[发明专利]抗振装置和固定风力涡轮机叶片以防止振动的技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗振装置及固定风力涡轮机叶片以防止振动的技术。

背景技术

图1中描绘了一种典型的水平轴风力涡轮机作为参考。图1中描绘了风力涡轮机1，其包括风力涡轮机塔架2，在该塔架上安装有风力涡轮机机舱3。包括至少一支风力涡轮机叶片5的风力涡轮机叶轮4安装于轮毂6上。

轮毂6通过由机舱前部伸出的轴（图中未显示）与机舱3连接。机舱3可利用位于塔架1顶端的偏航驱动装置被转动，以改变叶轮的轮毂6和叶片5的朝向。叶片具有空气动力学外形，因此在风吹过其表面时会受到“升力”或由风产生的压力作用。叶片空气动力学外形的前锋面与入射风相遇的角度或桨距可利用变桨驱动装置来改变，变桨驱动装置使叶片5相对轮毂6转动。

图1中展示的风力涡轮机可以为一种小型的家用或轻型多用途应用为目的而设计的型号，或可以为一种大型的例如那些适合在风场中大规模发电而使用的型号。一台典型的商用风力涡轮机，例如一台设计发电能力为3MW的风力涡轮机，其直立后高度大约可达100米并具有长度约40米或更长的叶片。风力涡轮机叶片的尺寸，并且尤其是当叶片在风中转动时它们扫过的面积与风力涡轮机能够从风中汲取的能量密切相关。在商用产能中，风力涡轮机由于上述原因会具有庞大的尺寸，从而可以提供最大限度的发电能力。

在一般发电过程中，偏航驱动装置使机舱3旋转从而使风力涡轮机的叶片5指向风向。而且，叶片的桨距可被调整，从而使其由风中受到的力保持在安全运行参数范围内，同时由入射风中产出尽可能多的能量。

当风力涡轮机不发电时，例如在并网之前或维护中时，风力涡轮机的叶片应通过偏航驱动装置和变桨驱动装置尽可能远离风向，以使叶片不会受到来自入射风的过大力。在此情况下，风力涡轮机叶片可被牵引至静止状态并锁定。

当风力涡轮机的叶片被锁定于静止状态时，它们很容易发生侧向叶片振动（侧向为从叶片前缘到叶片后缘的方向），此现象在风从侧面撞击叶片时由横过叶片或叶片周边的气流造成。如果风力涡轮机叶片可相对于风向顺桨，那么风可以由此叶片周围顺畅流过，但在缺乏持续调整叶片桨距的能量的情况下，风向将不可避免地改变，并导致叶片周围的气流不顺畅的状况。最坏情况是入射风与叶片的平坦表面之一垂直地相遇，并且入射风不得不在叶片前缘及后缘周围流过。如果此振动达到足够大的等级，可导致其对风力涡轮机叶片结构产生物理损伤，修复该损伤需耗费财力与时间。

此问题是由叶片从风中收浆时叶轮叶片周围尤其是前缘的空气的极其不稳定流动引起的。空气在叶片的弯曲表面周围流动，但无法以层流形式保持贴附于叶片表面，这是因为叶片未正确变桨以支持升力。因此，层流可能会短暂出现但随即就消失，导致在叶片的背风面形成涡流。此种情况经常被称为涡流溢放现象，其具有以下特点，即在空气中的分离倾向于以节律气流的形式由叶片的一侧转移至另一侧。这些振动通常是先在叶尖发生，因为在此处，较小的直径和较轻的框架由空气产生的节律转移力的抵抗较小。如果由气流产生的节律振动与叶片自身的共振频率对应，叶片最终会遭受灾难性故障。

许多风力涡轮机因此包括机械或液压设备，这种设备可在风力涡轮机叶片产生的振动发展为足以损坏叶片的等级前将其抑制。虽然这种设备的确可以解决此类问题，但其价格昂贵且难于安装。因此我们注意到了对于克服叶片上的这种振动的装置和方法的需要。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种操作风力涡轮机的方法，用于抑制当所述风力涡轮机处于非运行模式时由所述叶片上的气流引起的振动，所述方法包括：将风力涡轮机叶片可释放地锁定在位；将可释放地安装的临时叶片覆盖物固定到所述风力涡轮机叶片上，使得所述叶片覆盖物覆盖叶片表面的区域并提供非空气动力学的外表面，以便在所述叶片上的气流中产生湍流。在叶片表面周围流动的空气因此无法充分地贴附于叶片而产生层流，即便是短暂层流也无法产生，结果，节律涡流溢放现象发生的可能性以及发生的任何涡流溢放振动的等级会被大幅地降低。

在一个实施例中，所述叶片覆盖物是套筒，且所述方法包括：将第一导引绳索安装到位于所述套筒一端的安装点上；将所述套筒拉至所述风力涡轮机叶片上；将所述导引绳索系到所述风力涡轮机上，从而将所述套筒固定在位。这允许套筒在制造时被安装，因此当叶片被安装于风力涡轮机上时，叶片覆盖物保持在位直到风力涡轮机准备使用前，或者套筒也可在施工现场进行安装。

在一个实施例中，套筒由网状结构形成，因发现其安装就位后将为叶片提供非空气动力学的表面，并具有相对轻量及容易制造等优势。此外，此叶片覆盖物可以是在其表面具有突出部或凹部以形成非空气动力学的外表面的套筒。