[发明专利]风力涡轮机和风力涡轮机叶片

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的方法，特别涉及一种控制风力涡轮机以减小极端风力条件下风力涡轮机经受的最大载荷的方法。

背景技术

风力涡轮机通常位于具有相对可预测的风力型态的区域，例如，风力型态在~15-25m/s之间变化。然而，风暴条件下，风速通常可达到能够损坏风力涡轮机结构的极端水平。例如，离岸风力涡轮机设备可能经受台风或飓风条件，其中，阵风中风速可超过70m/s。高风速意味着用于易受极端风力条件影响的场所的风力涡轮机必须用坚固的材料和/或额外的加强元件建造，以抵御在这些区域的可能的高风力影响，并且恰当地规定用于谈及的场所。进一步，阵风中的高风速可导致风力涡轮机的结构部件中的显著的疲劳载荷，该疲劳载荷可导致风力涡轮机结构上的额外的磨损。因此，找到降低极端风力条件对风力涡轮机的影响的方法是有益的。

公开号为No.0709571的欧洲专利申请描述了一种双叶片部分变桨距风力涡轮机，其降低了极端风力条件的影响。该涡轮机包括具有内、外叶片段的第一和第二转子叶片，外叶片段可相对于内叶片段俯仰。高风力下，转子叶片大致水平对齐停置，第一叶片的外叶片段俯仰与第一叶片段的内叶片段成90度的角度，而第二叶片的外叶片段未俯仰。释放方位角或偏航制动器，并且当暴露于高风力时，包括第一和第二转子叶片的转子结构用作风向标。因此，转子绕偏航轴移动，使得第一叶片段的尖端直接指向迎面而来的风，从而呈现减小的风力作用的表面积。高风力条件下，减小的表面积导致涡轮机上的力减小，并且导致风力涡轮机结构中的载荷减小。

然而，这种方案存在一些问题。为了使风力涡轮机水平对齐，涡轮机中采用了复杂的定位、制动和/或锁定系统。由于经受的高风力水平，这些制动/锁定系统在运行中可能经受显著的疲劳载荷。因此，这些系统需要定期维护以确保有效运行。

本发明的目的是，提供一种风力涡轮机和相关的控制方法，该方法在导致极端载荷的高风速下提供了改进的性能，并且克服了以上问题。

发明内容

因此，提供一种在极端风力条件下减小可俯仰的双桨掠叶片风力涡轮机的风力载荷的方法，该风力涡轮机包括用于绕枢转点转动的转子组件，该转子组件具有转子轮毂和至少35米长的、安装于所述转子轮毂的第一、第二风力涡轮机叶片，其中，风力涡轮机叶片的尖端相对于叶片的中心轴扫掠，所述方法包括以下步骤：

设置风力涡轮机叶片大致水平对齐；

其中，所述步骤包括俯仰至少一部分转子叶片的扫掠段，以相对于转子组件的枢转点移动转子组件的质心，使得转子组件稳定在平衡位置，其中，所述转子叶片处于大致水平对齐，当转子叶片处于该大致水平对齐时，所述转子组件的质心相对于所述转子组件的枢转点降低；和

对齐大致水平的风力涡轮机叶片，使得叶片与涡轮机处的风向纵向对齐，以减小风力涡轮机叶片经受的极端风力载荷。

由于转子叶片与风向对齐，使得一个转子叶片有效地指向迎面而来的风的方向，这减小了极端风力作用的叶片的表面积，从而减小了涡轮机结构经受的极端载荷的大小。掠叶片设计意味着通过适当的叶片俯仰，转子组件的质心可相对于枢转点移动，转子组件绕该枢转点转动。因此，当在大致水平位置时，可俯仰叶片，使得风力涡轮机叶片的质心在其最低点。因此，转子叶片将转动，直至其平衡在平衡位置，该平衡位置是沿着具有最低质心的风力涡轮机叶片转动轨迹的位置。因此，转子叶片会自然的平衡在稳定的水平位置。

进一步，由于质心相对于转子组件的枢转点降低，而该较低的质心将作用于阻止风力涡轮机叶片从水平平衡位置不必要的转动，叶片将设置在比水平设置的未俯仰叶片更稳定的水平位置。

优选地，所述俯仰步骤包括俯仰叶片，使得叶片尖端沿着风力涡轮机转子叶片的转动轨迹，指向大致相反的方向。

由于俯仰叶片，使得叶片尖端沿着转动轨迹指向大致相反的方向，这意味着尖端均指向转子组件的相同一侧。因此，转子组件将朝着第一侧平衡，并且将在重力作用下自然地寻求平衡位置，其中，所述转子组件的第一侧是朝向地面最低的，所述尖端指向地表水平。

优选地，所述风力涡轮机包括第一和第二桨距系统，分别用于俯仰至少一部分所述第一和第二风力涡轮机叶片，其中，风力涡轮机进一步包括控制装置，用于控制所述第一和第二桨距系统，以在大约相等的桨距角俯仰，其中，所述俯仰步骤包括应用约+/-180度的偏移量至所述第二桨距系统。