用于計算和校正風(fēng)力渦輪機發(fā)電場中的迎角的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于測量和調(diào)節(jié)發(fā)電場的風(fēng)力渦輪機的葉片上的風(fēng)的入射角(其已知為迎角)的方法。迎角對于風(fēng)力渦輪機的產(chǎn)量特別重要，因此在安裝風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)力渦輪機時的調(diào)節(jié)方法是至關(guān)重要的。
[0002]本發(fā)明特別應(yīng)用于可再生能源產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]當(dāng)借助風(fēng)力渦輪機安裝用于產(chǎn)生風(fēng)能的發(fā)電場時，初始問題是采用建造設(shè)計和作業(yè)條件中定義的適當(dāng)?shù)膮⒖加前惭b風(fēng)力渦輪機中的葉片。換言之，例如，當(dāng)風(fēng)力渦輪機的控制系統(tǒng)指示0°時，必須確保其中已經(jīng)實際定義了 0°的葉片的截面具有該迎角。
[0004]用作葉片的參考的這個角經(jīng)常與風(fēng)力渦輪機被設(shè)計成的、并且通過其獲得最優(yōu)產(chǎn)量的設(shè)計角不同。由于處理具有這樣巨大尺寸和噸位的部件比較困難，當(dāng)在風(fēng)力渦輪機中安裝葉片時安裝它們需要難以實現(xiàn)的精確度。這些調(diào)節(jié)借助葉片和輪軸上各自的標(biāo)記是工廠預(yù)置的。
[0005]輪軸中存在某些機械元件，允許葉片的入射角隨風(fēng)變化，所述角也稱為迎角或槳距角。最后，這些系統(tǒng)使葉片圍繞其自身的縱軸旋轉(zhuǎn)。
[0006]在現(xiàn)有技術(shù)中，槳距控制系統(tǒng)(pitch control system)主要使用兩種技術(shù):液壓技術(shù)和電子技術(shù)。在風(fēng)力渦輪機中通常使用液壓槳距。而電動槳距則越來越多地用于大功率風(fēng)力渦輪機設(shè)施，因為其在調(diào)節(jié)和控制方面比液壓系統(tǒng)提供更好的特征。
[0007]電動控制系統(tǒng)允許持續(xù)地調(diào)節(jié)葉片的迎角，但是電動控制系統(tǒng)不指示如下值:其必須位于該值處以優(yōu)化其位置。
[0008]槳距控制系統(tǒng)通常用于在風(fēng)力超過特定設(shè)計水平時限制風(fēng)力渦輪機的額定功率。為了防止葉片、甚至風(fēng)力渦輪機自身被損壞，主要借助兩個系統(tǒng)限制該接收的功率。這樣方法中的一種方法是通過修改槳距使得葉片相對于風(fēng)的方向的迎角被減小，甚至對于極端風(fēng)速情況為零，葉片在這種情況下被放置在標(biāo)記位置(flag posit1n)。其他系統(tǒng)通過對于葉片的旋轉(zhuǎn)使用制動器。盡管開始時成本更高，但是該方法具有允許風(fēng)力渦輪機操作的優(yōu)點，即使在極端風(fēng)情況下，因為葉片以這樣的速度旋轉(zhuǎn):通過制動器將葉片限制在該速度。該方法用在其中葉片被固定并且槳距不能被調(diào)節(jié)的裝置中。
[0009]可以提及以下兩個專利文件作為最接近本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。
[0010]專利文件AU2011201621A1公開了一種葉片可以圍繞其軸旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力渦輪機。因此，通過改變?nèi)~片相對于風(fēng)的方向的角度，可以獲得用于使使產(chǎn)生的功率最大化的最有利的位置。
[0011]專利文件ES2381094A1公開了一種用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機的產(chǎn)量的方法，在該風(fēng)力渦輪機中，葉片也可以根據(jù)相對于依賴風(fēng)速的發(fā)電機的速度的功率曲線圍繞其軸旋轉(zhuǎn)。
[0012]在這兩個專利文件中，可以通過針對不同槳距角進行測試知道葉片必須被放置的最佳值。
[0013]然而，在這樣情形中，安裝期間調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機中的葉片的方式以及一旦葉片被安裝葉片所保持的位置是基于預(yù)設(shè)標(biāo)記，但是不進行確保葉片在正確位置的最終校準(zhǔn)測量。因此，如果以彼此之間具有不同角度的方式安裝葉片或者以與風(fēng)力渦輪機的初始安裝中的最佳槳距不對應(yīng)的值安裝葉片，這種情況將持續(xù)貫穿風(fēng)力渦輪機的壽命，并且對槳距進行的任何隨后的監(jiān)控或調(diào)節(jié)將被不正確地參考。
[0014]當(dāng)前用于嘗試解決(總是在事后)使所有葉片處于相同的相對位置并且具有與被設(shè)計的角度一致的絕對角度的問題的方法是使用基于借助照片的測量的方法(主要用于當(dāng)問題是視覺上明顯的或者風(fēng)力渦輪機產(chǎn)量有嚴重問題時，總是在事后)。因此，借助這些照片中看到的不同葉片的位置確定風(fēng)力渦輪機的不同葉片的相對位置。葉片的設(shè)計和所述設(shè)計中指示的葉片的最大弦節(jié)距與照片中看到的進行比較并且確定葉片的絕對偏差。除了對離岸風(fēng)電場完全無用之外，該方法相當(dāng)不成熟并且提供非常小的測量精度，在離岸風(fēng)電場中，必須在浮動平臺上進行拍攝，這在位置和移動方面進一步缺乏精度。
[0015]本發(fā)明解決了這些問題，公開了一種用于測量和校正最佳槳距的處理，用于對新的風(fēng)力發(fā)電場的安裝中或者風(fēng)力渦輪機中葉片的后期檢查中對風(fēng)力渦輪機的葉片進行定向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明公開了一種用于測量和校正包括塔、機艙、輪軸和葉片的風(fēng)力渦輪機發(fā)電場中的迎角的方法，其中，測量由發(fā)電場的每個風(fēng)力渦輪機產(chǎn)生的功率，使得將模型風(fēng)力渦輪機定義為產(chǎn)生最大功率的風(fēng)力渦輪機。在模型風(fēng)力渦輪機的第一葉片中創(chuàng)建由X軸、Y軸、Z軸和原點G定義的坐標(biāo)系GXYZ。隨后計算Y軸與葉片的兩個已知點形成的直線之間形成的角度，以獲得參考角(α)。將迎角計算為該參考角的余角。
[0017]根據(jù)下面列出的步驟產(chǎn)生參考坐標(biāo)系GXYZ:
[0018]-測量機艙附接到輪軸處的、所述機艙的正面的至少三個點，以定義AB平面；
[0019]-測量所述第一葉片與輪軸的附接的圓周輪廓的至少三個點，以定義圓形部分，該圓形部分的中心G為該第一葉片的坐標(biāo)系的原點；
[0020]-將X軸定義為垂直于圓形部分并且通過原點G的軸；
[0021]-將Y軸定義為垂直于X軸、平行于AB平面并且通過所述原點G的軸；
[0022]-將第三Z軸定義為垂直于先前定義的X軸和Y軸并且通過所述原點G的軸。
[0023]隨后在模型風(fēng)力渦輪機的剩余的葉片中創(chuàng)建參考坐標(biāo)系GXYZ，使得在模型風(fēng)力渦輪機的每個葉片中定義坐標(biāo)系。
[0024]在模型風(fēng)力渦輪機的第一葉片中、在X軸方向上距離原點G任一距離處對用于定義第一葉片的橫截面的一系列點進行測量，從而獲得第一葉片的兩個點的位置，連接這兩個點的直線是參考直線。
[0025]存在這樣的情形，在風(fēng)力渦輪機的葉片的設(shè)計中提供第一葉片的X軸上距離原點G的任何距離，在該任何距離處布置有其中參考角(α)的值是已知的橫截面。
[0026]在這種情況下，如果第一葉片的橫截面是對稱的，則兩個點是葉片的前緣的中點和葉片的后緣，連接這兩個點的直線是弦，其與葉片的對稱軸重合。如果第一葉片的橫截面是非對稱的，但是弦通過風(fēng)力渦輪機的設(shè)計是已知的，則通過在第一葉片的截面上繪制中心在所述后緣(22)中并且具有半徑的圓周的弧來獲得所述弦，在設(shè)計中示出了該弦的值，得到的弦是從該中心到圓周的弧與前緣的圓周的切點的直線。
[0027]如果沒有特別關(guān)于角度或弦的值的可用信息，在第一葉片的橫截面是非對稱的情況下，測量離橫截面中在第一葉片的X軸上距離原點G的任何一個距離處的兩個已知點以計算參考直線。這些點是第一葉片的橫截面中的前緣的圓周的中心，該截面的屬于X軸的點，或者換言之，原點G在該截面中的投影。
[0028]在所有上述情形中，已經(jīng)考慮，風(fēng)力渦輪機的葉片描述了前緣中的完美附接，其通過圓形曲線被定義在橫截面中，基于該圓形曲線，定義了在搜索可以一起工作的參考時所涉及的所有參數(shù)。
[0029]然而，還沒有考慮從兩個縱向附接的殼創(chuàng)建葉片的制造情形。在這些情形中，形成葉片的兩個殼的附接借助非圓的曲線、沿前緣被界定在葉片的橫截面中。
[0030]在這種情況下，考慮葉片的橫截面是非對稱的最普遍情況，測量橫截面中的第一葉片的X軸上距離原點G任何一個距離處的兩個點以計算參考直線。這些點是第一葉片的橫截面中屬于X軸的點，或者換言之，原點G在該截面中的投影、以及以先前點為中心的繪制的圓周與葉片的前緣的切點。該參考直線從而定義了與Y軸的參考角，參考角的余角是第一葉片的迎角。
[0031]—旦確定第一葉片中的參考角的值，測量模型風(fēng)力渦輪機的剩余葉片中的參考角。在模型風(fēng)力渦輪機的所有葉片具有不同于參考角的值的情況下，考慮由針對模型風(fēng)力渦輪機的所有葉片計算的參考角的算術(shù)平均值給出的模型參考角。當(dāng)模型風(fēng)力渦輪機的至少兩個葉片具有與參考角相同的值時，該值被認為是模型參考角。
[0032]—旦確定模型參考角的值，則在新的風(fēng)力渦輪機的每個葉片中、在沿X軸方向上距離原點G相同距離處測量參考角，并且在所有葉片中調(diào)節(jié)參考角直到被布置為具有模型參考角的相同的值。
[0033]最后，測量并且調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電場的其余風(fēng)力渦輪機的所有葉片的參考角的值，直到被布置為具有模型參考角的相同的值。
【附圖說明】
[0034]為了完成所描述的發(fā)明并且出于有助于更好理解所描述方法的特征的目的，附上一組圖，其中，以說明性而非限制性的特征描述以下附圖:
[0035]圖1描述了風(fēng)力渦輪機的側(cè)視圖；
[0036]圖2描述了風(fēng)力渦輪機的正視圖；