摩擦腐蚀和操作风力涡轮的方法技术

操作风力涡轮的方法包括一个或更多个齿轮传动的变桨系统。该方法包括用于低于标称的风速的亚标称操作区和用于等于或高于标称的风速的超标称操作区。亚标称操作区包括从切入风速延伸到第一风速的第一操作范围和从第一风速延伸到第二风速的第二操作范围，且第一操作范围包括两个或更多个子范围，其中，对于子范围中的各个限定不同的恒定桨距位置。该方法还包括在第一操作范围中，利用齿轮传动的变桨系统以用于随当前风速而变将叶片设置在对于各子范围限定的桨距位置中。

Method of friction corrosion and operation of a wind turbine

The method of operating a wind turbine includes one or more geared variable pitch systems. The method includes a sub nominal operating area below the nominal wind speed and a super nominal operating area for or equal to the nominal wind speed. The nominal operating sub region includes a first operating range from extending to the first cut in wind speed of wind speed and wind speed extending from the first to second wind speed second operating range, and the first operating range includes two or more sub range, which, for each sub range defined constant pitch in different positions. The method also includes the use of a geared variable pitch system in the first operating range to change the blade with respect to the current wind speed, and to set the blade in the pitch position defined for each sub range.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】摩擦腐蚀和操作风力涡轮的方法本申请请求享有2014年12月19日提交的欧洲专利申请14382544.6的权益。本公开涉及操作包括至少一个齿轮传动的变桨系统(gearedpitchsystem)的风力涡轮的方法。本公开还涉及适合用于执行此方法的风力涡轮。背景现代风力涡轮通常用于将电供应到电网中。风力涡轮大体上包括具有转子毂和多个叶片的转子。转子在风对叶片的影响下开始旋转。转子轴的旋转直接地驱动发电机转子(“直接驱动的”)或者通过使用齿轮箱。齿轮箱(如果存在)、发电机和其他系统通常安装在风力涡轮塔架顶部上的机舱中。可变速度风力涡轮通常可通过改变发电机转矩和叶片的桨距角来控制。结果，空气动力转矩、转子速度和电功率将变化。参照图1描述了可变速度风力涡轮的一般现有技术控制策略。在图1中，关于桨距角(β)、生成的电功率(P)、发电机转矩(M)和转子旋转速率(ω)示出了典型可变速度风力涡轮的操作，其随风速而变。在第一操作范围中，从切入风速到第一风速(例如，大约5或6m/s)，转子可被控制为在刚好足够高以能够精确地控制其的大致恒定的速度下旋转。切入风速可为例如大约3m/s。在第二操作范围中，从第一风速(例如，大约5或6m/s)到第二风速(例如，大约8.5m/s)，目标大体上是使功率输出最大化，同时维持叶片的桨距角恒定以获取最大能量。为了实现该目标，发电机转矩可变化以便控制转子速度，使得保持末梢速度比λ(转子叶片末梢的切向速度除以主导风速)恒定以便使功率系数Cp最大化。为了使功率输出最大化且保持Cp在其最大值下恒定，转子转矩可根据以下公式来设置：T=k.ω2，其中，k是常数，且ω是发电机的旋转速度。在直接驱动风力涡轮中，发电机速度大致等于转子速度。在包括齿轮箱的风力涡轮中，通常，在转子速度和发电机速度之间存在大致恒定的比率。在该区域中，因此通过将末梢速度比维持在恒定的最佳值处来优化功率系数。叶片的空气动力特性可大体上基于该操作范围内的性能。理论上，风力涡轮将频繁地在此操作范围中操作，且因此在该范围中优化涡轮的性能是有意义的。然而，这意味着对于其他操作范围可能未优化叶片的空气动力设计。在第三操作范围(其在达到标称转子旋转速度时开始且延伸直到达到标称功率)中，转子速度可保持恒定，且发电机转矩可变化到此效果。关于风速，该第三操作范围大致从第二风速延伸至标称风速，例如，从大约8.5m/s到大约11m/s。在第四操作范围(其可从标称风速延伸至切出风速(例如，从大约11m/s到25m/s))中，叶片可旋转(“变桨”)，以维持由转子传递的空气动力转矩大致恒定。在实践中，桨距可被促动，使得维持转子速度大致恒定。在切出风速下，风力涡轮的操作中断。总之，在第一、第二和第三操作范围中，即，在低于标称风速(亚标称操作区)的风速下，叶片通常被保持在恒定的桨距位置，即“低于额定桨距位置”。所述默认桨距位置通常可接近0°的桨距角。然而，“低于额定”条件下的精确桨距角取决于风力涡轮的完整设计。而且，在超标称操作区中，即，在标称风速下或高于标称风速的风速下，非常故意地不获取风流中的最大可获得能量。即，使叶片主动地变桨至如下位置，在该位置中，它们“捕获”较少的风，且生成比可能的要小的转矩。这主要是为了限制风力涡轮上的负载而进行的。因此升力和阻力可变化，以影响转子上的空气动力转矩。以此方式，即使风速可能增大，但由转子传送至发电机的转矩可保持大致相同。即使风速通常是以间接的方式通过确定转子的旋转速度(例如通过测量发电机的旋转速度)而确定的，但可考虑随风速而变执行控制。基于例如发电机的旋转速度，可通过改变发电机转矩和/或叶片桨距角来实现控制。当风力涡轮未操作时，叶片可采取导叶位置(即，处于或在大约90°桨距角附近)以使叶片上的负载最小化。然而，在风力涡轮寿命的大部分期间，叶片可处于相同的主导桨距位置，主导桨距位置是在等于或低于标称风速的风速下的默认位置。标称风速、切入风速和切出风速当然可以取决于风力涡轮设计而变化。为了使叶片变桨，各叶片可安装在毂上，该毂采用变桨系统。在许多已知的涡轮中，此变桨系统可包括布置在毂和叶片之间的桨距轴承和可包括液压或电动马达的变桨驱动器。通过使用减速齿轮装置(有时称为“减速器”或“减速齿轮”)，马达可驱动促动齿轮。促动齿轮(小齿轮)可大体上布置为与设在风力涡轮叶片上的环形齿轮啮合，以使叶片旋转且改变其桨距角。然而，还可能在毂上提供该环形齿轮，而马达和促动齿轮可安装在叶片上。涉及与另一齿轮(例如，环形齿轮或环形齿轮扇段)啮合的齿轮(例如小齿轮)的此变桨系统在本文中称为“齿轮传动的”变桨系统。还已知对转子的各独立的风力涡轮叶片提供独立的变桨系统(包括单独的马达和单独的控制件)。而且，已知提供公共变桨系统，其中，叶片的桨距角对于转子上的所有叶片而言是相同的。此公共变桨系统可包括单个马达，或可包括多个马达，对于各个叶片一个马达。在风力涡轮的操作期间，力可作用在叶片上，这导致围绕叶片纵向轴线的不断变化的转矩。这些力可包括围绕叶片纵向轴线的空气动力转矩。而且，由于叶片的质心通常不是准确地位于其旋转轴线上，故叶片的重量可围绕叶片的纵向轴线应用额外的转矩。这些力都是不恒定、很大程度上循环的，且倾向于使叶片旋转离开由桨距控制系统确定的位置。当使用涉及齿轮传动的变桨系统时，变化的转矩可导致促动齿轮(小齿轮)和环形齿轮的齿面在主导叶片位置中反复地接触彼此。齿之间的此种反复接触可移除细的金属微粒，且可在环形齿轮和小齿轮的接触面中形成齿印。该反复接触因而可导致摩擦腐蚀和过早磨耗。由于标称风速下或低于标称风速的桨距位置，即，低于额定的桨距位置对于大多数风力涡轮的大多数时间来说是主导位置，故齿之间的接触及其结果通常集中在相同的齿上。已知的是提供额外的装置，例如，诸如转子叶片调节器装置，其包括小齿轮和引导器件，以用于使转子叶片调节器装置在两个位置之间移位，在这两个位置中，小齿轮和冠状齿轮之间的协作是可能的。文献WO2010045914描述了此系统。然而，这些系统可涉及大量的额外构件，且可能相当笨重。还已知的是提供润滑装置，以便至少部分地防止摩擦腐蚀。例如，文献US7244097提供了一种润滑装置，其构造成使得，由于从操作位置到润滑位置的驱动的齿轮的临时移位，润滑装置可与齿轮装置或驱动的齿轮的限定点接合，以便转移润滑剂。然而，此设计是相当笨重、高成本的，而且无法恒定地提供润滑。其他已知的系统提供在驱动小齿轮或旋转环中钻取的通道，该通道可削弱驱动小齿轮或旋转环(在其中钻取通道)。其他已知的系统提供朝其上期望润滑剂的区域定向的润滑剂喷洒喷嘴。然而，在此系统中，润滑剂可能相比期望的更多地散布，从而污染变桨系统周围的区域。本公开提供操作风力涡轮的方法，其具有齿轮传动的(例如，机电的)变桨系统，该变桨系统能够以成本效率相当高且简单的方式减少接触的齿之间的摩擦腐蚀。概要在一个方面，提供随风速而变在稳态条件下操作风力涡轮的方法。风力涡轮包括具有多个叶片的转子、发电机、用于使叶片沿它们的纵向轴线旋转的一个或更多个齿轮传动的变桨系统和用于改变发电机的转矩的系统。该方法包括用于低于标称风速的风速的亚标称操作区和用于等于或高于标称风速的风速的超标称操作区，其中，亚标称操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种随风速而变在稳态条件下操作风力涡轮的方法，其中，所述风力涡轮包括具有多个叶片的转子、发电机、用于使所述叶片沿它们的纵向轴线旋转的一个或更多个齿轮传动的变桨系统和用于改变所述发电机的转矩的系统，且所述方法包括用于低于标称风速的风速的亚标称操作区和用于等于或高于所述标称风速的风速的超标称操作区，其中，所述亚标称操作区包括从切入风速延伸到第一风速的第一操作范围和从所述第一风速延伸到第二风速的第二操作范围，其中，所述第一操作范围包括两个或更多个子范围，其中，对于所述子范围中的各个限定不同的恒定桨距位置，且所述方法还包括在所述第一操作范围中，利用所述齿轮传动的变桨系统以用于随当前风速而变将所述叶片设置在对于各子范围限定的桨距位置中，且改变所述发电机的转矩以维持转子速度大致恒定，且在所述第二操作范围中，随风速而变改变所述发电机的转矩，以便维持恒定的末梢速度比。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.19 EP 14382544.61.一种随风速而变在稳态条件下操作风力涡轮的方法，其中，所述风力涡轮包括具有多个叶片的转子、发电机、用于使所述叶片沿它们的纵向轴线旋转的一个或更多个齿轮传动的变桨系统和用于改变所述发电机的转矩的系统，且所述方法包括用于低于标称风速的风速的亚标称操作区和用于等于或高于所述标称风速的风速的超标称操作区，其中，所述亚标称操作区包括从切入风速延伸到第一风速的第一操作范围和从所述第一风速延伸到第二风速的第二操作范围，其中，所述第一操作范围包括两个或更多个子范围，其中，对于所述子范围中的各个限定不同的恒定桨距位置，且所述方法还包括在所述第一操作范围中，利用所述齿轮传动的变桨系统以用于随当前风速而变将所述叶片设置在对于各子范围限定的桨距位置中，且改变所述发电机的转矩以维持转子速度大致恒定，且在所述第二操作范围中，随风速而变改变所述发电机的转矩，以便维持恒定的末梢速度比。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一操作范围的子范围在相交区域中重叠，且沿所述相交区域维持对于各子范围限定的所述桨距位置。3.根据权利要求1或2中的任一项所述的方法，其特征在于，所述子范围是连续的，使得较低子范围的上限与较高子范围的下限一致。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一操作范围中的不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：J贝特兰帕洛马斯，P努亚拉特，J默卡德，
申请(专利权)人：阿尔斯通可再生风能技术私人有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL