(dòng)的周期性的時(shí)間依賴性。
[0022]在實(shí)踐中，有利的是檢測(cè)和測(cè)量機(jī)艙的整組位置。這樣，能夠確定可靠和有意義的時(shí)間依賴性。
[0023]測(cè)量所述位置的一種方式是通過安裝與機(jī)艙處的全球定位系統(tǒng)(GPS) —起工作的檢測(cè)器。
[0024]測(cè)量所述位置的另一種有利方式是通過被安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)處的加速度計(jì)。有益的是，所述加速度計(jì)被安裝在機(jī)艙中或塔架中，尤其是靠近塔架的頂部。因此，所述加速度計(jì)對(duì)于評(píng)估塔架運(yùn)動(dòng)和偏擺活動(dòng)的時(shí)間是非常有用的。
[0025]在另一個(gè)有利的實(shí)施例中，機(jī)艙繞被定位在塔架的底部段中的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)振蕩。
[0026]塔架的底部段可以被限定為包括了整個(gè)塔架質(zhì)量的10%的塔架的那一部分。塔架的底部段還可以通過底部體積來限定，所述底部體積包括塔架總體積的10%并且距離機(jī)艙最遠(yuǎn)。有利地，塔架的底部段被直接附接到地面。換句話說，樞轉(zhuǎn)點(diǎn)被定位成靠近塔架基座。
[0027]樞轉(zhuǎn)點(diǎn)可以位于偏擺軸線上。更具體而言，它可以位于偏擺軸線和地面的相交處。如果風(fēng)力渦輪機(jī)包括地基，則樞轉(zhuǎn)點(diǎn)可以是所述地基的一部分。
[0028]在另一個(gè)有利的實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)包括圍繞轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝的轉(zhuǎn)子，并且機(jī)艙在基本上與所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線垂直的平面中振蕩。
[0029]此實(shí)施例也被稱為左右塔架振蕩。概念“左右”是指從前面觀察的轂和轉(zhuǎn)子葉片的視圖而言。
[0030]本發(fā)明還涉及一種用于減弱風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙的振蕩運(yùn)動(dòng)的控制裝置，所述機(jī)艙被附接到風(fēng)力渦輪機(jī)的塔架。所述控制裝置被配置成協(xié)調(diào)機(jī)艙以偏擺速度繞偏擺軸線的旋轉(zhuǎn)，其中偏擺軸線與塔架的縱向軸線對(duì)齊。此外，控制裝置被配置成