MX2010006064A - Sistema de compensacion para un rotor. - Google Patents

Abstract

El sistema de compensación de esta invención se adapta para modificar la señal de ángulo de inclinación de álabe del rotor recibida de un controlador central y para producir una señal compensada de ángulo de inclinación de álabe del rotor en el accionador para cada álabe independientemente del orden para contrarrestar las cargas sobre el álabe provocadas por la no uniformidad del campo eólico, con el beneficio de reducir las cargas asimétricas del rotor. El sistema de compensación individual para cada ángulo de inclinación de álabe del rotor no depende de las medidas de carga para cualquier otro álabe o del ángulo de inclinación de álabe del rotor compensado para cualquier otro álabe diferente a través de la señal de ángulo de compensación de álabe del rotor colectiva común proporcionada por el controlador central. El sistema de compensación de esta invención por lo tanto es un sistema reactivo el cual generalmente incrementa la vida de servicio de la instalación.

Description

SISTEMA DE COMPENSACIÓN PARA UN ROTOR DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con el campo genera turbinas eólicas que comprenden un rotor o más alabes, cada uno con un accionador para ulo de inclinación alrededor de su eje longitudi En particular, esta invención se relacio tema de compensación para modificar de forma ind señal de ángulo de inclinación de álabe ducida mediante un controlador centralizado de control de álabe del rotor.

Esta invención también busca la aplica ores en el campo del fluido, particularme binas, tal como turbinas submarinas.

Las turbinas eólicas son ahora un medio erar electricidad en varios países con c ocidad de rotación del rotor dentro de un int ración. En velocidades eólicas mayores, la reg turbina eólica se realiza parcial o totalmente ángulo de inclinación de los alabes a medi ocidad eólica varía para mantener la potencia velocidad de rotación del rotor constante, o pósito estrechamente relacionado.

Los alabes se ajustan por lo regular ectiva; es decir, el mismo ajuste de inclí liza a todos los álabes. Al hacerlo, se toma camente la velocidad eólica promedio sobre todo ajuste al ángulo de inclinación de los álabes se iante un controlador centralizado de un sistema alabe del rotor de turbina eólica en respue idas de la potencia generada o la velocidad de r constante del rotor o alguna otra medida est or. Sin embargo, un campo eólico real no es uni contrario, la velocidad eólica aumenta con la uce frente a una torre que soporta el rotor y ma turbulenta sobre un disco barrido por los á siguiente, de forma particular para las turbin ndes, las cargas en cada álabe y la velocid medio de las mismas son diferentes. Esta carga re el rotor y por ende sobre la estructura ía reduciendo de forma continua la vida útil de ica.

Para remover las cargas asimétricas, el linación de cada álabe puede ajustarse por se erlo, se toma en cuenta la velocidad eólica prom álabe .

La Patente Norteamericana 4,297,076 des bina eólica en donde únicamente las porciones d e cada álabe se miden con el uso de indic ión y/o velocidades eólicas para cada álabe se so de anemómetros montados sobre el álabe . ciones se comunican a un dispositivo de contro determina los ajustes individuales a los á inación de los álabes requeridos para lograr l cidas. Los ajustes a los ángulos de inclinación implementan mediante los .accionadores conectad es respectivos. Este ajuste de inclinación vidual conduce a una reducción en la carga e el rotor.

La WO 2005/010358 describe una turbina e uye un dispositivo de ajuste para ajustar la i cada álabe similar al de la Patente Norte 1,275. Los desplazamientos radiales de la po anso del eje principal se miden con el uso de se La WO 2007/104306 describe un mét rminar los ajustes individuales a los án inación de los álabes en el dispositivo d rito en la Patente Norteamericana 6,361,275 nte Norteamericana 6,361,275 se miden las carga e, los ajustes requeridos para lograr cargas red rminan y por ende se implementan. Las c pilan, almacenan y se determina una fu ribución de carga. Una pluralidad de funciones p determina a partir de la distribución y por izan para determinar el ajuste de los án inación de los álabes.

Las soluciones de la técnica anterior p ionada al problema de la carga de alabe de turbi étrica se limitan o son difíciles de reajust inas eólicas específicas en diseño. En la izadas. En la WO 2007/104306 únicamente se r e de las cargas del rotor asimétricas no cíc isten en una serie limitada de sinusoi uencias de los sinusoides son múltiplos enter uencia del rotor cíclico nominal y los ajustes r da alabe son los mismos, excepto para los despla fase. Cuando el rotor tiene tres ála lazamientos de fase son de 120 grados y 240 grad Una característica común de la técnica an comunicación de todas las mediciones de carg ositivo de control central. Las cargas de mome álabes del rotor se transforman en coordenad ema de coordenadas definido por la inclinación y juste requerido para reducir las cargas asimétri rotor se determinan en este sistema de co sformado y después la coordenada inversa tra eje principal hace obvia la necesidad de coor as de transformada en un sistema de coordenadas la inclinación y guiñada. No obstante, los ajus inación de cada álabe aún requieren determinar de la transformada de coordenada inversa o media medio. Aunque su ausencia no indica lo contrarí cualquiera de la transformada de coordenad sformada de coordenada inversa o el uso d valentes es una indicación definitiva de ositivo de ajuste para ajustar la inclinación e del rotor es un dispositivo de control central Esta invención tiene como propósito pro solución alterna al problema de reducir las r asimétrico, que es más simple que las solució ica anterior y más simple de adaptar a las inst tentes . medios de control de álabe para: recibir una señal de ángulo de incli e del rotor, común para todos los alabes del rot controlador centralizado del sistema de control rotor; y crear una señal de ángulo de inclí e del rotor compensada, con base en la carga e del rotor y la señal de ángulo de inclinación rotor recibida, para contrarrestar la carga do a la no uniformidad en un incidente de cam e el álabe del rotor.

De acuerdo con un segundo aspecto nción, se proporciona una turbina eólica que pluralidad de sistemas de compensación de acuer er aspecto y un rotor que tiene una pluralidad d sistema de compensación: ectivo .

De acuerdo con un tercer aspecto de esta i proporciona un método para modificar pendiente una salida de señal de ángulo de incli e del rotor mediante un controlador centraliz ema de control de alabe del rotor para un rotor pluralidad de alabes del rotor, que comprende l medir la carga sobre un alabe de rotor sim recibir una señal de ángulo de inclinación rotor, común para todos los álabes del co ralizado del sistema de control de álabe del rot crear una señal de ángulo de inclinación rotor compensada, con base en la carga sobre el r y la señal de ángulo de inclinación de álabe bida, para contrarrestar la carga de álabe debid señal de ángulo de inclinación de álabe d ctiva para cada accionador.

El sistema de compensación de esta inv ta para modificar la señal de ángulo de incli e del rotor recibida del controlador central y l de ángulo de inclinación del álabe del rotor c el accionador para cada álabe de forma inde contrarrestar las cargas sobre los álabes cau o uniformidad del campo eólico, con el ben cir las cargas de rotor asimétricas.

El primer medio de detección se adapta p arga sobre un álabe del rotor respectivo. Con b a del álabe debido a la no uniformidad en co, el sistema de compensación se adapta para l de inclinación de álabe del rotor compensada el accionador conectado a la misma no a El sistema de compensación de esta invenci o es un sistema reactivo y puede reducir las r asimétricas debido a la no uniformidad en co, el cual incrementa en gran medida la vida ú alación .

El sistema de compensación individual lo de inclinación de álabe del rotor no depen das de carga para cualquier otro álabe o del inación de álabe del rotor compensado para cualq e diferente a través de la señal de ángulo de in álabe del rotor colectiva común, proporcionad rolador central .

Las cargas de álabe pueden medirse media indicadores de tensión o sensores de fibra quier equivalente. Los medios de control de ála ementarse en el hardware, software anexo te se realiza de forma continua o en intervalos suficientemente cortos de manera que la funciona ema de compensación no se dañe.

No es necesaria la modificación al co ralizado del sistema de control de alabe del rot salida de señal de ángulo de inclinación de r aún es utilizado por ende por el si ensación, y el rendimiento del controlador cen se ve afectado. En otras palabras, el co ralizado no necesita reajustarse cuando se i ema de compensación. El sistema de compens rdo con esta invención es por ende ventajoso icular en que es fácil de adaptar a las inst tentes. En algunas circunstancias, es posible in ema de compensación conectado entre el co ralizado y un accionador estándar. E uctura de soporte infinitamente rígida; es te aceleración de delante hacia atrás o lateral otor al cual está adherido el alabe. El diseño control de alabe depende de un análisis din ema de compensación en un bastidor de refer en fijo y que gira con el rotor a una vel ción constante. No depende del resto de la ins diseño entonces, es más simple dependiendo únic atributos del álabe, accionador y medio de d do, como es siempre el caso, la velocidad de rot r no es constante y la estructura de sopor nitamente rígida, el bastidor de referencia no en fijo y gira con el rotor a una velocidad de constante; es decir, el bastidor de referenc te .

Para compensar la diferencia entre el ba ensada se base en la carga del álabe modifica ficaciones a la carga tienen la forma de icias por ejemplo, la fuerza ficticia que corre nto de flexión del álabe fuera del plano es-mblzR s la masa del alabe, 1 es la distancia del cen del álabe del eje de rotación del rotor, eración lineal del centro de rotación d endicular al rotor, J es la inercia del álabe eje de rotación del rotor y O?? es la aceleració a de plano del álabe alrededor de su centro de r Las cargas sobre el álabe provocadas p ormidad del campo eólico y, de esta forma, el ángulo de inclinación del álabe son en pa ódicas, es decir, fuertemente dependientes del a r y que se repiten casi con cada rotación d nte una rotación instantánea, este ajuste casi ciones de las cargas de álabe, y de prefere eraciones .

En una modalidad preferida de la inve n el momento de flexión de raíz fuera de plano álabe y la aceleración de delante hacia atrás istema de compensación de preferencia ajusta el inación del álabe de tal manera que el momento d raíz del álabe tenga un valor especificado der lo de inclinación determinado por el co ralizado. No se realiza ajuste al ángulo de in do el momento de flexión de raíz de álabe es r de referencia. El mismo valor especificado nto de flexión de raíz de álabe se utiliza para es en el rotor. De esta manera, todos los álab mismo momento de flexión de raíz, diferente al r, el balance de las cargas de rotor. taque. Por consiguiente/ todas las cargas sobre ocadas por la no uniformidad del campo eoli cirse. También se reducen las cargas asimétricas r, provocadas por la desalineación del álabe, alabes no unidos al cubo con exactamente la in endida aunque con ligeros errores.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las modalidades preferidas de la presente escribirán ahora en detalle con referencia a lo os, en donde: La Figura 1 muestra una turbina eólica; la Figura 2 muestra un álabe del rotor qu istema de compensación de acuerdo con esta inven onador la Figura 3 muestra una primer modalidad sistema de compensación; r 6 gira en un plano casi vertical. Un generad tra) y sistema de transmisión (no se muestra ctan al cubo 4, se alojan en la barquill rolador 19 centralizado de un sistema de control otor también se aloja en la barquilla 3.

La Figura 2 describe un alabe 5, un accion sistema 12 de compensación para la turbina 1 e e 5 está soportado por el cojinete 10 y s dedor de su eje 7 longitudinal mediante el accio sistema 12 de compensación incluye fibra ó quier otro sensor 8 adecuado para medir los mo ión de raiz del álabe; los sensores 9 para eración del centro de rotación del rotor 6; y ontrol de álabe. El sistema 12 de compensación s ccionador 11 y al controlador 19 centralizado.

El momento de flexión de raíz fuera del de medio de control de álabe, un cuarto eleme o de control de álabe y un elemento 16 de adici era modalidad preferida, las fluctuaciones en e flexión de raíz, provocadas por la no unifor o eólico, se tratan como alteraciones por cont ante el medio 13 de control de álabe. Las fluc uyen un número de componentes y el medio 13 de c e concentra sus esfuerzos en contrarre raciones más significativas a bajas frecuen plo, aquellas centradas en una o dos veces la f otación del rotor 6 con amplitud y fase variable cástica .

El valor medido del momento de flexión a del plano de rotor del álabe, µ™, obtenido med ores 8 de fibra óptica, y el valor medid leración de delante hacia atrás del cubo, am, lo de inclinación, ^, requerido para contrarr tuaciones en el momento de flexión de raíz, p la no uniformidad del campo eólico. El segundo e control de álabe incluye filtros (no se muest ccionar, para contrarrestar, los compone ificativos en las fluctuaciones en ^im0d- Aquellos a técnica apreciarán que los filtros adecuados cidos. El segundo elemento 15 de medio de c e también incluye un filtro de paso de band tra) con lavado de baja frecuencia para evitar c te colectivo, pCoi realizado por el contro ralizado al ángulo de inclinación del álabe cción de alta frecuencia para mitigar los ef o de alta frecuencia y dinámica parásita.

El medio 13 de control de álabe as bilidad del sistema 12 de compensación a t Un elemento 16 de adición agrega b y ctivo modificado, ßa??p???, (descrito en eriormente) determina el ajuste total al á inación, pt, que se comunica al tercer elemen o de control de álabe . El tercer elemento 17 de rol de álabe compensa ß,; para el aspecto no lin dinámica del álabe y proporciona una ligera act ctivación del sistema de compensación. La s lo de inclinación del álabe del rotor compensada nica con el accionador 11.

El ajuste colectivo al ángulo de inclinac nido a partir del controlador 19 centralizado se cuarto elemento 18 de medio de control de ema 12 de compensación introduce dinámica adicio ontrolador 19 centralizado y el accionador 11. entó 18 de medio de control de álabe modifica la entó en el medio de control de álabe para cubrir periódica de dem. Este elemento 25 periódico de rol de álabe (descrito en detalle posterior caría entre el segundo elemento 15 del medio d labe y el elemento 16 de adición, que actúa sobr La Figura 4 describe una segunda erida del medio 13' de control de álabe. Consi er elemento 14 de medio de control de álabe, entó 23 de medio de control de álabe, el tercer de medio de control de álabe, un sexto elemen da de control de álabe y un elemento 22 comparad El accionador 11 es un accionador de inc decir, provoca que el ángulo de inclinación a e siga un ángulo de inclinación demandado. En l lidad preferida, el accionador 11 de hecho se n accionador de momento; es decir, provoca que e eraciones y la aceleración de delante hacia 4 c½, obtenidos mediante el sensor 9, se com er elemento 14 de medio de control de alabes. entó 14 de medio de control de álabe modific ensar la aceleración de delante hacia atrás de decir, compensa el centro de rotación de álabe fijo y la velocidad de rotación que no es cons nto de flexión de raíz fuera del plano de rotor egido, p>?/ se comunica al elemento 22 compa entó 22 comparador quita del momento de f demandado, µ^, para determinar el error de m ión de raíz, µß, que se comunica al quinto eleme o de control de álabe. El quinto elemento 23 de rol de álabe es el controlador de accionador d actúa para llevar µß a cero. Lo realiza al solic e 5 inclinarse al ángulo adecuado, &m. El quinto e control de alabe también determina el ancho accionador del momento. La dinámica, sobre nde el diseño del elemento 23 de medio de c e, es la dinámica del álabe 5, el accionador ores 8 y 9. Debido a que la modificación reali ante el primer elemento 14 de medio de control, quinto elemento 23 de medio de control de nde de cualquier otro aspecto de la dinámi ina eólica.

El ángulo de inclinación referido, mi se ercer elemento 17 de medio de control de álabe. entó 17 de medio de control de álabe compensa ß cto no lineal de la aerodinámica del álabe y pr ra activación y desactivación del sis onamiento mejorado. El ajuste compensado al inación, pdenw se comunica al accionador 11. inación para que sea el mismo que la dinámi onador de inclinación estándar con algo de ancho cificado. Entonces no es necesaria la modifi rolador 19 centralizado y su rendimiento n tado. La demanda de inclinación colectiva modif sexto elemento 24 de medio de control de álab nica al elemento 22 comparador. El mejor us cidades del accionador puede realizarse al i entó en el medio 13' de control de álabe para ta la parte casi periódica de pdem. Este el ódico de medio de control de álabe (descrito e eriormente) se colocaría entre el quinto eleme o de control de álabe y el tercer elemento 17 ontrol de labe, que actúa sobre ß .

La Figura 5 describe un elemento 25 per o de control de álabe. Consiste en un séptimo el nica al elemento 16 de adición, y en la segunda erida, ß0 se comunica al tercer elemento 17 de rol de álabe .

Aunque la descripción y dibujos a esentan las modalidades preferidas de la nción, será aparente para aquellos expertos en l varios cambios y modificaciones pueden realiza enté sin apartarse del alcance de la presente se define mediante las reivindicaciones ane plo, se apreciará que la medición de acelerac varse de una medición de velocidad diferenciada.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1. Un sistema de compensación para mod a independiente una señal (ßa??) de ángulo de in alabe del rotor producida mediante un co ralizado de un sistema de control de álabe del r rotor que tiene una pluralidad de álabes del ema de compensación caracterizado porque compren un primer medio de detección para medir sobre un álabe del rotor simple; y un medio de control de álabe para: recibir una señal (ßa??) de ángulo de incli e del rotor, común para todos los álabes del ir del controlador centralizado del sistema de c e del rotor; y producir una señal ( dem) , de ángulo de in labe del rotor compensada, con base en la carga álabe del rotor, con base en la carga ( m) me eración, de tal manera que la señal ( dem) de inación de álabe del rotor compensada se base en álabe modificada para compensar la diferencia en fijo y los bastidores de referencia no in e del rotor. 3. El sistema de compensación de conformid indicación 2, caracterizado porque el medio de c e se adapta para determinar la señal ( dem) de inación de álabe del rotor compensada con ba te en el ángulo de inclinación del álabe compensar las fluctuaciones, debido a la no u el campo eólico, en la carga (ymod) de álabe mod señal (ß0??) del ángulo de inclinación de álabe bida del controlador centralizado. 4. El sistema de compensación de conformid indicación 2, caracterizado or ue el medio de c quier reivindicación anterior, caracterizado l ( dem) de ángulo de inclinación de álabe ensada además se basa en la compensación ctos no lineales de la aerodinámica de álabe del 6. El sistema de compensación de confor quier reivindicación anterior, caracterizado l ( ?ßp?) cíe ángulo de inclinación de álabe ensada además se basa en los ajustes del inación casi periódicos derivados de una o más r riores del álabe del rotor. 7. El sistema de compensación de confor quier reivindicación anterior, caracterizado a medida por el primer medio de detección es e de flexión de raíz fuera del plano de rotor rotor . 8. El sistema de compensación de confor uier reivindicación anterior caracterizado 10. El sistema de compensación de confor quiera de las reivindicaciones 2 a 9, cara ue el segundo medio de detección es un aceleróme 11. Una turbina eólica, caracterizad rende una pluralidad de sistema de compens rdo con cualquier reivindicación anterior y un e una pluralidad de alabes, cada sistema de comp se asocia con un álabe respectivo del roto se adapta para recibir la señal (ßs??) cíe inación. de álabe del rotor pretendida para el c inación colectivo de la pluralidad de álabes d controlador centralizado; y se adapta para producir una señal ( dem) d inclinación de álabe del rotor compensada respec ontrol de inclinación independiente de su álabe ectivo . 12. La turbina eólica de conformidad controlador centralizado para crear la señal lo de inclinación de álabe del rotor. 14. La turbina eólica de conformidad con c las reivindicaciones 11 a 13 , caracterizada e se conecta a un accionador respectivo con ema de compensación respectivo asociado para con inación del álabe con base en la señal (pdem) d nclinación de álabe del rotor compensado. 15* Un método para modificar de forma inde señal (pCoi) de ángulo de inclinación de álabe da mediante un controlador centralizado de un s rol de álabe del rotor para un rotor que alidad de alabes del rotor, caracterizad rende las etapas de: medir la carga (µp?) sobre un álabe d ie; recibir una señal ( coi) cíe án ulo de incli 16. El método de conformidad con la reivi caracterizado además porque comprende las etapas medir la aceleración (c½) del alabe del rot determinar la carga (ym0d) modificada sobre rotor, con base en la carga ( m) medida y la ace al manera que la señal ( ß??p? ) del ángulo de incli e del rotor compensada se base en la carga ficada para compensar la diferencia entre el or os bastidores de referencia no inertes del r . 17. El método de conformidad con la reivi caracterizado además porque comprende la etapa d determinar la señal ( ?ßp? del ángulo de in álabe del rotor compensada con base en el aju lo (pb) de inclinación del álabe requerida para fluctuaciones, debido a la no uniformidad en co en la car a del álabe modificada rtir de la señal (ß0??) del ángulo de inclinación rotor recibida y la carga (um0d) del álabe m rminada .