DE3110263A1

DE3110263A1 - Windturbinenblattanstellwinkelregelsystem

Info

Publication number: DE3110263A1
Application number: DE19813110263
Authority: DE
Inventors: Philip Earl 06117 West Hartford Conn. Barnes; Millard Girard 06109 Wethersfield Conn. Mayo; Robert 06117 West Hartford Conn. Sherman
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1980-03-17
Filing date: 1981-03-17
Publication date: 1982-03-25
Also published as: BR8101492A; FR2478218B1; GB2071781B; NO810843L; US4348155A; AU6841281A; FR2478218A1; ZA811359B; FI810813L; ES8204073A1; IN153214B; NO157793C; ES500375A0; SE8101614L; DK105281A; GB2071781A; IL62274A0; NL8101232A; NO157793B; CA1146078A

Description

Windturbinenblattaastellwinkelregelsystem

Die Erfindung bezieht sich auf Windturbinen und betrifft insbesondere ein System zum wahlweisen Einstellen des Anstellwinkels von im Anstellwinkel verstellbaren Windturbinenblättern.

Zur.Verbesserung der Leistungsfähigkeit sind Windturbinen manchmal mit verstellbaren Blättern versehen. Der Anstellwinkel solcher Blätter wird eingestellt, indem die Blätter um ihre Längsachsen wahlweise gedreht werden, wodurch ermöglicht wird, daß die Windturbine mit optimalem Wirkungsgrad bei veränderlichen Windbedingungen arbeitet, daß der Hochlauf der Windturbine unterstützt wird und daß ein Betrieb der Windturbine mit überdrehzahl bei hohen Windgeschwindigkeiten verhindert wird, indem der Blattanstellwinkel maximiert wird oder die Blätter in Segelstellung gebracht werden.

Verschiedene Vorrichtungen und Regelsysteme zum Verändern des Anstellwinkels von Windturbinenblättern sind bereits vorgeschlagen worden. Ein derartiges System ist in der US-PS 4 083 651 beschrieben. Bei diesem System werden Pendelteile benutzt, die zentrifugal auf die Rotodrehzahl der Windturbine ansprechen, um die Windturbinenblätter zu verdrehen, wodurch ein ausgewählter Blattanstellwinkel in dem gesamten Betriebsbereich der Windturbine eingestellt wird. Es ist klar, daß der Blattanstellwinkeleinstellbereich eines solchen Systems durch das zentrifugale Ansprechen der Pendel begrenzt wird und automatisch ist, weil das Ansprechen nur auf die Betriebsparameter des Systems erfolgt und deshalb nicht bei Bedarf übersteuert werden kann.

Zur kontinuierlichen Steuerung des Windturbinenblattanstellwinkels ist es erwünscht, hydraulische Steuersysteme vorzusehen, bei denen Hydrauliköl wahlweise hydraulischen. Stellantrieben, die mit verstellbarer. Windturbinenblättern in Wirkverbindung stehen, zugeführt und aus denselben abgelassen wird. Hydraulische Steuersysteme, die nach einem solchen allgemeinen Prinzip arbeiten, sind bereits in Anstellwinkelsteuersystemen für Flugzeugpropeller benutzt worden, und Beispiele von solchen hydraulischen Propell«:rblattsteuersystemen finden sich in den ÜS-PSen 2 611 440, 2 809 702, 3 004 608 und 3 163 233. Die in diesen Patentschriften beschriebenen Systeme haben im allgemeinen einen einzelnen Hydraulikmotor, der die Propellerblätter im Gleichlauf um deren Längsachsen in einer einzigen mechanischen Bewegung bei der normalen Anstellwinkeländerung und in Notfällen bei der Herstellung der Segelstellung antreibt. In solchen Systemen wird Hydrauliköl aus einer Hauptpumpe dem Motor für die normale Anstellwinkelverstellung zugeführt. Eine Reserve- oder Sekundärpumpe liefert dem Motor unter Druck stehendes Hydrauliköl zum Herstellen der Segelstellung oder bei einem Ausfall der Hauptpumpe. Aus einer Anzahl von Gründen sind diese Propellersteuersysteme für die

Verwendung bei Verstellwindturbinen nicht völlig geeignet. Beispielsweise ist es bei einer Verstellwindturbine im allgemeinen erwünscht, daß dia Turbine unabhängig voneinander bewegliche Blätter hat. Diase Möglichkeit ist mit keinem der aus den vorgenannten Patentschriften bekannten Systeme ohne Duplizierung des gesamten Hydrauliksystems und der mechanischen Bewegung, die darin beschrieben sind, möglich. Eine solche Duplizierung würde sich aus wirtschaftlichen Gründen selbstverständlich verbieten und den Wirkungsgrad der Turbine durch zusätzliches beträchtliches Gewicht an der Turbinennabe beträchtlich verschlechtern. Weiter ist es erwünscht, eine Redundanz in demjenigen Teil des Anstellwinkelsteuersystems zu haben, der die Notblattsegelstellung steuert, um dadurch die Gefahr einer Beschädigung der Turbine aufgrund des Ausfalls eines der Segelstellungssteuerteile des Systems zu minimieren. Diese Redundanz in dem Segelstellungssteuersystemteil ist mit den bekannter Systemen, die in den vorgenannten Patentschriften beschrieben sind, ohne weitere Duplizierung dieser Systeme selbstverständlich auch nicht zu erreichen. Darüber hinaus sollten diese redundanten Segelstellungssteuerteile des Systems von einander hydraulisch getrennt werden können, so daß ein Versagen eines Segelstellungssteuersystems, beispielsweise aufgrund eines; Druckabfalls durch Leckage, das andere oder Reservesegelstellungssteuersystem nicht nachteilig beeinflußt. Die Propellerblattanstellwinkelsteuersysteme, die aus den vorgenannten Patentschriften bekannt sind, sind für eine solche unabhängige und redundante Segelstellungssteuerung weder geeignet noch vorgesehen.

Weitere Flugzeugpropelleruteuersysteme sind in den üS-PSen 2 505 206, 2 556 700 und 2 507 671 beschrieben. Diese Systeme ermöglichen, wie die zuvor erläuterten, insgesamt eine Anstellwinkelverstellung und eine Segelstellung von mehreren Flugzeugpropellerblättern im Gleichlauf. Anders als die Systeme, die in den vorgenannten Patentschriften beschrieben sind, werden bei den aus diesen Patentschriften bekannten Systemen

Speicher oder passive Hydraulikölquellen als Reserve für eine Hauptpumpe für das Herstellen der Blattsegelstellung benutzt. Es ist jedoch klar, daß die Verwendung eines Speichers nichts daran ändert, daß diese Systeme nicht an die Windturbinenblattanstellwinkel- und -Segelstellungssteuerung anpaßbar sind, bei der eine unabhängige Verstellbewegung jedes Blattes und hydraulisch getrennte Hydraulikölquellen zum Herstellen der Segelstellung erforderlich sind.

Es ist deshalb Hauptziel der Erfindung, ein Windturbinenblattanstellwinkelregelsystem zu schaffen, daß die Nachteile der bekannten Windturbinen- und Propellerblattanstellwinkelsteuersysteme beseitigt.

Bei dem Windturbinenblattanstellwinkelregelsystem nach der Erfindung wird jedes Windturbinenblatt bei der Anstellwinkeleinstellung und bei der Herstellung der Segelstellung unabhängig betätigt.

Weiter sind bei dem Windturbinenblattanstellwinkelregelsystem unabhängige redundante Segelstellungssteuereinrichtungen vorgesehen.

Schließlich kann das Windturbinenblattanstellwinkelregelsystem nach der Erfindung wirtschaftlich hergestellt werden, und es beeinträchtigt die Leistungsfähigkeit der Windturbine minimal.

Das WindturbinenblattanstellwLnkelregelsystem nach der Erfindung enthält mehrere hydraulische Stellantriebe, die mit jedem Windturbinenblatt in Wirkverbindung stehen, um das Blatt um dessen Längsachse zu drehen. In der bevorzugten Ausführungsform treiben wenigstens zwei derartige Stellantriebe jedes Blatt an, so daß der Ausfall eines Stellantriebs oder des diesen mit Hydrauliköl versorgenden Hydrauliksystems durch den zweiten Stellantrieb kompensiert wird. Das System enthält weiter eine erste und eine redundante zweite Hydraulikölquelle,

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die die Stellantriebe für die normale Blattanstellwinkelverstellung und für das Herstellen der Segelstellung der Blätter, wenn die Turbine stillzusetzen ist oder ein überdrehzahlschutz bei hohen Windgeschwindigkeiten erforderlich ist, versorgen. Hydrauliköl aus der ersten und der zweiten Quelle wird über Verteilventile zu den Blattstellantrieben geleitet, wobei die Ventilschieber der Verteilventile mit den Blättern selbst mechanisch verbunden sind und durch das Drehen der Blätter um deren Längsachsen in die Nullstellung gebracht werden. In dem System wird eine erste Steuereinrichtung benutzt, die die Zufuhr von Hydrauliköl aus der Hydraulikölquelle zu den Verteilventilen steuert, und eine zweite Steuereinrichtung, die die Zufuhr von Hydrauliköl aus den redundanten zweiten Quellen zu den Verteilventilen steuert, so daß Hydrauliköl aus irgendeiner der zweiten redundanten Quellen wenigstens einem Stellantrieb, der jedem der Windturbinenblätter zugeordnet ist, völlig unabhängig von den anderen redundanten Quellen oder Stellantrieben, die jedem Blatt zugeordnet sind, zugeführt wird. Sollte einer der Blattstellantriebe oder eine der zweiten Quellen versagen, bewirkt daher der verbleibende arbeitende Stellantrieb das Herstellen der Segelstellung des Blattes ohne die Gefahr eines Druckabfalles aufgrund des Versagens des ausgefallenen Stellantriebes oder der ausgefallenen Quelle. Das Regelsystem enthält außerdem servobetätigte Segelstellungsverriegelungen, die die Blätter in der Segelstellung mechanisch verriegeln, und eine servofcetätigte Wipparretierung (teeter lock), die die Ebene der Turbinenblattsp Ltzen in ei tier Winkellage arretiert, welche gegenüber der Vertikalen versetzt ist, um die Gefahr zu minimieren, daß die Blätter bei hohen Windgeschwindigkeiten mit der Tragkonstruktion dor Turbine in Berührung kommen.

Zwei Ausführungsbeispielo der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

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Fig. 1 ein Schema einer bevorzugten Ausführunsform

des Windturbxnenblattanstellwinkelregelsystems nach der Erfindung und

Fig. 2 ein Schema einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Blattanstellwinkelregelsystems nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt das Regelsystem nach der Erfindung in Verbindung mit zwei im Anstellwinkel verstellbaren Windturbinenblättern 10 und 15, die sich von Fußteilen 20 und 25 nach außen erstrecken. Das Regelsystem nach der Erfindung ist zwar in Verbindung mit zwei Windtarbinenblättern dargestellt, es ist jedoch klar, daß dieses .System bei jeder Anzahl von Blättern in gleicher Weise brauchbar ist. Das Blatt 10 wird im Gegenuhrzeigersinn um seine Längsachse gedreht, während das Blatt 15 im Uhrzeigersinn um seine Längsachse gedreht wird, um den Anstellwinkel zu vergrößern und die Blätter in Segelstellung zu bringen (wie dur^h die Pfeile an den Fußteilen 20 und 25 angedeutet). Dieses Drehen der Blätter 10 und 15 erfolgt durch mehrere hydraulische Stellantriebe 30 bis 45, von denen die Stellantriebe 30 und 35 das Blatt 10 antreiben, während die Stellantriebe 40 und 45 das Blatt 15 antreiben. Die Stellantriebe werden mit unter Druck stehendem Hydrauliköl aus einer ersten Hydraulikölquelle 50 über Verteilvorrichtungen 55 versorgt, wobei der Zufluß von Hydrauliköl aus der ersten Quelle 50 durch eine erste Steuereinrichtung 60 gesteuert wird. Sollte der Hydraulikölbedarf der Stellantriebe 30 bis 45 die Liefermöglichkeit der Quelle 50 übersteigen, beispielsweise wenn große Blattansfeellwinkeländerungen oder das Herstellen der Segelstellung erforderlich ist, wird weiteres Hydrauliköl über die Verteilvorrichtungen 55 aus redundanten zweiten Hydraulikölquellen 65 geliefert. Die Steuerung der Hydraulikölzufuhr aus den Quellen 65 erfolgt durch eine zweite Steuereinrichtung 70. Zum Minimieren des Gewichtes der mechanischen Verbindungen zwischen den Stellantrieben

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bis 45 und den Blättern 10 und 15 sind die Stellantriebe vorzugsweise auf der drehbaren Blattnabe (nicht gezeigt) angebracht, beispielsweise auf die in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung der Anmelderin, für die die Priorität der US-Patentanmeldung, Serial No. 130 659 , vom 17. März 1980 in Anspruch genommen worden ist, beschriebene Weise. Zum Minimieren von Grenzflächen zwischen feststehenden und drehbaren Hydraulikölkanälen ist das gesamte Regelsystem nach der Erfindung, mit Ausnahme der ersten Quelle 50, auf der drehbaren Nabe angeordnet. Die Quelle 50 ist vorzugsweise in der stationären Windturbiciengonde 1 (nicht gezeigt) oder an einem anderen stationären Konstruktionsteil angeordnet, wobei die Verbindung zwischen der ersten Quelle und dem übrigen Teil des Regelsystems über eine Grenzfläche 75 zwischen drehbaren und stationären Teilen hergestellt wird.

Die Stellantriebe 30 bis 45 enthalten jeweils einen doppeltwirkenden Zylinder 80, der einen hin- und herbeweglichen Kolben umschließt, welcher mit dem Fuß eines zugeordneten Blattes durch eine Verbindungsstange 90 verbunden ist. Die Zylinder werden in der üblichen Weise mit Druck beaufschlagt und abgelassen, was die erwünschte Bewegung der Kolben zur Folge hat. Die Zylinder sind an ihren Enden 95 an der Nabe angelenkt, während die Verbindungsstangen an dem zugeordneten Blattfuß an einer Stelle 100 angelenkt sind, wodurch die Druckbeaufschlagung eines Zylinders auf einer Seite des Kolbens und das Ablassen des Zylinders auf der anderen Seite des Kolbens eine geradlinige Bewegung des Kolbens und ein Drehen des zugeordneten Blattes um dessen Längsachse verursacht. Die Zylinder werden über Leitungen mit Druck beaufschlagt und abgelassen, die in Verbindung mit der Verteilvorrichtung 55 stehen, welche Schieberventile 105 bis 120 aufweist. So wird der Stellentrieb 30 über Leitungen 125 und 130 mit Druck beaufschlagt und abgelassen, die mit dem Ventil 105 in Verbindung stehen; der Stellantrieb 35 wird über Leitungen 135 und 140 mit Druck beaufschlagt und abgelassen, die mit dem Ventil 110 ir Verbindung stehen; der Stellan-

trieb 40 wird über Leitungen 145 und 150 mit Druck beaufschlagt und abgelassen, die mit dem Ventil 115 in Verbindung stehen, und der Stellantrieb 45 wird über Leitungen 155 und 160 mit Druck beaufschlagt und abgelassen, die mit dem Ventil 120 in Verbindung stehen. Die Ventile 110 und 120 stehen mit der ersten Quelle 50 über eine Hauptzufuhrleitung 165, eine Leitung 370 und Leitungen 170 und 175 in Verbindung, mit der zweiten Quelle 320 stehen sie über die Leitungen 170 und in Verbindung, und mit dem Ablaß 180 sind sie über eine Hauptablaßleitung 185 und Zweigablaßleitungen 190, 195 und 202 verbunden. Ebenso sind die Ventile 105 und 115 mit der Quelle 50 über Leitungen 165, 370, 205 und 200 verbunden, mit der redundanten zweiten Quelle 325 über Leitungen 200 und 205 und mit dem Ablaß über die Hauptablaßleitung 185 und die Zweigablaßleitung 202. Die Zapfventile 105 bis 120 haben, wie dargestellt, jeweils ein Ventilgehäuse 215 mit öffnungen, die mit den unmittelbar vorstehend angegebenen Hydraulikölzufuhr- und -ablaßleitungen verbunden sind. Diese Ventile sind außerdem mit Schieberkolben 220 versehen, von denen jeder innerhalb des entsprechenden Ventilgehäuses wahlweise positionierbar ist und eine Verbindung zwischen den verschiedenen Hydraulikölzufuhr- und-ablaßleitungen und einem entsprechenden hydraulischen Stellantrieb, die oben angegeben sind, herstellt. So ist es beispielsweise zu erkennen, daß, wenn die Schieberkolben 220 der Schieberventile 110 und 120 innerhalb der entsprechenden Ventilgehäuse ganz nach links bewegt werden, die Zufuhrleitungen 170 und 175 mit den Leitungen 135 und 160 in Verbindung gebracht werden, wobei die hydraulischen Stellantriebe .'15 und 45 auf ihren einem großen Anstellwinkel entsprechenden Seiten mit Druck beaufschlagt werden, so daß die zugeordneten Kolben in Richtungen bewegt werden, in denen die Blätter 20 und 25 in Richtungen zunehmenden Anstellwinkels gedreht werden. Durch diese Kolbenbewegung wird Hydrauliköl auf den einem kleinen Anstellwinkel entsprechenden Seiten der Stellantriebe 35 und 45 über die

Leitungen 140 und 155 abgelassen, welche über die Gehäuse der Ventile 110 und 120 mit demAblaß über die Leitungen 190 und 185 bzw. 195, 202 und 185 in Verbindung stehen.

Die Stellantriebe 30 und 40 werden in gleicher Weise mit Druck beaufschlagt und abgelassen, wobei diese Druckbeaufschlagung und dieses Ablassen durch Verteilventile 105 und 115 gesteuert werden. Die Schieberkolben der Ventile 110 und 120 sind mit den Schieberkolben der Ventile 105 und 115 über Verbindungsstangen 225 bzw. 230 mechanisch verbunden. Wenn die Schieberkolben der Ventile 110 und 120 nach links bewegt werden, wie in dem unmittelbar vorangehenden Beispiel beschrieben, werden deshalb die Schieberkolben der Ventile 105 und 115 ebenfalls nach links bewegt, was die Druckbeaufschlagung und das Ablassen der Stellantriebe 30 und 40 auf eine Weise gestattet, die zu der der Stellantriebe 35 und 45 komplementär ist. Wenn die Schieberkolben 220 der Verteilventile 105 und 115 nach links bewegt werden, werden daher die Zufuhrleitungen 200 und 205 über die Verteilventilgehäuse mit den Leitungen 130 und 145 in Verbindung gebracht, wodurch die einem großen Anstellwinkel entsprechenden Seiten der Stellantriebe 30 und 40 über die Leitungen 130 und 145 mit Druck beaufschlagt und die Blätter in Richtung zunehmenden Anstellwinkels gedreht werden. Die einem kleinen Anstellwinkel entsprechenden Seiten der Stellantriebe 30 und 40 werden über die Leitungen 125 und 150 abgelassen, welche über die Verteilventil 105 und 115 mit den Ablaßleitungen 185 und 202 und mit dem Ablaß 180 verbunden sind.

Eine Bewegung der Schieberkolben der Verteilventile nach rechts wird selbstverständlich die einem kleinen Anstellwinkel entsprechenden Seiten der Stellantriebe mit der ersten Quelle 50 und den zweiten Quellen 65 für unter Druck stehendes Hydrauliköl verbinden, wodurch die einem großen Anstellwinkel entsprechenden Sez.ten der Stellantriebe abgelassen werden, damit sich die B'ätter in einer Richtung abnehmenden Anstellwinkels bewegen.

Die Verteilventile werden durch eine Servovorrichtung 235 angetrieben, die zwei hydraulische Servostellantriebe 240 und 245 aufweist, deren bewegliche Kolben 247 durch eine Verbindungsschiene 250 mechanisch miteinander verbunden sind, die ihrerseits durch eine Stange 252 an Verbindungsgliedern 255 und 260 angelenkt ist. Die Verbindungsglieder 255 und 260 sind an Hebeln 265 und 270 angelenkt. Die zu den mit den Verbindungsgliedern 255 und 260 verbundenen Enden entgegengesetzten Enden der Hebel 265 und 270 sind an Verbindungsgliedern 275 und 280 angelenkt, welch letztere an den Blattfüßen 20 und 25 an Köpfen 285 bzw. 290 angelenkt sind. Die Hebel 265 und 270 legen beide ein Eingangssignal an die Schieberkolben der Verteilventile an und geben ein mechanisches Rückführungssignal an diese Schieberkolben aus den Blättern selbst ab. Wenn in dem obigen Beispiel die Verteilventilschieberkolben in den zugeordneten Gehäusen nach links bewegt werden, werden daher die Hebol 265 und 270 am Anfang im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigerεinn um ihre Verbindungen mit den Verbindungsgliedern 275 bzw. 280 gedreht. Die sich ergebende Bewegung der Blätter in einer Richtung zunehmenden Anstellwinkels führt zum Drehen der Steuerhebel um deren Verbindungen mit den Verbindungsgliedern 255 und 260, wobei die Schieberkolben nach rechts bewegt werden, wodurch die Verteilventilschieberkolben in Ihre Nullstellung (mittige Stellung) zurückgeführt werden, wenn die Blätter die Sollanstellwinkelposition erreichen. Zur Synchronisierung der Blattbewegung kann das Nullstellen der Verteilventile eingestellt werden, indem die Lage der Verbindungsstangen 225 und 230 der Verbindungen mit den Hebeln 265 bzw. 270 eingestellt wird.

Nach einem besonderen Schritt der Blattbewegung sind die Verteilventile in der Nullstellung, und eine weitere Blattbewegung erfordert das Rückstellen der Verteilventile, damit die Blattstellantriebe erneut mit Druck beaufschlagt werden

können. Zum Bestimmen der Istbewegung der Blätter sind die Servokolben 247 mit einem linear verstellbaren Differentialtransformator oder Weggeber (linear variable differential transformer oder LVDT) 292 verbunden, dessen Kern mit den Kolben 247 geradlinig bewegbar ist, wodurch bewirkt wird, daß sich das Ausgangssignal des Transformators gemäß der Gesamtverschiebung der Kolben 247 ändert und so die Verlagerung der Blätter anzeigt. Dieses Signal wird über eine Leitung 293 an einen Regler 294 angelegt, der die abgefühlte Blattverstellung mit der unter den vorherrschenden Windbedingungen verlangten vergleicht und entweder das Aufrechterhalten der ServokoLbenposition bewirkt, damit die Blattanstellwinkelpositioien dadurch eingehalten werden, oder die erneute Betätigung der Servostel!antriebe und damit der Verteilventile, damit eine weitere Blattanstellwinkeleinstellung erfolgt, an die sich wiederholtes Nullstellen der Verteilventil^ anschließt.

Unter Druck stehendes Hydrauliköl wird dem Servostellantrieb 245 über Leitungen 295 und 300 zugeführt bzw. aus ihm abgelassen, und unter Druck stehendes Hydrauliköl wird dem Servostellantrieb über Leitungen 305 und 310 zugeführt bzw. aus diesem abgelassen. Die weitere Beschreibung dieser Ausführungsform wird ohne weiteres zeigen, daß Hydrauliköl in den Servostellantrieb 240 bei der normalen Blattanstellwinkeleinstellung eingeleitet und aus diesem abgelassen wird, während Hydrauliköl dem Servostellantrieb 245 beim Herstellen der Blattsegelstellung zugeführt und aus diesem abgelassen wird, beispielsweise wenn es erwünscht ist, die Turbine stillzusetzen oder einen Überdrehzahlbetrieb der Turbine bei hohen Windgeschwindigkeiten zu verhindern. Gemäß Fig. 1 sind die Leitungen 30 5 und 310 mit der ersten bzw. zweiten Steuereinrichtung 60 bzw. 70 verbunden, wodurch die Versorgung und der Ablaß von H^drauliköl bei diesem Stellantrieb durch diese beiden Steuereinrichtungen gesteuert wird. Die

Leitungen 295 und 300 des Servostellantriebs 245 sind mit dem Ablaß bzw. der zweiten Steuereinrichtung 70 verbunden, wodurch zu erkennen ist, daß die Zufuhr von Hydrauliköl zu dem Servostellantrieb 245 durch die zweite Steuereinrichtung gesteuert wird.

Die erste Quelle 50 unter Druck stehenden Hydrauliköls enthält eine Drehpumpe, die mit Hydrauliköl aus einem Sammelbehälter 315 versorgt wird und dieses über die Hauptzufuhrleitung 165 an das Regelsystem abgibt. Da die Abgabe der Drehpumpe durch redundante zweite Hydraulikölquellen 65 ergänzt wird, kann die Pumpe 50 wirtschaftlich als Pumpe mit konstantem Ausgangsdruck ausgelegt sein, wobei in der bevorzugten Ausführungsform der Ausgangsdruck dieser Pumpe im allgemeinen in dem Bereich vcn 103 bar (1500 psi) liegt.

Die redundanten sekundären Hydraulikölquellen 65 sind Speicher 320 und 325, die in das Regelsystem über Leitungen bzw. 200 einspeisen. Die Speicher werden durch eine Ladepumpe 330 geladen, die ebenfalls Hydrauliköl aus dem Sammelbehälter 315 saugt, wobei das von der Ladepumpe abgegebene Hydrauliköl in ausgewählter Weise über ein Ventil 332 zu den Speichern geleitet wird. Zum Sicherstellen eines ausreichenden Hydrauliköldruckes für eine Notblattsegelstellung fördert die Ladepumpe mit einem relativ konstanten Druck, der wesentlich höher ist als der Ausgangsdruck der Pumpe 50, wobei in der bevorzugten Ausführungsform der Ausgangsdrück der Ladepumpe 330 in der Gegend von 207 bar (3000 psi) liegt. Die Ladepumpe fördert über die Leitung 335, die Zweigleitungen 340 und 345 hat, welche die Leitung 335 mit den Speichern 320 und 325 über Ruckschlagventile 350 bzw. 355 verbinden.

Die Speicher 320 und 325 geben Hydrauliköl über Druckreduzierventile 360 bzw. 365 und Leitungen 175 bzw. 200 ab, wobei die Druckreduzierventile den Ausgangsdruck der Speicher auf Werte senken, die mit den verschiedenen hydrauli-

sehen Ventilen und Stellantrieben kompatibel sind, welche in dem übrigen System benutzt werden. Hydrauliköl aus dem Speicher 320 wird dem Verteilventil 110 über die Leitungen 175 und 170 zugeführt, während Hydrauliköl aus diesem Speicher dem Verteilventil 120 direkt über die Leitung 175 zugeführt wird. Ebenso wird Hydrauliköl aus dem Speicher 325 dem Verteilventil 105 über die Leitungen 200 und 205 zugeführt, während Hydrauliköl aus diesem Speicher dem Verteilventil 115 über die Leitung 200 direkt zugeführt wird.. Es ist zu erkennen, daß Hydrciuliköl aus jedem Speicher Verteilventilen zugeführt wird, die Blattstellantrieben zugeordnet sind, welche mit beidem Blättern 10 und 15 verbunden sind. Die zweite Steuereinrichtung 70 enthält Trenn- oder Blockierrückschlagventile 380 und 385, die in einer Leitung 370 zwischen den Leitungen 170 und 205 angeordnet sind, um jedwede Verbindung zwischen dem von den Speichern 320 und 325 abgegebenen Hydrauliköl entweder direkt oder indirekt über die Verteilventile oder BlatttJtellantriebe zu verhindern. Es ist somit zu erkennen, daß, w<ihn entweder der Speicher 320 oder der Speicher 325 oder die Verteilventile oder die diesen zugeordneten Blattstellantr.-ebe versagen, der andere Speicher seinen zugeordneten Verte.Llventilen und Stellantrieben Hydrauliköl zuführen wird, wodurch die Möglichkeit einer fortgesetzten Blattanstellwinkeleinstellung und des Hersteilens der Segelstellung erhalten bleibt.

Die erste Steuereinrichtung 60 enthält ein erstes Servosteuerventil, das durch elektrische oder hydraulische Signale od.dgl. aus einer geeigneten Signaleinrichtung oder einem Regler 294 betätigt wird. Das erste Steuerventil 60 hat, wie dargestellt, drei Einstellungen, eine erste (rechte) Einstellung, die einer Blattanst<3llwinkeleinstellung in einer Richtung zunehmenden Anstellwinkels entspricht, eine zweite (linke) Einstellung, die einer Blattanstellwinkeleinstellung in einer Richtung abnehme iden Anstellwinkels entspricht, und

eine dritte (mittige) oder Nullstellung. Die zweite Steuereinrichtung 70 spricht auf elektrische, hydraulische oder ähnliche Servosignale an, die von dem Regler 294 geliefert werden, und bildet mit den Ventilen 380 und 385 ein zweites Steuerventil 373. Das Steuerventil 373 ist in einer ersten Einstellung dargestellt, die dem normalen Einstellen des Blattanstellwinkels entspricht, während eine zweite (obere) Einstellung dem Herstellen einer Blattsegelstellung entspricht.

Wenn der Blattanstellwinkel vergrößert werden soll, wird im Betrieb das Steuerventil 60 durch den Regler 294 auf die erste (rechte) Einstellung eingestellt, wodurch Hydrauliköl aus der Pumpe 50 und dem Speicher 325 über die Leitungen 165, 370, 205 und 200 zu der Eingengsleitung 305 des Servostellantriebs 240 geleitet wird. E>ie Leitung 310, die von dem Servostellantrieb 240 kommt, wird über das Ventil 373 und über das Ventil 60 zur Ablaß]eitung 185 und zum Ablaß 180 abgelassen. Das ruft eine Bev/egung der Servokolben und der Verteilventilschieberkolben nach links hervor, wobei die Stellantriebe 30 und 40 über die Verteilventile 105 und 115 mit Hydrauliköl aus.dem Speicher 325 über die Leitungen 200 und 205 und aus der Pumpe 50 über die Leitungen 165, 370, 200 und 205 beaufschlagt werden. Ebenso werden die Stellantriebe 35 und 45 über die Verteilventile 110 und 120 mit Hydrauliköl aus dem Speicher 320 über die Leitungen 175 und 170 und aus der Pumpe 50 über die Leitungen 165, 370, 170 und 175 beaufschlagt. Durch diese Druckbeaufschlagung bewegen sich die Blätter in einer Richtung zunehmenden Anstellwinkels, wobei eine Rückführung dieser Bewegung über die Hebel 265 und 270 zu den Verteilventilen erfolgt, wodurch diese Ventile automatisch in die Nullstellung gebracht werden. Ein Signal, das die Größe der Anstellwinkeländerung angibt, wird durch den Differentialtransformator 292 an den Regler 294 angelegt, der die Größe der Blattanstellwinkeländerung

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mit dem unter den vorherrschenden Windbedingungen verlangten Sollwert vergleicht und dcis erste Steuerventil 60 so betätigt, daß der Fehler zwischen der vorgenommenen Blattanstellwinkelverstellung und der verlangten minimiert wird. Wenn eine Verkleinerung des Blattanstellwinkels verlangt wird, wird ebenso das erste Steuerventil 60 auf die zweite (linke) Position eingestellt, in der Hydrauliköl aus der Pumpe 50 und dem Speicher 325 zu der ersten Servoeinlaßleitung 310 von den Leitungen 165, 370, 205, 200 durch das erste Steuerventil 60 und das zweite .'Steuerventil 373 geleitet wird. Hydrauliköl wird aus dem ersten Servostellantrieb 240 über die Leitung 305, das Steuerventil 60 und die Ablaßleitung 185 zum Ablaß 180 abgelassen. Das hat zur Folge, daß der Servokolben und die Schieberkolben der Verteilventile 105 bis 120 sich nach rechts bewegen, wobei die Stellantriebe 30 und 40 mit Hydrauliköl aus dem Speicher 325 über die Leitungen 200 und 205 und aus der Pumpe 50 über die Leitungen 165, 370, 200 und 205 versorgt werden. Ebenso werden die Stellantriebe 35 und 45 darch die Bewegung der Verteilventilschieberkolben nach links mit Hydrauliköl aus dem Speicher 320 Über die Leitungen 175 und 170 und aus der Pumpe 50 über die Leitungen 165, 370, 170 und 175 versorgt. Diese Druckbeaufschlagung dieser Stellantriebe führt zur Bewegung der Blätter in einer Richtung abnehmenden Anstellwinkels, wobei eine Rückführung dieser Bewegung über die Hebel 265 und 270 zu den Verteilventilen erfolgt und dadurch diese Ventile automatisch in die Nullstellung gebracht werden. Ebenso wird in der oben beschriebenen Weise die Gesamtbewegung der Kolben der Servostellantriebe 240 und 245 durch den Differentialtransformator 292 abgefühlt, der dem Regler 294 ein Signal liefert, das diese Bewegung anzeigt. Dieses Signal wird in dem Regler 294 mit der verlangten Blattanstellwinkeleinstellung verglichen, wobei der Regler das erste Steuerventil 60 nachstellt, um den Blattanstellwinkel nachzustellen und diesen Fehler zu minimieren.

In Fällen, in denen die Segelstellung (volle große Anstellwinkeleinstellung) der Blätter verlangt wird, beispielsweise bei übermäßiger Windgeschwindigkeit oder wenn die Turbine stillgesetzt werden soll, beispielsweise wenn eine Wartung der Turbine erforderlich ist, wird dem zweiten Steuerventil 373 durch den Regler 294 ein Segelstellungssignal geliefert. Ein solches Signal bringt das Ventil 373 in seine Segelstellungseinstellung (obere Einstellung), in der Hydrauliköl aus dem Speicher 320 dem Servostellantrieb 245 über die Leitungen 175 und 377, das zweita Steuerventil 373 und die Leitung 300 zugeführt wird. Ebenso wird Hydrauliköl aus der Pumpe 50 dem Servostellantrieb 245 über die Leitungen 165, 170, 175 und 377, das Steuerventil 373 und die Leitung 300 zugeführt. Dieses dem Servostallantrieb 245 zugeleitete Hydrauliköl bewegt den Servokolben nach links, wobei die linke Seite des Servostellantriebs aber die Leitungen 295 und 185 abgelassen wird und die Verteilventilschieberkolben nach links bewegt werden und wobei die Blätter 10 und 15 auf die oben beschriebene Weise auf den maximalen Anstellwinkel eingestellt werden.

Es ist auch zu erkennen, daß diese Betätigung des zweiten Steuerventils 373 beim Herstellen der Segelstellung die Leitung 310 von dem ersten Steuerventil 60 trennt und diese Leitung mit dem Ablaß 180 über die Hauptablaßleitung 185 verbindet. Ein Versagen des ersten Steuerventils 60, das sonst das linke Ende des Servostellantriebs 245 in Richtung eines abnehmenden Anstellwinkels mit Druck beaufschlagen würde, wird daher den normalen Betrieb der Servovorrichtung 235 zum Herstellen der Segelstellung nicht blockieren.

Die Blätter 10 und 15 werden also unabhängig von einander hydraulisch angetrieben, wodurch keine mechanischen Verbindungen der Blätter, mit Ausnahme der des Rückführungsgestänges, erforderlich sind. Das Gewicht der Windturbinennabe und der Blattanordnung wird daher minimiert und der Gesamtwirkungsgrad der Turbine optimiert. Darüber hinaus ist zu er-

kennen, daß in dem hier beschriebenen Blattanstellwinkelregelsystem mit einer Hydraulikölverstärkung gearbeitet wird und dadurch das Gewicht der Hydraulikölhandhabungsteile des Regelsystems minimiert wird. Das heißt, anders als bei verschiedenen bekannten Blattverstellsteuersystemen, bei denen der gesamte Hydrauliköldurchfluß über ein Steuerventil zu einem Verteilventil geleitet wird, wird bei dem Regelsystem nach der Erfindung nur ein Teil des Hydrauliköls über das erste Steuerventil geleitet, während die Hauptmenge des Hydrauliköls direkt aus dem Hydraulikölspeicher und der Hydraulikölpumpe zu den Verteilventilen und Stellantrieben geleitet wird- Demgemäß kann das hier benutzte erste Steuerventil ein geringeres Gewicht und ein geringeres Fassungsvermögen als bekannte Steuerventile haben, wodurch die Kompaktheit der Turbine verbessert und das Gewicht der Turbine verringert wird.

Gemäß vorstehender Beschreibung der Arbeitsweise des Regelsystems nach der Erfindung weist dieses System exemplarische Sicherheitsmerkmale auf, die bislang sowohl bei Windturbinenals auch bei Propellerblattanstellwinkelsteuersystemen unbekannt waren. Das von jedem der Speicher abgegebene Hydrauliköl ist, wie oben dargelegt, sowohl von dem von dem anderen Speicher abgegebenen Hydrauliköl als auch von den hydraulischen Stellantrieben und den Verteilventilen, die dem anderen Speicher zugeordnet sind, getrennt. Darüber hinaus ist bemerkenswert, daß die Speicher jeweils Hydrauliköl zu Stellantrieben leiten, die jedem der Windturbinenblätter zugeordnet sind. Sollte einer dec Speicher aufgrund einer Störung irgendwelcher Art nicht in der Lage sein, Hydrauliköl zu liefern, liefert demgemäß der verbleibende Speicher Hydrauliköl zu den Stellantrieben, die sämtlichen Blättern zugeordnet sind, und zwar ohne Verbindung mit dem gestörten Speicher oder den Hydraulikölleitungen und Verteilventilen, die diesem zugeordnet sind. Unter solchen Störungsbedingungen sind daher die Möglichkeiten einer Blattanstellwinkeleinstellung und einer Notsegexstellung nicht in Frage gestellt.

Sollte ein einem der Blätter zugeordneter Stellantrieb versagen und es dazu kommen, daß HydraulikÖl aus ihm herausleckt, wird ebenso der andere Stellantrieb, der diesem Blatt zugeordnet ist, weiterhin mit HydraulikÖl aus einem Speicher unabhängig von demjenigen versorgt, der dem ausgefallenen Stellantrieb zugeordnet ist, wodurch die Möglichkeiten des Systems, den Blattanstellwinkel einzustellen und die Blattsegelstellung herzustellen, erhalten bleiben.

Gemäß Fig. 1 ist das Regelsystem nach der Erfindung mit Vorrichtungen zum formschlüssigen Verriegeln der Blätter 10 und 15 in einer Segelstellung versehen, wobei irgendein Hydraulikausfall des Systems nach dem Herstellen der Blattsegelstellung das Aufrechterhalten dieser Segelstellung nicht gefährdet. Die Blattfüße 20 und 25 sind jeweils mit einer Nut 380 In ihrem Umfang versehen. Eine Segelstellungsverriegelungsvorrlchtung 385 ist neben dem Blattfußumfang angeordnet und weist ein Verriegelungselement 390 auf, das durch eine Feder 395 zu dem Blattfuß hin vorgespannt ist. Die Feder ist zwischen einem Kolben 400, der an einem inneren Ende des Verriegelungselements 390 beiestigt ist, und einem äußeren Ende der Verriegelungsvorrichtung 385 angeordnet, wobei das innere Ende der Verriegelungsvorrichtung mit HydraulikÖl aus der Hauptpumpe 50 über eine Leitung 410 beaufschlagt wird. Ein Ausfall des Hydrauliköldruckes in dieser Leitung hat zur Folge, daß die normalerweise zusammengedrückte Feder 395 das Verriegelungselement 390 zu dem benachbarten Blattfuß drückt und mit der Nut 380 in Eingriff bringt. Die Verriegelungsvorrichtung enthält außerdem einen elektrischen Schalter 415, der durch die Bewegung des Verriegelungselements 390 mechanisch betätigt wird, um das Einrücken oder Ausrücken der Segelstellungsverriegelungsvorrichtung 385 anzuzeigen, beispielsweise dem Regler 294.

Das Regelsystem nach der Erfindung enthält außerdem eine Wipparretiervorrichtung 420, die die durch die Windturbinenblattspitzen festgelegte Ebene in einer gegen die Vertikale versetzten Winkelausrichtung arretiert. Diese Arretierung wird bei hohen Windgeschwindigkeiten verlangt, um ein Anschlagen der Blätter an dem Turm oder einer anderen Windturbinentragkonstruktion (nicht gezeigt) aufgrund der Eigenflexibilität der Blätter zu verhindern. Die Wipparretiervorrichtung enthält einen Blattlagerzapfen 425, auf dem die Windturbinenblatttragnabe befestigt ist. Der Lagerzapfen dreht sich um eine insgesamt horizontale Achse 427 und kann durch irgendeine geeignete Vorrichtung (nicht gezeigt) durch Drehen eingestellt werden, um das Windauffangvermögen des Turbinenblattes zu optimieren. Der Lagerzapfen 425 ist, wie dargestellt, mit Schiebern 430 in Berührung bringbar, die, wenn sie mit dem Lagerzapfen in Berührung sind, den Lagerzapfen in der zuvor beschriebenen Winkelausrichtung arretieren. Die Schieber 430 bilden die Kolbenstangen von hydraulischen Stellantrieben 435, welche mit einem Wipparretiervorrichtungssteuerventil 440 in Verbindung stehen. Unter normalen Betriebsbedingungen sind die Schieber 430, wie dargestellt, durch normalerweise zusammengedrückte Federn 445 von dem Lagerzapfen 425 weggedrückt, und die Stellantriebe 435 werden über das Steuerventil 440 mit dem Ablaß in Verbindung gehalten. Wenn jedoch die Segelstellung herzustellen ist, wird das Ventil 440, beispielsweise durch den Regler 294 in die obere Ventilstellung verstellt, in der es die Stellantriebe 435 mit dem zweiten Steuerventil 70 über die Leitung 450 verbindet. Das zweite Steuerventil, das durch ein an es angelegtes Segelstellungssignal betätigt worden ist, verbindet die Leitung 450 mit der Leitung 377, so daß die Stellantriebe 435 mit Druck beaufschlagt werden und die Schieber 430 an dem Lagerzapfen in Anlage bringen. Die Wipparretiervorrichtung kann außerdem hydraulisch oder elektrisch gesteuerte Rastvorrichtungen 455 enthalten, die ein Rastelement 460 haben, welches normalerweise von dem

Schieber 430 durch Hydrauliköl weggedrückt ist, das der Rastvorrichtung über eine Leitung 450 zugeführt wird und auf den Rastkolben einwirkt. Während des Hersteilens der Segelstellung verbindet das Ventil 44 0 die Rastvorrichtung 455 mit dem Ablaß, wobei die Feder 465 den Schieber 460 in Eingriff mit einer Rastkerbe an dem Schieber 430 drückt und dadurch den Schieber in Anlage an dem Lagerzapfen mechanisch verriegelt, um die versetzte Winkelausrichtung der Blätter gegenüber dem Windturbinentuxm aufrechtzuerhalten.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Windturbinenblattanstellwinkelregelsystems nach der Erfindung, wobei gleiche Teile wie in der zuvorbeschriebenen Ausführungsform gleiche Bezugszahlen tragen. Ähnlich wie bei dem in Fig. 1 gezeigten System enthält das System von Fig. 2 Windturbinenblätter 10 und 15, die um ihre Längsachsen durch Stellantriebe 30 bis 45 gedreht werten, welche unter Druck stehendes Hydrauliköl aus der ersten Hydraulikölquelle oder Drehpumpe 50 entsprecherd der Einstellung eines ersten servobetätigten Steuerventils 60 empfangen. Das Hydrauliköl wird, wie bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, den Stellantrieben über Verteilventile 105 bis 120 zugeführt, die durch die beiden Servostellantriebe 240 und 245 betätigt werden, wobei die Verteilventile durch ein mechanisches Rückführungssystem, durch das die Ve;rteilventilschieberkolben, die Blätter und die Servostellantriebe miteinander verbunden sind, in die Nullstellung gebracht werden.

Insgesamt unterscheidet sich die weitere Ausführungsform von der Ausführungsform von Fig. 1 im Aufbau der zweiten Steuereinrichtung und in den Verbindungen der Speicher oder redundanten zweiten Hydraulikölquellen mit dieser zweiten Steuereinrichtung. Gemäß Fig. 2 werden statt eines zweiten servobetätigten Steuerventils odei Segelstellungsventils 373 in dem Regelsystem von Fig. 2 vier einzelne Segelstellungs-

steuerventile 600 bis 615 benutzt, die auf die normale Blattanstellwinkeleinstellung eingestellt gezeigt sind. In der dargestellten Stellung stellen die Ventile 600 und 605 eine Verbindung zwischen dem ersten Steuerventil 60 und den linken Enden der Servostellantriebszylinder her. Auf gleiche Weise stellen die Segelstellungssteuerventile 610 und 615 eine Verbindung zwischen dem ersten Steuerventil 60 und den rechten Seiten der Servostellantriebszylinder her. Es ist zu erkennen, daß somit bei der normalen Blattanstellwinkeleinstellung die in der in der Zeichnung dargestellten Weise eingestellten Segelstellungssteuerventile Kanäle für die normale Zufuhr und das normale Ablassen von Hydrauliköl bilden, wie e:; durch das Ventil 60 gesteuert wird. Die Ventile 600-615 werden durch Hydrauliksteueröldruck gesteuert, mit dem die Ventile über Leitungen 620 und 625 beaufschlagt werden, welche mit der Hauptzufuhrleitung 165 und der Drehpumpe 50 verbunden sind. Zu einem Verlust dieses Hydrauliksteueröldruckes kommt es, beispielsweise, bei einem Versagen der Haupthydraulikölzufuhr oder bei einem kleineren Steuerdrucksignal aus der Betätigung des Segelstellungsmagnetventils 627 durch den Systemregler (nicht gezeigt) bei der dieses Ventil aus seiner normalen (dargestellten)/ Einstellung in seine Segelstellungseinstellung gebracht wird, in der die Leitung 625 mit dem Ablaß verbunden ist. Die Segelstellungssteuerventile 600-615 sind in ihre Segelstellungseinstellungen federvorgespannt, wobei dieser Verlust an Hydrauliksteueröldruck bewirkt, daß die Ventile die linken Enden der Servostellantriebe 240 und 245 direkt mit der Ablaßleitung 185 verbinden. Der Verlust an Steuerdruck, der bewirkt, daß die Ventile 610 und 615 in die Segelstellungspositionen gebracht werden, führt zum Verbinden der rechten Seite der Servostellantriebe 240 und 245 mit den redundanten zweiten Hydraulikölquellen oder Speichern 320 bzw. 325 über Leitungen 630 bzw. 6 35. Es ist zu erkennen, daß somit die Ventile 6OC bis 615 für das Steuerventil 60 unter Segelstellungsbedlrgungen übernehmen und die Zufuhr

und das Ablassen von Hydrauliköl aus den Speichern steuern. Es ist außerdem zu erkennen, daß die Speicher Hydrauliköl nur unter Segelstellungsbedingungen liefern und nicht bei der normalen Blattanstellwinkelverstellung, wie es die Speicher des in Fig. 1 gezeigten Systems taten. Demgemäß wird das von jedem Speicher abgegebene Hydrauliköl durch ein Speicherausgangsventil 64 0 gesteuert, das durch Hydrauliksteueröldruck in der Leitung 625 in der normalen (dargestellten) Einstellung gehalten wird. Der Ausfall dieses Hydrauliksteueröldruckes durch Betätigung des Magnetventils 627 bewirkt, daß das Ventil durch eine zugeordnete Ventilfeder nach rechts vorgespannt, wird, wodurch der Ausgang der Speicher mit dem zugeordneten Segelstellungssteuerventil 610 oder 615 verbunden wird.

Die Ausgänge der Speicher sind von einander durch servobetätigte Trennventile 645 getrennt, die in der Hauptzuführleitung 165 angeordnet sind. Unter normalen Betriebsbedingungen sind die Trennventile in der dargestellten Weise eingestellt, wodurch Hydrauliköl aus der Leitung 165 den Verteilventilen 105-120 über die Ventile 645 zugeführt wird. Unter Segelstellungsbedingungen bewirkt jedoch ein Verlust an HydraulikölSteuerdruck in der Leitung 650, die mit der Leitung 620 in Verbindung steht, daß die Trennventile in ihre Segelstellungseinstellungen vorgespannt werden, wodurch das von dem Speicher 320 abgegebene Hydrauliköl, das den Verteilventilen über die Leitung 175 zugeführt wird, von dem von dem Speicher 325 abgegebenen Hydrauliköl, das der Verteilvorrichtung über die Leitung 635 und die Hauptzufuhrleitung zugeführt wird, getrennt ist.

Das Regelsystem nach der Erfindung kann außerdem mit einem dritten oder Anstellwinkelverstellspeicher 660 versehen sein, dessen Ausgang mit der Hauptzufuhrleitung 165 über ein Druckreduzierventil 665 verbunden ist. Der Speicher 660 gibt zusätzliches Hydrauliköl an das System für große Blattverstel-

lungen ab, wenn dasi von der Drehpumpe 50 abgegebene Hydrauliköl nicht ausreicht. Ebenso wie die Speicher 320 und 325 wird der Speicher 660 durch die Ladepumpe 330 geladen.

Diese zweite Ausführungsform des Regelsystems nach der Erfindung weist deshalb viele der Vorteile des mit Bezug auf Figur 1 beschriebenen Systems auf. Das heißt, Hydrauliköl, das den Verteilventilen unter Segelstellungsbedingungen zugeführt wird, wird aus redundanten getrennten Hydraulikölquellen zugeführt, von denen jede Stellantriebe speist, die beide Blätter antreiben, wobei das abgegebene Hydrauliköl der einzelnen redundanten Quellen getrennt bleibt, wodurch beispielsweise verhindert wird, daß es zum Verlust von Hydrauliköl aus einer der Quellen durch Lecken oder Bruch der anderen Quelle oder einer dieser zugeordneten Leitung kommt. Weiter ist dem in Fig. 2 gezeigten Regelsystem ebenso wie dem in Fig. 1 gezeigten eine Hydraulikölverstärkung von dem ersten Steuerventil zu der Verteilvorrichtung zugeordnet, wodurch das erste Steuerventil nur einen kleinen Teil des Durchflusses zu verarbeiten braucht. Dieses Steuerventil wird deshalb ein geringeres Gewicht und eine größere Kompaktheit haben, was es gestattet, dieses Ventil zweckmäßig an der Windturbinennabe ζα befestigen, ohne daß die Turbinenleistungsfähigkeit in unzulässiger Weise beeinträchtigt wird.

-ZA-

Leerseite

Claims

Patentansprüche :

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,1/ Blattanstellwinkelregelsytitem für eine mit mehreren B] ättern versehene Windturbine, gekennzeichnet durch mehrere hydraulische Stellantriebe (30,. 45) zum Drehen jedes Blattes (10, 15) um dessen Längsachse bei der Blattanstellwinkeleinstellung und beim Herstellen der Segelstellung, durch eine Vorrichtung (55) zum wahlweisen Verteilen von Hydrauliköl an jeden Stellantrieb sowohl bei der Anstellwinkeleinstellung als auch beim Herstellen der Segelstellung, durch eine erste Quelle (50) und redundante zweite Quellen (65) unter Druck stehenden Hydrauliköls, das der Verteilvorrichtung zugeführt wird, um zu dein Stellantrieben gefördert :-.u werden, durch eine erste Einrichtung (60) zum Steuern de:; Einleitens von Hydrauliköl aus der ersten Hydraulikölque .Ie (50) in die Verteilvorrichtung (55) beim Einstellen des Blattanstellwinkels, und durch eine zweite Einrichtung (70) zum Steuern des Einleitens von Hydrauliköl aus den redundanten zweiten Hydraulikölquellen beim Herstellen der BlattsegeL-stellung, so daß jede der redundanten Quellen Hydrauliköl

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an wenigstens einen der Stellantriebe, die jedem der Blätter (10, 15) zugeordnet sind, unabhängig von anderen hydraulischen Stellantrieben, die ihnen zugeordnet sind, zuführt, wodurch jede der redundanten zweiten Hydraulikölquellen einzeln in der Lage ist, beim Herstellen der Segelstellung sämtliche Blätter gleichzeitig anzutreiben.
2. System nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die redundanten Quellen (65) jeweils Hydrauliköl an wenigstens den genannten einen der jodem der Blätter (10, 15) zugeordneten Stellantriebe (30—45) unabhängig von den übrigen redundanten Quellen abgeben.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilvorrichtun<j (55) eine Servoeinrichtung (235) aufweist, die mit der ersten Steuereinrichtung (60) in Verbindung steht, und eine Ventileinrichtung, die mit der ersten Hydraulikölquelle (50) in Verbindung steht und durch die Servoeinrichtung betätigt wird, daß die Verteilvorrichtung und die erste Steuereinrichtung (60) das Einleiten von Hydrauliköl aus der ersten Quelle in die Servoeinrichtung (235) steuern und daß die Servoreinrichtung auf das in sie eingeleitete Hydrauliköl hin die Verteilventilvorrichtung (55) betätigt, um Hydrauliköl in ausgewählter Weise direkt aus der ersten Hydraulikölquelle zu den Stellantrieben (30-^45) zu leiten.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuereinrichtung (70) und die Verteilvorrichtung (55) einen Hydraulikölverstärker haben und daß die zweite Steuereinrichtung das Einleiten von Hydrauliköl aus der ersten und aus den zweiten Hydraulikölquellen in die Servoreinrichtung (235) steuert.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilventilvorrichtung (55) ein jedem der Blattstellantriebe (30-45) zugeordnetes Verteilventil (105-120) aufweist,

von denen jedes ein Gehäuse (215) mit öffnungen hat, die mit einem der Stellantriebe, der ersten Hydraulikölquelle (50) und einer der zweiten Hydraulikölquellen (65) sowie dem Auslaß (180) in Verbindung stehen, und einen beweglichen Abschlußkörper (220) , der in dem Gehäuse zum ausgewählten Miteinanderverbinden der öffnungen angeordnet ist und mit den Blättern (10, 15) in mechanischer Rückführungsbeziehung in Wirkverbindung steht, so daß die Verteilvorrichtung (55) durch Bewegung des Abschlußkörpers (220) , die durch eine Drehbewegung des Blattes durch die Betätigung des Stellaitriebes durch das Einleiten \on unter Druck stehendem Hycrauliköl in diesen bewirkt wird, in die Nullstellung gebracht wird.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß däe Servoeinrichtung (235) einen Hydraulikmotor aufweist, der einen hin- und herbeweglichen Kolben (247) enthält, welcher mit dem Abschlußkörper (220) zur gleichzeitigen Bewegung mit demselben in Wirkverbindung steht.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß da.e Servoeinrichtung (235) und die Blätter (10, 15) mit dem \'erteilventilabschlußkörper (220) über Gelenkverbindungen nut einem Steuergestänge (255, 260, 265, 275) an einer ersten Stelle und an einer Abstand von dieser aufweisenden zweiten Stelle verbunden sind und daß der Abschlußkörper an dem Gestänge an einer Stelle auf demselben zwischen der ersten und der zweiten Stelle angelenkt ist.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergestänge (255, 260, 26'5, 275) einen einzelnen Hebel (265 bzw= 275) aufweist.
9. System nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Blatt (10, 15) durch wenigstens zwei hydraulische Stellantriebe (30, 35; 40, 45) um seine Längs-

achse drehbar ist, wobei von den beiden Blattstellantrieben jeder mit einer entsprechenden Verteilventilvorrichtung (55) in Verbindung steht, daß die zweite Steuereinrichtung (70) eine Trennventileinrichtung (380, 385) aufweist, die in einer Hydraulikleitung (370) angeordnet ist, welche Hydrauliköleinlässe der Verteilventilvorrichtung (55) verbindet, die den beiden Stellantrieben (30, 35; 40, 45) zugeordnet sind, wobei die Trennventileinrichtung die Verbindung zwischen den Verteilventileinlässen während des

Hersteilens der Segelstel3ung der Blätter blockiert, um dadurch eine Verbindung zwischen den redundanten Hydraulikölquellen zu verhindern, die den beiden Ventilvorrichtungen (55) Hydrauliköl einzeln liefern.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß der Verteilventilvorrichtung (55), der einem der beiden Stellantriebe (30, 35; 40, 45) zugeordnet ist, mit dem Einlaß der VerteilvenLilvorrichtung (55) in Verbindung steht, die wenigstens eineiin der Stellantriebe zugeordnet ist, die jedem der übrigen Blätter (10, 15) zugeordnet sind.
11. System nach einem der Ansprüche 3 bis .10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuereinrichtung (70) ein erstes Segelstellungssteuerventil aufweist, mittels welchem eine Hydraulikölverbindung zwischen der Servoeinrichtung

(235) und dem Ablaß (180) herstellbar ist, und ein zweites Segelstellungssteuerventil., mittels welchem eine Hydraulikölverbindung zwischen der Servoeinrichtung und einer der redundanten zweiten Hydraulikölquellen (65) beim Herstellen der Segelstellung herstellbar ist.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite SegeLstellungssteuerventil eine Verbindung zwischen der Servoeinrichtung (235) und der ersten Steuereinrichtung (60) beim Einstellen des Blattanstellwinkels herstellen.
13. System nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuereinrichtung ein erstes servobetätigtes Steuerventil (60) aufweist, das eine erste Einstellung hat, in der Hydrauliköl aus der ersten Quelle (50) derart zu der Servoeinrichtung (235) geleitet und aus derselben abgelassen wird, daß der Blattanstellwinkel vergrößert wird, und eine zweite Einstellung, in der Hydrauliköl aus der ersten Quelle (50) derart zu der Servoeinrichtung (235) geleitet und aus derselben abgelassen wird, daß der Blattanstellwinkel verkleinert wird.
14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Servoeinrichtung (235) zwei hydraulische Servostellantriebe (240, 245) enthält, die in Wirkverbindung mit der Verteilventilvorrichtung (55) stehen und diese antreiben, wobei die Zufuhr von Hydrauliköl zu einem der beiden Servostellantriebe sowohl durch die erste als auch durch die zweite Steuereinrichtung (60, 70) gesteuert wird und wobei der eine Servostellantrieb dazu dient, die Verteilventilvorrichtung (55) beim Einstellen des Blattanstellwinkels anzutreiben, während die Zufuhr von Hydrauliköl zu dem anderen der beiden Servostellantriebe durch die zweite Steuereinrichtung (70) gesteuert wird und der andere Servostellantrieb dazu dient, die Verteilventilvorrichtung (55) beim Herstellen der Blattsegelstellung anzutreiben.
15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuereinrichtung (70) ein zweites servobetätigtes Steuerventil (373) aufweist, das eine erste Einstellung für das normale Einstellen des Blattanstellwinkels hat, wobei der eine Servostellantrieb in Verbindung mit der ersten Hydraulikölquelle (50) und mit Ablaßverbindungen an der ersten Steuereinrichtung (60) angeordnet ist, während der andere Stellantrieb in Verbindung mit dem Ablaß (180) ist, wobei das zweite servobetätigte Steuerventil (373)eine zweite Ein-

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stellung für das Herstellen der Blattsegelstellung hat, in der der eine Servostellantrieb in Verbindung mit dem Ablaß und der zweite Servostellantrieb in Verbindung mit einer der redundanten zweiten Quellen (65) unter Druck stehenden Hydrauliköls und dem Ablaß (180) ist.
16. System, nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einstellung des zweiten servobetätigten Steuerventils (373) bewirkt, daß der zweite Servostellantrieb mit der ersten Hydraulikölquelle (50) in Verbindung ist.
17. System nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die eine redundante zweite Hydraulikölquelle (320) mit der ersten Hydraulikölquelle (50) in Verbindung steht, um die Zufuhr von Hydrauliköl zu der Servoeinrichtung (235) und zu den Blattstellantrieben (30, 45) bei dem normalen Einstellen des Blattanstellwinkels zu ergänzen.
18. System nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch hydraulisch gesteuerte Blattverriegelungsvorrichtungen (385) , wobei ein Verlust an Hydrauliköldruck in den Verriegelungsvorrichtungen bewirkt, daß ein Verriegelungselement (390) mit einem zugeordneten Blatt in Eingriff kommt, so daß das Blatt gegen Drehung in einer Segelstellung festgehalten wird.
19. System nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch eine hydraulisch gesteuerte Wipparretiervorrichtung (420), die beim Herstellen der Blattsegelstellung betätigt wird, um die Blätter in derartiger Winkellage zu arretieren, daß eine durch die Wege der Blattspitzen festgelegte Ebene gegenüber der Vertikalen versetzt ist, wodurch die Gefahr, daß die Blätter die Windturbinentragkonstruktion bei hohen Windgeschwindigkeiten berühren, minimiert wird.
20. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Wipparretiervorrichtung (420) einen Blattlagerzapfen (425) aufweist, mit dem ein Schieber (430) in Berührung bringbar ist, um eine Drehung des Blattlagerzapfens zu verhindern, wobei der Schieber durch Hydrauliköl zumindest teilweise aus einer der redundanten Hydraulikölquellen (65) hydraulisch betätigt wird und ein Wipparretiervorrichtungssteuerventil (440) aufweist, das den Fluß von Hydrauliköl aus der einen redundanten Quelle zur Betätigung des Schiebers steuert, und daß die Wipparretiervorrichtung ein servogesteuertes Arretierelement (460) enthält, das mit dem Schieber in Berührung bringbar ist, um diesen mit dem Lagerzapfen (425) in Berührung zu halten.