CN103982373A - 风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力涡轮机，包括：叶轮，包括至少两个叶片单元；主轴，叶轮安装在主轴上；和主机架，与塔架连接，以支撑主轴和叶轮，每个叶片单元包括：叶片；和轮架，用于安装和支撑叶片，其中，所述至少两个叶片单元的轮架围绕主轴安装，其中，任何相邻的一对轮架通过沿着叶轮的周向布置的第一隔振阻尼器互相连接。本发明的风力涡轮机的叶轮可以实现自平衡，不仅容易装配，而且有助于减少整机的振动。

Description

风力涡轮机

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体地说，本发明涉及一种用于风力发电的风力涡轮机。 

背景技术

风力涡轮机是一种将风能转化为电能的装置，主要包括叶片、发电机、机械部件和电气部件等。无论是直驱式、双馈式还是中速或高速风力涡轮机，都具有包括多个叶片和一个轮毂的旋转叶轮***，叶片可直接连接到轮毂上，亦可通过变桨轴承和变桨驱动连接到轮毂上。由于风速变化、风剪切、湍流、塔影和控制等因素，叶轮***吸收的风能不恒定，且作用在每个叶片上载荷也时刻变化，导致传动***、发电机***、机舱***和塔架基础等机械部件产生振动并危及机组运行安全、可靠性和收益率等。 

由于现代风力涡轮机的各叶片之间没有载荷传递而相对独立，使得叶片载荷都直接传递到叶轮的刚性轮毂上。因此，作用在所有叶片的动态振动载荷均通过叶轮的轮毂传递到发电机、主轴系、机舱、塔架和基础等部件。由于风力涡轮机叶片间相互独立，叶轮传递到风力涡轮机机体的振动载荷包括：3P/6P气动谐波、1P/2P/4P/5P/7P/8P摆振谐波、1P/2P/4P/8P挥舞谐波。这些振动谐波是导致传动***、发电机***、机舱***和塔架基础等机械部件产生振动和疲劳并危及机组运行安全、可靠性和收益率等的根源。 

在专利申请CN103069158A中公开了直接驱动风力涡轮机的叶轮与发电机转子之间采用柔性连接，减小了叶轮***传递到发电机转子的弯矩载荷，但是这种方式并不能从根本上进行减振和降载控制，不能有效减小叶轮对主轴系、机舱、塔架的振动和疲劳损坏，同时其减振效果对整机而言效能有限。在专利申请DE10239366A1中公开的风力涡轮机的叶轮与发电机高度集成，降低了风力涡轮机的重量和成本，同样难以有效降低发电机、轴系、机舱和塔架的振动和疲劳损坏。 

目前的风力涡轮机中，虽然通过独立变桨技术能降低整机振动和疲劳载 荷，但由于自然环境复杂多变和风力涡轮机运行状态复杂，控制策略需要根据特定环境和状态进行定制和优化。而且，独立变桨需要增加一套高可靠的载荷测量***，必然增加***的成本和复杂性。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自平衡功能的叶轮的风力涡轮机。 

本发明的另一目的在于提供一种能够降低整机振动的风力涡轮机。 

本发明的另一目的在于提供一种能够有效降低叶轮的挥舞和摆振振动载荷的风力涡轮机。 

本发明的另一目的在于提供一种能够主动控制叶轮产生的振动的风力涡轮机。 

根据本发明的一方面，提供了一种风力涡轮机，包括：叶轮，包括至少两个叶片单元；主轴，叶轮安装在主轴上；和主机架，与塔架连接，以支撑主轴和叶轮。其中，每个叶片单元包括：叶片；和轮架，用于安装和支撑叶片，其中，所述至少两个叶片单元的轮架围绕主轴安装，其中，任何相邻的一对轮架通过沿着叶轮的周向布置的第一隔振阻尼器互相连接。 

第一隔振阻尼器的两端可分别与所述相邻的一对轮架连接。 

叶轮和主轴可通过第二隔振阻尼器彼此连接。 

所述主轴还可包括：中心轴，与主机架固定连接；转轴，套装在中心轴上，并通过第二隔振阻尼器与叶片单元的轮架连接；轴承，设置在中心轴和转轴之间，以支撑转轴和叶轮绕着中心轴旋转。 

第一隔振阻尼器可以是具有复合结构的阻尼器，该阻尼器可以具有预定的刚度和预定的阻尼系数。 

第一隔振阻尼器可以是具有恒定阻尼系数的被动阻尼器、变阻尼系数的半主动阻尼器或具有可调整阻尼系数的主动阻尼器。 

第二隔振阻尼器可以是具有复合结构的阻尼器，该阻尼器具有预定的刚度和预定的阻尼系数。 

第二隔振阻尼器可以是具有恒定阻尼系数的被动阻尼器、变阻尼系数的半主动阻尼器或具有可调整阻尼系数的主动阻尼器。 

轮架的前侧和后侧可分别通过第二隔振阻尼器与主轴的前端和后端连接。 

所述风力涡轮机还可包括：发电机的定子，与所述中心轴固定连接，位于叶轮的轮架和风机的主机架之间；发电机的转子，与所述转轴的后端机械连接，并能够围绕发电机的定子旋转。 

所述转轴可包括互相隔开预定距离的前端转轴和后端转轴，其中，前端转轴和轮架的前侧通过第二隔振阻尼器连接，后端转轴和轮架的后侧通过第二隔振阻尼器连接。 

所述风力涡轮机还可包括：发电机的定子，与所述中心轴固定连接，并位于前端转轴和后端转轴之间，其中，所述叶轮的轮架用作围绕发电机的定子旋转的发电机的转子。 

所述叶轮和主轴一起旋转，其中，所述风力涡轮机还可包括：增速齿轮箱，与主轴连接；发电机的转子，与增速齿轮箱连接并能够旋转；和发电机的定子，围绕发电机的转子设置在主机架上。 

所述风力涡轮机还可包括：加速度传感器，分别设置在每个叶片单元的轮架上，用于测量每个轮架的加速度；第一阻尼传感器，设置在第一隔振阻尼器上，以测量第一隔振阻尼器的工作状态；第二阻尼传感器，设置在第二隔振阻尼器上，以测量第二隔振阻尼器的工作状态；控制器，接收第一阻尼传感器和第二阻尼传感器以及加速度传感器的测量结果，并根据测量结果以及风力涡轮机的运行状态和风速控制每个隔振阻尼器的工作状态。 

所述叶片单元的数量可以为3个 

根据本发明的风力涡轮机具有自平衡叶轮，通过分离叶轮为相对独立的叶片单元，各叶片单元及其与转轴在挥舞和摆振方向通过隔振阻尼器连接，使各叶片单元不再独立，明显减小了叶片单元相互间的因不同相位、不同载荷大小和不同振动大小而导致叶轮的振动和疲劳，从而叶轮载荷平稳传递到风力涡轮机机体，有效降低叶片、传动系、发电机、机舱、塔架、基础等部件的振动和疲劳。在降低成本的同时，而且还提高了风力涡轮机的动态性能和可靠性。同时，因将风力涡轮机叶轮分离成相对简单的叶片单元，降低了大功率风力涡轮机的叶轮设计和制造难度，易装配。 

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的风力涡轮机的局部正面示意图，其中，叶轮的叶片被省略了； 

图2是图1所示的风力涡轮机的剖视图； 

图3是示出图1中省略了凸耳的轮架的立体图； 

图4是根据本发明的第二实施例的风力涡轮机的结构示意图； 

图5是根据本发明的第三实施例的风力涡轮机的结构示意图； 

图6是根据本发明实施例的风力涡轮机的监测控制***的示意图； 

图7A至图7C是示出根据本发明的实施例的风力涡轮机(不具有隔振器)和现有技术的风力涡轮机(具有隔振器)的塔架载荷和机舱加速度的图表，其中，图7A示出了根据本发明的实施例的风力涡轮机和现有技术的风力涡轮机的塔顶和塔基的受力载荷Fx和Fy的图表，图7B示出了根据本发明的实施例的风力涡轮机和现有技术的风力涡轮机的塔顶和塔基承受的弯矩载荷Mx和My的图表,图7C示出了根据本发明的实施例的风力涡轮机和现有技术的风力涡轮机的机舱(即，塔顶)加速度的图表。 

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明，下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。 

下面将结合附图1-3描述根据本发明的第一实施例的风力涡轮机100。 

图1是根据本发明的第一实施例的风力涡轮机的局部正面示意图，其中，叶轮的叶片被省略了；图2是图1所示的风力涡轮机的剖视图；图3是示出图1中省略了凸耳的轮架的立体图。 

如图1和图2所示，根据本发明的第一实施例的风力涡轮机100属于一种直驱式风力发电机组。对于直驱式风力发电机组而言，叶轮直接驱动发电机的转子，而转子在叶轮的带动下围绕被固定安装的发电机的定子旋转，由此产生电力。 

在本实施例中，风力涡轮机100主要包括叶轮10、主轴20、发电机30、主机架40、塔架60以及连接于主机架40和塔架60之间的偏航机构70。 

叶轮10被安装在主轴20上，并随风旋转，从而将风力传递到安装在主轴20上的发电机30，以将风力转化为电力。而主机架40大致上垂直于塔架60延伸，连接于塔架60和主轴20之间。主机架40不仅用于支撑主轴20和叶轮10以及叶轮10的旋转，而且还承受叶轮10和主轴20所产生的弯矩。 

偏航机构70用于将主机架40与塔架60连接，并允许主机架40以及主 轴20和叶轮10绕风力涡轮机的塔架60的纵向轴线转动。通过设置偏航机构70，能够使叶轮10和主轴20跟踪风向的变化，以保持稳定的发电；而且当风力涡轮机100在机舱内引出的电缆发生缠绕时，利用偏航机构70可实现自动解缆。 

具体地讲，叶轮10包括三个彼此独立的叶片单元11，每个叶片单元11包括叶片15和轮架16。各个叶片单元11的轮架16互相连接而形成环形，由此相当于形成了叶轮10的轮毂。值得注意的是，虽然在此引入了叶轮的轮毂的概念，但是这只是功能上的称谓，从结构上看，各个叶片单元之间实际上并不固定连接，而是各自具有很大的独立性。如图1和图3所示，每个轮架16包括扇形的主体161以及从扇形主体的弧形外表面上突起的叶片安装部162，叶片15的根部通过变桨机构12安装在叶片安装部162。变桨机构12允许叶片15绕风力涡轮机100的叶片纵向轴线转动，由此调整叶片15的角度。通过控制叶片15的角度能够控制叶轮10的转速，进而控制风力涡轮机100的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风力涡轮机100安全停机。 

如图1和图2所示，相邻的一对轮架16的连接部位处形成有彼此相对的凸耳163。具体地讲，凸耳163形成在扇形主体161的弧形外表面的两端处，这样当一对轮架16互相连接时，可通过连接彼此相对的凸耳163来进行连接。在每个凸耳163的中央可形成通孔，由此可借助如此结构的凸耳163柔性地连接相邻的轮架16，例如通过在彼此相对的凸耳163之间连接隔振阻尼器来实现上述柔性连接。通过将轮架16互相连接，在使叶片单元具有独立性的同时又使其具有了整体性，从而能够确保叶轮的正常的功能不受影响。在扇形主体161的弧形外表面的每一端，可仅形成一个凸耳163，也可形成更多个凸耳，例如3个。这样，彼此相邻的轮架16可通过一对或更多对凸耳163互相连接。此外，每个扇形的主体具有彼此相对的两侧，即，前侧和后侧。当各个叶片单元11的轮架16安装在主轴20上并且彼此连接时，轮架16(或者说轮毂)的前侧对应于叶轮10的迎风面，而轮架16(或者说轮毂)的后侧则与主机架40相对。由于主轴20的直径从前端向后端逐渐增大，因此，轮架16形成的轮毂的前侧的内直径小于后侧的内直径，以与主轴20的形状相匹配。 

在本发明的实施例中，以叶轮具有三个叶片单元为例进行了描述，因为 具有三个叶片的叶轮的风力涡轮机的发电效率相对较高，已经被普遍应用。然而，本发明不限于此，叶片单元11的数量不限于3个，也可以是2个或更多个。如图1所示，相邻的一对轮架16通过隔振阻尼器25连接(也可被称为摆振隔振阻尼器25)。具体地讲，隔振阻尼器25可沿着叶轮的周向布置，例如，可沿着叶轮(具体地讲，轮架16形成的轮毂部分)的外周表面布置。为了实现相邻轮架的连接，隔振阻尼器25的两端分别与相邻的一对轮架连接。然而，本发明不限于此，在空间条件允许的情况下，也可以将隔振阻尼器沿着叶轮10的所谓的轮毂部分的内周布置。如上所述，在轮架16的周向表面上形成凸耳163的情况下，隔振阻尼器25的两端分别与相邻的轮架16上的彼此相对的凸耳163连接。凸耳163是用于连接隔振阻尼器25的，其结构仅仅是一个示例，本发明并不限于此，只要能够使隔振阻尼器25连接于相邻的轮架16之间的任何结构都是可以的。 

如图2所示，由叶片单元11的轮架16互相连接而形成的叶轮10的轮毂，并且轮毂被安装在主轴20上。下面将参照图2详细描述根据本发明的实施例的风力涡轮机100的主轴20的具体结构及其与轮毂的连接结构。 

如图2所示，主轴20包括：中心轴21，与主机架40固定地连接，并基本上沿着垂直于塔架60的方向延伸，由此支撑叶轮10并提供叶轮10的旋转轴线；转轴22，套在中心轴21上并与叶轮10的轮毂连接；轴承23，安装在转轴22和中心轴21之间，以使转轴22和叶轮10能够绕着中心轴21旋转。通过主轴20的结构，允许风力涡轮机100的叶片单元10绕中心轴21的轴线方向转动，这里，中心轴21的轴线方向基本上垂直于塔架60的延伸方向。 

此外，在中心轴21上还安装有发电机30的定子32，而转轴22与发电机31的转子31固定连接，并且转子31围绕定子32安装。这样，当叶轮10和转轴22绕着中心轴21旋转时，转子31能够绕着定子32旋转，由此发生电磁相互作用而产生电力。 

更具体地讲，在转轴22的前端和后端处均由轴承23支撑，并且在转轴23的前端的外圆周表面上形成有前端凸缘，而在转轴23的后端的外圆周表面上形成有后端凸缘。优选地，前端凸缘和后端凸缘可形成环形形状。然而，本发明不限于此，前端凸缘和后端凸缘也可形成不连续的形状，例如，形成多个独立的凸耳。前端凸缘与轮毂的前侧连接，而后端凸缘与轮毂的后侧连接，从而将叶轮10与转轴22连接在一起。优选地，前端凸缘和后端凸缘分 别与轮毂的前侧和后侧柔性地连接，例如通过隔振阻尼器26连接(将在下面详细描述)。此外，在中心轴21的后端，即，在叶轮10和主机架40之间的位置处，还安装有发电机30的定子32。与轮毂的安装方式类似，定子32也通过形成在中心轴21的外圆周表面上的凸缘被安装到中心轴21上。而围绕定子32的转子31的一端则与转轴22的后端连接。这样，当叶轮10旋转时，转轴22与叶轮10一起旋转，从而将风力传递到发电机30的转子31，然后通过发电机30转换为电力。 

此外，叶轮10的轮毂和主轴20也可通过隔振阻尼器26连接。更具体地讲，隔振阻尼器26(也可被称为挥舞隔振阻尼器26)分别连接于前端凸缘与叶轮的轮毂的前侧(即，轮架的前侧)之间以及后端凸缘与轮毂的后侧(即，轮架的后侧)之间。由于隔振阻尼器26的两端分别连接至叶轮10的轮毂以及主轴20，从而将叶轮10安装至主轴20上。 

在本申请中，虽然详细描述了主轴20借助凸缘与叶轮10的轮架16连接，然而本发明不限于此，本领域技术人员应当清楚的是，凸缘的作用是方便将隔振阻尼器26的一端连接至主轴20(具体地，转轴22)，因此，凸缘这样的结构仅仅是一个示例，本发明并不限于此，只要能够使隔振阻尼器26连接于主轴20和轮架16之间的任何结构都是可以的。 

摆振隔振阻尼器25与挥舞隔振阻尼器26可同时采用，也可单独采用摆振隔振阻尼器25实现摆振减振，或可单独采用挥舞隔振阻尼器26实现挥舞减振。优选地，隔振阻尼器25和26为具有足够刚度和适宜阻尼的复合结构，其刚度和阻尼的大小可以恒定不变。但是本发明不限于此，隔振阻尼器25和26的阻尼也可随阻尼器的工作状态发生改变或通过风力涡轮机动态工作特性主动控制其大小。也就是说，隔振阻尼器25和26可以是具有恒定阻尼系数的被动阻尼器、变阻尼系数的半主动阻尼器或具有可调整阻尼系数的主动阻尼器。不仅如此，根据需要，隔振阻尼器25和26还可以采用两种或者两种以上的阻尼器混合使用。 

如前所述，隔振阻尼器25和26均可以是具有复合结构的阻尼器，该阻尼器应当具有足够的刚度和阻尼系数。本发明通过设置具有预定的刚度和预定的阻尼系数的隔振阻尼器25和26以简单的结构大大降低风力涡轮机100的整机振动。这是因为，对于风力涡轮机而言，由于风剪切、湍流、塔影等因素导致风力涡轮机的各个叶片15的载荷大小不同，且振动相位也不同。沿 风力涡轮机摆振方向各叶片单元相互必然发生挤压和拉伸相互作用，通过隔振阻尼器25(用作摆振隔振阻尼器)消耗振动能量，各叶片15能够自动达到动态平衡，有效降低了3P/6P气动谐波和1P/2P/4P/5P/7P/8P摆振谐波振动载荷，叶轮10的扭矩被平稳传递到风力涡轮机的发电机转子31上。此外，沿风力涡轮机100的挥舞方向，各叶片单元11通过轮架16与转轴22发生拉压相互作用，而通过隔振阻尼器26(用作挥舞隔振阻尼器)消耗振动能量，有效降低了1P/2P/4P/8P挥舞谐波振动载荷，使得叶轮的俯仰弯矩和和主机架40的偏航弯矩通过主轴承23、中心轴21、主机架40、偏航机构70被平稳传递到塔架60和风力涡轮机的基础。 

在该实施例中，以叶轮10具有彼此独立的叶片单元11的结构进行了描述。本发明通过切分风力涡轮机的叶轮为相对独立的叶片单元，在每个叶片单元相互间和叶片单元与转动系之间安装隔振阻尼器，有效地消除叶轮***各叶片单元的不一致载荷和振动，从根本上有效地减小叶轮***传递到风力涡轮机主轴***、发电机、机舱和塔架等部件和子***的振动和疲劳，降低了成本，提高风力涡轮机的动态性能和可靠性。通过分离叶轮为相对独立的叶片单元，叶轮制造和装配更加灵活，大大降低了大功率风力涡轮机的制造和装配难度。 

然而，本发明不限于此，叶轮10也可以采用整体式结构。在这种情况下，通过在轮毂与主轴20之间设置的挥舞隔振阻尼器26同样能够消耗挥舞振动能量，由此降低被传递到主机架40和塔架60的振动。 

在上文中参照图1至图3描述了发电机30的转子31和定子32被设置在叶轮10的外侧的第一实施例，然而，本发明不限于此，即，发电机30的转子31和定子32还可被设置在叶轮10的内侧。下面将参照图4描述根据本发明的第二实施例的风力涡轮机200。 

图4是根据本发明的第二实施例的风力涡轮机200的结构示意图。在本实施例中，与第一实施例的风力涡轮机100的部件相似的部件由相同的标号表示，因此，将省略对相同部件的重复描述。 

根据本发明的第二实施例的风力涡轮机200与根据本发明的第一实施例的风力涡轮机100的不同之处仅在于转轴22的结构以及发电机30的定子32和转子31的安装位置。 

在本实施例中，转轴22被分为彼此隔开预定距离的前端转轴22-1以及 后端转轴22-2。前端转轴22-1被安装在中心轴21的前端，在其外周表面上形成有前端凸缘，前端凸缘与轮毂的前侧连接；后端转轴22-2被安装在中心轴21的后端并且更为靠近主机架40，在后端转轴22-2的外周表面上形成有后端凸缘，后端凸缘与轮毂的后侧连接。与第一实施例类似，主轴20和叶轮10通过隔振阻尼器26互相连接。具体地讲，隔振阻尼器26设置在前端凸缘和轮毂的前侧之间以及后端凸缘和轮毂的后侧之间。隔振阻尼器26消耗了挥舞振动能量，有效降低了有效降低了1P/2P/4P/8P挥舞谐波振动载荷，使得叶轮10的俯仰弯矩和和主机架40的偏航弯矩通过主轴承23、中心轴21、主机架40、偏航机构70被平稳传递到塔架60和风力涡轮机的基础。 

此外，发电机30的定子32被固定连接至中心轴21的中部，即，在前端转轴22-1和后端转轴22-2之间。与第一实施例类似，定子32也可通过形成在中心轴21的外周表面上的凸缘与中心轴21固定连接。与此同时，叶轮的轮毂(或者说叶轮单元11的轮架16)可用作发电机的转子31。通过发电机30与叶轮10高度集成，不仅简化了风力涡轮机200的结构，而且简化了动力传递，有助于提高发电机30的发电效率。 

此外，在叶轮10具有多个叶轮单元11的情况下，同样可在轮架16之间连接隔振阻尼器25，使叶轮10在工作中实现自平衡，以降低从各个叶片单元11传递到主轴20乃至塔架60和风机基础的振动。 

上面以直驱式风力涡轮机为例描述了根据本发明的实施例的风力涡轮机，然而，本发明不限于此，本发明也适用于双馈、中高速等各种类型的风力涡轮机。下面以中速风力涡轮机为例描述本发明的另一个实施例。 

图5是根据本发明的第三实施例的风力涡轮机300的结构示意图，其中，风力涡轮机300为中速风力涡轮机类型。 

与前两个实施例不同的是，风力涡轮机300的主轴20直接与叶轮10的轮毂连接，由此叶轮10和主轴20一起旋转，因此，在风力涡轮机300中，省略了转轴以及支撑转轴的轴承。具体地，如图5所示，在主轴20的前端和后端分别形成有前端凸缘和后端凸缘，叶轮10的轮毂的前侧和后侧分别与之连接。 

如本领域人员所公知的，主轴20通过增速齿轮箱(未示出)与发电机的转子(未示出)连接，以将风力传递到转子(未示出)。发电机的定子由主机架(未示出)支撑。通过发电机的转子和定子的相互作用，将风能转化为电 能。 

与上面的实施例类似，叶轮10可由三个叶片单元11组成，叶片单元11的轮架16通过摆振隔振阻尼器25使叶轮10在周向上相互连接，通过挥舞隔振阻尼器26使叶轮10和主轴20在轴向上连接。叶轮的扭矩和弯矩都传递到主轴20，弯矩进一步通过主轴20被传递到主机架40，而扭矩通过增速齿轮箱传递到中速或高速发电机。 

然而，本发明不限于此，如前所述，叶轮10也可形成为整体式，这样，可省略摆振隔振阻尼器25。 

通过上面的描述清楚的是，通过在叶轮或叶轮的叶片单元与主轴或另一叶片单元之间设置隔振阻尼器，可消耗风机工作过程中由叶轮所产生的振动能量，从而能够从源头上减少了被传递至塔架和基础的振动。此外，实现了动力的平稳传递。另外，针对现代风力涡轮机中叶片相对独立的固有特性，通过将叶轮按叶片数分离成相对独立的叶片单元，各叶片单元相互间在摆振方向采用隔振阻尼器连接，叶片单元与叶轮转动轴之间在挥舞方向(叶轮转动轴线方向)也采用隔振阻尼器连接，各叶片单元不再相对独立。由此，无论各叶片是同相位还是不同相位，相互间必然发生相对变形，在摆振和挥舞方向通过隔振阻尼器减小叶轮传递到风力涡轮机机体的振动载荷。因此，各叶片单元间通过隔振阻尼器连接后，能够达到实时自平衡，实现载荷从叶轮传递到风力涡轮机机体的平稳传递。 

上面的描述中提到了隔振阻尼器可以采用半主动阻尼器和主动阻尼器，通过对隔振阻尼器进行主动控制，可实现叶轮的最佳自平衡。下面将结合图6中所示出的根据本发明实施例的风力涡轮机100的监测控制***进行解释和介绍。 

图6是根据本发明实施例的风力涡轮机的监测控制***的示意图。 

如图6所示，风力涡轮机100的监测控制***主要包括：加速度传感器91、92和93，分别安装在每个叶片单元11的轮架16上，用于测量叶轮10在三个方向上的加速度；阻尼传感器97，分别设置在挥舞隔振阻尼器26和摆振隔振传感器25上，用于测量每个隔振阻尼器的工作状态；主控制器80，通过数据总线85与各个加速度传感器和阻尼传感器通信，并接收这些传感器的测量结果。加速度传感器91、92、93和阻尼器传感器的数据经数据总线85传输到主控制器80之后，主控制器80根据加速度传感器91、92、93和 阻尼传感器97的测试数据以及风力涡轮机的运行状态、风速等，计算隔振阻尼器合适的刚度和阻尼系数，然后通过与各个隔振阻尼器连接的阻尼控制器86控制每个隔振阻尼器的工作状态参数，实现风力涡轮机机体和叶片的振动控制和载荷控制。在此，也可将主控制器80和阻尼控制器86集成为一体，而将其统称为控制器。 

在根据本发明的风力涡轮机中，通过采用半主动阻尼器和/或主动阻尼器，同时在风力涡轮机上需要安装一个或多个传感器，并根据传感器数据改变阻尼器的刚度和阻尼大小，能够实现叶轮各叶片单元的最佳自平衡效果。 

图7A至图7C是示出根据本发明的实施例的风力涡轮机(具有隔振器)和现有技术的风力涡轮机(不具有隔振器)的塔架载荷和机舱加速度的图表，其中，图7A示出了根据本发明的实施例的风力涡轮机和现有技术的风力涡轮机的塔顶和塔基的受力载荷Fx和Fy的图表，图7B示出了根据本发明的实施例的风力涡轮机和现有技术的风力涡轮机的塔顶和塔基承受的弯矩载荷Mx和My的图表,图7C示出了根据本发明的实施例的风力涡轮机和现有技术的风力涡轮机的机舱(即，塔顶)加速度的图表。在图7A至图7C中，灰度小的图案部分所表示的是根据本发明的采用隔振阻尼器后风力涡轮机的塔架载荷和机舱加速度的示意图；而灰度大的图案部分所表示的是现有技术的未采用隔振阻尼器的风力涡轮机的塔架载荷和机舱加速度的示意图。通过对比可以看出，根据本发明的实施例的风力涡轮机与现有技术的风力涡轮机相比，加速度和载荷明显降低。 

总而言之，根据本发明的实施例的风力涡轮机通过在叶轮(或各个叶片单元)与其它部件(例如，相邻的叶片单元或主轴)之间通过隔振阻尼器(优选为主动式阻尼器)连接，至少可以实现如下有益的效果之一： 

1、构造出了一种具有自平衡叶轮的风力涡轮机，由此可明显减小叶片单元相互间因不同相位、不同载荷大小和不同振动大小而导致叶轮的振动和疲劳，实现叶轮载荷平稳传递到风力涡轮机机体，有效降低传动系、发电机、机舱、塔架、基础等部件的振动和疲劳，有利于提高整机***的可靠性和动态性能，降低运行控制难度和成本。 

2、自平衡叶轮的风力涡轮机是从载荷和振动的源头实现风力涡轮机减振和降载控制，相对于在风力涡轮机中间部件进行减振控制和独立变桨控制等技术方案，自平衡叶轮的风力涡轮具有明显的技术和效能优势，且结构简单、 成本底、可靠性高。 

3、风力涡轮机叶轮分离成相对简单的叶片单元，降低了大功率风力涡轮机的叶轮设计和制造难度，易装配。 

4、使风力涡轮机的叶轮与主轴实现柔性连接，能降低叶片振动和叶片传递到转动轴的动态载荷，提高叶片运行可靠性。 

上面对本发明的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。 

Claims (15)

1.一种风力涡轮机，包括：

叶轮，包括至少两个叶片单元；

主轴，叶轮安装在主轴上；和

主机架，与塔架连接，以支撑主轴和叶轮，

其特征在于，每个叶片单元包括：

叶片；和

轮架，用于安装和支撑叶片，

其中，所述至少两个叶片单元的轮架围绕主轴安装，

其中，任何相邻的一对轮架通过沿着叶轮的周向布置的第一隔振阻尼器互相连接。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，第一隔振阻尼器的两端分别与所述相邻的一对轮架连接。

3.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，叶轮和主轴通过第二隔振阻尼器彼此连接。

4.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于，所述主轴还包括：

中心轴，与主机架固定连接；

转轴，套装在中心轴上，并通过第二隔振阻尼器与叶片单元的轮架连接；

轴承，设置在中心轴和转轴之间，以支撑转轴和叶轮绕着中心轴旋转。

5.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，第一隔振阻尼器是具有复合结构的阻尼器，该阻尼器具有预定的刚度和预定的阻尼系数。

6.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，第一隔振阻尼器是具有恒定阻尼系数的被动阻尼器、变阻尼系数的半主动阻尼器或具有可调整阻尼系数的主动阻尼器。

7.如权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于，第二隔振阻尼器是具有复合结构的阻尼器，该阻尼器具有预定的刚度和预定的阻尼系数。

8.如权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于，第二隔振阻尼器是具有恒定阻尼系数的被动阻尼器、变阻尼系数的半主动阻尼器或具有可调整阻尼系数的主动阻尼器。

9.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，轮架的前侧和后侧分别通过第二隔振阻尼器与主轴的前端和后端连接。

10.如权利要求4所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机还包括：

发电机的定子，与所述中心轴固定连接，位于叶轮的轮架和风机的主机架之间；

发电机的转子，与所述转轴的后端机械连接，并能够围绕发电机的定子旋转。

11.如权利要求4所述的风力涡轮机，其特征在于，所述转轴包括互相隔开预定距离的前端转轴和后端转轴，其中，前端转轴和轮架的前侧通过第二隔振阻尼器连接，后端转轴和轮架的后侧通过第二隔振阻尼器连接。

12.如权利要求11所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机还包括：

发电机的定子，与所述中心轴固定连接，并位于前端转轴和后端转轴之间，

其中，所述叶轮的轮架用作围绕发电机的定子旋转的发电机的转子。

13.如权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于，叶轮和主轴一起旋转，

其中，所述风力涡轮机还包括：

增速齿轮箱，与主轴连接；

发电机的转子，与增速齿轮箱连接并能够旋转；和

发电机的定子，围绕发电机的转子设置在主机架上。

14.如权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机还包括：

加速度传感器，分别设置在每个叶片单元的轮架上，用于测量每个轮架的加速度；

第一阻尼传感器，设置在第一隔振阻尼器上，以测量第一隔振阻尼器的工作状态；

第二阻尼传感器，设置在第二隔振阻尼器上，以测量第二隔振阻尼器的工作状态；

控制器，接收第一阻尼传感器和第二阻尼传感器以及加速度传感器的测量结果，并根据测量结果以及风力涡轮机的运行状态和风速控制每个隔振阻尼器的工作状态。

15.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述叶片单元的数量为3个。