风力涡轮机的风力转子的不平衡估计制造技术

描述了一种用于补偿风力涡轮机(100)的风力转子(110)的不平衡(344、345)的方法。该方法包括将至少一个测试偏移应用于表征风力转子(110)的状态的参数(113、117)，其中，不平衡(344、345)取决于所述参数(113、117)；针对所述至少一个测试偏移测量所述风力涡轮机(100)的加速度，其中，所述加速度取决于所述不平衡(344、345)；以及基于所测量的加速度确定补偿偏移(341

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】风力涡轮机的风力转子的不平衡估计


[0001]本专利技术总体上涉及风力涡轮机的
具体地，本专利技术涉及一种用于补偿风力转子的不平衡的方法以及一种包括被配置为执行这种方法的控制单元的风力涡轮机。

技术介绍

[0002]许多涡轮机在质量和桨距不平衡的情况下操作。这种不平衡增加了涡轮机和基座上的疲劳载荷。平衡的转子降低了这些疲劳载荷，从而降低了涡轮机和基座成本。
[0003]传统上，离线工具已经用于估计质量不平衡。然而，这种工具不能够进行桨距平衡，并且需要几个小时的涡轮机操作数据。桨距校准通常基于叶片和毂中的标记或使用摄影方法来执行。
[0004]因此，可能需要一种用于补偿风力涡轮机的风力转子的各种不平衡的快速且有效的方法，以及需要一种具有配置成执行这种方法的控制单元的对应风力涡轮机。

技术实现思路

[0005]这种需要可以通过独立权利要求的主题来满足。本专利技术的有利实施例由从属权利要求描述。
[0006]根据本专利技术的第一方面，描述了一种用于补偿风力涡轮机的风力转子的不平衡的方法。该方法包括将至少一个测试偏移应用于表征风力转子的状态的参数，其中，不平衡取决于该参数。该方法还包括针对至少一个测试偏移测量风力涡轮机的加速度，其中加速度取决于不平衡。该方法还包括基于测量的加速度确定补偿偏移，其中当补偿偏移应用于所述参数时，至少部分地补偿不平衡。
[0007]根据本专利技术的另一方面，用于产生电力的风力涡轮机包括塔架、风力转子和被配置为发电机的电机，所述风力转子被布置在塔架的顶部部分处并且包括至少一个叶片，所述电机与风力转子机械联接。风力涡轮机还包括被配置成执行本文所述的方法的控制单元。
[0008]在本申请的上下文中，“风力涡轮机”是被配置为将风能转换成电能、特别是用于分配到电网和/或用于本地能量供应的电能的任何装置。风力涡轮机可包括塔架、风力转子、机舱、轴(特别是低速轴和/或高速轴)、齿轮箱、发电机、制动组件、变桨驱动器和/或偏航驱动器。风力转子可以是转子组件，并且可以包括一个或多个叶片和叶片所附接的中心毂。风力转子可包括一个、两个、三个、四个、五个或多于五个的叶片。风力转子还可包括将转子毂与叶片连接的变桨轴承。利用变桨轴承，叶片的取向可以是可调节的，特别是确定叶片的迎角的桨距角。
[0009]风力转子的“不平衡”可以是风力转子的任何种类的不对称，特别是在风力涡轮机的操作期间，特别是在风力转子的旋转期间显现其自身的不对称。不平衡可以是偏离由转子的旋转轴线所限定的转子的对称性和/或风力转子的叶片的布置的任何不对称。不平衡可以是静态或动态不对称。
[0010]不平衡可以是由于转子质量的不对称分布、特别是由于转子的重心不位于转子的旋转轴上的分布而引起的质量不平衡。质量不平衡可能由叶片中的不均匀质量分布导致，特别是由于风力转子的不同叶片的不同质量分布导致。质量不平衡可以根据在距风力转子的旋转轴线一定距离处的虚拟质量、特别是虚拟点质量来限定。该虚拟质量可以以与风力转子相同的旋转速度旋转。
[0011]风力转子的质量不平衡例如可能由叶片的结冰、叶片末端的损耗或制造公差引起。质量不平衡可以导致转子上与旋转的虚拟质量对应的离心力。其可能导致风力涡轮机的振荡，特别是风力涡轮机的风力转子、机舱和/或塔架的振荡。振荡可具有与旋转的虚拟质量和/或风力转子相同的频率。振荡可以是左右振荡，但也可以是例如前后振荡。
[0012]不平衡可以是由于风力转子的空气动力学性质的不对称而引起的空气动力学不平衡，特别是由于风力转子的不同叶片的空气动力学性质之间的差异而引起的空气动力学不平衡。例如，不平衡可以是桨距不平衡，其中不同的叶片在桨距上不同，尤其是具有不同的桨距角。
[0013]例如，不同叶片的桨距角可相差1
°
的量级。不平衡也可能是由于不同叶片之间的形状差异，例如叶片变形，这可能例如由叶片上的机械冲击和/或叶片的磨损引起。此外，空气动力学不平衡可能由例如由于结冰而引起的各个叶片的表面特性的变化而产生。此外，不平衡可至少部分地由风力涡轮机的除了风力转子之外的部件(例如轴)的不对称而引起。
[0014]空气动力学不平衡可能导致风力转子上的不对称力，例如由于不同叶片的迎角的差异和/或由于叶片轮廓的差异。这种力的不平衡可能导致风力涡轮机的振荡，特别是风力涡轮机的风力转子、机舱和/或塔架的振荡。振荡的频率可对应于风力转子的旋转频率。振荡可以特别是前后振荡，但也可以例如是左右振荡。
[0015]不平衡可以是力矩不平衡，例如以kg*m为单位测量的。力矩不平衡可以捕获质量不平衡和/或等效桨距不平衡的量值。它可以捕获总不平衡的量值。相应的相位不平衡可以与力矩不平衡相关联。
[0016]“表征风力转子的状态的参数”可为风力转子的任何性质或特性。它可以是风力转子的可改变的性质，特别是可控制的性质。该参数可以由操作人员和/或风力涡轮机的控制单元改变和/或控制。在风力涡轮机的操作期间，特别是在能量产生期间，参数可以是可变的和/或可控制的。另外或替代地，当风力涡轮机停止操作时，例如在风力涡轮机的维护或修理期间，它可以是可改变的和/或可控制的。该参数可以是可控制的，以便确定风力涡轮机的能量产出(energy yield)。
[0017]参数例如可以是风力转子的质量分布，特别是叶片的质量分布。该参数可表示在风力涡轮机的每个叶片上存在一个或多个平衡块或不存在平衡块，特别是在距风力转子的旋转轴线预定距离处的平衡块。这种平衡块例如可以具有18kg的质量。该参数可以表示在距风力涡轮机的旋转轴线的可变距离处存在一个或多个质量可变的平衡块。
[0018]另外或替代地，参数可涉及风力转子的空气动力学性质。例如，参数可表示风力涡轮机的各个叶片的桨距角。替代地或附加地，参数可以表示风力涡轮机的每个叶片的几何轮廓。进一步替代地或附加地，参数可表示风力转子的叶片中的每一者的表面性质，例如，风力转子的叶片中的每一者上的表面粗糙度分布。
[0019]参数可以是标量、矢量或诸如矩阵或张量的更高维度的量。参数可包括若干子参
数，例如，每个子参数表征风力转子的不同叶片。每个子参数本身可以是标量、向量、或诸如矩阵或张量的更高维度的量。参数可以是时间相关的，例如以周期性方式时间相关，其中周期可以由风力涡轮机的旋转(转数)确定。
[0020]参数的“偏移”可以是添加到该参数的差。该差可以是正的、负的和/或零。该差可以相对于参数的基值来定义。基值可以是该参数的用于比较的任何值。基值可以对应于参数的当前值或参数的先前值。该基值可以对应于例如由风力涡轮机的控制单元根据诸如风速、风向和/或期望的能量产出的条件计算或建模的参数值。基值可由风力涡轮机的操作模式确定，在该操作模式中，风力转子的不平衡不被补偿。基值可以相对于风力涡轮机的基线操作来确定，在所述基线操作中，采用了不适于特定风力涡轮机的标准操作程序，例如不适于制造公差或由于风力涡轮机的磨损而产生的差异。
[0021]这里，术语值和差可以在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于补偿风力涡轮机(100)的风力转子(110)的不平衡(344、345)的方法，所述方法包括将至少一个测试偏移应用于表征所述风力转子(110)的状态的参数(113、117)，其中，所述不平衡(344、345)取决于所述参数(113、117)；针对所述至少一个测试偏移测量所述风力涡轮机(100)的加速度，其中所述加速度取决于不平衡(344、345)；以及基于所测量的加速度确定补偿偏移(341
‑
343、874
‑
876)，其中当所述补偿偏移(341
‑
343、874
‑
876)被应用于所述参数(113、117)时，所述不平衡(344、345)被至少部分地补偿，其中确定所述补偿偏移(341
‑
343、874
‑
876)包括：针对所述至少一个测试偏移中的每一个、针对至少两个测试偏移，确定所测量的加速度的频谱的频率分量(221
‑
226)，将所述频率分量(221
‑
226)中的每一个映射到坐标系，确定由所述频率分量(221
‑
226)中的每一个定义的中心(238)，以及基于所述中心(238)计算所述补偿偏移(341
‑
343、874
‑
876)。2.根据前述权利要求所述的方法，其中确定所述补偿偏移(341
‑
343、874
‑
876)包括针对所述至少一个测试偏移中的每一个确定所测量的加速度的频谱的频率分量(221
‑
226)的幅值(761
‑
765)和/或相位(766
‑
769)。3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述频率分量(221
‑
226)中的每一个的频率基于所述风力转子(110)的转子频率、特别是等于所述风力转子(110)的转子频率。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，确定所述补偿偏移(341
‑
343、874
‑
876)包括基于所述频率分量(221
‑
226)中的每一个拟合圆(237)，并且基于所述圆(237)计算所述补偿偏移(341
‑
343、874
‑
876)。5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，确定所述补偿偏移(341
‑
343、874
‑
876)包括将所述补偿偏移(341
‑
343、874
‑
876)设置为所述至少一个测试偏移中的一者，...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
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：