[发明专利]包括一个或多个振动阻尼器的风轮机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括一个或多个用于抑制风轮机叶片的振动或振荡的振动阻尼器的风轮机叶片、一种风轮机叶片、一种振动阻尼器、一种用于抑制风轮机叶片的振动的方法及其使用。

背景技术

现有技术已知的风轮机包括锥形风轮机塔架以及位于塔架顶部的引擎舱。引擎舱上通过低速轴连接具有多风轮机叶片的风轮机转子，该低速轴从引擎舱的前部伸出，如图1所示。

风轮机叶片的振动和振荡是不希望的，因为在最坏的情况下，振动或振荡可能损坏风轮机叶片。特别是边缘方向的沿着叶片的前缘和后缘之间的弦的振动，该振动可能损坏叶片，因为叶片没有抑制该振动模式的措施。

此外，边缘方向的振动的特别有害之处在于，该振动可能引起叶片根部处或沿后缘的裂纹。在已知情况中，这种振动已经引起使得叶片从风轮机上脱落的问题。

失速控制式风轮机和俯仰控制式风轮机都存在被边缘方向的振动损坏的危险。失速控制式风轮机的这一问题经常出现在当该风轮机工作在超过失速点的高风速的情况下。俯仰控制式风轮机的这一问题经常出现在该风轮机停泊在高风速中而转子被锁止的情况下。

为避免叶片的振动，已知提供具有不同形式的机械阻尼器的叶片，所述阻尼器经常基于这样的原理，即，将安装弹簧的团块与缓冲装置组合或者设置不同的液体阻尼器。

WO 99/32789公开了这种液体阻尼器的一个示例，其中叶片的末端设有可调谐的液体阻尼器系统。液体在多个尽可能地靠近叶片末端放置的室中自由流动。该室具有特定的长度，该长度适合于特定叶片类型的边缘方向自然频率。即使这些特定频率的阻尼器的重量小于常规多频率阻尼器，这些阻尼器仍然具有较大地增加希望其重量最小的叶片末端的重量的缺点。减振能力与频率和阻尼器的宽度成比例。

由于现代风轮机在输出和尺寸方面日益变大，叶片的长度和尺寸也随之增加。随着叶片变大并且变重，它们的边缘方向的自然频率变小—小到几个Hz甚至小于一个Hz，因此叶片变得容易被风带动。由于边缘方向的自然频率变低，因此必须增加机械阻尼器、液体阻尼器或调谐式液体阻尼器的质量，而这会导致尺寸增大。

叶片的宽度朝向末端减小，而当阻尼器变长并且变宽时，叶片末端处的内侧空间会变得太小以至于不能容纳阻尼器。必须将阻尼器移离末端，而阻尼器离末端越远，该阻尼器就必须越大且越重。这当然是不利的，因为叶片越重，引入风轮机的其它部件的载荷就越大。这就需要使用成本通常较高的更结实的部件。

常规叶片阻尼器的另一个缺点是，靠近叶片末端的阻尼器还会不利地干扰叶片的承载结构，由此可能需要保持叶片结构的完整性。

本发明的一个目的是提供一种包括没有上述缺点的振动阻尼器的风轮机叶片。

特别地，本发明的一个目的是提供一种抑制风轮机叶片的振动的技术，该技术即使在大型的长风轮机叶片中也有效。

发明内容

本发明提供了一种风轮机叶片，它包括一个或多个用于抑制风轮机叶片的振动或振荡的振动阻尼器。该阻尼器包括一个或多个具有一个或多个第一阻尼器部分表面的一个或多个第一阻尼器部分。该第一阻尼器部分刚性地连接到所述叶片以及/或者作为所述叶片的一部分。该阻尼器还包括一个或多个具有一个或多个第二阻尼器部分表面的第二阻尼器部分，其中，第一阻尼器部分表面和第二阻尼器部分表面布置成在振动期间彼此相对运动。该阻尼器还包括使第一阻尼器部分表面和第二阻尼器部分表面直接或间接联接的载荷传递联接器，以使所述相对运动导致动能的振动阻尼耗散。

通过使第一阻尼器部分刚性连接到叶片，确保了当叶片振动时，第一阻尼器部分基本以与叶片相同的量伸展或压缩。

通过利用载荷传递联接器使第一和第二阻尼器部分表面直接或间接联接，第一和第二阻尼器部分之间的源于叶片的振动的相对运动可引起这两部分之间的剪切力。如果联接是摩擦联接或者如果联接材料具有塑性性能，则第一和第二阻尼器部分之间的运动将导致形式为动能的耗散的能量损耗，由此产生阻尼。

此外，常规阻尼器经常力图减少叶片振动的幅度，并因此必须安放在叶片偏转量最大的位置。这是不利的，因为偏转在叶片的末端最大，并且来自阻尼器的附加重量将使得叶片、轮毂和风轮机的其它部分约靠近末端，张力越大。

如果根据本发明的阻尼器定位在叶片中张力最大的位置—靠近叶片根部的位置比靠近叶片末端的位置更常出现，该阻尼器将具有最佳阻尼效果。因此使用本发明的阻尼器是有利的，因为该阻尼器可安放在叶片内或上的载荷敏感度较小的位置。