風(fēng)輪機(jī)葉片控制方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了一種用于風(fēng)輪機(jī)的控制方法，尤其是用于風(fēng)輪機(jī)葉片的控制方法。該控制方法利用了葉片模態(tài)形狀或者葉片的自然振動(dòng)形狀來(lái)檢測(cè)葉片自然振動(dòng)的激勵(lì)水平，并且控制了在葉片上的主動(dòng)提升裝置，以便為了減小激勵(lì)水平，減小在葉片和總體風(fēng)輪機(jī)結(jié)構(gòu)中的負(fù)載。還提供了一種設(shè)計(jì)用于在此方法中使用的風(fēng)輪機(jī)葉片的方法。
【專利說(shuō)明】風(fēng)輪機(jī)葉片控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)輪機(jī)葉片的控制方法，以及設(shè)計(jì)風(fēng)輪機(jī)葉片的方法，以及 根據(jù)該方法所設(shè)計(jì)的風(fēng)輪機(jī)葉片。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前研究的主動(dòng)空氣動(dòng)力裝置在風(fēng)輪機(jī)葉片中使用，以便減小結(jié)構(gòu)上隨時(shí)間變化 的負(fù)載。主動(dòng)空氣動(dòng)力裝置（AAD)是可以以可變的和受控的方式操縱葉片區(qū)段的空氣動(dòng)力 的裝置的廣義用語(yǔ)。主動(dòng)空氣動(dòng)力裝置的實(shí)例是后緣襟翼，其很類似于飛機(jī)機(jī)翼的外側(cè)副 翼。通過(guò)將此類裝置安裝在葉片上并且適當(dāng)控制，由湍流引起的負(fù)載可被部分地消除。
[0003] 不斷的挑戰(zhàn)在于設(shè)計(jì)出在一些位置上具有此類AAD以提供最高性能的用于風(fēng)輪 機(jī)的葉片，以及控制此類AAD的合適方法。
[0004] 本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于使用AAD的風(fēng)輪機(jī)葉片的新控制方法，以及 將此類AAD適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉谌~片上的新設(shè)計(jì)方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 因此，提供了一種在風(fēng)輪機(jī)的操作期間控制風(fēng)輪機(jī)葉片以減小葉片的根部動(dòng)量的 方法，該葉片具有末梢端和根部端，該方法包括以下步驟： 識(shí)別風(fēng)輪機(jī)葉片的激勵(lì)模態(tài)形狀；以及 調(diào)整設(shè)在所述葉片上的至少一個(gè)主動(dòng)提升裝置，以在所述風(fēng)輪機(jī)的操作期間減小所述 葉片的模態(tài)振動(dòng)，其中所述調(diào)整步驟是基于所述激勵(lì)模態(tài)形狀。
[0006] 通過(guò)使風(fēng)輪機(jī)葉片的控制基于葉片模態(tài)，提出了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的若干優(yōu)點(diǎn)?；?葉片模態(tài)的控制可提供與標(biāo)準(zhǔn)的根部動(dòng)量控制系統(tǒng)相比更快的控制響應(yīng)，以及由風(fēng)輪機(jī)所 經(jīng)受的疲勞負(fù)載的減小。另外，基于葉片模態(tài)的控制提出了在與基于先進(jìn)模型模擬的控制 進(jìn)行比較時(shí)明顯減少的計(jì)算要求。
[0007] 優(yōu)選地，所述識(shí)別激勵(lì)模態(tài)形狀的步驟包括： 測(cè)量或?qū)С鏊鲲L(fēng)輪機(jī)葉片的偏轉(zhuǎn)，以及 將所述測(cè)得的偏轉(zhuǎn)與所述風(fēng)輪機(jī)葉片的至少一個(gè)已知的模態(tài)形狀相比較，以確定所述 至少一個(gè)模態(tài)形狀的激勵(lì)水平， 其中所述調(diào)整步驟包括基于所述激勵(lì)水平來(lái)促動(dòng)所述至少一個(gè)主動(dòng)提升裝置，以減小 所述激勵(lì)模態(tài)形狀的大小（magnitude)，以減小所述葉片的模態(tài)振動(dòng)。
[0008] 測(cè)量葉片的模態(tài)形狀的激勵(lì)水平，并且基于所述激勵(lì)水平來(lái)操作主動(dòng)提升裝置的 促動(dòng)水平。將理解的是，測(cè)量或?qū)С鋈~片的偏轉(zhuǎn)的步驟可基于例如加速計(jì)、葉片動(dòng)量傳感 器、應(yīng)變儀、光學(xué)偏轉(zhuǎn)傳感器、位置傳感器（例如GPS傳感器）等任何適合的傳感器或傳感 器陣列的輸出。
[0009] 優(yōu)選地，所述葉片的模態(tài)振動(dòng)基于所述葉片的模態(tài)1形狀的激勵(lì)，并且其中該方 法包括以下步驟： 將至少第一主動(dòng)提升裝置設(shè)在朝向所述葉片末梢的位置處；以及 促動(dòng)所述至少一個(gè)第一主動(dòng)提升裝置來(lái)控制所述模態(tài)1形狀的激勵(lì)水平，使用所述模 態(tài)1形狀的激勵(lì)坐標(biāo)來(lái)作為所述至少一個(gè)第一主動(dòng)提升裝置的輸入。
[0010] 將理解的是，模態(tài)1形狀被認(rèn)作是風(fēng)輪機(jī)葉片的第一自然頻率或模態(tài)。
[0011] 將理解的是，激勵(lì)坐標(biāo)是風(fēng)輪機(jī)葉片的模態(tài)的瞬時(shí)激勵(lì)水平。
[0012] 激勵(lì)坐標(biāo)用作主動(dòng)提升裝置的反饋控制器的輸入。這提供了簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，其 可容易地調(diào)節(jié)來(lái)優(yōu)化獨(dú)立葉片設(shè)計(jì)的性能。
[0013] 優(yōu)選地，所述葉片的模態(tài)振動(dòng)基本上由模態(tài)1形狀的激勵(lì)和所述葉片的模態(tài)2形 狀的激勵(lì)的組合提供，并且其中該方法包括以下步驟： 將第一主動(dòng)提升裝置和第二主動(dòng)提升裝置設(shè)在葉片上，所述第一主動(dòng)提升裝置和所述 第二主動(dòng)提升裝置能有選擇地促動(dòng)來(lái)控制所述模態(tài)1形狀和模態(tài)2形狀，其中葉片上的所 述第一主動(dòng)提升裝置和所述第二主動(dòng)提升裝置的位置被選擇成在主動(dòng)提升裝置被促動(dòng)時(shí) 提供在模態(tài)1形狀與模態(tài)2形狀之間的最小干擾。
[0014] 使用主動(dòng)提升裝置控制第一葉片模態(tài)和第二葉片模態(tài)導(dǎo)致相對(duì)簡(jiǎn)單的二階控制 系統(tǒng)，其可容易地適應(yīng)獨(dú)立葉片設(shè)計(jì)的特性。通過(guò)最大限度地減小在主動(dòng)提升裝置之間的 干涉或串?dāng)_，這從葉片模態(tài)1和2中的各個(gè)的最佳控制提供，而不同時(shí)地激勵(lì)另一個(gè)葉片模 態(tài)。
[0015] 將理解的是，葉片的模態(tài)2形狀被認(rèn)作是風(fēng)輪機(jī)葉片的第二自然頻率或模態(tài)。
[0016] 優(yōu)選地，該方法包括以下步驟： 將第一主動(dòng)提升裝置設(shè)在沿著所述模態(tài)2形狀的結(jié)點(diǎn)與葉片的末梢端之間的葉片長(zhǎng) 度的位置處；以及 將第二主動(dòng)提升裝置設(shè)在沿著所述模態(tài)2形狀的結(jié)點(diǎn)與葉片的根部端之間的葉片長(zhǎng) 度的位置處。
[0017] 將主動(dòng)提升裝置定位在葉片模態(tài)2形狀的結(jié)點(diǎn)的任一側(cè)上，這提供了葉片模態(tài)2 形狀的最大平衡控制，同時(shí)提供了相對(duì)主導(dǎo)的葉片模態(tài)1形狀的有效控制。
[0018] 將理解的是，葉片模態(tài)2形狀的結(jié)點(diǎn)是指葉片模態(tài)形狀與法向軸線交叉或相交的 點(diǎn)。
[0019] 優(yōu)選地，所述比較步驟包括分析所述測(cè)得的偏轉(zhuǎn)來(lái)確定葉片的模態(tài)1形狀的激勵(lì) 值和葉片的模態(tài)2形狀的激勵(lì)值，并且其中所述促動(dòng)步驟包括基于葉片的模態(tài)1形狀和模 態(tài)2形狀的激勵(lì)值的組合來(lái)促動(dòng)所述第一主動(dòng)提升裝置和所述第二主動(dòng)提升裝置。
[0020] 通過(guò)執(zhí)行第一模態(tài)形狀和第二模態(tài)形狀的分析和基于這些模態(tài)形狀控制主動(dòng)提 升裝置，葉片可被調(diào)節(jié)來(lái)提供葉片和較大的風(fēng)輪機(jī)結(jié)構(gòu)中的疲勞負(fù)載和動(dòng)量的最大控制。
[0021] 優(yōu)選地，該方法包括以下步驟： 將葉片的模態(tài)1形狀的激勵(lì)值與閾值相比較，以及 當(dāng)所述模態(tài)1激勵(lì)值超過(guò)所述閾值時(shí)，執(zhí)行模態(tài)1控制操作，以及 當(dāng)所述模態(tài)1激勵(lì)值小于所述閾值時(shí)，執(zhí)行模態(tài)1控制操作和模態(tài)2控制操作。
[0022] 通過(guò)將激勵(lì)水平與閾值相比較，有可能將控制系統(tǒng)的響應(yīng)定制成集中于在模態(tài)1 相當(dāng)占主導(dǎo)時(shí)減小模態(tài)1激勵(lì)。有時(shí)，當(dāng)模態(tài)1不太占主導(dǎo)時(shí)，即當(dāng)模態(tài)1的激勵(lì)低于閾值 時(shí)，則控制系統(tǒng)試圖減小模態(tài)1和模態(tài)2兩者。
[0023] 優(yōu)選地，執(zhí)行模態(tài)1控制操作的所述步驟包括促動(dòng)所述主動(dòng)提升裝置來(lái)減小激勵(lì) 的葉片模態(tài)1形狀的大小。
[0024] 優(yōu)選地，執(zhí)行模態(tài)2控制操作的所述步驟包括促動(dòng)所述主動(dòng)提升裝置來(lái)減小激勵(lì) 的葉片模態(tài)2形狀的大小。
[0025] 優(yōu)選地，該方法包括以下步驟： 通過(guò)在相同方向上促動(dòng)所述第一主動(dòng)提升裝置和所述第二主動(dòng)提升裝置來(lái)控制所述 葉片的模態(tài)1形狀；以及 通過(guò)在相反方向上促動(dòng)所述第一主動(dòng)提升裝置和所述第二主動(dòng)提升裝置來(lái)控制所述 葉片的模態(tài)2形狀。
[0026] 還提供了一種具有控制器的風(fēng)輪機(jī)，該控制器具有儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器上的 計(jì)算機(jī)可讀指令，這些指令在讀取時(shí)能操作成實(shí)施以上方法步驟中的任何一個(gè)。
[0027] 還提供了一種設(shè)計(jì)風(fēng)輪機(jī)葉片的方法，其包括： 提供風(fēng)輪機(jī)葉片； 執(zhí)行所述風(fēng)輪機(jī)葉片的模態(tài)分析來(lái)確定風(fēng)輪機(jī)葉片的模態(tài)1形狀和模態(tài)2形狀；以及 基于至少一個(gè)確定的模態(tài)形狀將至少一個(gè)主動(dòng)提升裝置定位在所述風(fēng)輪機(jī)葉片上，使 得所述至少一個(gè)確定的模態(tài)形狀的激勵(lì)水平能由所述主動(dòng)提升裝置的促動(dòng)來(lái)控制。
[0028] 通過(guò)分析葉片模態(tài)形狀，有可能將主動(dòng)提升裝置定位成用于所述模態(tài)形狀的最大 控制，導(dǎo)致在葉片操作期間減小的葉片疲勞負(fù)載。優(yōu)選地，該設(shè)計(jì)方法被用于與上述控制方 法一起使用來(lái)設(shè)計(jì)葉片。
[0029] 優(yōu)選地，所述定位步驟包括在沿著與所述模態(tài)2形狀的結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的葉片長(zhǎng)度的位 置處將主動(dòng)提升裝置設(shè)在所述風(fēng)輪機(jī)葉片上，使得所述主動(dòng)提升裝置能操作成控制所述模 態(tài)1形狀的激勵(lì)水平，而不會(huì)影響所述模態(tài)2形狀的激勵(lì)水平。
[0030] 將主動(dòng)提升裝置設(shè)在模態(tài)2形狀的結(jié)點(diǎn)處意味著模態(tài)1形狀的控制可提供成沒(méi)有 與葉片模態(tài)2形狀的串?dāng)_或干擾，即促動(dòng)結(jié)點(diǎn)處的裝置將不影響葉片的模態(tài)2形狀的激勵(lì)。 通過(guò)將主動(dòng)裝置設(shè)在該結(jié)點(diǎn)處，將理解的是，該裝置沿著葉片的長(zhǎng)度定位，在模態(tài)2形狀的 結(jié)點(diǎn)處定心（centre)。
[0031] 備選地，所述定位步驟包括將第一主動(dòng)提升裝置和第二主動(dòng)提升裝置設(shè)在所述風(fēng) 輪機(jī)葉片上， 其中所述第一主動(dòng)提升裝置設(shè)在沿著葉片的長(zhǎng)度的第一位置處，并且所述第二主動(dòng)提 升裝置設(shè)在沿著葉片的長(zhǎng)度的第二位置處， 其中葉片上的所述第一主動(dòng)提升裝置和所述第二主動(dòng)提升裝置的位置被選擇成在主 動(dòng)提升裝置被促動(dòng)時(shí)提供模態(tài)1形狀與模態(tài)2形狀之間的最小串?dāng)_（cross-talk)/干擾 (interference)〇
[0032] 優(yōu)選地，所述第一主動(dòng)提升裝置設(shè)在沿著在所述模態(tài)2形狀的結(jié)點(diǎn)與葉片的末梢 端之間的葉片長(zhǎng)度的位置處，并且其中第二主動(dòng)提升裝置設(shè)在沿著在所述模態(tài)2形狀的結(jié) 點(diǎn)與葉片的根部端之間的葉片長(zhǎng)度的位置處，使得主動(dòng)提升裝置能操作成控制所述模態(tài)1 形狀和所述模態(tài)2形狀的激勵(lì)水平。
[0033] 優(yōu)選地，所述至少一個(gè)主動(dòng)提升裝置包括設(shè)在風(fēng)輪機(jī)葉片的后緣處的空氣動(dòng)力襟 翼。
[0034] 所使用的標(biāo)準(zhǔn)命名： D阻尼矩陣 K剛度矩陣 Μ質(zhì)量矩陣 c翼弦長(zhǎng)度[m] Q翼型件的分段升力系數(shù)，ρναΛρυΥ)，其中P為流體密度。
[0035] Faer。夕卜部空氣動(dòng)力 Mz圍繞平面外軸線的彎矩（襟翼方向動(dòng)量） U流速 X轉(zhuǎn)子徑向位置 y轉(zhuǎn)子平面外方向的位移 a翼型件的沖角 Λ Q升力系數(shù)的變化，Q在AAD被觸動(dòng)時(shí) AAD主動(dòng)空氣動(dòng)力裝置，例如，也可稱為主動(dòng)提升裝置的襟翼、阻流板、凸片、流體注入 裝置 BMS彎矩傳感器，例如，校準(zhǔn)的應(yīng)變儀 X。變量X的中點(diǎn) Xoo變量X的自由流性質(zhì) Xel變量X的單束元件

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0036] 現(xiàn)在僅通過(guò)舉例的方式參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中： 圖1示出了風(fēng)輪機(jī)； 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)輪機(jī)葉片的示意圖； 圖3示出了圖2的葉片的翼型輪廓的示意圖； 圖4為具有主動(dòng)空氣動(dòng)力裝置或主動(dòng)提升裝置的風(fēng)輪機(jī)葉片的示范性視圖； 圖5為使用的坐標(biāo)系的圖示； 圖6為風(fēng)輪機(jī)葉片中的主導(dǎo)模態(tài)形狀的圖表； 圖7為襟翼偏轉(zhuǎn)的階躍響應(yīng)的一系列圖表，示出了彎矩和模態(tài)形狀的坐標(biāo)； 圖8為AAD的不同葉片模態(tài)的可控性的圖表； 圖9為在葉片的模態(tài)1和模態(tài)2之間的可控性的一系列圖表； 圖10為襟翼促動(dòng)期間對(duì)應(yīng)于模態(tài)1和模態(tài)2的可控性格蘭姆行列式HSV的圖表； 圖11示出了風(fēng)輪機(jī)葉片上的兩個(gè)襟翼的優(yōu)化問(wèn)題的圖表； 圖12為由使用的不同控制系統(tǒng)引起的風(fēng)輪機(jī)的不同構(gòu)件測(cè)得的疲勞負(fù)載的圖表；以 及 圖13為根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)的示意圖。
[0037] 將使用相同的參考標(biāo)號(hào)來(lái)表不在不同實(shí)施例之間的共同兀件。

【具體實(shí)施方式】
[0038] 圖1示出了根據(jù)所謂的"丹麥構(gòu)想"的常規(guī)的現(xiàn)代逆風(fēng)風(fēng)輪機(jī)，其具有塔架4、機(jī)艙 6和具有基本上水平的轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)轂8和從轉(zhuǎn)轂8沿著徑向延伸的三個(gè)葉 片10,每一個(gè)具有最接近轉(zhuǎn)轂的葉片根部端16和最遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)轂8的葉片末梢端14。轉(zhuǎn)子具 有表示為R的半徑。
[0039] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的風(fēng)輪機(jī)葉片10的第一實(shí)施例的示意圖。風(fēng)輪 機(jī)葉片10具有常規(guī)的風(fēng)輪機(jī)葉片形狀，并且包括最接近轉(zhuǎn)轂的根部區(qū)30、最遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)轂的成 型（profiled)區(qū)或翼型區(qū)34,以及在根部區(qū)30與翼型區(qū)34之間的過(guò)渡區(qū)32。當(dāng)葉片安裝 在轉(zhuǎn)鼓上時(shí)，葉片10包括面朝葉片10的旋轉(zhuǎn)方向的前緣18,以及面朝前緣18的相對(duì)方向 的后緣20。
[0040] 翼型區(qū)34(也稱為成型區(qū)）具有關(guān)于產(chǎn)生提升的理想的或者幾乎理想的葉片形 狀，而根部區(qū)30由于結(jié)構(gòu)考慮具有基本上圓形或橢圓形的截面，其例如使得將葉片10更容 易且更安全地安裝在轉(zhuǎn)轂上。根部區(qū)30的直徑（或翼弦）沿著整個(gè)根部區(qū)域30通常為恒 定的。過(guò)渡區(qū)32具有從根部區(qū)30的圓形或橢圓形40逐漸地變至翼型區(qū)34的翼型輪廓50 的過(guò)渡輪廓42。過(guò)渡區(qū)32的弦長(zhǎng)通常隨著離轉(zhuǎn)轂的距離r增大而基本上線性地增大。
[0041] 過(guò)渡區(qū)34具有翼型輪廓50,其中翼弦在葉片10的前緣18與后緣20之間延伸。 翼弦的寬度隨著離轉(zhuǎn)轂的距離r增大而減小。
[0042] 應(yīng)當(dāng)注意的是，葉片的不同區(qū)段的翼弦一般位于公共平面中，因?yàn)槿~片可扭轉(zhuǎn)和/ 或彎曲（即預(yù)先彎曲），從而向翼弦平面提供了對(duì)應(yīng)的扭轉(zhuǎn)和/或彎曲路線，這是最常見(jiàn)的 情況，以便補(bǔ)償取決于離轉(zhuǎn)轂的半徑的葉片的局部速度。
[0043] 圖3示出了以各種參數(shù)繪出的風(fēng)輪機(jī)的典型葉片的翼型輪廓50的示意圖，其通常 用于限定翼型件的幾何形狀。翼型輪廓50具有壓力側(cè)52和吸入側(cè)54,在使用期間，即在轉(zhuǎn) 子旋轉(zhuǎn)期間，一般分別面朝向上風(fēng)（或逆風(fēng)）側(cè)和下風(fēng)（或順風(fēng)）側(cè)。翼型件50具有翼弦 60,翼弦60具有弦長(zhǎng)c，其在葉片的前緣56與后緣58之間延伸。翼型件50具有厚度t，其 限定為壓力側(cè)52與吸入側(cè)54之間的距離。翼型件的厚度t沿著翼弦60變化。與對(duì)稱輪 廓的偏離由弧線62給出，弧線62為穿過(guò)翼型輪廓50的中線。中線可通過(guò)繪出從前緣56 到后緣58的內(nèi)切圓來(lái)找到。中線沿著這些內(nèi)切圓的中心，并且與翼弦60的偏離或距離稱 為弧f。對(duì)稱還可通過(guò)使用稱為上弧和下弧的參數(shù)來(lái)限定，其分別限定為離翼弦60和吸入 側(cè)54和壓力側(cè)52的距離。
[0044] 翼型輪廓通常特征為以下參數(shù)：弦長(zhǎng)c、最大弧f、最大弧f的位置df、最大翼型厚 度t，其為沿著中間弧線62的內(nèi)切圓的最大直徑，最大厚度t的位置dt，以及鼻部半徑（未 示出）。這些參數(shù)通常限定為與弦長(zhǎng)c的比。
[0045] 圖4示出了具有被偏轉(zhuǎn)-10度的后緣襟翼11的風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片10的實(shí)例。
[0046] 1.介紹 開(kāi)發(fā)出了用于葉片的簡(jiǎn)單模型。該模型為葉片的襟翼方向偏轉(zhuǎn)的有限元模型（基本上 從轉(zhuǎn)子平面向外的方向）。未考慮與邊緣方向（轉(zhuǎn)子平面中）的偏轉(zhuǎn)或與扭轉(zhuǎn)的聯(lián)接。已 經(jīng)忽略了轉(zhuǎn)子空氣動(dòng)力（引起的尾跡和末梢效應(yīng)），但已經(jīng)包括由葉片的動(dòng)態(tài)偏轉(zhuǎn)引起的 空氣動(dòng)力阻尼。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，還忽略了陀螺交感和離心剛化。主動(dòng)空氣動(dòng)力裝置的空氣 動(dòng)力可被控制。已經(jīng)使用了逆風(fēng)5MW參考渦輪葉片來(lái)作為實(shí)例，其為61. 5米長(zhǎng)（細(xì)節(jié)見(jiàn)J onkman, J. , Butterfield, S. , Musial W. , Scott, G. , 2009, Definition of a5~MW Reference Wind Turbine for Offshore System Development Definition of a5_MW Reference Wind Turbine for Offshore System Development. Tech. Rep.二月，NREL) 〇
[0047] Andersen 對(duì) AAD 的早期研究（Andersen, P. B.，2010 的 Risoe 博士報(bào)告 Advanced Load Alleviation for Wind Turbines using Adaptive Trailing Edge Flaps:Sensoring and Control，丹麥技術(shù)大學(xué)）示出了應(yīng)變儀傳感器，其用于控制襟翼，應(yīng)當(dāng)置于外側(cè)較遠(yuǎn) (離根部大約28m)，以便控制襟翼。
[0048] 提出了使用葉片的模態(tài)形狀來(lái)控制AAD。大多數(shù)早期研究使用了葉片的應(yīng)變的局 部測(cè)量或局部位移測(cè)量。模態(tài)形狀為葉片的固有自由度，并且提出了在試圖阻尼葉片的振 動(dòng)時(shí)必須使用它們。
[0049] 2.模型 梁模型由N聯(lián)接伯努利歐拉梁元件構(gòu)成，其為標(biāo)準(zhǔn)立方體梁元件。各個(gè)梁元件均具有 4個(gè)自由度，y方向上的兩個(gè)位移和圍繞平面外軸線Θ的2個(gè)旋轉(zhuǎn)。
[0050] 例如，Rao S. S.，2004Mechanical Vibration. Prentice Hall 的作為兀件質(zhì)量和 剛度矩陣的教科書(shū)實(shí)例。
[0051] 參看圖5,并且示出了使用的坐標(biāo)系的實(shí)例。葉片為離散化成N個(gè)結(jié)點(diǎn)。Y是轉(zhuǎn)子 平面外位移，且為梁的局部斜率。為圖5中所示的情況中的負(fù)值。彎曲黑線指出了 偏轉(zhuǎn)狀態(tài)，而直線紅線指出了未偏轉(zhuǎn)狀態(tài)。
[0052] 元件質(zhì)量和剛度矩陣 第i個(gè)元件已經(jīng)具有以下剛度矩陣：

【權(quán)利要求】
1. 一種在風(fēng)輪機(jī)的操作期間控制風(fēng)輪機(jī)葉片以減小所述葉片的根部動(dòng)量的方法，所 述葉片具有末梢端和根部端，所述方法包括以下步驟： 識(shí)別所述風(fēng)輪機(jī)葉片的激勵(lì)模態(tài)形狀；以及 調(diào)整設(shè)在所述葉片上的至少一個(gè)主動(dòng)提升裝置，以在所述風(fēng)輪機(jī)的操作期間減小所述 葉片的模態(tài)振動(dòng)，其中所述調(diào)整步驟是基于所述激勵(lì)模態(tài)形狀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述識(shí)別激勵(lì)模態(tài)形狀的步驟包括： 測(cè)量所述風(fēng)輪機(jī)葉片的偏轉(zhuǎn)，以及 將所述測(cè)得的偏轉(zhuǎn)與所述風(fēng)輪機(jī)葉片的至少一個(gè)已知的模態(tài)形狀相比較，以確定所述 至少一個(gè)模態(tài)形狀的激勵(lì)水平， 其中所述調(diào)整步驟包括基于所述激勵(lì)水平促動(dòng)所述至少一個(gè)主動(dòng)提升裝置，以減小所 述激勵(lì)模態(tài)形狀的大小，以減小所述葉片的模態(tài)振動(dòng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中所述葉片的模態(tài)振動(dòng)至少基于所述 葉片的模態(tài)1形狀的激勵(lì)，并且其中所述方法包括以下步驟： 將至少第一主動(dòng)提升裝置設(shè)在朝向所述葉片末梢的位置處；以及 促動(dòng)所述至少一個(gè)第一主動(dòng)提升裝置來(lái)控制所述模態(tài)1形狀的激勵(lì)水平，使用所述模 態(tài)1形狀的激勵(lì)坐標(biāo)作為所述至少一個(gè)第一主動(dòng)提升裝置的輸入。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述葉片的模態(tài)振動(dòng)基本上通過(guò)所 述葉片的模態(tài)1形狀的激勵(lì)和模態(tài)2形狀的激勵(lì)的組合來(lái)提供，并且其中所述方法包括以 下步驟： 將第一主動(dòng)提升裝置和第二主動(dòng)提升裝置設(shè)在所述葉片上，所述第一主動(dòng)提升裝置和 第二主動(dòng)提升裝置能有選擇地促動(dòng)來(lái)控制所述模態(tài)1形狀和模態(tài)2形狀，其中在所述葉片 上的所述第一主動(dòng)提升裝置和第二主動(dòng)提升裝置的位置被選擇成在這些主動(dòng)提升裝置被 促動(dòng)時(shí)提供在所述模態(tài)1形狀與模態(tài)2形狀之間的最小干擾。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述方法包括以下步驟： 將第一主動(dòng)提升裝置設(shè)在沿著在所述模態(tài)2形狀的結(jié)點(diǎn)與所述葉片的末梢端之間的 所述葉片的長(zhǎng)度的位置處；以及 將第二主動(dòng)提升裝置設(shè)在沿著在所述模態(tài)2形狀的結(jié)點(diǎn)與所述葉片的根部端之間的 所述葉片的長(zhǎng)度的位置處。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的方法，其中所述比較步驟包括分析所述測(cè)得的 偏轉(zhuǎn)來(lái)確定所述葉片的模態(tài)1形狀的激勵(lì)值和所述葉片的模態(tài)2形狀的激勵(lì)值，并且其中 所述促動(dòng)步驟包括基于所述葉片的模態(tài)1形狀的所述激勵(lì)值和所述葉片的模態(tài)2形狀的所 述激勵(lì)值的組合來(lái)促動(dòng)所述第一主動(dòng)提升裝置和所述第二主動(dòng)提升裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法包括以下步驟： 將所述葉片的模態(tài)1形狀的激勵(lì)值與閾值相比較，以及 當(dāng)所述模態(tài)1激勵(lì)值超過(guò)所述閾值時(shí)，執(zhí)行模態(tài)1控制操作，以及 當(dāng)所述模態(tài)1激勵(lì)值小于所述閾值時(shí)，執(zhí)行模態(tài)1控制操作和模態(tài)2控制操作。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述執(zhí)行模態(tài)1控制操作的步驟包括促動(dòng)所述這 些主動(dòng)提升裝置以減小所述激勵(lì)葉片模態(tài)1形狀的大小。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述執(zhí)行模態(tài)2控制操作的步驟包括促動(dòng)所述這 些主動(dòng)提升裝置以減小所述激勵(lì)葉片模態(tài)2形狀的大小。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4-9中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法包括以下步驟： 通過(guò)在相同方向上促動(dòng)所述第一主動(dòng)提升裝置和所述第二主動(dòng)提升裝置來(lái)控制所述 葉片的模態(tài)1形狀；以及 通過(guò)在相反方向上促動(dòng)所述第一主動(dòng)提升裝置和所述第二主動(dòng)提升裝置來(lái)控制所述 葉片的模態(tài)2形狀。
11. 一種風(fēng)輪機(jī)，其包括至少一個(gè)風(fēng)輪機(jī)葉片和具有計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器的控制器，所 述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器具有儲(chǔ)存在其上的指令，計(jì)算機(jī)可讀指令在讀取時(shí)能操作成實(shí)施權(quán)利 要求1-10中任一項(xiàng)所述的方法。
12. -種設(shè)計(jì)風(fēng)輪機(jī)葉片的方法，其包括： 提供風(fēng)輪機(jī)葉片； 執(zhí)行所述風(fēng)輪機(jī)葉片的模態(tài)分析來(lái)確定所述風(fēng)輪機(jī)葉片的模態(tài)1形狀和模態(tài)2形狀； 以及 基于所述至少一個(gè)確定的模態(tài)形狀將至少一個(gè)主動(dòng)提升裝置定位在所述風(fēng)輪機(jī)葉片 上，使得所述至少一個(gè)確定的模態(tài)形狀的激勵(lì)水平能通過(guò)所述主動(dòng)提升裝置的促動(dòng)來(lái)進(jìn)行 控制。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述定位步驟包括在沿著與所述模態(tài)2形狀的 結(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的葉片長(zhǎng)度的位置處將主動(dòng)提升裝置設(shè)在所述風(fēng)輪機(jī)葉片上，使得所述主動(dòng)提 升裝置能操作成控制所述模態(tài)1形狀的激勵(lì)水平，而不會(huì)影響所述模態(tài)2形狀的激勵(lì)水平。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述定位步驟包括將第一主動(dòng)提升裝置和第 二主動(dòng)提升裝置設(shè)在所述風(fēng)輪機(jī)葉片上， 其中所述第一主動(dòng)提升裝置設(shè)在沿著所述葉片的長(zhǎng)度的第一位置處，并且所述第二主 動(dòng)提升裝置設(shè)在沿著所述葉片的長(zhǎng)度的第二位置處， 其中在所述葉片上的所述第一主動(dòng)提升裝置和所述第二主動(dòng)提升裝置的位置被選擇 成在這些主動(dòng)提升裝置被促動(dòng)時(shí)提供在所述模態(tài)1形狀與所述模態(tài)2形狀之間的最小串 擾。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一主動(dòng)提升裝置設(shè)在沿著所述模態(tài)2形 狀的結(jié)點(diǎn)與所述葉片的末梢端之間的葉片長(zhǎng)度的位置處，并且其中第二主動(dòng)提升裝置設(shè)在 沿著所述模態(tài)2形狀的結(jié)點(diǎn)與所述葉片的根部端之間的葉片長(zhǎng)度的位置處，使得這些主動(dòng) 提升裝置能操作成控制所述模態(tài)1形狀的激勵(lì)水平和所述模態(tài)2形狀的激勵(lì)水平。
16. -種根據(jù)權(quán)利要求12-15中任一項(xiàng)所述的方法所設(shè)計(jì)的風(fēng)輪機(jī)葉片。
【文檔編號(hào)】F03D7/02GK104093971SQ201280061666
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月15日
【發(fā)明者】P.比克, C.F.安德森, M.O.斯洛特, C.斯科拜, S.B.博杰森, M.拉夫恩, M.克里特加亞爾德 申請(qǐng)人:Lm Wp 專利控股有限公司