[发明专利]用于衰减风力涡轮机中的振动的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于衰减风力涡轮机塔中的振动的方法和系统。

背景技术

现代风力涡轮机通常用于将电力供给到电网中。这种风力涡轮机通常包括转子，其具有转子毂和多个叶片。转子在风力影响叶片的情况下进行转动。转子轴的转动直接驱动发电机转子或者通过使用变速箱驱动发电机转子。毂、变速箱(如果存在的话)、发电机和其它系统通常安装在风力涡轮机塔的顶部上的机舱中。

已知多种风力涡轮机塔构造。最新式的风力涡轮机包括管状塔结构。所述管状结构可以由钢和/或者混凝土制成，并且可以由单个分段制成，或者可以包括多个分段。其它风力涡轮机塔由桁架结构制成。此外，已知混合风力涡轮机塔，所述混合风力涡轮机塔包括上述塔概念的组合。

在风力涡轮机的操作期间，在风力涡轮机塔结构中会产生不期望的振动。振动在该方面意味着包括任何振幅(较大的振幅或者较小的振幅)的和任何频率(较高的频率或者较低的频率，恒定的频率或者变化的频率)的、沿着任何方向(横向方向、纵向方向或者超环面的方向)的摆动或者重复的位移中的任一种。这些振动会由于不同的因素导致，例如，作用在塔上的风、沿着塔经过塔且局部地干扰风向的叶片、从变速箱传递到塔的振动、转子运动、机舱不平衡、从毂传递到塔的振动等。如果在延长的时间周期期间塔受到这样的振动，则会产生疲劳损伤。疲劳损伤会使风力涡轮机塔和/或其部件缩短使用寿命。此外，当振动在风力涡轮机塔中引起共振时会存在危险，这可能会危险地增大振动。

又一个复杂因素是风力涡轮机(转子、机舱、塔等)的尺寸持续增大。随着塔变得越来越大和越来越薄弱，塔也变得对所引入的振动越来越敏感。

而且，未来，风力涡轮机将日益设置在海上或者近岸区。不管风力涡轮机塔是浮动地布置(在海上)还是布置在海床中的地基上(在近岸区)，海浪都会形成风力涡轮机塔中的另一个振动源。另外，设置在海上或者近岸区的风力涡轮机的设计叶尖速度通常高于设置在海岸上的风力涡轮机的设计叶尖速度。毂从而将以较高的速度转动。叶片经过塔的频率也因而增大。达到风力涡轮机塔的共振频率的振动的危险性也随之增大。

因而，显然需要提供一种用于衰减风力涡轮机塔中的振动的方法和系统。在现有技术中，已经提出若干系统。例如，已知主动地控制转子叶片的倾角或者风力涡轮机的转速以限制风力涡轮机塔中的振动。然而，这意味着有时风力涡轮机在不最优的条件下操作，并且由风力涡轮机所产生的电力在其潜能以下，以便限制塔中的振动。另外，如果例如使用桨距控制来限制振动，则更加密集地使用桨距马达(或多个桨距马达)，这样会缩短桨距马达的使用寿命。

还可以提出简单地增大风力涡轮机塔的厚度。然而，增加塔中的材料当然也将增加风力涡轮机的成本，并且会甚至使塔(塔分段)运输到设置位置变得复杂。

还已知提供一种悬置在机舱下的质量的形式的已调节质量的阻尼器以抵抗1^st前后和1^st左右塔模式。在塔的顶部处悬置质量会减小在塔的顶部处的可用空间(其中，可用空间已经非常有限)。另外，该已调节质量的阻尼器仅可以用于衰减单一频率的振动。在某些其它现有技术的实施例中，在塔中质量被悬置得低一点以衰减2^nd前后和2^nd左右模式。而且在该情况下，在塔中用于其它系统的可用空间被显著地减少。

EP 1677033公开了一种风力涡轮机，其包括布置在塔处或者机舱处的振动载荷减小系统。振动载荷减小系统包括：基部；从基部延伸的至少两个柱；以及位于基部和至少两个柱内的可流动的质量。该现有技术的解决方案因而增加了在塔的顶部处的质量，这就其本身来说不是期望的。

WO 2008/000265公开了一种风力涡轮机塔以及控制装置和载荷改变装置，所述控制装置用于在风力涡轮机中建立起摆动控制值，所述载荷改变装置用于响应于来自控制装置的值优化塔本征频率。所述载荷改变装置可以包括例如布置在风力涡轮机塔内侧的钢丝或者杆。

EP 1811171公开了一种用于衰减风力涡轮机塔的位移的系统，所述系统包括多个减震器和多个梁，所述多个梁斜对角布置在风力涡轮机塔内。该布置本质上具有有限的衰减振动的能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于衰减风力涡轮机塔中的振动的系统和方法，所述系统和方法至少部分地减少了现有技术的解决方案的上述缺点。所述目的通过根据权利要求1所述的风力涡轮机塔、根据权利要求16所述的方法以及根据权利要求19所述的用途来实现。