[发明专利]风力涡轮机和相关的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机和控制该风力涡轮机以减小风力涡轮机中的疲劳载荷的方法。

背景技术

风力涡轮机运行过程中，由于叶片在空气动力的运作下转动，风力涡轮机叶片根部经受很大的载荷。这种疲劳载荷在风力涡轮机结构中产生相当大的应力和应变，考虑到用于涡轮机结构、加固等等中的材料的强度，要求明显的设计限制。因此，有意义的是，研发特殊的能减少这种载荷的风力涡轮机设计，为减少整个涡轮机结构的设计限制做准备。

一个特殊的风力涡轮机叶片结构是一种部分变桨风力涡轮机叶片。部分变桨风力涡轮机包括多个具有内叶片段和外叶片段的风力涡轮机叶片。外叶片段相对于内叶片段是可俯仰的，使得风力涡轮机的输出功率可被控制，以对不同的风速保持额定输出功率。部分变桨风力涡轮机的实施例包括丹麦Nibe A风力涡轮机，以及美国国家航空和宇宙航行局（NASA）开发的MOD-2风力涡轮机。

在专利文献中，德国专利DE 917540公开了一种部分变桨风力涡轮机转子，其用于在第一风速和第二风速之间的风速产生额定功率输出。

现有技术中，部分变桨转子叶片可不相对俯仰地运转，而且外叶片段可俯仰，以将外叶片段的产生的输出功率维持在一个恒定的等级。然而，这个过程导致风力涡轮机在正常运转过程中，经受明显的疲劳载荷和最大载荷，例如，产生于风力涡轮机叶片根部端的叶片根部载荷。

本发明的目的是提供一种风力涡轮机设计和相关的控制方法，使得在风力涡轮机运转过程中的载荷降低。

本发明的目的是提供一种风力涡轮机设计和相关的控制方法，使得转移或不连续性对从外叶片段到内叶片段的叶片根部载荷的力矩作贡献，该外叶片段在特定风速向内叶片段俯仰，该内叶片段针对增大的风速持续地贡献功率。

本发明的目的是提供一种部分变桨叶片，使得功率曲线更平滑，并且使得风力涡轮机叶片的运转更具有可预测性。

发明内容

因此，提供一种部分变桨风力涡轮机，其用于在高于第一额定风速WS1的风速产生额定输出功率，该风力涡轮机包括：

风力涡轮机塔架；

设于所述塔架顶部的机舱；

设于所述机舱处的可转动的转子轮毂；和

至少两个至少35米长的部分变桨转子叶片，所述叶片在其根端部处安装于所述转子轮毂，所述转子叶片包括安装于所述转子轮毂的内叶片段和可相对于所述内叶片段俯仰的外叶片段，所述内叶片段具有用于失速控制的空气动力学叶片的叶型和相关的功率捕获型面，所述外叶片段具有用于俯仰控制的空气动力学叶片的叶型和相关的功率捕获型面，

其中，当所述外叶片段相对于所述内叶片段未俯仰时，所述风力涡轮机用于在WS1产生额定输出功率，

其中，风力涡轮机进一步包括控制装置，其用于俯仰所述外叶片段脱离风，以在高于WS1的风速降低所述外叶片段的功率捕获，从而降低所述部分变桨叶片根端部处的根部力矩的增长率。

因此，风力涡轮机构造为在增长的风速获得额定功率生产，并且构造使得捕获的功率可维持在一额定率，而在部分变桨叶片根端部处的根部力矩的相对小地增长，从而减小风力涡轮上的所有载荷，而不会是基于现有技术中的已知构造的风力叶片的情况。

风力涡轮机因此具有内叶片段，其为高于WS1的风速增加功率捕获，其中，外叶片段减小了其功率捕获。因此，提供一种叶片构造，其将力矩贡献从外叶片段转移至内叶片段。

与现有技术相比，根据本发明的总功率捕获贡献，相对于根部力矩贡献，将提高。与现有技术中已知的构造相比，内叶片段相比外叶片段转移更多的功率/根部力矩（power per root moment）。

根据可选择的实施例，部分变桨风力涡轮机具有内叶片段，该内叶片段设计为在高于或约等于WS2的第二风速进入失速，WS2高于WS1，所述内叶片段用于为在WS1和WS2之间的增加的风速提供增加的功率捕获。

因此，风力涡轮机具有内叶片段，该内叶片段经由失速开始降低其功率捕获。

根据本发明的进一方面，提供一种部分变桨风力涡轮机，其用于为在第一额定风速WS1和第二额定风速WS2之间的风速产生额定输出功率，其中，WS2高于WS1，该风力涡轮机包括：

风力涡轮机塔架；

设于所述塔架顶部的机舱；

设于所述机舱处的可转动的转子轮毂；和