CN102046966A - 从流体流动中产生能量的涡轮机和系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种与涡轮发电机连用的涡轮机，该涡轮机包括用于定位在流路中的至少一个涡轮机叶片、安装至少一个涡轮机叶片的轮毂和通过铰接组件与轮毂操作连接的可转动的轴，该轮毂的轴线独立于该轴的轴线。铰接组件设置在该轴和该轮毂之间并配置成能调整轴和轮毂之间的角度。一个控制器组件配置成在涡轮机工作过程中调整铰接组件的至少一个工作特性。在一个实施例中，该工作特性是铰接组件的上下晃动角度。在一个实施例中，工作特性是刚性或阻尼力。还披露了使用和控制流体涡轮机的方法。

Description

从流体流动中产生能量的涡轮机和系统及其方法

技术领域

总体来说，本发明涉及与涡轮发电机连用的涡轮机系统和涡轮机，并且在不同的实施例中，涉及风力涡轮机及其使用方法。

背景技术

传统的涡轮机通常从流体流动例如空气或水中通过降低流速来汲取能量。根据应用的不同，出现不同的涡轮机的尺寸和配置。一些涡轮机设计用于小型特定用途。例如，简单的风力涡轮机设备被用在遥远地点，用于给小型地区提供电力。独立的发电厂和公用事业经常在部分陆地上或近海岸地点采用若干大型的风力涡轮机，以产生供给输电网的电力。涡轮机也已经被用在依水应用场合例如江河水流中。

涡轮机和发电计划通常受到独特的环境压力和经济压力的影响。风力涡轮机计划的大小和规模尤其带来若干问题。成本因素是许多涡轮机计划的最前部分，因为存在高额前期资金投入和长期收入的难以处理的平衡问题。成本考虑牵涉到当前的维护运行成本以及附加成本。风力涡轮机的复杂性和规模也导致与运输、基建和劳工相关的相当高的成本。大型风力涡轮机计划也经常引起额外的担忧，例如在建设地点的噪音干扰和视觉影响。

针对这些顾虑，人们已经更加努力地在改善性能、降低整体成本并减轻涡轮机和涡轮机系统对环境的影响。目前，这样的努力尤其集中在输送能量的成本、性能、材料用量、系统长久耐用、涡轮机叶片性能和噪音方面。

但是在基本层面，传统涡轮机通常根据相似的原理工作。典型的涡轮机包括用于接触流体流动的若干部件例如叶片。叶片定位在流体流动中并与轮毂相连接。轮毂连接一个轴和传动系总成，该传动系总成又驱动发电机。

近来，人们更加努力地在改善涡轮机性能并应对各种环境和经济问题。一个焦点是要通过减少材料用量、提高性能、延长涡轮机工作使用寿命来降低与涡轮机相关的成本。人们始终要求降低成本和提高性能，以使由涡轮机供应的能量的成本与其它形式的能量产生不相上下。

涡轮机技术已飞速进步至能提供更可靠的涡轮机和成本更低的风能。这部分归功于更好地理解了风力涡轮机在此工作的且允许更好地设计涡轮机的载荷环境。涡轮机的叶片、传动系和整体工作已经是这些降低成本努力的主要焦点。

这种为降低成本而做出的设计变化的例子是双叶片涡轮机。双叶片涡轮机通常因材料、零部件和重量的减少而带来较低的成本，这又意味着供应能量的较低成本。此外，双叶片设计带来其它优点，例如，因为双叶片构造的固有平衡的缘故，所以涡轮机系统可以在地面组装并被一起提升。

但是，三叶片型设计目前比两叶片型设计更多地得到人们认可。涡轮机上的叶片可能遇到相当失衡的力，即便是在正常工作中，这在涡轮机部件中造成疲劳。传统的系统通过增大所有主要部件的尺寸来加以补偿，这又否定了双叶片型设计的成本优点。相反，三个对称布置的叶片能够自然消除由在风场或水域中的湍流造成的一些失衡力。

已有人提出几个其它解决方案来胜出上述设计并应对环境和经济问题，尤其是减小对许多涡轮机是典型的失衡力。一个解决方案是上下晃动的轮毂。上下晃动的轮毂设计包括两个叶片，该叶片刚性固定在上下晃动的轮毂上，该轮毂铰接在涡轮机轴上。

授予Baskin等人的美国专利号US4565929就是一个例子，其示出定桨距式涡轮机，其轮毂能够被动地上下晃动。上下晃动的轮毂能够响应变化的载荷力地通过一系列动作来转动，直到接触到上下晃动止挡。在正常状况中，疲劳性能是令人满意的，但在湍流和风切变高的极端风力状况中，轮毂猛烈撞击上下晃动止挡。这可能导致比刚性轮毂风力涡轮机更高的瞬间力。

已有人研究出另一个解决方案来解决极端条件下的上下晃动问题。授予Coleman等人的美国专利US5354175披露一个例子，该专利公开一种被动上下晃动的轮毂，其具有弹性的鞍形支承、上下晃动止挡和与每个涡轮机叶片相连的液压阻尼器。在正常环境中，预受力的橡胶根据恒定的橡胶弹性常数在上下晃动动作的整个范围内提供了阻尼力。

Coleman装置有一些限制条件。Coleman装置的弹簧阻尼器对转动叶片施加阻尼压力，这造成明显越趋复杂化。而且，安装阻尼器至叶片可能将扰动力带入叶片，这会不利地影响性能和可靠性。Coleman的涡轮机还需要与每个叶片相关的独特的阻尼器系统。每个阻尼器必须被调谐以与其它阻尼器协调工作。此外，这些阻尼器必须协调动作，以便精确有效地控制上下晃动角度和上下晃动阻尼。该系统的复杂性增加了材料成本和维护成本。

此外，Coleman装置只在某些类型状况下改善性能。Coleman阻尼器在低转速下或在上下晃动角度超过±2.5°时被启动。

涡轮机有利地配置成能应对所有的状况，无论是正常发电模式还是“其它”模式，该其它模式包括但不限于在这些状况之间的极端、异常的非工作过渡情况。这种状况的例子包括来自阵风的叶片载荷的快速剧烈变化、启动或停止功能和故障情况。各种不同的风力涡轮机设计和认证标准例如IEC标准限定了要在根据各标准的设计中加以考虑的载荷情况。这样的载荷包括疲劳载荷和极限载荷。

带有阻尼器的传统涡轮机一般包括弹簧阻尼器，其弹性常数被定得较高且其配置成在涡轮机正常工作时是最有效的。这样的涡轮机允许阻尼器在正常使用中运动或压缩，但该压缩具有恒定的弹性常数和由末端止挡或类似的位移限制件所限定的一定的最大值。在其它状况下，阻尼器的作用是减缓上下晃动最终极限的到来。该系统中没有调整或调谐以适应和利用该系统在工作中的整体不同动态特性。此外，末端止挡实际上可能在极端状况中在弹簧阻尼器被压倒时增大载荷力。

在其它状况下控制上下晃动动作是有利的。例如，在涡轮机启动或停止过程中，尤其在低风速或高风速下，上下晃动动作没有在与涡轮机设计转速情况相同的状况下工作。

最近，复杂的数学计算方法和模型已被整合到涡轮机设计中。这样的设计利用数学计算来减小风力涡轮机所受的载荷并由此延长工作使用寿命。这样设计的一个例子在美国专利申请公开号2004/0096329A1(′329公开出版物)中被公开，该申请现已被放弃，其全部内容为了所有目的被参考纳入本文。这样的设计利用对工作环境的了解或估计来选择合适的组成部件如阻尼件。

尽管有上述装置，人们还是需要增强涡轮机的性能并提高涡轮机设备和运行的经济性。

人们需要的是一种克服已知系统的以上和其它的不足的涡轮机和系统。人们需要的是能在真实应用中可能遇到的无数动态状况下有利工作的涡轮机。人们需要的是一种在除正常或极端流体流动之外的状况下具有更高的可靠性和更高效率(能量产出)的涡轮机。

人们需要的是一种尽量减轻由流体场中的紊乱造成的失衡力的影响并由此减小结构和系统中的疲劳和极端载荷的危险的涡轮机系统。人们需要的是一种在正常状况、异常状况、极端状况、启/停状况、非工作状况和其它状况下尽量减轻失衡力影响的涡轮机和系统。

人们需要的是一种设计简单、根据与系统和流体场相关的众多因素来改善涡轮机系统的工作特性的涡轮机。人们需要的是一种具有至少一个叶片且用在风力场或其它流体场中的涡轮机，它具有改善的性能、可靠性和耐用性。

发明内容

总之，本发明提供一种与涡轮发电机连用的涡轮机，该涡轮机包括用于定位在流路中的至少一个涡轮机叶片、安装至少一个涡轮机叶片的轮毂和通过铰接组件与轮毂操作连接的转动的轴，轮毂轴线独立于该轴的轴线。在不同的实施例中，铰接组件设置在轴和轮毂之间并配置成调节轮毂和轴之间的角度。本发明也提供一种控制器组件，其配置成在涡轮机的工作过程中调节铰接组件的至少一个工作特性。在不同的实施例中，该工作特性是铰接组件的上下晃动角度。

在某些实施例中，铰接组件还包括将轮毂安装在轴上的刚性的铰接构件。铰接构件包括配置用于使轮毂转动与轴转动相关联的连接机构、配置成允许铰接构件垂直于该轴地枢转运动的横向枢转件和靠近铰接构件的阻尼件。在不同的实施例中，阻尼件配置成对刚性的铰接构件施加轴向力，由此阻尼该铰接构件枢转。

在不同的实施例中，铰接组件包括在该轴的相对两侧且定位在铰接构件的前侧和相对的轮毂表面之间的一对阻尼件。该轴或许包括刚性安装表面，其沿主转动体但与之错开地设置，轮毂或许包括与铰接构件相对的安装表面。在某些实施例中，铰接组件还包括多对阻尼件并且铰接构件包括多个安装凸缘，所述多个安装凸缘等间距围绕铰接构件的中心轴线间隔开并定位在轴安装表面和轮毂安装表面之间。每对阻尼件可选择地以夹在凸缘和轮毂的或轴的刚性表面之间的方式定位在安装凸缘的相对两侧上。在某些实施例中，铰接组件包括4个凸缘和4对阻尼件。

本发明也提供一种控制器，其配置成在至少一个叶片的加速或制动中调节至少一个工作特性。控制器可配置成响应至少一个涡轮机叶片的载荷变化来调节该至少一个工作特性。控制器可以响应在至少一个涡轮机叶片上游的流路变化来主动调节该至少一个工作特性。

控制器组件的一个例子包括用于处理输入信息并发送控制信号的控制处理器和配置成能响应输入信息来调节至少一个工作特性的控制机构。在某些实施例中，控制机构施加弯矩到铰接组件，以调节铰接组件的刚性或阻尼。在某些实施例中，反馈传感器可选地配置用于测量涡轮机的工作参数并作为输入信息传送关于该参数的信息给该控制器。在不同的实施例中，反馈传感器可选地配置用于测量即将到来的流体的参数并作为输入信息传送与该参数相关的信息给控制器。本发明可选地提供一个或多个传感器用于监视涡轮机系统。所述一个或多个传感器可以是用于测量即将到来的流体流动的特性的前向传感器。在不同的实施例中，前向传感器是LIDAR传感器。

在不同的实施例中，本发明提供一种涡轮机，它包括两个对称的、从轮毂的相对两侧伸出的叶片。在本发明的各方案中，涡轮机是风力涡轮机。

在不同的实施例中，本发明提供一种在计算机可读介质中的计算机程序产品，用于调整涡轮机，该产品包括用于接收与涡轮机的至少一个工作特性和/或前向流体场相关的数据并根据接收数据分析涡轮机工作的指令和依据分析结果来调整涡轮机的另一个工作特性的指令。在不同的实施例中，涡轮机是风力涡轮机。在不同的实施例中，接收数据基于前向流体场、上下晃动角度、上下晃动阻尼、偏航角度、偏航阻尼和叶片桨距角之一。计算机程序产品可应用在数据处理系统中。在不同的实施例中，利用查找表来完成分析。在不同的实施例中，调节通过发出用于调节上下晃动角度、上下晃动阻尼、偏航角度和偏航阻尼中的至少一个的控制信号来完成。

在不同的实施例中，本发明提供一种用于操作涡轮机的数据处理系统，其包括接收来自与涡轮机相关的至少一个传感器的数据的输入装置、控制涡轮机的至少一个工作特性的控制机构、和根据接收数据分析涡轮机性能并计算用于改善性能的数值的计算机构。在不同的实施例中，控制机构发出控制信号以便根据计算数值来调节铰接控制器或偏航控制器。

本发明还提供一种与涡轮发电机连用的涡轮机，该涡轮机包括用于定位在流体场中的至少一个细长的涡轮机叶片，其中该至少一个叶片安装在轮毂上，还包括与轮毂转动相连的转动的轴和与该轮毂和该轴相连的调节机构，调节机构配置成能响应工作中的流体场变化来调节轮毂或轴的工作参数。在不同的实施例中，流体场可以是风力场。轴可选地通过铰接机构与轮毂连接。

一个示例性的调节机构调节轮毂上下晃动角度和轮毂上下晃动阻尼、轴转动速度和轴力矩中的至少一个。调节机构可以是铰接控制器，其配置成响应在至少一个叶片或轴上的工作载荷来调节刚性。也可以根据应用设置其它的调节机构。

在不同的实施例中，本发明的目标是一种用于从风流中产生能量的风力涡轮机系统。该示例性系统包括风力涡轮机和与风力涡轮机连接以将轴的转动转换为电力的风力涡轮发电机。在某些实施例中，风力涡轮机包括用于定位在风流中的至少一个涡轮机叶片、沿该至少一个叶片的转动轴线与至少一个涡轮机叶片相连接的轮毂、和通过铰接组件与轮毂操作连接的转动轴。在某些实施例中，铰接组件设置在轮毂和轴之间并且配设用于控制该轮毂定向在风流方向上。铰接组件包括铰接构件，它形成轴和轮毂之间的上下晃动角度。在某些实施例中，铰接构件包括阻尼件并具有抗角转运动的刚性，还具有铰接控制器，其配设用于调节铰接构件的抗角转运动的刚性。本发明还提供一种铰接控制器，配设用于响应至少一个叶片的载荷或风流地调节刚性。风力涡轮机系统可以包括发电机变换器系统，它与风力涡轮发电机相连，用于将电力变换为一种用于配送给公用事业输电网的形式。

本发明也提供一种在流体流动中调节涡轮机的方法，包括响应流体流动变化来主动调整铰接构件的刚性。

本发明还提供一种用于可调地阻尼该涡轮机轮毂的上下晃动的阻尼组件，阻尼组件包括阻尼机构，其配置用于当定位在流体流动中时施加阻尼力到上下晃动的涡轮机轮毂，还包括用于根据流体流动调节阻尼机构的阻尼力的控制器。在某些实施例中，可选地设置一个转矩控制器，用于调节涡轮机的转动轴的转矩。转矩控制器根据阻尼力来调节转矩。在某些实施例中，可选地设置叶片桨距控制器，用于调整涡轮机的涡轮机叶片的桨距角。叶片桨距控制器根据阻尼力来调节叶片桨距。

在不同的方案中，本发明提供一种操作定位在流体流动中的流体涡轮机的方法，该方法包括从第一传感器在一个或多个第一时间内接收关于由第一传感器测量的一个或多个事件的事件数据，利用查找表识别该涡轮机的对应该事件数据的一组工作参数，针对在该识别组中的工作参数的至少一部分计算与工作参数相关联的性能值，针对该识别组的计算部分并依据计算出的性能值确定用于每个工作参数的参数得分，根据参数得分来排名工作参数，根据排名来选择其中一个工作参数，根据所选的工作参数来调节上下晃动阻尼和上下晃动角度中的一个。本发明也提供用于控制器组件的确定机构，用于根据接收的输入信息确定输出信号。在某些实施例中，控制器组件根据输入信息调节该系统的至少一个组成部件的工作特性，例如轮毂上下晃动阻尼。

本发明的若干方案的目标是一种将涡轮机定向在流路中的偏航系统，该系统包括用于相对绕偏航轴线的标准角度来将涡轮机定位在流路中的偏航控制器，该涡轮机有至少一个可转动的涡轮机叶片；用于测量至少一个所述叶片的材料特性的监视组件；用于根据关于测定特性的信息来识别偏航误差的偏航处理器。

在不同的实施例中，监视组件测量在至少一个涡轮机叶片中的载荷、应力、应变和温度中的至少一个。监视组件可根据在一段时间内的多个测定的材料特性值测量至少一个叶片的固有模式频率。在不同的实施例中，偏航处理器计算用于表示至少一个叶片的固有模式频率的离散傅里叶变换(DFT)的算法系数。偏航处理器可以根据超出预定值的系数来识别出偏航误差。偏航误差可能涉及偏离标准角度和/或极端方向变化。偏航误差可以依据在对置叶片中的升力的比较来识别。偏航误差可以在叶片处于一个平行于大地参考平面或转动离开平行位置的姿态时依据在对置叶片中的力的失衡来识别。

在不同的实施例中，偏航控制器配置用于根据偏航误差识别来改变偏航角度。在不同的实施例中，偏航控制器响应偏航误差识别结果产生关闭信号。偏航控制器可以是被动的控制器。

在本发明的各方案中，偏航系统还包括用于调节至少一个叶片的桨距角的桨距控制器，其中桨距控制器配设成依据偏航角度的变化来改变桨距角。涡轮机可以是变速涡轮机，涡轮机速度根据涡轮机偏航角度的变化来调整。

在不同的实施例中，偏航控制器配置成允许涡轮机的偏航角度自由改变。在不同的实施例中，偏航控制器配设用于阻尼偏航。在不同的实施例中，偏航系统还包括偏航制动器。

在不同的实施例中，监视组件是设在至少一个涡轮机叶片上的传感器阵列。每个传感器可以测量边缘应变和翼板应变中的一个。至少其中一个传感器可以是光纤应变传感器。这些传感器可以设置在至少一个叶片的根端，靠近转动轴线。

在不同的实施例中，偏航系统还包括存储器，用于存储来自监视组件的历史数据。偏航处理器可配置成能依据所存储的历史数据来过滤干扰数据。偏航处理器可以被校准以减轻至少一个叶片的正常工作温度、重量和离心力中的至少一个因素的影响。

在不同的实施例中，偏航系统还包括用于监视风况的传感器，其中，关于历史风况的数据被存在存储器中，并且偏航处理器配置用于根据所存储的风况数据来过滤风湍流数据。

本发明的若干方案的目标是一种从风力涡轮机中产生电力的方法，该方法包括：提供风力涡轮机，其包括可转动且定位在流路中的至少一个涡轮机叶片、相对围绕偏航轴线的标准角度将至少一个涡轮机叶片定位在流路中的偏航控制器、和用于在至少一个涡轮机叶片在流路中转动时供电给输电网的发电系统；将涡轮机定位在流路中；启动发电系统；从发电系统中收集能量；监视至少一个涡轮机叶片的载荷特性；根据监视结果来确定偏航误差。在不同的实施例中，偏航误差涉及偏离标准角度和/或极端方向变化。在不同的实施例中，该方法还包括响应偏航误差的确定来调节涡轮机的偏航角度。在不同的实施例中，该方法还包括响应偏航误差的确定来关停发电系统。

在不同的实施例中，监视包括测量应力、应变、温度和载荷力中的至少一个。在不同的实施例中，该方法还包括重复该监视，其中，该确定包括根据多个被测的载荷特性值计算至少一个叶片的固有模式频率。该确定可牵涉到计算用于表示固有模式频率的离散傅里叶变换(DFT)的算法的系数。

在不同的实施例中，该方法还包括在确定之前选择预定的阈值，其中，该确定涉及依据超过预定值的系数来识别偏航误差。

在不同的实施例中，风力涡轮机包括偶数个叶片，其中偏航误差的确定依据识别出对置叶片中的力失衡。风力涡轮机可以包括偶数个叶片，每个叶片包括前沿和尾沿，其中偏航误差的确定根据识别出在对置叶片的前沿上的风速不平衡。

在不同的实施例中，该方法还包括存储与对一段时间的监视相关的数据的步骤。对时刻的确定可以根据同原先存储的数据的比较。该确定可以依据与原先存储的数据相关的预定算法。

本发明的一些方案的目标是一种风力涡轮机系统，它包括塔、支承在塔上且配置成定位在流路中的可转动的至少一个涡轮机叶片、定位在至少一个叶片上且配置成监视至少一个叶片的材料特性的至少一个传感器、和配置成调节至少一个涡轮机叶片围绕塔纵轴线的偏航角度的偏航控制器，其中，偏航控制器配置成根据包括关于材料特性的信息在内的信号来检测偏航误差。

在不同的实施例中，偏航误差涉及偏离标准角度和/或极端方向变化。偏航控制器可以确定偏航误差，偏航控制器调节偏航角度。当偏航控制器确定偏航误差时，可以对至少一个涡轮机叶片施加制动力。

在不同的实施例中，该系统还包括与至少一个涡轮机叶片连接并可绕转动轴线转动的轴、与可转动的轴相连的传动系和与传动系相连且配置成将传动系的转动转换为电力的发电机。在不同的实施例中，偏航控制器响应偏航误差的确定发送偏航误差信号给发电机，发电机配置成响应偏航误差信号地掉电。偏航控制器可以响应偏航误差的发现而发送偏航误差信号给发电机，并且发电机配置成响应偏航误差信号来调节速度。

本发明的一些方案的目标是一种控制与上述涡轮机相似的涡轮机且在计算机上执行的方法。本发明的一些方案的目标是一种呈计算机可读介质形式的计算机程序产品，其在数据处理系统中被用于操作风力涡轮机，该计算机程序产品包括接收关于涡轮机的至少一个组成部件的数据的指令、用于比较该数据和预定值、根据比较结果确定调节系数并发送调节系数的指令。调节系数可被发送给控制器，它响应于此地调节该涡轮机组成部件。

本发明的一些方案的目标是一种用于操作风力涡轮机的数据处理系统，包括用于输入数据...的输入装置、用于计算...的计算装置和用于根据计算结果...发送控制信号的发送装置。

本发明的涡轮机和系统具有将从附图和对本发明的具体说明中看到的或具体描述的其它特征和优点，这些附图被纳入说明书中并构成其一部分，并且上述具体说明和附图共同用于解释本发明的原理。

附图说明

图1是包括根据本发明的双叶片型涡轮机的风力涡轮机系统的侧视图。

图2是图1的风力涡轮机系统的侧视图，该系统示出了铰接组件的上下晃动角度和涡轮机舱的偏航角度。

图3是图1的涡轮机的铰接组件和轮毂的局剖放大侧视图。

图4是图1的系统的铰接组件和轮毂的示意放大主视图。

图5是图1的涡轮机铰接组件的整合部分和轮毂的放大透视图。

图6是图5的轮毂的放大后视图。

图7是图5的轮毂的放大侧视图。

图8是图1的涡轮机的铰接板的放大透视图。

图9是图8的铰接板的放大俯视图。

图10是图1的涡轮机的轮毂和铰接组件的放大侧视图，示出了夹在4对阻尼件之间的铰接板。

图11是图10的铰接板的放大侧视图。

图12是图1所示的本发明铰接组件的控制机构的局部放大示意图，示出了带有液压活塞和阻尼件的本发明铰接控制器。

图13是与图12的相似的控制机构的放大示意图，示出了包括被操作的杠杆臂的本发明铰接控制器。

图14是与图12的相似的控制机构的放大示意图，示出了起到铰接控制器和本发明阻尼件作用的液压活塞。

图15是与图12的相似的控制机构的放大示意图，示出机电铰接控制器。

图16是与图12的相似的控制机构的放大示意图，示出了铰接控制器，其根据本发明具有多个关联的阻尼件和第二阻尼件。

图17是表示图1的本发明涡轮机的总体操作控制的框图。

图18A至图18C是图1的本发明涡轮机的控制器所采用的查找表的示例视图。

具体实施方式

现在将具体参见本发明的示范实施方式，在附图中示出了其例子。虽然将结合各实施例来说明本发明，但人们将会认识到，这些实施例不是要将本发明限制于此。相反，本发明包括可以被如后续权利要求书所限定的本发明的精神和范围涵盖的替代、改变和等同。

现在参见附图，在这些附图中，相同的零部件由相同的附图标记来表示，请注意图1，它示出了在表面32如地面上的风力涡轮机系统，其总体用30表示。系统30包括由塔37支承的涡轮机33和发电机35。尽管所述的这个实施例应用于风力涡轮机，但根据本发明，以下描述的原理可同样应用在用于其它流体的涡轮机中，该流体包括但不限于水和气体，以及应用在其它应用和建设地点。涡轮机33与名为“用于包含气体或液态工作介质的涡轮机的系统”的美国专利申请公开号2004/0096329A1所述的涡轮机相似，该申请现已被放弃，其全部内容为了所有目的被引用纳入本文。

在工作中，涡轮机33定位在风力场39中。风力场是指越过涡轮机所扫掠过的面积的风矢量组或风矢量群。经过扫掠面积的众多风矢量通常是不同的。而且，经过扫掠面积中的特定点的风矢量随时间而变化。因此，风力场或在其它涡轮机时的流体场呈现复杂的动态力矢量组。

流体场包含至少两个组成部分。首先，流体场通常包括系统变化，通常称之为流体切变，其意味着平均流体速度在叶片扫掠整圈的上部分中高于在下部分中的平均流体速度。其次，流体场通常包括随机变化，通常称之为湍流。流体切变对于涡轮机的每圈转动在共同转动的坐标系统中产生载荷周期。被定义为被塔干扰的流体流的塔影可以产生相似变化。

参见图1至图2，涡轮机33包括定位在流路39中的两个细长的涡轮机叶片40。虽然该涡轮机如图所示具有两个叶片，但涡轮机可以配备有任何数量的叶片，这取决于涡轮机用途因素，例如涡轮机的重量考虑、尺寸和转速、流体流动状况和材料成本因素。

涡轮机叶片适合利用流体流动能量作为动力。涡轮机叶片40与发电机35的操作连接限定出有效流，能量由此从叶片被传送至传动系总成，最终被输送至发电机。能量可通过包括但不限于机械装置如传动系轴或用于将叶片动能转换为电能的电气装置的不同装置被传递。

也应注意，叶片配置还可以根据应用来调整。例如可以改变叶片形状来提高叶片效率。叶片表面形状通常允许叶片定位其中的风或流体流动驱动叶片转动。在一个实施例中，叶片适应于特殊的流体类型或特性。也可考虑其它因素来设计叶片形状，例如考虑力矩、轴向力和弯曲力、设计转速和噪音。叶片配置可按照本领域技术人员将从以上说明中理解的其它方式来改变。

涡轮机叶片40沿叶片转动轴线与轮毂42相连接。或者，叶片可以按照其它配置形式直接或间接与涡轮机轴连接，这取决于应用。在一个实施例中，轮毂是形成叶片之间刚性连接的并固定在转动轴上的罩。轮毂通常是指将转动叶片的运动传递至传动系总成44的独立部件。轮毂也可以与叶片或转动轴整合或与之成整体地形成。

涡轮机33适于使叶片响应不同事件地上下晃动，或者适于主动调节或调谐涡轮机和叶片40在风力场39中的操作，以获得更高性能。调节上下晃动作用并调谐其它相似组成部件的作用的机构可以与轮毂42整合。

轮毂刚性使轮毂成为适于上下晃动和其它这样的调节作用的构件。与其它装置不同，本发明的涡轮机具有简单的刚性有效结构，部分是因为使用刚性轮毂作为调节作用的基础。

尽管可通过涡轮机叶片产生调节作用，但轮毂可能在某些应用中提供更合适的加载位置，因为施加给叶片的力可能影响叶片性能不足补偿系数。对叶片施力也可能强化失衡，该失衡随后反映到系统中。

如下所述，本发明的轮毂结构和铰接组件可被配置用于执行各种各样的调谐作用。在一个实施例中，轮毂上下晃动的刚性和/或阻尼被调谐。虽然可互换使用，但刚性和阻尼略有不同。刚性是指抗运动性能，而阻尼是指吸收能量脉冲或衰减，例如防止对系统的突然撞击和冲击。在一个实施例中，铰接组件可以针对这些作用中的一种或两种被调节。

参见图1至图2，涡轮机系统30包括涡轮机33，它安装在舱46内且安装于塔37顶。涡轮机与发电机47相连，该发电机从涡轮机轴49的转动中产生电力。在一个实施例中，发电机供应电力给变换器和输电网(未示出)。

尤其参见图2，该轴和铰接组件56定位在轮毂的下游。在一个实施例中，铰接组件的铰接机构58被构造成枢轴或接头形式，在这里，两个构件绕水平轴线或横轴线51运动。在铰接机构一侧的轮毂和叶片相对可转动的轴枢转。于是，铰接机构的轴线51形成上下晃动轴线。

上下晃动广义上是指由叶片40扫掠形成的平面相对角度固定的构件例如轴或塔37的倾斜。上下晃动角度是指垂直于该轴的轴线53的平面和由叶片扫掠所形成的平面之间的角度。铰接机构于是决定轮毂和叶片的上下晃动角度α。上下晃动通常是指轮毂和转动的叶片相对涡轮机和塔的其余部分的倾斜，但在某些应用中，上下晃动也可指相对即将到来的流体流动或参照其它组成部件的倾斜。例如，该轴可以是非刚性或非直线的，在此情况下，上下晃动角度可能依照对其它组成部件的参照。

参见图3至图12，涡轮机33包括设置在流路54中的多个涡轮机叶片40、轮毂42和传动系44。传动系由在一端与轮毂连接的轴49、齿轮箱49和在叶片和发电机35之间的其它组成部件构成。涡轮机轮毂和叶片以允许上下晃动的方式安装在该轴上。在一个实施例中，该轴通过铰接组件56与轮毂操作连接。也可采用其它配置来可相对轴上下晃动地安装转动的叶片。

铰接组件56允许轮毂相对该轴成一角度地定向，从而轮毂轴线独立于该轴的轴线。铰接组件56在涡轮机作用线上设置在轴和轮毂之间并配置成调节两者间的角度α(图2最清楚示出)。铰接组件包括铰接机构58和控制机构60。在一个实施例中，铰接机构是简单的枢轴，其连接该轴至一个沿轮毂转动轴线从轮毂伸出的杆。尽管铰接组件在所示附图中在实体和操作上完全设置在轮毂和轴之间，但可以根据应用采用其它配置形式。铰接组件的多个部分或某些零部件可位于轴和轮毂之间，而其它部分没有位于两者之间。

涡轮机33还包括控制器组件61，配置成在涡轮机工作过程中调节铰接组件的至少一个工作特性。控制器组件包括至少一个控制机构60和控制器单元63。控制机构设计成响应来自控制器的控制信号作用于铰接机构58。

该控制器组件适合依据多个因素中的至少一个因素调节铰接组件，这些因素包括但不限于工作中的流体场变化、工作参数等。在一个实施例中，铰接控制器调谐铰接机构的刚性，以使铰接机构的上下晃动的阻尼效果最佳，从而提高涡轮机的能量产出。

铰接机构58具有上下晃动范围，其被定义为上下晃动角度α范围，轮毂42可以依据控制器组件转动经过该范围。在一个实施例中，上下晃动范围被定为-20°至20°范围。在一个实施例中，上下晃动范围小于±5°偏心。铰接组件可包括可选的上下晃动单元(未示出)，用以阻止铰接机构的上下晃动。上下晃动单元可由弹性材料构成，从而铰接机构撞击该单元的力被吸收。在不同的实施例中，设置阻尼件65来减缓铰接机构的上下晃动并且也对铰接机构施加偏压力，由此将铰接机构保持在预定的动作范围内。

上下晃动系统的动作可能取决于许多因素。在不同的实施例中，铰接控制器考虑了主要由竖向风切变引起的1-p(每转)振动。迎风风速通常在叶轮盘两侧是变化的。因为每个叶片扫过迎风风速，所以该速度通常在下方位位置(即叶片向下)上较低并在上方位位置(即叶片向上)上较高。于是，铰接控制器和下述的偏航控制器可以照顾到这样的风速波动。在不同的实施例中，控制机构考虑了被加入总风流中的风速随机变化。湍流长度尺度可以是这样的，前后相继的叶片不止一次尝试(经过)湍流。总体而言，上述因素最终影响上下晃动系统在每转中的基础振动情况。

叶片的转动可被用于确定如何也以其它方式控制涡轮机。在有两个对置叶片的涡轮机的情况下，人们将会认识到这两个叶片在理想环境中大多遇到相同状况。例如在均匀一致的风力场中，如果叶片是水平的，则叶片将遇到相等但相反的力。一个叶片将上移，而另一个叶片下移，但两者都将在扫掠方向上遇到相同的风速。该系统可以配置用于基于这些原理来监视工作状况并进而动态调节各组成部件。在不同的实施例中，该涡轮机包括处理器，该处理器在叶片经过水平面时检测作用于叶片的力之差并发送控制信号以响应调节涡轮机组成部件的特性。

在一个实施例中，铰接机构被调整成能将该系统或组成部件上的疲劳载荷整体保持在预定范围。例如当在涡轮机前方测到一阵大风时，控制器组件可增强铰接机构的刚性，以避免轮毂突然跑向一侧并撞击或触底。控制器组件也可配置为逐渐(线性地、按指数规律地或按其它形式)增强铰接机构的刚性和阻尼，从而在最大上下晃动范围触底的铰接机构的力被减小或消除。

控制器63可被配置或编程用于按照本领域技术人员将从本文说明中知道的其它相似方式调节铰接机构。如进一步所述，控制器组件61可以为了若干目的并在无数操作条件下调节铰接组件。在其使用寿命期间内，涡轮机系统通常将在正常工作阶段中工作，此时流体流动处于期望范围且涡轮机系统一般处于发电模式。可是，涡轮机系统也将经历非工作状况。例如在危险状况如强烈阵风和狂暴湍流时，可能希望为了安全和保护系统起见而调节涡轮机系统。其它模式包括但不限于低风时的启动和关闭、空转、制动、停候、安全系统关闭、电网关闭损失、偏航误差关闭和紧急停机关闭。尤其是，控制器组件可配置成就促进这些任务当中任何一个任务的实施、在这些状况中的任何状况下提高能量产出或两者而言调节铰接组件的工作特性。

在不同的实施例中，铰接控制器配置成在其它状况中调节铰接组件的刚性。当叶片经过该方位位置和风且上下晃动系统由此移“向”阻尼件时，铰接组件被固定在期望位置上，而阻尼件被压缩，载荷增大。此外，铰接控制器可以布置成能施加足够大的力来克服作用于阻尼件的力。在不同的实施例中，在铰接控制器的启动和控制过程中，铰接控制器的动作在叶片方位的那个部分和上下晃动系统动作中被永久制止。

控制器组件61也可配置成单独或与铰接组件一起调节其它系统组成部件的工作特性。在一个实施例中，控制器组件对轴或轮毂施加加速力或制动力来调节转速。作用于轴或发电机的力矩也可被相似地调整。由于控制器组件和铰接组件在操作方面与轴整合，所以在一个实施例中，轮毂和轴的操作可容易地由控制器组件调节，就像本领域技术人员从本文描述内容中知道的那样。可是，对轴工作的调节可能取决于发电机类型，例如某些可变滑差感应发电机可以针对固定的转速和/或力矩来设计。在一个实施例中，涡轮机系统包括叶片控制机构，其被配置成与针对至少一个该铰接构件的调节和轴的调节相谐调地调节叶片间距。

返回参见图1至图2，涡轮机舱46安装于塔37顶。塔是细长的竖塔。在塔中心轴线和该轴的轴线53之间的在竖直平面内的角度决定偏航角度β(如图2最清楚所示)。可选地设置偏航传感器67用于测量偏航角度。在一个实施例中，控制器61根据偏航角度调整上下晃动角度α或上下晃动阻尼和刚性。

在不同的实施例中，塔高为60米且呈截头圆锥体形，其上方直径为2米，下方直径为3米。不带涡轮机的舱约为30公吨，涡轮机接近20吨。适用于塔的材料包括但不限于钢和复合材料。在一个实施例中，塔是45吨且是淬硬钢。于是，塔和舱可以施加因与流体流动互动而合成的相当大的重力。

在不同的实施例中，涡轮机包括偏航控制系统200。该偏航控制系统包括偏航控制器202、监视组件204和偏航处理器206。偏航控制器配置成控制流体流动中的涡轮机和叶片的偏航角度。在不同的实施例中，该监视组件包括多个传感器84。至少一个传感器可以安装在叶片上，在轮毂和外叶尖之间，用于测量作用于叶片的载荷。偏航处理器配置成根据从监视组件接收的数据来检测偏航误差。

在不同的实施例中，处理器利用来自监视组件的数据计算叶片固有模式频率。依据对过去的涡轮机性能、材料数据、涡轮机参数和其它信息的了解，可以确定工作参数的正常范围并将其输入处理器。处理器随后可以根据超出正常范围的参数来确定偏航角度。在不同的实施例中，根据与标准角度的显著差异和/或极端方向变化(EDC)来检测偏航误差。人们将会从本说明书中认识到，与铰接控制器相似地，可以根据期望的应用来改变偏航控制器。

在不同的实施例中，偏航处理器考虑关于涡轮机部件的已知信息和/或纳入基于过去性能的信息。偏航处理器可以被校准，以减轻至少一个叶片的正常工作温度、重量和离心力中的至少一个因素的影响。例如，因为叶片的重量和尺寸是已知的且转速可被测量，所以人们可以预测离心力和离心刚化。偏航控制器于是可以被调整以考虑离心刚化因素。这可以针对平面内力和平面外力来进行。

在Burton、Sharpe、Jenkins和Bossanyi(Wiley 2001)的《风能手册》中，可以找到关于用于考虑离心力等其它因素的数学计算的更多信息，该手册为了所有目的被参考纳入本文。在用于固定不动的、未上下晃动的叶片的第一模式翼板固有频率计算中包括了离心刚化的一种更简单的方法是Southwell公式，其为了所有目的被参考纳入本文。

本领域技术人员将认识到，偏航控制器可以考虑与涡轮机系统的组成部件和操作相关的无数静态变量和动态变量。该控制器可以被校准以考虑已知的诸多因素。该控制器也可以根据从传感器和其它组成部件那里收到的输入被动态调节。涡轮机的铰接控制器和其它方面也可以按照相似的方式被调节。在不同的实施例中，涡轮机包括配置成动态调节各组成部件的多个控制器。在不同的实施例中，这些控制器彼此谐调地工作，为此，一个控制器的信息被传递给其它控制器。

参见图10至图12，铰接组件56可配置成主动调整轮毂42和叶片40的上下晃动，以改善性能或减小疲劳载荷。铰接组件包括用于阻尼轮毂和叶片上下晃动的阻尼组件65a。阻尼是指对运动的调整，该运动包括但不限于振动、运动幅度和运动速度。此外，铰接组件也可以配置成相对涡轮机的其余部分或者相对流体流动引导或积极定向该轮毂。例如，如果风向变了，则控制器组件可施加足够大的力来积极移动铰接组件到期望的上下晃动角度。

铰接组件还包括阻尼机构65，其配置成在轮毂定位在流体流动中时施加阻尼力至上下晃动的轮毂42。在一个实施例中，阻尼力通过铰接机构58来间接施加。在一个实施例中，铰接组件施加部分或全部的阻尼力至轮毂。

控制器组件61通过操纵控制机构60(如图12至图16最清楚所示和如下所述)来控制铰接组件56。控制机构响应来自控制器63的输入通过对阻尼组件65施力来动作。在一个实施例中，阻尼件是弹性体或等同构件，其接触铰接机构，由此对铰接机构施加弹力。控制机构是用于加载阻尼件65的操纵机构。该控制器操纵该操纵机构来调节作用于阻尼件的力，由此调整阻尼件的刚性。进而，作用于铰接机构58的偏压力被调整，其最终调节铰接机构的阻尼和刚性。根据应用，也可以采用调节铰接组件的刚性和阻尼的替代结构和方法。

参见图12，示例性的控制机构60具有活塞组件93和成组施力件。示例性的活塞组件包括在内腔中的活塞96。在正常状况下，活塞96作为阻尼件。

示例性的活塞组件还包括在力作用线上的弹簧94和阻尼件65。该示例性机构包括若干安全特征。该示例性阻尼件在正常工作中通过将其置于压缩状态而被预加载。如果在故障情况下出现能量损失，例如当存在液压回路压力损失时，则通过弹簧94的弹簧力和阻尼件65的力来保持活塞的最佳位置。该示例性机构设置成该液压回路压力损失允许弹簧驱动活塞经过路程，动作路程“R”，其可能是重要的安全特征。

活塞组件93包括内腔68和活塞70。内腔中填充有液压流体并且安置在铰接构件72的安装表面或轴安装表面82附近。活塞的一端定位在内腔中，另一端与其中一个所述安装表面对置。在工作和使用中，该活塞组件通过调整活塞内腔95中的液压被操作，这又操作活塞96。这造成活塞施加压力或解除压力，以调节阻尼件65的刚性。该液压活塞组件的附加优点是，给该系统再增加至少一层阻尼作用，因为传给铰接组件的上下晃动冲击通过该活塞组件被传递并通过液压流体被吸收。

该控制器组件根据流体流动54、涡轮机参数和其它因素调节铰接组件56。该控制器组件可以在特定时刻、以间歇方式或以连续方式调节铰接组件。在一个实施例中，该控制器允许铰接组件自由移动而不做调节。

总体参见图3至图12，将更具体说明铰接组件的结构。在一个实施例中，铰接机构58呈刚性铰接板72形式，其呈4个扇形形式具有多个安装凸缘74。安装凸缘作为承载面，配置成与轮毂42和轴49相连。铰接板72包括两个沿上下晃动轴线延伸且配置成落座于轮毂的容纳部77中的横向枢转部75。

如图10所示，铰接机构安装在轮毂上并夹持安置在轮毂和轴之间。因而，铰接板能随该轴绕轴线转动并能沿上下晃动轴线或枢转轴线51枢转。这样，铰接构件针对垂直于轴的阻尼枢转运动来设计。在一个实施例中，作用于叶片的力造成轮毂上下晃动，上下晃动力通过阻尼组件被传递给该轴。

在一个实施例中，4个阻尼件65设置在4个扇形区的每一个中，靠近铰接板安装凸缘并在其每侧，从而铰接组件共有8个阻尼件。换句话说，沿该轴的周向设置4对阻尼件。在铰接板的前侧79，每一对在轴的相对两侧安置在该前侧和相对的轮毂安装表面之间，此时，安装表面是容纳部77。在后侧81，4个阻尼件安置在铰接板和轴安装表面82之间(如图3和图10所示)。

该阻尼件可以按照替代配置形式来设置，该替代配置形式包括这样的配置，其中它远离铰接机构设置。阻尼件在铰接机构的每个角上对枢转运动施加阻尼力或偏压轴向力。这些力也可以作为以上下晃动横轴线为中心的弯矩来设计。在一个实施例中，铰接组件的一部分与轮毂整合。铰接机构58和阻尼件65以及该轮毂的一部分共同构成铰接组件56。

在一个实施例中，如果铰接组件处于中性状态，则阻尼件被压缩，从而该铰接机构被预加载。中性状态是指这样的涡轮机状态，此时存在可忽略不计的流体流动或零流体流动。在一个实施例中，上下晃动动作始终处于阻尼件的影响下。在一个实施例中，阻尼件在中性状态中未被预加载并且施加零阻尼力或可忽略不计的阻尼力。

在一个实施例中，铰接控制器组件61大体在铰接组件之外。与铰接组件配合的唯一部分是造成铰接组件的调节的部分。虽然上述配置大多采用机械结构来传递从控制器组件至铰接组件的操控，但也可以采用其它方式，包括电气方式和液压方式。

铰接组件56和控制器组件61可以具有其它的替代配置形式，这取决于设计要求。该铰接机构可以是包括该控制器组件的简单的铰接机构或连接机构。铰接组件也可以处于不接触轮毂和/或轴的配置形式。该铰接机构和控制器组件可以部分或完全地依据工作，或者依据本领域技术人员将从以上说明中理解的其它配置形式。

阻尼件可以包括但不限于弹性体、弹簧、泡沫材料等。阻尼件也可以是用于施加阻尼力的电气机构、化学机构或机械机构，例如受压活塞或螺线管。不管材料类型和配置结构如何，阻尼件65都施力或者抵抗压力。换句话说，阻尼件可以吸收能量或者反抗铰接构件因相当大而有效的上下晃动动作范围而引起的力。在一个实施例中，阻尼件在相当的动作范围内都具有固有刚性(弹性常数)。阻尼件显示出韧性并在有效动作范围内具有恒定的弹力。

阻尼件的类型和配置也可以根据涡轮机的计算性能来选择，以改善涡轮机性能。这种选择静止的阻尼件的方法的一个例子是′329公开文献，其全文为了所有目的被纳入本文。′329公开文献的阻尼件大体是静止的，因为阻尼力只响应轮毂上下晃动地改变并且根据阻尼件的固有弹性施加阻尼力。涡轮机不根据阻尼件之外的因素主动调节阻尼力。

阻尼件的总刚性可以选择用来反作用于在按照质量弹簧系统建模涡轮机系统时所预期的力。因为涡轮机叶片相对例如为5米/秒-25米/秒的风快速运动，例如叶尖速度为大约50米/秒-100米/秒，所以不期望有的力可能在整个涡轮机系统中传递。每个涡轮机叶片可能多次撞击流体的特定湍流，这意味着在此情况下也出现的湍流将具有频率ω_disturbance，该频率等于转动角频率ω_rotation。因此，阻尼件可以被选择用于控制该干扰力的不同的预期分量。

在一个实施例中，该阻尼件可以根据通过该系统或特定组成部件传递的、平均或最大的预期干扰力来选择。在一个实施例中，该阻尼件根据铰接控制器配置来选择，以改善能量产出。同样，众多其它的涡轮机组成部件可以按照相似的方式连同控制器组件的调节操作一起来选择。

在一个实施例中，该铰接构件具有基于阻尼件特性的多个预定的刚性值，每个刚性值对应于一组流体场状况。刚性值可以是渐进或递增的，例如当阻尼件是步进控制器或作用于铰接构件的类似机电装置时，情况就可以是如此。铰接组件和阻尼件可被选择成能匹配预期的流体场状况，从而铰接控制器根据预期那组流体场状况中的一个状况来选择该多个刚性值之一。

在一个实施例中，该阻尼件部分依据预期的干扰力来选择，例如其初始刚性被选择用于反作用于某干扰力。在一个实施例中，选择渐变的阻尼件，它至少可以在预定范围内进行调整。该预定范围可以根据预期干扰力、加载力等或依据优化的能量产生来确定。

返回参见图1至图2，在一个实施例中，涡轮机33包括至少一个传感器84用于测量涡轮机的参数。该传感器尤其可被用于测量在涡轮机前面的流体场的参数、偏航角度、桨距角、叶片载荷、上下晃动角度、上下晃动阻尼、轴转速和转矩。测得信息可被控制器63用来确定期望的调整量。在一个实施例中，偏航角度、流体场和上下晃动角度被测量，铰接组件根据这样的测量结果被调节。在一个实施例中，由控制器组件施加至调节上下晃动阻尼和/或上下晃动角度的铰接组件的载荷水平依据该测量值。

部分取决于应用场合的合适的传感器包括但不限于LIDAR传感器、皮托管或加速度计。传感器84可利用接触式机构或非接触式机构进行测量。接触式机构可包括但不限于LVDT、电容式接近传感器、磁致伸缩传感器和电阻传感器，其布置用于测量轮毂42上的一点和铰接组件56上的一点之间的规定距离的长短。非接触式机构可包括但不限于光学传感器、激光传感器、声学传感器、电磁传感器和接近传感器，其布置用于检测轮毂和铰接组件的相对位置。在测量铰接组件的相对位置的近距传感器的情况下，测量值可以被转换为角度坐标，以确定沿上下晃动轴线的上下晃动角度或转动速度。在一个实施例中，由塔传感器测量塔振动，控制器利用该塔振动来确定对上下晃动角度或上下晃动阻尼的调节。

参见图1至图2和图17至图18，现在将描述控制器组件61的操作方法。该控制器组件包括用于处理信息和输出控制信号的控制器63。在一个实施例中，该控制器是计算机处理器，它被配置成输入信息和输出控制信号。该控制器组件可选地与传感器84整合，用于监视涡轮机及其系统组成部件来确定对铰接组件和其它组成部件的适当调节。

在S1中，控制器63接收输入信息。输入信息可由使用者输入装置86、传感器84、其它控制装置88、其它涡轮机89(例如当在风力田中相互链接时)和类似装置发出。在一个实施例中，控制器63配置成从使用者接收输入信息。例如可能希望改变控制器的编程，而不必更换控制器或拆卸涡轮机。

在S2中，该控制器处理输入信息。该控制器可选地配置成接收输入信息并为涡轮机部件选择工作特性水平，该涡轮机部件包括但不限于该铰接组件。根据所选择的工作特性，该控制器确定所需要的调节控制信号。

在S3中，控制器63输出控制信号给控制机构60。当配置有其它风力涡轮机时，控制器也可接收来自这样的其它风力涡轮机的输入信息并输出信息给这样的其它风力涡轮机，以改善所有风力涡轮机的性能。在一个实施例中，控制器组件响应与组成部件的极限载荷、系统极限载荷或能量产出的显著变化相关的输入信息来调节上下晃动阻尼。

控制器组件也可以配置成在发挥加速或制动作用时调整铰接组件56的工作特性。例如，控制器组件可以接收表示加速作用开始如启动的输入信息并向控制机构60发出信号以增大铰接机构刚性来避免摇晃。工作特性是指组成部件在工作中的特性例如速度、转矩、刚性、阻尼等。

控制器组件61可以响应关于涡轮机的变化模式的输入信息来调整阻尼件65或其它任何组成部件。这样的模式包括但不限于维修、发电、停候和在这些模式中的每个模式之间的过渡。

在S4中，涡轮机已被调整。进而，涡轮机性能将在能量产出、疲劳载荷等方面受到影响。

在一个实施例中，传感器84测量在每个叶片40上的载荷并将测量结果作为输入值发送给控制器63，在控制器中，测量结果被比较。该控制器处理巨大差异以分析涡轮机工作，例如检测涡轮机33的停机。这样的巨大差异可能起源于各种原因，例如测量系统故障和上下晃动机构故障。

现在，将尤其参见图17至图18来说明传感器和控制器的工作。在一个实施例中，控制器63包括编程程序。控制器或许可以包括存储器和具有许多对值的查找表(LUT)87。每对值包括测量第一数值和对应的第二数值。每对值对应涡轮机的一个工作值。例如，测量第一数值可以是由前向传感器测定的风速，并且对于每个测量值，存在相应的上下晃动阻尼值。

在工作中，控制器接收作为输入值的测量第一数值并利用测量第一数值内插该查找表(如图18A所示)，以确定相应的第二数值，该控制器从测量第一数值起调节该至少一个工作特性至相应的第二数值。于是，在此例子中，控制器将接收测量风速，确定相应的上下晃动阻尼，接着，输出控制信号以调节铰接构件至所确定的上下晃动阻尼值。

在不同的实施例中，LUT可以通过添加数值组而不是数值对来改变。例如，图18B表示查找表，其中的测量值(Mx)在三个第一栏中，相应的数值(Vx)在附加栏中。每行表示在此时进行了测量的不同时间。图18C表示相似的表，其包括含有关于涡轮机工作状态的信息的栏。

该表也可由用于至少两个数值的线性方程构成或根据应用具有其它配置形式。这样，控制器可以处理任何数量的输入值来确定至少一个控制值并相应调节铰接构件和其它组成部件。在一个实施例中，控制器包括用于存储输入值或控制信号以便学习、纠错和其它应用的存储器。而且，本发明也提供用于处理输入信息并确定输出控制值以调节涡轮机的其它配置和方式。

涡轮机还可包括反馈传感器84b用于输送反馈信息给控制器63。反馈信息又可被用于改善调节控制或用于发现错误。反馈传感器也可以测量某个组成部件例如铰接组件，以查明控制器组件61和其它控制部件是否如所期望的那样在工作。

现在可以描述根据本发明的涡轮机的操作方法。在工作中，涡轮机系统30通常从流体流动动能中获得动力并将其转换为电能。涡轮机33通过传动系44与发电机35连接。发电机将轴的转动转换为输送能量，一般是电力。

涡轮机系统可选地包括发电机变换器系统，它与风力涡轮发电机相连以将电力转换为要配送给公用事业输电网的形式。可选的变换器和变压器将来自发电机的电力转换为要供给公用事业输电网的形式。发电机的类型将根据涡轮机的设计和工作而变。所产生的电力的供应还将取决于应用。涡轮机的典型用户包括但不限于小型的商业和居住用户、独立电厂和大型电站。

涡轮机所产生的电力取决于涡轮机的尺寸、规模和类型。通常，大型涡轮机的设计要求不同于中小型涡轮机的设计要求。某些实施例中，涡轮机直径介于50-70米。某些实施例中，叶片直径介于50-70米。在一个实施例中，叶片直径为55米，在10-20米/秒的计算风速下，叶片转速介于20-30rpm。涡轮机可在这种条件下利用可变滑差感应发电机产生1000kW的标称功率。

如上所述，铰接组件56和控制器组件61可被有利地用于改善或优化涡轮机的能量产出。能量产出是指从某流体流动条件中产生的能量并表示能量产生效率。相反，传统的涡轮机着眼于避免缩短涡轮机寿命和增加维护成本的危险载荷。一些传统涡轮机设计用于通过选择匹配于预期流体流动状况的组成部件来提高能量产出。

在工作和使用中，本发明的涡轮机允许在工作中调节工作参数。涡轮机的能量产生可以根据本文所述的原理被优化。概括地说，流体能量可以根据以下简化算式来估算：P＝1/2*(ρAV)V²

其中，P表示能量，ρ表示密度(kg/m³)，A表示面积，V表示流体速度。该算式是流体总能量的极度简化的表述，包括假定风从垂直方向接近涡轮机并在面积范围内具有恒定速度。给出该算式只是出于示范的目的，不过该算式可以被扩展，以考虑关于流体场和系统复杂性的其它信息，如同本领域技术人员将会从本文说明中理解到的那样。

流体流动特性不是能量产出的唯一决定条件。涡轮机工作在能量产出中扮演重要角色，在某些情况下，涡轮机工作像流体流动状况一样重要。例如在风力涡轮机应用中，风暴度可被分为0-3级。在0级风暴度，涡轮机可产生近似为3级时的两倍的能量。尽管更快速的流体流动通常增强能量，但涡轮机一般具有能量产出此时会减小的极限。而且，大范围的波动、快速变化和其它干扰因素可能不利地影响到能量产出。已经发现，本发明的装置和方法在众多优点中尤其具有提高能量产出和减轻组成部件疲劳的优点。

实际上，大多数涡轮机具有能量产生随流体速度加快而在最终消失前快速增长的范围。在一个实施例中，上下晃动角度或上下晃动阻尼被调整以便利用此事实。例如，轮毂和叶片可以相对风被定向，以优化能量产出。

如上所述的本发明涡轮机比传统涡轮机具有若干优点。其一，虽然某些传统涡轮机提供阻尼的上下晃动，但上下晃动是被动的并允许以不可控的方式发生。这样的传统涡轮机因为许多原因已获得有限成功，其中一个原因就是阻尼控制通常不足以应对系统中的失衡力。此外，阻尼控制是复杂的并且上下晃动基本上不受控制。

相反，本发明的涡轮机包括通用紧凑型铰接组件56，它可选地整体或部分地被置放到轮毂42中。本发明的涡轮机于是在比传统装置更简单并因而更可靠且成本更划算的结构中提供了更强的功能特点。

现在，可以描述涡轮机的调节过程。参见图17至图18，多个传感器84和该控制器组件61被整合到涡轮机系统30中。在一个实施例中，该控制器组件在能量产生模式中间歇地或基本连续地调节涡轮机的至少一个工作参数。多个传感器84测量或检测涡轮机系统的数值。这些传感器可以配置成测量任何事物的特性，例如流体流动、涡轮机系统或发生装置的特性。每个传感器的测量数值或检测数值作为输入信息被输送给控制器63。

控制器63处理输入信息并计算控制参数。在一个实施例中，控制器包括具有一组工作参数的查找表(LUT)。每组包括用于输入值的工作参数和用于待调整部件的相应数值。控制器从传感器接收测量值并确定一组工作参数，这组工作参数包括测量值和至少一个相应数值。控制器随后向控制机构60发出基于该相应数值的控制信号。控制机构接着响应控制信号地调节涡轮机组成部件。

在一个实施例中，控制器从多个传感器84接收至少一个输入值并依据参数得分排名来选择一个工作参数。控制器从第一传感器中接收关于由第一传感器检测的一个或多个事件的事件数据。在由传感器在一个或多个时间段内检测的数据中，事件数据尤其可以涉及流体流动、涡轮机组成部件或涡轮机工作。

随后，该控制器识别对应该事件数据的一组涡轮机工作参数。例如，控制器可以接收10m/s的风速值作为事件数据并识别对应10m/s的一组上下晃动阻尼参数。

至少对于在识别组中的部分工作参数，该控制器计算一个与工作参数相关联的性能值。在一个实施例中，能量产生与涡轮机工作参数相关联并且控制器针对每个参数计算能量产生值。在一个实施例中，性能值涉及疲劳载荷或部件寿命。

接着，该控制器根据计算出的性能值确定针对每个工作参数的参数得分。性能值越高，得分越高。该控制器接着根据为每个工作参数计算出的性能值将工作参数排名。随后，控制器根据排名情况选择其中一个工作参数。在选择工作参数时，也可以考虑除排名外的其它因素。

在选择一个工作参数后，该控制器向控制机构60发出控制信号。该控制机构因此根据该工作参数调节涡轮机。在一个实施例中，该工作参数是上下晃动角度或上下晃动阻尼水平。

随后，间歇地或基本连续地重新开始整个过程。反馈信息的使用可以被进一步整合到此过程的各个阶段中，以改善控制过程。

尽管在以上的一个段落中描述了，但控制器可以配设用于按照本领域技术人员根据以上说明将理解的许多其它方式来处理输入信息。在一个实施例中，控制器处理许多输入数据值并基于一些考虑选择一个工作值。控制器首先接收多个输入数据值，性能值与每个输入数据值相关联。接着，控制器基于一些因素的考虑选择相应一组工作参数并最终选择该组中的一个工作参数，性能值只是这些考虑因素之一。

也可以从除传感器之外的其它来源接收控制器输入信息。例如，输入信息可以从作为风力田的一部分被联系起来的其它涡轮机、用户输入或其它组成控制器中接收。

在不同的实施例中，控制器组件61′与上述的控制器组件61相似，但包括如图13所示的操纵臂91。相同的附图标记用来表示相同的零部件。与上述控制器组件61相似，控制器组件61′与铰接组件和涡轮机整合。在工作和使用中，臂被操纵以施加压力或解除压力，从而调整阻尼件65′的刚性。

在本发明的各方案中，控制器组件61″与上述的控制器组件61相似，但包括如图14所示的液压活塞组件93。相同的附图标记用于表示相同的零部件。与上述控制器组件61相似，控制器组件61″与铰接组件和涡轮机整合。

活塞组件93包括内腔95′″和活塞96′″。内腔中充填有液压流体并且该内腔靠近铰接构件72″的安装表面或轴安装表面82″。活塞的一端安置在内腔中，另一端与其中一个所述安装表面相对地设置。

在工作和使用中，该活塞组件通过调整活塞腔95′″内的液压力被操纵，该液压力又操纵活塞96′″。这造成活塞施加压力于每个安装表面上或解除压力，由此约束或放宽铰接构件的上下晃动。

示例性的活塞组件包括弹簧94′″，它按照弹簧94形式构成。如果在故障情况下发生能量损失，则主要通过弹簧力来保持活塞最佳位置。该示例性机构也保证了这样的液压回路压力损失允许弹簧移动活塞。

在不同的实施例中，控制器组件61′″与上述的控制器组件61相似，但包括如图15所示的调整阻尼件65′″的机电装置。已用相同的附图标记来描述相同的零部件。与上述的控制器组件61相似，控制器组件61′″与铰接组件和涡轮机整合。控制器组件61′″包括在铰接构件72′″的安装表面和轴安装表面82′″之间的螺线管98。电线100连接控制器63′″和螺线管。在工作和使用中，螺线管被启动以施加或解除压力，由此调节阻尼件65′″的刚性。

在不同的实施例中，控制器组件61″″与上述的控制器组件61相似，但包括如图16所示的多个阻尼件65″″和流体致动器。该阻尼件夹住一个活动构件。根据每个阻尼件的力和尺寸的控制，在两个示例性阻尼件之间设有控制阀。控制器组件61″″的工作原理与以上描述的工作原理相似。

为便于后续权利要求中的解释和准确定义，术语“上”、“上方”、“下”、“下方”、“内侧”和“外侧”被用于参照该特征的如图所示的位置来描述本发明特征。

在许多方案中，各特征的诸多修改类似于在先前改动中的那些修改，后跟有下标“a”、“b”、“c”和“d”的相同附图标记表示相应的零部件。

以上对本发明的特定实施例的说明是为了说明和描述的目的而给出的。它们不是穷举性的或不是要限制本发明到所披露的具体形式，显然，可以根据以上教导做出许多改动和变化。选择和描述这些实施例是为了最佳地解释本发明的原理及其实际应用，由此能使其他本领域技术人员最佳地利用本发明，包含各种改动的不同实施例适用于既定的特定用途。在此想要通过后附的权利要求书及其等同来限定本发明的范围。

Claims (70)

1.一种与涡轮发电机连用的涡轮机，该涡轮机包括：

定位在流路中的至少一个涡轮机叶片；

安装该至少一个涡轮机叶片的轮毂；

通过铰接组件与该轮毂操作连接的可转动的轴，该轮毂的轴线独立于该轴的轴线；

设置在该轴和该轮毂之间且配置成调节该轴和该轮毂之间角度的铰接组件；

控制器组件，配置成在涡轮机的工作过程中调整该铰接组件的至少一个工作特性。

2.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征是，该至少一个工作特性是该铰接组件的上下晃动角度。

3.根据权利要求2所述的涡轮机，还包括安装该涡轮机的细长的塔，其特征是，该上下晃动角度被调整，以在该至少一个涡轮机叶片经过该塔时增大间隙距离。

4.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征是，该至少一个工作特性是刚性或施加于该铰接组件的上下晃动的阻尼力。

5.根据权利要求4所述的涡轮机，其特征是，该轴的转动速度根据轮毂调整情况被调整。

6.根据权利要求4所述的涡轮机，该铰接组件还包括将该轮毂安装在该轴上的刚性的铰接构件，该铰接构件包括：

配置成使轮毂转动与轴转动相关联的连接机构；

横向枢转件，配置成允许该铰接构件垂直于该轴做枢转运动；

阻尼件，靠近该铰接构件且配置成对该刚性的铰接构件施加轴向力，由此阻尼该铰接构件的枢转。

7.根据权利要求6所述的涡轮机，该铰接组件包括在该轴的相对两侧的且定位在该铰接构件的前侧和该轮毂的相对表面之间的一对阻尼件。

8.根据权利要求6所述的涡轮机，该轴包括沿主转动体设置但与主转动体错开的刚性安装表面，该轮毂包括与该铰接构件对置的安装表面，其中该铰接组件还包括多对阻尼件，该铰接构件包括多个安装凸缘，所述多个安装凸缘围绕该铰接构件的中心轴线等间距布置且定位在该轴安装表面和该轮毂安装表面之间，每对阻尼件以夹持在该凸缘和该轮毂的或该轴的刚性表面之间的方式定位在该安装凸缘的相对两侧上。

9.根据权利要求8所述的涡轮机，该铰接组件包括四个凸缘和四对阻尼件。

10.根据权利要求6所述的涡轮机，该阻尼件具有渐变的刚性(k)，该控制器配置成对该阻尼件施力，由此调节该阻尼件的刚性(k)。

11.根据权利要求10所述的涡轮机，其特征是，该阻尼件是弹性材料。

12.根据权利要求10所述的涡轮机，其特征是，该控制器包括：

靠近该轴安装表面的内腔；

活塞，其一端定位在该内腔的内侧，其相反一端与该阻尼件连接，该活塞的轴线不同于该轮毂轴线，其中该活塞的操作调整作用于该阻尼件的压力。

13.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征是，该铰接组件包括具有抵抗以横轴线为中心的铰接组件角度的变化的初始刚性(k)的阻尼件，其中该至少一个工作特性是抵抗在涡轮机工作中的角度变化的工作刚性(k)。

14.根据权利要求13所述的涡轮机，其特征是，该至少一个叶片具有相对铰接组件的质量惯性因子(J_turbine)，该至少一个叶片适于通过流体流动而移动，该流体流动的流向基本垂直于该至少一个叶片的转动平面，该流体流动在该流动方向上具有变化的流动速度，从而该涡轮机受到干扰力的影响，该干扰力包括由角频率(ω_rotation)构成的干扰频率(ω_disturbancc)，其中该铰接组件具有如此计算的固有频率(ω_resonance)：ω_resonance＝√(k/J_turbine)，并且该阻尼件的工作刚性(k)被周期性调节，从而该涡轮机的特点是该铰接机构的刚性(k)、该至少一个叶片的质量惯性因子(J_turbine)和角频率(ω_rotation)根据条件ω_resonance≠√(k/J_turbine)是对应的。

15.根据权利要求14所述的涡轮机，其特征是，在该铰接组件的固有频率计算中加入离心力和该至少一个叶片在转动中的空气动态阻尼中的至少一个。

16.根据权利要求14所述的涡轮机，其特征是，该铰接组件的工作刚性(k)被基本上连续调整。

17.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征是，该控制器配置成在该至少一个叶片的加速和制动过程中调整该至少一个工作特性。

18.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征是，该控制器配置成响应该至少一个涡轮机叶片的载荷变化来调节该至少一个工作特性。

19.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征是，该控制器响应在该至少一个涡轮机叶片上游的即将到来的流路变化主动调节该至少一个工作特性。

20.根据权利要求18所述的涡轮机，其特征是，该铰接组件具有多个预定的工作特性值，该控制器配置成根据关于该至少一个叶片的载荷的输入信息选择该多个数值中的一个。

21.根据权利要求19所述的涡轮机，其特征是，该涡轮机是风力涡轮机，该载荷是疲劳载荷、风湍流载荷、风切变载荷和该涡轮机的转动惯性载荷中的一个。

22.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征是，该控制器包括多个数值对的查找表(LUT)，每个数值对包括对应第二数值的测量第一数值，每个数值对对应该涡轮机的工作数值，其中该控制器接收作为输入的测量第一数值并利用该测量第一数值内插该LUT以确定相应的第二数值，该控制器从该测量第一数值调节该至少一个工作特性至该相应的第二数值。

23.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征是，该控制器组件包括：用于处理输入信息并发出控制信号的控制处理器；配置成响应输入信息调整该至少一个工作特性的控制机构。

24.根据权利要求23所述的涡轮机，其特征是，该控制机构对铰接组件施加弯矩以调整该铰接组件的刚性或阻尼。

25.根据权利要求23所述的涡轮机，还包括反馈传感器，该反馈传感器配置成测量该涡轮机的工作参数并作为输入信息传输关于该参数的信号给该控制器。

26.根据权利要求23所述的涡轮机，还包括反馈传感器，该反馈传感器配置成测量即将到来的流体的参数并作为输入信号传输关于该参数的信息给该控制器。

27.根据权利要求25所述的涡轮机，其特征是，该工作参数是转动速度、轴转矩、空气动态阻尼、离心刚化和叶片疲劳载荷中的一个。

28.根据权利要求25所述的涡轮机，其特征是，该工作参数是干扰力、剪切力、流体加速度、流体冲击和流体速度中的一个。

29.根据权利要求23所述的涡轮机，还包括桨距调节器，用于相对该轮毂控制该至少一个叶片的桨距角。

30.根据权利要求29所述的涡轮机，还包括：

用于测量该桨距角的第一传感器；

用于测量该铰接组件的上下晃动角度的第二传感器，其中该控制器组件依据该桨距角调节上下晃动角度或上下晃动阻尼。

31.一种用于产生电力的风力涡轮机系统，包括：

塔；

叶轮组件，设置在该塔上并包括定位在流体流动中且设置成通过铰接组件绕轴线转动的至少一个叶片；

铰接组件，配置成调节该叶轮组件的上下晃动角度；

铰接机构刚性和阻尼改变机构；

提供表示由该风力涡轮机系统产生的实际力矩/能量的实际力矩/能量信号的机构；

处理机构，提供表示期望所产生的力矩/能量的参考力矩/能量信号并给该铰接机构刚性和阻尼改变机构提供呈实际力矩/能量信号和参考力矩/能量信号之差的函数的形式的刚性和阻尼参考信号，其中，刚性和阻尼信号的提供的特点是：

设置在该塔、该叶轮组件和该叶片中的至少一个上的动作响应机构，该动作响应机构根据该至少一个叶片的动作、前向流体流动和铰接组件动作中的至少一个来提供动作信号，

该处理机构包括用于提供呈该动作信号和该实际力矩/能量信号与该参考力矩/能量信号之差的函数的形式的刚性和阻尼参考信号的机构。

32.根据权利要求31所述的风力涡轮机系统，该动作响应机构包括加速度计，其中该处理机构包括用于提供呈动作信号的积分函数形式的刚性和阻尼信号的机构。

33.根据权利要求31所述的风力涡轮机系统，该动作响应机构包括加速度计，其中该处理机构包括用于提供呈基于实际力矩/能量信号和参考力矩/能量信号之差的信号和动作信号之和的积分函数的形式的刚性和阻尼信号的机构。

34.根据权利要求31所述的风力涡轮机系统，其特征是，该处理机构包括提供呈运动信号的带通滤波函数形式的刚性和阻尼参考信号。

35.根据权利要求23所述的涡轮机，还包括：细长的竖塔，在该塔的轴线和该轴之间的在竖直平面内的角度决定偏航角度；测量偏航角度的传感器，其中，该控制器根据该偏航角度调整上下晃动角度或上下晃动阻尼。

36.根据权利要求1所述的涡轮机，还包括前向传感器，用于测量在该流路中的该至少一个叶片上游的流路变化，其中该控制器响应该前向传感器的测量结果调整该至少一个工作特性。

37.根据权利要求36所述的涡轮机，其特征是，该前向传感器是LIDAR传感器。

38.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征是，该涡轮机包括两个对称的从轮毂的相对两侧伸出的叶片。

39.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征是，该涡轮机是风力涡轮机。

40.一种与涡轮发电机连用的涡轮机，该涡轮机包括：用于定位在流体场中的至少一个细长的涡轮机叶片，该至少一个叶片安装在轮毂上；与该轮毂转动连接的可转动的轴；与该轮毂和该轴相连的调节机构，该调节机构配置成响应在工作中的流体场变化调节该轮毂或该轴的工作参数。

41.根据权利要求40所述的涡轮机，其特征是，该流体场是风力场，并且该轴通过铰接机构与该轮毂连接。

42.根据权利要求41所述的涡轮机，其特征是，该调节机构调节轮毂上下晃动角度、轮毂上下晃动阻尼、轴转动速度和轴转矩中的至少一个。

43.根据权利要求41所述的涡轮机，其特征是，该调节机构对该轮毂施加弯矩。

44.根据权利要求43所述的涡轮机，该铰接机构包括铰接板，该铰接板以夹在该轮毂的安装表面和该轴的安装表面之间的配置形式配备有横向枢转轴线，还包括设在该铰接板的相对两侧且用于阻尼该铰接板的枢转运动的多个阻尼件。

45.根据权利要求44所述的涡轮机，其特征是，该调节机构包括铰接控制器，其配置成可调地对所述多个阻尼件施力，由此调节该轮毂的弯矩或刚性。

46.根据权利要求45所述的涡轮机，其特征是，由该铰接控制器施加的力基于在该涡轮机前方的流体场的测量结果。

47.根据权利要求42所述的涡轮机，还包括叶片控制机构，配置成与利用该调节机构的调节谐调地至少调整该至少一个叶片的桨距。

48.根据权利要求41所述的涡轮机，其特征是，该调节机构调整该轴和该轮毂的工作参数。

49.根据权利要求41所述的涡轮机，其特征是，该调节机构调整该工作参数以针对一定的风力场优化工作。

50.根据权利要求41所述的涡轮机，其特征是，该调节机构依据该涡轮机的工作条件来调整该工作参数。

51.一种适合与涡轮发电机连用的涡轮机，该涡轮机包括：

用于定位在流体场中的至少一个涡轮机叶片；

沿该至少一个叶片的转动轴线安装该至少一个涡轮机叶片的轮毂；

通过铰接组件与该轮毂操作连接的可转动的轴；

设置在该轮毂和该轴之间的铰接组件，该铰接组件配置成控制该轮毂定向在风流方向上，该铰接组件包括：

铰接构件，该铰接构件形成该轴和该至少一个叶片的转动轴线之间的上下晃动角度，该铰接构件包括阻尼件并具有抵抗角转运动的刚性，

配置成调整该铰接构件运动的刚性的铰接控制器，

其中，该铰接控制器配置成响应在工作中作用于该至少一个叶片或该轴的载荷调节该刚性。

52.根据权利要求51所述的涡轮机，其特征是，该流体场是风力场。

53.根据权利要求51所述的涡轮机，其特征是，该铰接构件被预加载。

54.根据权利要求51所述的涡轮机，其特征是，该阻尼件具有多个预定的刚性值，每个刚性值对应一组流体场条件，其中该铰接控制器根据该组流体场条件中的一个来选择该多个刚性值中的一个。

55.根据权利要求51所述的涡轮机，其特征是，该铰接控制器包括配置成调整该铰接构件上下晃动的阻尼或刚性的铰接控制机构，其中该铰接控制器依据该涡轮机的工作状况选择铰接构件刚性值。

56.一种用于产生能量的系统，包括涡轮发电机连同根据权利要求51所述的涡轮机。

57.一种用于从风流中产生能量的风力涡轮机系统，该系统包括：

风力涡轮机，其包括：

用于定位在风流中的至少一个涡轮机叶片；

沿该至少一个叶片的转动轴线与该至少一个涡轮机叶片连接的轮毂；

通过铰接组件与该轮毂操作连接的转动轴；

设置在该轮毂和该轴之间的铰接组件，该铰接组件配置成控制该轮毂在该风流的方向上定向，该铰接组件包括：

形成该轴和该轮毂之间的上下晃动角度的铰接构件，该铰接构件包括阻尼件并具有抗角转运动刚性；

配置成调节该铰接构件的抗角转运动刚性的铰接控制器；

其中，该铰接控制器配置成响应风流和该至少一个叶片的载荷中的至少一个调节刚性；

风力涡轮发电机，它与该风力涡轮机连接以将该轴的转动转换为电力。

58.根据权利要求57所述的风力涡轮机系统，还包括发电机变换器系统，它与该风力涡轮发电机相连以将该电力转换为用于配送给公用事业输电网的形式。

59.一种调节在流体流动中的流体涡轮机的方法，该方法包括：

提供流体涡轮机，其包括：

定位在流体流动中的至少一个涡轮机叶片；

沿该至少一个叶片的转动轴线与该至少一个涡轮机叶片链接的轮毂；

通过铰接组件与该轮毂操作连接的转动轴；

设置在该轮毂和该轴之间的铰接组件，该铰接组件配置成控制该轮毂定向在风流方向上，该铰接组件包括：

形成该轴和该至少一个叶片的转动轴线之间的上下晃动角度的铰接构件，该铰接构件包括阻尼件并具有抗角转运动刚性；

铰接控制器，配置成调节该铰接构件运动的刚性；

响应该流体流动的变化主动调节该铰接构件的刚性。

60.根据权利要求59所述的方法，其特征是，该流体流动是风流。

61.一种从流体流动中产生能量的方法，该方法包括：

提供一种配置成定位在可变的流体流路中的涡轮机，该涡轮机包括：

定位在该流体流路中的至少一个涡轮机叶片；

沿该至少一个叶片的转动轴线与该至少一个涡轮机叶片连接的轮毂；

通过铰接组件与该轮毂操作连接的可转动的轴；

设置在该轮毂和该轴之间的铰接组件，该铰接机构配置成控制该轮毂定向在该流体流动的方向上，该铰接机构包括：

形成该轴和该至少一个叶片的转动轴线之间的上下晃动角度的铰接构件，该铰接构件包括阻尼件并具有抗角转运动刚性，

配置成调节该铰接构件的刚性的铰接控制器；

提供与该涡轮机连接的涡轮发电机，该涡轮发电机配置成将该轴的机械运动转换为电力；

将该涡轮机定位在该流体流路中；

从该涡轮发电机收集电力。

62.根据权利要求61所述的方法，其特征是，该流体流动是风。

63.一种用于可调地阻尼涡轮机轮毂的上下晃动的阻尼组件，该阻尼组件包括：配置成当定位在流体流动中时施加阻尼力给上下晃动的涡轮机轮毂的阻尼机构；根据该流体流动调节该阻尼机构的阻尼力的控制器。

64.根据权利要求63的阻尼组件，还包括用于调节该涡轮机的转动轴的转矩的转矩控制器，其中该转矩控制器根据该阻尼力调节转矩。

65.根据权利要求63的阻尼组件，还包括调节该涡轮机的涡轮机叶片的桨距角的叶片桨距控制器，该叶片桨距控制器根据阻尼力调节叶片桨距。

66.一种操作定位在流体流动中的流体涡轮机的方法，包括：

在一个或多个第一时间期间内从第一传感器接收关于由第一传感器检测的事件的事件数据；

利用查找表识别对应该事件数据的一组涡轮机工作参数；

至少针对在所识别的该组工作参数的一部分计算与该工作参数相关联的性能值；

针对所识别的该组的计算部分，依据计算出的性能值确定用于每个工作参数的参数得分；

根据该参数得分来排名该工作参数；

依据该排名来选择其中一个所述工作参数；

根据所选择的工作参数来调节上下晃动阻尼、上下晃动角度和偏航角度中的至少一个。

67.根据权利要求66所述的方法，其特征是，第一传感器测量即将到来的流体流动的至少一个性能。

68.根据权利要求66所述的方法，其特征是，第一传感器测量该涡轮机的组成部件的至少一个性能。

69.根据权利要求66所述的方法，其特征是，该性能值涉及涡轮机能量产出和组成部件疲劳之一。

70.根据权利要求67所述的方法，还包括：在一个或多个第一时间期间内从第二传感器接收关于一个或多个由第二传感器检测的事件的事件数据，其中该组工作参数的识别依据同第一事件数据和第二事件数据的对应。

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