[发明专利]风力涡轮机主动阻尼装置

说明书

技术领域

本发明描述了风力涡轮机主动阻尼装置、磁流变阻尼器、风力涡轮机承载装置以及用于主动阻尼被施加到风力涡轮机部件上的力的方法。

背景技术

风力涡轮机的传动系通常被机舱内的基板支撑。基本上，存在两种将传动系支撑在基板上的已有方式。在三点设置中，例如滚柱轴承的一个大型主轴承被用于支承主轴。在四点设置中，主轴承包括两个轴承，其中一个靠近毂，且另一个靠近变速箱并用于承载或吸收作用在主轴上的大部分轴向力。在这两种现有技术构思中，主轴和基板之间的连接部件是主轴承，并且变速箱和基板之间的连接部件是弹性阻尼器。变速箱沿竖直方向被支撑，例如由安装在扭矩臂和基板的凸起侧面之间的弹性体阻尼器来支撑，以便变速箱有效地被悬接在基板的凸起侧面之间。扭矩臂的任务是抵抗转子的扭力来支撑变速箱。被安装于变速箱的扭矩臂的弹性阻尼器通常被连接到行星级的环形齿轮。

在运转期间从风力涡轮机叶片向主轴传递较大的力。主轴的偏航导致基板的变形。在四点设置的情况下，其中主轴由两个轴承支撑，则变速箱被赋予较大的轴向刚度。这样的措施减少了与偏航有关的约束。不过，在三点和四点设置两种情况下，由于基板变形导致的传动系的点头力矩（nodding moment）导致在涡轮机运转的同时变速箱沿竖直方向的运动。不过，现有技术阻尼器不能完全吸收这种点头力矩，从而变速箱仍具有沿轴向方向的不良自由度。最终明显的竖直（上和下）运动或点头力矩是导致主轴承、变速箱和变速箱的部件损坏的主要原因，其中该部件例如行星架、行星轴承、行星和环形齿轮。

为了避免这种损坏，风力涡轮机元件受到许多设计约束。通常，部件和阻尼器必须针对最大或最坏情况负载被设计，即使在风力涡轮机“正常”运转期间仅偶尔经历这种负载。例如，某些元件的硬度、刚度或重量可能被增加。此外，可包括额外设计约束从而考虑到组装过程的任何误差。不过，这样的设计会导致传动系部件上极端负载的增加，从而它们可能被损坏或者它们的预期寿命会被减少。

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种用于风力涡轮机的改良阻尼器。

这个目标是通过权利要求1所述的风力涡轮机主动阻尼装置、权利要求7所述的智能流体阻尼器、权利要求11所述的风力涡轮机承载装置以及用于主动阻尼被施加到风力涡轮机部件上的力的权利要求14的方法来实现的。

根据本发明，用于阻尼被施加到与风力涡轮机的主轴连接的部件上的力的风力涡轮机主动阻尼装置包括智能流体阻尼器和控制器件，该控制器件用于根据风力涡轮机的性能参数来控制智能流体阻尼器的场发生器以便控制阻尼程度。

根据本发明的风力涡轮机主动阻尼装置的一个明显优点在于，被连接到主轴的部件的所需阻尼程度能够直接源自于性能参数，并且因而能够控制智能流体阻尼器的场发生器。因为场发生器的响应时间可以非常短，因此智能流体阻尼器实质上能够对性能参数的任意变化立即做出反应，并且因而实质上也能立即获得所需的瞬时阻尼。以此方式，能够通过智能流体阻尼器来优化地吸收或减少被施加到部件上的力的任意快速波动，例如点头力矩或偏航力矩。

根据本发明，用于主动阻尼被施加到风力涡轮机部件上的力的这种风力涡轮机主动阻尼装置的智能流体阻尼器包括

-闭合腔室，其装纳智能流体和活塞，该活塞被实现为沿腔室内的行进方向行进，并且该活塞包括智能流体能够从中流动通过的至少一个通道；

-用于在智能流体上产生场的场发生器；以及

-场发生器控制输入的输入，其用于根据风力涡轮机的性能参数向场发生器输入控制信号以便改变场。

根据本发明，用于在基板上承载风力涡轮机的传动系的风力涡轮机承载装置包括用于承载主轴的主轴承以及根据本发明用于承载连接到主轴的部件的主动阻尼装置，该主动阻尼装置包括将部件连接到基板的这种智能流体阻尼器。

根据本发明，用于主动阻尼被施加到风力涡轮机部件上的力的方法包括如下步骤：

-获得风力涡轮机的性能参数；

-基于性能参数为这种主动阻尼装置产生控制信号；以及

-应用控制信号以便控制主动阻尼装置的智能流体阻尼器的场发生器。

在根据本发明的方法中，所需阻尼的程度能够源自于性能参数，以便任意瞬时阻尼均被最佳地应用。在风力涡轮机使用寿命期间，这样的主动阻尼方法能够确保机舱基板的扭曲量或者对于被连接在风力涡轮机主轴和基板之间的部件的损坏被保持在令人满意的最小值或完全被防止。