用于风力涡轮机的叶片振动抑制系统及相关联的方法技术方案

本发明专利技术涉及用于风力涡轮机的叶片振动抑制系统及相关联的方法。本发明专利技术涉及用于包括多个叶片的风力涡轮机的振动抑制系统和方法。该系统针对每个叶片包括稳定系统，该稳定系统包括陀螺仪，该陀螺仪具有在第一方向上延伸的控制轴线、在不同于第一方向的第二方向上延伸的第一刚性主体控制轴线、在不同于第一和第二方向的第三方向上延伸的第二刚性主体控制轴线以及相对于控制轴线可旋转且相对于刚性主体控制轴线中的至少一个自由运动的飞轮。稳定系统包括在陀螺仪上施加转矩的致动器和探测每个叶片的运动的相应传感器。抑制系统包括控制装置，以用于根据所述探测控制致动器的致动，以便抑制叶片的不希望的运动。

【技术实现步骤摘要】
用于风力涡轮机的叶片振动抑制系统及相关联的方法
本专利技术涉及用于风力涡轮机的叶片振动抑制系统及相关联的方法，其被用于抑制、至少部分地抑制风力涡轮机的叶片的运动。
技术介绍
风力涡轮机包括：毂；限定内部保护空间的毂罩（spinner），毂以受保护方式被布置在其中；被附接到毂的多个叶片（通常相对于中央轴线均匀布置的三个叶片）；面向毂罩的机舱；被布置在机舱中的发电机；将发电机连接到毂的发电机轴；以及支撑其它元件且被固定到例如地面或平台的塔（桅杆）。当叶片和毂由于风的作用相对于中央轴线转动时，这个转动通过发电机轴被传递给发电机，并且发电机将这个转动（机械能）转变成电能。已知风力涡轮机的叶片经历由于不同环境诸如外部负载（例如风和重力）而导致的振动（不希望的运动），特别是当它们在其共振附近受激时，并且所述振动能够导致叶片的寿命缩短或损坏。因此，期望至少部分地消除或者补偿所述振动，以便增加叶片的寿命。已知不同方法来解决这个缺陷，即主动方法和被动方法。被动方法是基于在结构定制，其不需要外部能量输入或者主动控制器，如EP2808541A2中所公开的方法。相比之下，如US2010014971A所公开的主动方法需要外部能量和/或主动控制器。后一文件中公开的方法包括风力涡轮机的桨距控制并且修改桨距控制来解决上述缺陷。然而，这种修改将导致能量生产的效率的降低。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供如权利要求中所限定的用于风力涡轮机的叶片振动抑制系统、包括此类叶片抑制系统的风力涡轮机以及用于至少部分地抑制风力涡轮机的叶片的振动的方法。风力涡轮机包括多个叶片。作用在风力涡轮机的叶片上的风和/或重力（和/或其它外部因素）可以导致叶片的不希望的运动或转矩，这会损坏所述叶片并将导致所述叶片的寿命缩短，如之前描述的。本专利技术的一方面涉及用于风力涡轮机的叶片振动抑制系统，其被用于避免或者用于降低风力涡轮机的叶片被损坏或被导致寿命缩短的风险。本专利技术的另一方面涉及包括此类叶片振动抑制系统的风力涡轮机。叶片振动抑制系统适于风力涡轮机。风力涡轮机包括多个叶片，优选地三个，并且叶片振动抑制系统针对每个叶片包括至少一个主动受控陀螺稳定系统。每个陀螺稳定系统包括：-陀螺仪，其具有在第一方向上延伸的旋转控制轴线、在不同于第一方向的第二方向上延伸的第一刚性主体控制轴线、在不同于第一和第二方向的第三方向上延伸的第二刚性主体控制轴线以及相对于旋转控制轴线可旋转且相对于刚性主体控制轴线中的至少一个自由运动的飞轮；-至少一个飞轮驱动致动器，其被配置成在陀螺仪上施加受控转矩；和-被布置在对应叶片上且被配置成探测所述叶片的运动（振动）的至少一个传感器。优选地，第二方向垂直于第一方向并且第三方向垂直于第一方向和第二方向。叶片振动抑制系统进一步包括与陀螺稳定系统的传感器和飞轮驱动致动器通信的至少一个控制装置。控制装置被配置成用于从相应传感器接收代表叶片的运动的信号，以及用于根据所述相应的接收到的信号来控制飞轮驱动致动器的致动以便作用在相应陀螺仪上并在所述陀螺仪上（且因而在对应叶片上）产生对抗或抵消叶片的探测到的运动（因而至少部分地抑制所述运动）的反作用转矩。因此，通过在对应陀螺稳定系统上的是适当致动，每个叶片的运动能够至少部分地被补偿或抑制，并且所述运动导致的负面效果能够被容易地消除或至少极大程度地被减少，甚至不会影响能量生产的效率。此外，能够在不需要重新设计支持所提出的叶片振动抑制系统的风力涡轮机和/或风力涡轮机的叶片的情况下获得所述优点，这是因为在任何现有的风力涡轮机和/或叶片设计中能够应用和操作所述叶片振动抑制系统的要素。本专利技术的另一方面涉及用于抑制包括多个叶片的风力涡轮机的叶片振动的方法。该方法借助于针对每个叶片包括至少一个主动受控陀螺稳定系统的叶片振动抑制系统来实施，其中每个陀螺稳定系统包括：陀螺仪，其具有在第一方向上延伸的旋转控制轴线、在不同于第一方向的第二方向上延伸的第一刚性主体控制轴线、在不同于第一和第二方向的第三方向上延伸的第二刚性主体控制轴线以及相对于旋转控制轴线可旋转且相对于刚性主体控制轴线中的至少一个自由运动的飞轮；以及至少一个飞轮驱动致动器，其被配置成在陀螺仪上施加转矩。优选地，第二方向垂直于第一方向并且第三方向垂直于第一方向和第二方向。在该方法中，针对每个叶片，对应叶片的运动被测量或探测，并且根据所述测量，借助于对应飞轮驱动致动器来施加对应陀螺仪上的受控转矩，以便在所述陀螺仪上（且然后在对应叶片）上产生对抗或抵消对应叶片的探测到的运动（至少部分抑制所述运动）的反作用转矩。针对本专利技术的其它方面所描述的优点也通过该方法获得。鉴于附图和本专利技术的详细描述，本专利技术的这些和其它优点和特征将变得明显。附图说明图1是包括叶片振动抑制系统的实施例的风力涡轮机的示意图。图2是主动受控陀螺稳定系统的陀螺仪的示意图。图3是根据叶片振动抑制系统的优选实施例的控制装置的通信的示意图。具体实施方式如图1中所示，风力涡轮机1包括多个叶片1.0，通常是相对于风力涡轮机1的中央轴线1.9均匀布置的三个叶片1.0，每个叶片1.0均包括纵向轴线1.0L。叶片1.0被支撑在桅杆1.8上。作用在风力涡轮机1的叶片1.0上的风和/或重力（和/或其它外部因素）可以导致叶片1.0的不希望的运动或转矩（振动），其可以损坏所述叶片1.0，如之前描述的。本专利技术的一方面涉及用于风力涡轮机1的叶片振动抑制系统，其被用于避免或者用于降低风力涡轮机1的叶片1.0被损坏或被导致寿命缩短的风险。本专利技术的另一方面涉及包括此类叶片振动抑制系统的风力涡轮机1。叶片振动抑制系统包括与每个叶片1.0相关联的至少一个主动受控陀螺稳定系统，以便在叶片1.0上产生与会损坏叶片1.0的不希望的转矩（运动、振动）相反的转矩，并且叶片振动抑制系统包括至少一个控制装置200，其与所有的主动受控陀螺稳定系统通信，以便主动地控制由陀螺稳定系统产生的所述转矩。因此，通过对应的陀螺稳定系统在叶片1.0上提供受控致动，以便至少部分地抑制所述叶片1.0的不希望的运动。优选地，叶片振动抑制系统包括与每个叶片1.0相关联的仅一个主动受控陀螺稳定系统，不过其也可以包括与每个叶片1.0相关联的多个主动受控陀螺稳定系统。替代性地，其也可以针对不同的叶片1.0提供不同数量的主动受控陀螺稳定系统。每个陀螺稳定系统包括陀螺仪109，其是基于角动量守恒原理用于测量或维持取向的装置。陀螺仪109基本上是围绕旋转控制轴线101回转的飞轮106，该旋转控制轴线101在第一方向上延伸，该第一方向优选地（但不限于）与对应叶片1.0的纵向轴线1.0L重合，并且陀螺仪109进一步包括在与第一方向不同的第二方向上延伸的第一刚性主体控制轴线102以及在与第一和第二方向不同的第三方向上延伸的第二刚性主体控制轴线103，如图2中所示。优选地，第二方向垂直于第一方向并且第三方向垂直于第一方向和第二方向（如图2中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于包括多个叶片的风力涡轮机的叶片振动抑制系统，/n其中，所述叶片振动抑制系统针对每个叶片包括至少一个主动受控陀螺稳定系统，/n其中，每个陀螺稳定系统包括：/n陀螺仪，所述陀螺仪具有在第一方向上延伸的旋转控制轴线、在不同于所述第一方向的第二方向上延伸的第一刚性主体控制轴线、在不同于所述第一方向和所述第二方向的第三方向上延伸的第二刚性主体控制轴线以及相对于所述旋转控制轴线可旋转且相对于所述刚性主体控制轴线中的至少一个自由运动的飞轮；/n至少一个飞轮驱动致动器，所述至少一个飞轮驱动致动器被配置成向所述陀螺仪施加转矩；以及/n被布置在对应叶片上且被配置成探测所述叶片的运动的至少一个传感器，/n其中，所述叶片振动抑制系统进一步包括与所述传感器和所述飞轮驱动致动器通信的至少一个控制装置，/n所述控制装置被配置成用于从所述传感器接收代表对应叶片的运动的信号并且用于根据所述接收到的信号来控制所述飞轮驱动致动器的致动以便在所述陀螺仪上施加至少一个受控转矩以在所述陀螺仪上产生绕所需轴线的对抗或抵消所述叶片的探测到的运动的反作用转矩。/n

【技术特征摘要】
20191028 US 16/6651861.一种用于包括多个叶片的风力涡轮机的叶片振动抑制系统，
其中，所述叶片振动抑制系统针对每个叶片包括至少一个主动受控陀螺稳定系统，
其中，每个陀螺稳定系统包括：
陀螺仪，所述陀螺仪具有在第一方向上延伸的旋转控制轴线、在不同于所述第一方向的第二方向上延伸的第一刚性主体控制轴线、在不同于所述第一方向和所述第二方向的第三方向上延伸的第二刚性主体控制轴线以及相对于所述旋转控制轴线可旋转且相对于所述刚性主体控制轴线中的至少一个自由运动的飞轮；
至少一个飞轮驱动致动器，所述至少一个飞轮驱动致动器被配置成向所述陀螺仪施加转矩；以及
被布置在对应叶片上且被配置成探测所述叶片的运动的至少一个传感器，
其中，所述叶片振动抑制系统进一步包括与所述传感器和所述飞轮驱动致动器通信的至少一个控制装置，
所述控制装置被配置成用于从所述传感器接收代表对应叶片的运动的信号并且用于根据所述接收到的信号来控制所述飞轮驱动致动器的致动以便在所述陀螺仪上施加至少一个受控转矩以在所述陀螺仪上产生绕所需轴线的对抗或抵消所述叶片的探测到的运动的反作用转矩。


2.根据权利要求1所述的叶片振动抑制系统，其中，至少一个陀螺稳定系统的所述飞轮相对于两个刚性主体控制轴线均自由运动，所述陀螺稳定系统包括被配置成导致在所述陀螺仪上的绕所述第一刚性主体控制轴线的转矩的第一飞轮驱动致动器和被配置成导致在所述陀螺仪上的绕所述第二刚性主体控制轴线的转矩的第二飞轮驱动致动器，
所述控制装置被配置成用于从所述陀螺稳定系统的传感器接收代表对应叶片的运动的信号并且用于根据从所述传感器接收到的所述信号来控制所述第一飞轮驱动致动器和所述第二飞轮驱动致动器来施加在对应陀螺仪上的且绕对应轴线的转矩，来抑制所述叶片的不希望的运动。


3.根据权利要求2所述的叶片振动抑制系统，其中，风力涡轮机的所述叶片振动抑制系统的所有所述陀螺稳定系统的所述飞轮相对于两个刚性主体控制轴线自由运动。


4.根据权利要求1所述的叶片振动抑制系统，其中，所述叶片振动抑制系统的所述陀螺稳定系统中的至少一个包括附加飞轮驱动致动器，所述附加飞轮驱动致动器被配置成用于主动地控制对应飞轮相对于所述旋转控制轴线的旋转速度，
所述控制装置进一步与所述附加飞轮驱动致动器通信并且进一步被配置成用于根据控制所述旋转速度来控制在所述附加飞轮驱动致动器上的致动。


5.根据权利要求4所述的叶片振动抑制系统，其中，包括附加飞轮驱动致动器的所述叶片振动抑制系统的所述陀螺稳定系统进一步包括用于探测对应飞轮相对于所述旋转控制轴线的旋转速度的附加传感器，所述附加传感器优选地被附接到所述飞轮的轴，所述轴在所述旋转控制轴线的方向上延伸。


6.一种包括多个叶片和叶片抑制系统的风力涡轮机，
其中，每个叶片振动抑制系统包括至少一个主动受控陀螺稳定系统和与所述叶片振动抑制系统的所有所述主动受控陀螺稳定系统通信的至少一个控制装置，
其中，每个陀螺稳定系统包括：
陀螺仪，所述陀螺仪具有在第一方向上延伸的旋转控制轴线、在不同于所述第一方向的第二方向上延伸的第一刚性主体控制轴线、在不同于所述第一方向和所述第二方向的第三方向上延伸的第二刚性主体控制轴线以及相对于所述旋转控制轴线可旋转且相对于所述刚性主体控制轴线中的至少一个自由运动的飞轮；
被配置成在所述陀螺仪上施加转矩的至少一个飞轮驱动致动器；以及
被布置在对应叶片上且被配置成探测所述叶片的运动的至少一个传感器，
其中，所述叶片振动抑制系统进一步包括与所述传感器和所述飞轮驱动致动器通信的至少一个控制装置，
所述控制装置被配置成用于从所述传感器接收代表对应叶片的运动的信号并且用于根据所述接收到的信号来控制所述飞轮驱动致动器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·克图利尔，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK