【技术实现步骤摘要】
本公开涉及风力涡轮，并且更特别地涉及偏航系统和用于控制风力涡轮的偏航系统的方法。
技术介绍
1、现代风力涡轮通常用于向电力网供应电力。这种类型的风力涡轮大体上包括塔架和布置在塔架上的转子。典型地包括毂和多个叶片的转子在风对叶片的影响下开始旋转。所述旋转生成力矩，该力矩通常通过转子轴直接地(“直接驱动”或“无齿轮地”)或通过使用齿轮箱传输到发电机。这样，发电机产生可供应到电力网的电力。
2、风力涡轮毂可能够旋转地联接到机舱的前部。风力涡轮毂可连接到转子轴，并且然后转子轴可使用布置在机舱内部的框架中的一个或多个转子轴轴承能够旋转地安装在机舱中。机舱是布置在风力涡轮塔架的顶部上的壳体，其可包含并保护齿轮箱(如果存在的话)和发电机(如果没有放置在机舱外部的话)，并且取决于风力涡轮而包含并保护另外的部件(诸如功率转换器)和辅助系统。
3、风力涡轮通常包括偏航系统，用于使转子和机舱相对于塔架围绕塔架的纵向轴线旋转。
4、在功率产生操作期间，风的方向可能改变。当风力涡轮转子相对于风向未对准时，偏航系统使机舱围绕塔架的纵向轴线旋转以达到与风的对准。可基于例如安装在机舱上的风向标来确定机舱和转子不再与盛行风向对准。然而，基于测量负载和/或振荡的其它方法也是已知的。通常，如果盛行风向偏离转子和机舱取向超过预定义阈值(例如，5°、7°或10°或更多)持续至少预定的时间段，则可激活偏航系统。预定时间段可为1分钟、5分钟、10分钟或更多。可例如确定秒到分钟的平均值，例如，3秒平均值、10秒平均值、1分钟平均值或5分钟平
5、其它操作模式也可涉及机舱围绕塔架的纵向轴线的旋转。一个示例是线缆解扭(untwist)操作。风力涡轮包括线缆(电力线缆和/或其它线缆)，该线缆可在其端部处固定，例如从机舱中的部件固定到塔架中的某个点处的某个其它部件。由于在功率产生操作期间的先前提及的旋转，线缆可能变得扭曲。通常，存在扭曲极限，超过该极限线缆可能被损坏。在达到此类极限之前，线缆需要被解扭。为此，风力涡轮的解扭操作可包括使风力涡轮停止并使机舱偏航，直到达到某个预定取向，在该取向中线缆基本上不扭曲。
6、可涉及机舱的旋转的另一种操作模式是在空转期间(即，在没有功率产生的情况期间)的偏航旋转。因此，即使风力涡轮不生成任何功率，其仍可能受到由风诱导的主导负载，或者在海上风力涡轮的情况下由海浪诱导的主导负载。偏航系统可配置成使机舱旋转以将负载保持在设计余量内。在一些情况下，机舱可旋转，使得转子以与风力涡轮处于功率产生模式时类似的方式面向风(即，逆风取向)。在一些其它情况下，当风力涡轮处于空转模式时，将机舱偏航远离风可能是优选的。如果例如存在故障并且叶片被卡住(叶片不能变桨)，则可能是这种情况。此外，已知一些控制策略在风力涡轮空转时跟踪风向，不仅用于负载控制，而且还用于提供与风的更好对准，以便在风速增加到操作范围内时减少启动延迟。
7、偏航系统通常利用用于驱动齿轮(小齿轮)的合适齿轮箱使用包括多个马达(例如，电动马达或液压马达)的多个偏航驱动器来执行机舱的旋转，该齿轮与附接到机舱或风力涡轮塔架的环形齿轮或齿圈啮合。因此，机舱可围绕塔架的纵向轴线在风向上或偏离风向旋转。风力涡轮塔架和机舱之间的可旋转连接部被称为偏航轴承。偏航轴承可为滚子型或滑动型。
8、通常，当转子根据期望的取向定位时，使用系统来维持状态并将机舱固持在适当位置中。因此，偏航系统通过使用制动器(例如，液压制动卡钳和/或偏航马达的马达制动器)来维持取向。这些制动器可由风力涡轮控制系统激活和停用。此外，偏航驱动器的小齿轮保持与环形齿轮或齿圈接合，因此它们也有助于增加风力涡轮将机舱维持在适当位置中(即，具有期望取向)的能力。
9、术语“停机的风力涡轮”或“停机的机舱”可用于指代涉及将机舱的取向维持在给定位置中的状态。应当理解，这种情况可能发生在不同的操作条件下，包括但不限于功率产生和空转操作。重要的是要注意，这种情况对应于风力涡轮的大部分寿命。
10、令人惊讶地发现，在一些情况下，即使偏航马达的分布是对称的，固持期望取向的前述操作也可导致偏航系统的各个部件的过载，并且更特别地，导致各个偏航驱动器和对应的偏航小齿轮的过载。
11、本公开寻求提供用于操作风力涡轮的偏航系统的改进方法，特别是在偏航停止期间和在停机状态期间。本公开还寻求提供至少部分地减少前述问题的风力涡轮。
技术实现思路
1、在本公开的一方面中，提供了一种用于操作风力涡轮的偏航系统的方法。偏航系统包括偏航轴承、环形齿轮和多个偏航驱动器。偏航驱动器包括带有马达制动器的马达、齿轮箱和与马达操作性地连接的小齿轮。该方法包括操作多个偏航驱动器以使机舱相对于风力涡轮的塔架旋转。该方法还包括停止机舱相对于塔架的旋转，包括停止马达并关闭偏航驱动器的马达制动器。在等待时间之后，该方法包括平衡由偏航系统的多个偏航驱动器经受的负载。
2、根据该方面，偏航操作使得马达制动器被关闭(即，被激活)以停止机舱相对于塔架的旋转，从而结束偏航旋转操作。停止机舱相对于塔架的旋转还包括停止偏航马达。在本公开的一些变型中，马达制动器可在停止马达的同时被关闭。在其它变型中，马达制动器可在停止马达之后被关闭。在任何情况下，在可从马达制动器被关闭的时刻起限定的等待时间之后，由偏航系统的多个偏航驱动器经受的负载被平衡。
3、在整个本公开中，“平衡负载”可被解释为减少由多个偏航驱动器经受的负载之间的现有不平衡。因此，在“平衡负载”动作之后实现更平衡的系统，并且不平衡被减少。在一些情况下，这种减少可导致所谓的完全平衡的系统，其中所有偏航驱动器经受基本上相同的负载。在其它情况下，“平衡负载”动作可减少由多个驱动器经受的负载之间的差异，即使所述负载可保持不同。
4、专利技术人已经发现当机舱被停止(即，处于停机状态)时由各个偏航驱动器承受的负载之间的显著的不平衡。尽管是对称分布，偏航驱动器之间的负载分担是不均匀的，因为每个偏航驱动器的小齿轮在不同位置处与环形齿轮啮合，使得小齿轮被不相等地加载。专利技术人已经确定，该位置取决于若干因素，诸如马达制动器的关闭时间上的变化、单独的小齿轮齿隙或偏航马达制动器磨损。这些不同的位置导致残余负载，该残余负载转化为偏航小齿轮的不均匀加载。停机状态在长时间段期间发生，并且它代表风力涡轮的大部分寿命，因此此类不均匀的加载可导致超过相应的偏航驱动器的设计负载的负载。因此，偏航驱动器的部件可能变得过载和损坏。
5、已经发现在停止机舱的旋转之后的平衡负载动作降低了先前发现的部件加载的风险。已经发现平衡负载动作被动地松开多个偏航驱动器上的残余负载。已经发现，剩余负载更均匀地分布在多个偏航驱动器之间。
6、在本公开的示例中，平衡由多个偏航驱动器经受的负载可包括临时减小制动摩擦。因此，通过在某个时间段内减小偏航系统中的制动摩擦，可实现由多个偏航驱动器经受的负载的平衡。
7、在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于操作风力涡轮(10)的偏航系统的方法(100)，所述偏航系统包括偏航轴承(98)、环形齿轮(31)和多个偏航驱动器(35)，所述多个偏航驱动器(35)包括带有马达制动器(91)的马达(33)、齿轮箱(37)和与所述马达(33)操作性地连接的小齿轮(39)，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，平衡由所述偏航系统的所述多个偏航驱动器(35)经受的负载包括临时减小制动摩擦。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，平衡由所述偏航系统的所述多个偏航驱动器(35)经受的负载包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述打开时间是预定的或基于所述风力涡轮(10)的操作条件，并且具体地，其中，所述打开时间在0.02秒和1秒之间，更具体地在0.05秒和0.5秒之间，并且甚至更具体地在0.2秒和0.4秒之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述偏航系统包括液压制动器(94)，所述方法包括在负载的所述平衡期间利用所述液压制动器(94)将所述机舱(16)基本上保持在适当位置中，并且更具体地，其中，平衡
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法在所述风力涡轮(10)处于功率产生模式时执行。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述方法在所述风力涡轮(10)处于空转模式时执行。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述等待时间是在所述马达制动器(91)的所述关闭之后的预定时间量，并且具体地，其中，所述等待时间在0.5秒和600秒之间，更具体地在1秒和10秒之间，并且甚至更具体地在2秒和4秒之间。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述等待时间基于所述风力涡轮(10)的操作条件确定，并且更具体地，其中，所述等待时间基于偏航力矩、偏航力矩的变化率、所述机舱(16)围绕所述塔架(15)的纵向轴线的速度、所述机舱(16)围绕所述塔架(15)的所述纵向轴线的加速度或所述小齿轮(39)负载的不平衡中的至少一个。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括将平衡由所述偏航系统的所述多个偏航驱动器(35)经受的负载的步骤重复至少一次。
...【技术特征摘要】
1.一种用于操作风力涡轮(10)的偏航系统的方法(100)，所述偏航系统包括偏航轴承(98)、环形齿轮(31)和多个偏航驱动器(35)，所述多个偏航驱动器(35)包括带有马达制动器(91)的马达(33)、齿轮箱(37)和与所述马达(33)操作性地连接的小齿轮(39)，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，平衡由所述偏航系统的所述多个偏航驱动器(35)经受的负载包括临时减小制动摩擦。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，平衡由所述偏航系统的所述多个偏航驱动器(35)经受的负载包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述打开时间是预定的或基于所述风力涡轮(10)的操作条件，并且具体地，其中，所述打开时间在0.02秒和1秒之间，更具体地在0.05秒和0.5秒之间，并且甚至更具体地在0.2秒和0.4秒之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述偏航系统包括液压制动器(94)，所述方法包括在负载的所述平衡期间利用所述液压制动器(94)将所述机舱(16)基本上保持在适当位置中，并且更具体地，其中，平衡负载包括在打开时间期间打开所述马达制动器(91)，并且利用所述液压制动器(94)将所...
【专利技术属性】
技术研发人员：F·欣肯，H·肖尔特瓦辛克，M·德安杰洛，S·威默，
申请(专利权)人：通用电气可再生能源西班牙有限公司，
类型：发明
国别省市：
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