DE3320685A1 - Anordnung zum blattverstellen in segelstellung fuer eine windturbine - Google Patents
Anordnung zum blattverstellen in segelstellung fuer eine windturbineInfo
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- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description
Menges & Prahl
Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt Professional representatives before the European Patent Office
Erhardtstrasse 12, D-8000 München 5
-If.
Patentanwälte Menges & Prahl. Erhardtstr. 12. D-8000 München 5 Dipl.-lng.Rolf Menges
Dipl.-Chem. Dr. Horst Prahl
Telefon (089) 26 3847 Telex 529581 BIPATd Telegramm BIPAT München
IhrZeichen/Yourref
UnserZelchen/Ourref U
Datum/Date 08.06.83
United Technologies Corporation Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.
Anordnung zum Blattverstellen in Segelstellung für eine
Windturbine
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Windturbinen und betrifft insbesondere eine Anordnung zum Verstellen der
Blätter einer Windturbine mit veränderlicher Geschwindigkeit in Segel- oder Fahnenstellung.
Es ist üblich, große Windturbinen, die Synchrongeneratoren zum Erzeugen von elektrischem Strom antreiben, mit Anordnungen
zu versehen, die die Turbinenblätter in Segelstellung bringen, wenn die Turbine abgeschaltet werden soll.
Ein bekannter Zustand, der es erforderlich macht, die Blätter in Segelstellung zu bringen, ist eine übermäßige Windgeschwindigkeit.
Das Turbinenblattwinkelverstellsystem kann
zwar in der Lage sein, die Blätter unter solchen Bedingungen in Segelstellung zu bringen, es werden jedoch Segelstellungsanordnungen
zur Notblattverstellung bei Ausfall des Blattwinkelverstellsystems vorgesehen. Um die Blätter
in Segelstellung zu bringen, wird ihr Einstellwinkel auf
ungefähr 90° eingestellt, woraufhin die Windströmung an den Blättern nicht in der Lage ist, irgendein Drehmoment
zu erzeugen, das sonst die Drehung der Blätter und damit
die Drehung des Generatorläufers verursachen würde.
Zum Minimieren der Betriebszeit bei Überdrehzahlbedingungen
ist es erwünscht, die Blätter schnell in Segelstellung zu bringen. Das Verstellen in Segelstellung mit einer konstanten,
hohen Geschwindigkeit könnte jedoch zu übermäßigen Blattbeanspruchungen aufgrund eines beträchtlichen verzögernden
(negativen) Drehmoments und von Umkehrschub, der durch die Blätter entwickelt wird, wenn sie sich der vollen
Segelstellung nähern, führen» Wenn die Blätter in Segelstellung gebracht werden, nachdem der Blatteinstellwinkel
bis zu dem Punkt vergrößert worden ist, wo die Luftströmung über den Blättern nicht länger ein positives
Drehmoment an dem Turbinenrotor erzeugt, ist es demgemäß erwünscht, die Geschwindigkeit des Versteilens in
Segelstellung zu reduzieren, um das verzögernde Drehmoment und den durch die Blättern entwickelten Umkehrschub zu minimieren
und dadurch die Blattbeanspruchungen zu minimieren, Aus Sicherheitsgründen sollte jedoch diese Reduzierung der
Blattverstellgeschwindigkeit, wenn sich die Blätter ihren Segelstellungen nähern, nicht auf Kosten des Versteilens
in Segeistellung mit maximaler Geschwindigkeit, während die Luftströmung über den Blättern ein positives Wellendrehmoment
erzeugt, erfolgen.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zum
Blattverstellen in Segelstellung für eine Windturbine zu schaffen, bei der die Blätter mit einer veränderlichen Geschwindigkeit
in Segelstellung gebracht werden, um Blattbeanspruchungen zu minimieren, die sonst aus der schnellen
Verzögerung des Turbinenrotors resultieren würden.
Weiter soll eine zuverlässigere Anordnung zum Blattverstellen
in Segelstellung für eine Windturbine geschaffen werden.
Außerdem soll eine unabhängig von elektrischem Strom arbeitende Anordnung zum Blattverstellen in Segelstellung für
eine Windturbine geschaffen werden.
Die Erfindung schafft demgemäß eine Anordnung zum Blattverstellen in Segelstellung für eine Windturbine, bei der
das Blattverstellen in Segelstellung durch einen Segelstellungsstellmotor
gesteuert wird, mit dem eine Einrichtung zum Steuern der Betriebsgeschwindigkeit des Segelstellungsstellmotors
verbunden ist, wobei eine Einrichtung mit der Steuereinrichtung verbunden ist, um eine Verstellung derselben
unter Segelstellungsbedingungen zu bewirken, damit die Stellmotorbetriebsgeschwindigkeit verringert wird, wenn
die Blätter in Segelstellung gebracht werden. Das Einstellen der Steuereinrichtung zum Verringern der Betriebsgeschwindigkeit
des Stellantriebs über der Zeit ab dem Einleiten der Blattverstellung in Segelstellung gestattet dem Segelstellungsstellmotor
, das Verstellen in Segelstellung mit einer relativ höheren Anfangsgeschwindigkeit zum schnellen Verstellen
in Segelstellung während der Zeitspanne zu bewirken, während der die Luftströmung über dem Rotor ein positives
aerodynamisches Drehmoment an demselben entwickelt. Anschließend, wenn das Verstellen in Segelstellung weitergeht
und sich die Blätter einem Blattwinkel nähern, bei dem durch den Rotor kein positives aerodynamisches Drehmoment mehr
entwickelt wird, stellt die Einstelleinrichtung die Steuereinrichtung so ein, daß die Betriebsgeschwindigkeit des
Segelstellungsstellmotors verringert wird, so daß der Stellmotor die Blätter mit geringerer Geschwindigkeit in Segelstellung
verstellt, wodurch die Blattbeanspruchungen begrenzt werden, die sonst durch große Blattverzögerungsdrehmomente
und Umkehrschub verursacht werden würden.
In der bevorzugten Ausführungsform ist der Segelstellungsstellmotor
ein hydraulischer Stellmotor, und die Steuereinrichtung enthält parallele Durchflußregler in einer
Leitung, über die Hydrauliköl aus dem Stellmotor abfließt« Die Einstelleinrichtung enthält ein Ventil, das entweder
den Durchfluß durch das Durchflußreglerpaar gestattet oder den Durchfluß durch einen der Durchflußregler blockiert,
wodurch der Widerstand gegen das Abfließen aus dem Stellmotor verändert wird, um die Betriebsgeschwindigkeit des
Stellmotors zu verändern«, Das Ventil kann durch den Segelstellungsstellmotor
selbst betätigt werden, wobei die Position des Stellmotors, in der das Ventil betätigt wird,
dem Punkt bei dem Verstellen der Blätter in Segelstellung entspricht, wo nicht länger ein positives aerodynamisches
Drehmoment durch den Turbinenrotor entwickelt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.,
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Anordnung
nach der Erfindung zum Blattverstellen in Segelstellung für eine Windturbine.
Die Zeichnung zeigt ein Schaltbild der Betätigungssysteme für die Windturbinenblattwinkelverstellung und die Blattverstellung
in Segelstellung. Diese Systeme sind in Verbindung mit einer Windturbine dargestellt, die zwei Blätter
10 und 15 hat. Die Anordnung nach der Erfindung zur Blattverstellung in Segelstellung für eine Windturbine,
die hier mit dem Blattverstellsystem gezeigt ist, kann jedoch leicht an Windturbinen angepaßt werden, die jede erforderliche
Anzahl von Blättern haben.
- f.
Die Blätter 10 und 15 sind auf Plattformen 20 und 25 befestigt, die jeweils Arme 30 haben, welche von innen aus
insgesamt radial nach außen vorstehen. Die Arme 30 der Plattform 20 sind an Stellmotoren 35 und 40 drehbar angelenkt,
während die Arme der Plattform 25 an Stellmotoren 45 und 50 drehbar angelenkt sind.
Die Stellmotoren 35, 40, 45 und 50 treiben die Blätter und 15 beim Einstellen des Blattwinkels und beim Verstellen
in SegelStellung an, wobei die Stellmotoren 35 und 40 das
Blatt 10 antreiben, während die Stellmotoren 45 und 50 das Blatt 15 antreiben. Die Stellmotoren 35, 40, 45 und
50 werden durch Stellmotorsteuerventile 55, 60, 65 bzw.
70 gesteuert. Die Stellmotorsteuerventile 55 und 60 haben innere, miteinander verbundene Schieberkolben 75 bzw. 80,
und die Stellmotorsteuerventile 65 und 70 haben innere, miteinander verbundene Steuerschieber 85 bzw. 90, und die
vier Stellmotorsteuerventile haben im wesentlichen den gleichen Aufbau.
Die Positionierung der Steuerventilschieberkolben legt fest, welche Enden der Blattstellmotoren mit unter Druck
stehendem Hydrauliköl verbunden werden und welche mit dem Abfluß verbunden werden. Die Stellmotoren 35 und 40 werden
über obere Leitungen 95 und 100 und über untere Leitungen 105 und 110 mit Druck beaufschlagt und entleert.
Ebenso werden die Stellmotoren 45 und 50 über obere Leitungen 115 und 120 und über untere Leitungen 125 und
mit Druck beaufschlagt und entleert.
Unter Druck stehendes Hydrauliköl wird den Steuerventilen 55, 60, 65 und 70 aus unabhängigen Behältern 140 und
zugeführt. Hydrauliköl wird aus dem Behälter 140 über eine Leitung 145 durch eine Pumpe 150 zur Druckbeaufschlagung
der Ventile 55 und 70 und aus dem Behälter 142 über Leitungen 152 und 155 durch eine Pumpe 160 zur Druckbeauf-
schlagung der Ventile 6 0 und 65 gesaugt. Es ist zu erkennen,
daß der Behälter 140,, die Pumpe 150 und die angeschlossenen
Leitungen ein Hydrauliksystem bilden, das von dem Behälter 142, der Pumpe 160 und den damit verbundenen
Leitungen unabhängig ist. Diese Redundanz gestattet die Blattwinkeleinstellung von beiden Blättern auch dann vorzunehmen,
wenn eines dieser Systeme ausfallen sollte.
Die Positionierung der Schieberkolben der Blattstellmotorsteuerventile
bestimmt die Druckbeaufschlagung und das Entleeren der Blattstellmotoren. Beispielsweise bei dem
Blatt 10, den Blattstellmotoren 35 und 40 und den Stellmotorsteuerventilen 55 und 60 ist zu erkennen, daß eine
Bewegung der miteinander verbundenen Schieberkolben 75 und 80 nach rechts bewirkt, daß der untere Teil des Stellmotors
35 über die Leitung 145, das Ventil 55 und die Leitung 105 mit Druck beaufschlagt wird? während der obere
Teil des Stellantriebs über die Leitung 95, das Ventil und die linke Abflußleitung 165 entleert wird. Dieses
Druckbeaufschlagen und Entleeren des Stellmotors 35 bewirkt, daß sich dessen Kolben und Kolbenstange nach oben
bewegen. Auf gleiche Weise bewirkt die Bewegung des Schieberkolbens
80 des StellmotorSteuerventils 60 nach rechts,
daß der obere Teil des Stellmotors 40 über die Leitungen 152 und 155, das Steuerventil 60 und die Leitung 100 mit
Druck beaufschlagt wird, während der untere Teil dieses Stellmotors über die Leitung 110, das Ventil 60 und die
rechte Abflußleitung 170 entleert wird, wodurch bewirkt
wird, daß sich der Kolben und die Kolbenstange des Blattstellmotors 40 nach unten bewegen. Diese Bewegung der
Stellmotoren 35 und 40 bewirkt, daß sich die Plattform und deshalb das Blatt 10 im Uhrzeigersinn bewegt» Ebenso
ist zu erkennen, daß eine Bewegung der Schieberkolben
und 80 der Steuerventile 55 und 60 in der entgegengesetzten Richtung (nach links) eine entgegengesetzte Druckbeaufschla-
-W-
gung und Entleerung der BlattStellmotoren 35 und 40 und
dadurch eine Bewegung der Plattform 20 und des Blattes im Gegenuhrzeigersinn bewirkt. Nachdem die Arbeitsweise
der Steuerventile 55 und 60 zum wahlweisen Druckbeaufschlagen und Entleeren der Blattstellmotoren 35 und 40 beschrieben
worden ist, ist leicht zu erkennen, daß die Steuerventile 65 und 70 genau auf dieselbe Weise bewirken,
daß die Blattstellmotoren 45 und 50 wahlweise mit Druck beaufschlagt und entleert werden, um den Einstellwinkel
des Blattes 15 zu verändern. Daher bewirkt die Bewegung der Schieberkolben 85 und 9 0 der Steuerventile 65
und 70 nach links, daß der untere Teil des Stellmotors mit Druck beaufschlagt und der obere Teil desselben entleert
wird, während der obere Teil des Stellmotors 50 mit Druck beaufschlagt und dessen unterer Teil entleert wird,
um eine Bewegung des Blattes 15 im Gegenuhrzeigersinn hervorzurufen.
Ebenso bewirkt eine Bewegung der Schieberkolben 85 und 90 aus ihrer Nullstellung nach rechts ein entgegengesetztes
Druckbeaufschlagen und Entleeren der Stellmotoren 45 und 50, um eine Einstellwinkelverstellung des
Blattes 15 im Uhrzeigersinn zu erzielen.
Mechanischen Eingangs- und Rückführungssignale an den
Steuerventilen 55 und 60 werden durch eine lange Stange 200 geliefert, die an der Plattform 20 des Blattes 10
an der Stelle 205 drehbar angelenkt ist. Mechanische Eingangs- und Rückführungssignale an den Steuerventilen
65 und 70 werden durch eine lange Stange 202 geliefert, die an der Plattform 25 des Blattes 15 an einer Stelle
210 drehbar angelenkt ist. Die Stange 200 ist außerdem an den Schieberkolben 75 und 8 0 der Steuerventile 55 und
60 an einer Stelle 215 drehbar angelenkt. Die Stange 202 ist an den Schieberkolben 85 und 90 der Steuerventile 65
und 70 an einer Stelle 220 drehbar angelenkt. Im Betrieb bewirkt eine Bewegung der Stellmotorsteuerventilschieber-
kolben zum wahlweisen Druckbeaufschlagen und Entleeren der
Blattstellmotoren, das die Stangen 200 und 202 um ihre Verbindungspunkte
mit den Blattplattformen schwenken. Die Verstellung des Blatteinstellwinkels,, die aus der Verstellung
der Stellmotorsteuerventile und der Betätigung der Stellmotoren resuliert, bewirkt, daß die äußeren Enden der Stangen
200 und 202 eine Schwenkbewegung um die inneren Enden derselben ausführen, wodurch die Steuerventilschieberkolben
in ihre Mitten- oder Nullstellung gebracht werden und dadurch eine weitere Blattwinkelverstellung verhindert wird.
Die Betätigung der Steuerventile 55, 60, 65 und 70 wird
durch ein Hauptsteuerventil 225 und durch einen Hauptblattwinkelstellmotor
230 gesteuert. Das Hauptsteuerventil 225 wird über eine Zufuhrleitung 235 mit Druck beaufschlagt,
die mit der Zufuhrleitung 145 stromabwärts der Pumpe 150 in Verbindung steht, und wird an seinen entgegengesetzten
Enden über angeschlossene Äbflußleitungen 240 und 245 entleert, wobei die Abflußleitung 245 mit
einer Hauptabflußleitung 247 verbunden ist. Das Hauptsteuerventil 225 ist mit einem elektromagnetischen Stellantrieb
250 versehen, der ein Eingangssignal aus einem Hauptblattwinkelregler 255 empfängt ο Der Hauptblattwinkelregler
255 gibt ein Eingangssignal an den Stellantrieb 250 ab, das auf einem Sollblatteinstellwinkel basiert, welchen
der Regler 255 auf der Basis von Eingangssignalen, wie beispielsweise den Windbedingungen, dem elektrischen Strombedarf,
dem Turbinenwellendrehmoment und dgl-, festlegt- Ein geeigneter Hauptblattwinkelregler ist in der US-PS
4 160 170 beschrieben.
Das Hauptsteuerventil 225 dient zum wahlweisen Druckbeaufschlagen und Entleeren des HauptblattwinkelStellmotors
230 über Leitungen 260, 265 und 270, wobei die Leitungen
265 und 270 über ein erstes Segelstellungsventil 275 (das durch einen Stellantrieb 277 betätigt wird) in Verbindung
stehen, dessen Betrieb im folgenden ausführlich beschrieben ist. Der Hauptblattwinkelstellmotor 230 enthält
einen Kolben 280, der an einem Scherengestänge 285 drehbar angelenkt ist, das an den inneren Enden der Stangen
200 und 202 drehbar angelenkt ist.
Das Hauptsteuerventil 225 ist in seiner neutralen oder Nullstellung gezeigt. Die Erregung des Steuerventilstellantriebs
250 durch den Blattwinkelregler 255 bewirkt, daß der Schieberkolben dieses Ventils entweder angehoben
oder abgesenkt wird, um den Hauptblattwinkelstellmotor 230 wahlweise mit Druck zu beaufschlagen und zu entleeren,
der seinerseits die Blattstellmotorsteuerventile 55, 60, 65 und 70 so einstellt, daß die Stellmotoren 35, 40, 45
und 50 auf ausgewählte Weise mit Druck beaufschlagt werden und dadurch der Blatteinstellwinkel auf einen gewünschten
Wert eingestellt wird. Wenn zu Erläuterungszwecken angenommen wird, daß das Signal aus dem Hauptblattwinkelregler
255, das dieser an den Stellantrieb 250 abgibt, bewirkt, daß der Schieberkolben dieses Ventils angehoben
wird, so wird das linke Ende des Hauptblattwinkelstellmotors 230 durch Hydrauliköl über die Leitungen 145 und 235,
das Ventil 225 und die Leitung 260 mit Druck beaufschlagt, während die rechte Seite des Hauptblattwinkelstellmotors
230 über die Leitung 270, das Segelstellungsventil 275, die Leitung 265, das Ventil 225 und die Leitungen 245 und 247
entleert wird. Diese Druckbeaufschlagung des Hauptblattwinkelstellmotors
230 bewirkt, daß sich der Kolben 280 nach rechts bewegt und die Stange 200 im Gegenuhrzeigersinn um
die Verbindungsstelle 205 sowie die Stange 202 im Uhrzeigersinn um die Verbindungsstelle 210 schwenkt. Durch diese
Bewegung der Stangen 200 und 202 werden die Schieberkolben der Steuerventile 55, 60, 65 und 70 nach rechts bewegt, wo-
-dadie Stellmotoren 35, 40, 45 und 50 so mit Druck beaufschlagt
werden, daß das Blatt 10 im Uhrzeigersinn und das Blatt 15 im Gegenuhrzeigersinn bewegt und dadurch der
Einstellwinkel von beiden Blättern vergrößert wird* Eine Abwärtsbewegung des Schieberkolbens des Hauptsteuerventils
225 bewirkt, daß die rechte Seite des Hauptblattwinkelstellmotors 230 über die Leitungen 145r 235, das Steuerventil
225, die Leitung 265, das Ventil 275 und die Leitung 270 mit Druck beaufschlagt wird, während die linke Seite des
Stellmotors 230 über die Leitung 260, das Steuerventil 225 und die Leitungen 240, 245 und 247 entleert wird.
Das ergibt eine Bewegung des Hauptstellmotorkolbens 280 nach links, wodurch die Stange 200 im Uhrzeigersinn um die
Verbindungsstelle 205 und die Stange 202 im Gegenuhrzeigersinn um die Verbindungsstelle 210 geschwenkt wird. Diese
Bewegung führt dazu, daß sämtliche Blattstellmotorsteuerventilschieberkolben nach links bewegt werden, um
die Blattstellmotoren so mit Druck zu beaufschlagen, daß
der Einstellwinkel der Blätter verkleinert wird, wobei sich das Blatt 10 im Gegenuhrzeigersinn und das Blatt 15
im Uhrzeigersinn bewegt.
Der HauptblattwinkelStellmotor 230 enthält eine Rückführungseinrichtung.
290, die ein Rückführungssignal, das die Position des Hauptstellmotors angibt, über eine Leitung
295 an den Hauptblattwinkelregler 255 abgibt. Die Rückführungseinrichtung 290 enthält, wie dargestellt, einen
Transformator mit einem beweglichen Kern 297, der mit dem Kolben 280 verbunden ist« Die Position des Kerns wird einer
besonderen Einstellung des Blatteinstellwinkels der Blätter entsprechen und das Ausgangssignal des Transformators
festlegen.
Das vorstehend beschriebene Blattwinkelverstellsystem
-W-
-yflf.
stellt den Blatteinstellwinkel nicht nur unter Bedingungen normalen Betriebes ein, sondern ist auch in der Lage, die
Blätter bei Bedarf in Segelstellung zu bringen, indem es die Blätter auf einen maximalen Einstellwinkel einstellt,
um zu verhindern, daß über die Blätter hinweggehende Luftströmung an den Blättern Auftrieb erzeugt. Im Falle einer
Störung des Blattwinkelverstellsystems können die Blätter durch ein Notblattversteilsystem in Segelstellung gebracht
werden, das ebenfalls die Blätter auf den maximalen Einstellwinkel einstellt, um zu verhindern, daß der Wind an
den Blättern irgendeinen Auftrieb erzeugt. Die Notblattvers tellanordnung enthält einen Segelstellungsstellmotor
299, der wahlweise über eine Leitung 300 mit Druck beaufschlagt und über eine Leitung 305 entleert wird. Der Stellmotor
299 enthält einen Kolben 301, der auf einer Kolbenstange 302 befestigt ist, an der ein Nocken 303 gebildet
ist. Die Leitung 300 steht mit einem zweiten Segelstellungsventil 310 in Verbindung, das mit unter Druck stehendem
Hydrauliköl über die Leitung 152 und mit dem Abfluß über Leitungen 312, 313 und die Leitung 247 in Verbindung
steht. Das Segelstellungsventil 310 wird synchron mit dem Segelstellungsventil 275 durch einen Stellantrieb
315 betätigt. Der Stellantrieb 315 empfängt zusammen mit
dem Stellantrieb 277 des Segelstellungsventils 275 ein Signal aus dem Blattwinkelregler 255 (oder spricht auf
das Abschalten eines solchen Signals an), wenn die Blätter in Segelstellung gebracht werden sollen. Dieses Signal
(oder dessen Beseitigung) bewirkt, daß die Stellantriebe 315 und 277 die Schieberkolben der Segelstellungsventile
anheben, was zur Folge hat, daß die rechte Seite des HauptblattwinkelStellmotors 230 über die Leitung 270, das
Ventil 275 und die Leitungen 240, 245 und 247 entleert wird, so daß dieses Verstellen in Segelstellung durch Hydrauliköldruck
auf dieser rechten Seite nicht behindert
wird. Weiter wird durch das Anheben des Schieberkolbens des zweiten Segelstellungsventils 310 die linke Seite des
Segelstellungsstellmotors 299 mit unter Druck stehendem HydraulikÖl über die Leitung 300, das Segelstellungsventil
310 und die Leitung 152 in Verbindung gebracht. Der Segelstellungsstellmotor 299 wird zwar, wie gezeigt, mit Hydrauliköl
aus der Pumpe 160 mit Druck beaufschlagt, zur Erhöhung der Sicherheit kann der Stellmotor 299 jedoch
mit HydraulikÖl aus einer dritten, unabhängigen (redundanten) Hydraulikölquelle (nicht dargestellt) versorgt werden,
wobei diese dritte Hydraulikölquelle beispielsweise ein
Sammler sein kann, der durch die Pumpe 150 oder die Pumpe
160 gefüllt wird. Es ist zu erkennen, daß beim Anheben der Segelstellungsventilschieberkolben auf ein Segelstellungssignal
hin die linke Seite des Segelstellungsstellmotors 299 mit Druck beaufschlagt wird, wodurch der Stellmotorkolben
nach rechts bewegt wird. Diese Bewegung wird auf die Stangen 200 und 202 über ein zweites Scherengestänge 325
übertragen, welches die Schieberkolben der Blattstellmotorsteuerventile 55, 60, 65 und 70 nach rechts bewegt und dadurch
bewirkt, daß das Blatt 10 im Uhrzeigersinn und das Blatt 15 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, um den Blatteinstellwinkel
bis zu seiner oberen Grenze zu vergrößern=
Zum Begrenzen der Blattbeanspruchung aufgrund von negativem Drehmoment und Umkehrschub beim Verlangsamen des Windturbinenrotors
ist esρ wie oben dargelegt, erwünscht, die Blätter mit einer abnehmenden Geschwindigkeit in Segel-Stellung
zu bringen. In der BlattwinkelverStellanordnung nach der Erfindung wird eine solche abnehmende Geschwindigkeit
des Verstellens in Segelstellung erzielt, indem die rechte Seite des Segelstellungsstellmotors 299 mit abnehmender
Geschwindigkeit entleert wird.
Gemäß der Zeichnung steht die rechte Seite des Segelstel-
- 1-3· -
lungsstellmotors 299 über die Leitung 305 mit Einrichtungen
330 und 335 in Verbindung, die die Arbeitsgeschwindigkeit des Segelstellungsstellmotors steuern, und mit einer Einrichtung
340, die die Steuereinrichtungen so einstellt, daß sich eine abnehmende Geschwindigkeit des Stellmotorbetriebes
ergibt, wenn die Blätter in Segelstellung gebracht werden. In der bevorzugten Ausführungsform enthalten die
Steuereinrichtungen 330 und 335 Durchflußregler, die parallel geschaltet sind und jeweils einen konstanten Ausfluß
trotz Veränderungen des Zuflusses, die beispielsweise durch einen Ausfall des Blattwinkelversteilsystems bewirkt
werden, aufrechterhalten. Diese Durchflußregler enthalten im allgemeinen ein Drosselventil, das den effektiven
Durchflußquerschnitt des Durchflußreglers einstellt,
und ein Druckregelventil, das einen konstanten Druckabfall an dem Drosselventil aufrechterhält. Typisch für
solche Regler sind die Durchflußregler der Serien TPCS, TPCCSL oder PCK, die von der Parker-Hannifin Corporation,
Cleveland, Ohio, vertrieben werden.
Die Einrichtung 340 enthält ein Blattverstellgeschwindigkeitssteuerventil,
das wahlweise den Hydrauliköldurchfluß durch den Regler 330, der zu ihm in Reihe geschaltet ist,
blockiert. Das Ventil 340 enthält ein Verschlußstück 345,
das durch eine Rückholfeder 350 nach oben gedrückt wird. Ein Schaft 355 erstreckt sich von dem Verschlußstück 345
nach oben und hat am Ende einen Nockenabtaster 360, der mit dem Nocken 303 an der Kolbenstange 302 des Segelstellungsstellmotors
29 9 in Berührung ist. Die Durchflußregler 330 und 335 entleeren (ebenso wie das Ventil 340) in
die Abflußleitung 24 7.
Wenn im Betrieb ein Segelstellungssignal dem Stellantrieb 315 zugeführt wird, wird der Schieberkolben des Ventils
- Vk -
310 angehoben, wodurch die linke Seite des Segelstellungsstellmotors
mit unter Druck stehendem HydraulikÖl über die Leitung 300, das Segelstellungsventil 310 und die Leitung
152 beaufschlagt wird. Der Segelstellungsventilschieberkolben
blockiert die Verbindung der rechten Seite des Stellmotors mit der Abflußleitung 313. Deshalb wird die rechte
Seite des Stellmotors 299 über die Kombination aus den Durchflußreglern 330 und 335 und dem Blattverstellgeschwindigkeitssteuerventil
340 entleert. Wenn das Verstellen in Segelstellung eingeleitet wird, bewegt sich der Segelstellungsstellmotorkolben
nach rechts, und der Schaft des Ventils 340 wird durch die Rückholfeder 350 angehoben, so daß
sich der Stellmotor über beide Durchflußregler mit maximaler Geschwindigkeit entleert» Das hat zur Folge, daß der
Segelstellungsstellmotor 299 mit einer maximalen Geschwindigkeit arbeitet, wodurch das Verstellen in Segelstellung
mit einer maximalen Geschwindigkeit bei Blattwinkeln (von.
beispielsweise weniger als 20°) erfolgt, bei denen die Blätter positives Drehmoment liefern. Wenn die Blatteinstellwinkel
über diese Winkeleinstellung hinaus auf Werte vergrößert werden, bei denen die Blätter negatives Drehmoment
und Umkehrschub liefern, berührt der Nockenabtaster den Nocken 303 an der Kolbenstange 302 des Segelstellungsstellmotors
299,. wodurch der Schaft des Ventils 340 nach unten bewegt und dadurch der Durchfluß durch den Regler
330 blockiert wird. Das Blockieren des Durchflusses durch den Regler 330 verringert die Geschwindigkeit des Entleerens
des Segelstellungsstellmotors 299 und führt dadurch zur Verringerung der Geschwindigkeit, mit der die Verstellung in Segelstellung erfolgt.
Die erfindungsgemäße Anordnung zum Verstellen in Regelstellung
ist zwar unter Bezugnahme auf Regler mit konstantem Massendurchfluß beschrieben worden, diese Regler
könnten jedoch im Rahmen der Erfindung beispielsweise durch diskrete Durchflußdrosselvorrichtungen oder -wider-
stände ersetzt werden. Solche Durchflußdrosselvorrichtungen wären geeignet, wenn Eingangsdruckveränderungen an den
Reglern nicht zu erwarten sind. Die verwendeten Ausdrücke "Regler" oder "Durchflußregler" beziehen sich daher nicht
nur auf Durchflußregler konstanten Volumens, wie die oben beschriebenen, sondern auch auf Durchflußwiderstände, die
auf ausgewählte Weise mit dem Stellmotor in Verbindung gebracht werden können, um das Verstellen in Segelstellung
mit einer höheren Anfangsgeschwindigkeit und mit einer anschließenden niedrigeren Geschwindigkeit zu erzielen.
Weiter können im Rahmen der Erfindung verschiedene andere Relativausrichtungen der Durchflußregler benutzt werden,
solange diese Regler bewirken, daß der Segelstellungsstellmotor am Anfang mit einer gewünschten Geschwindigkeit
und anschließend mit einer relativ niedrigeren Geschwindigkeit arbeitet. Beispielsweise können mehr oder
weniger (beispielsweise ein einziger Durchflußregler, derso eingestellt wird, daß er veränderbare Durchflußgeschwindigkeiten
ergibt) als zwei Durchflußregler in verschiedenen Ausrichtungen in bezug aufeinander benutzt
werden. Statt dessen können, wenn Kavitation in den verschiedenen Hydraulikleitungen, Ventilen und Stellmotoren
nicht zu erwarten ist, verschiedene Kombinationen von Durchflußreglern in der Hydraulikeinlaßleitung des Segelstellungsstellmotors
zum Steuern der Arbeitsgeschwindigkeit desselben benutzt werden.
Weiter ist zwar die Erfindung am Beispiel einer hydraulischen Anordnung zur Blattverstellung und zur Verstellung
in Segelstellung beschrieben worden, die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht darauf, denn bei Bedarf ist
sie in einem elektrischen System mit gleichem Nutzen einsetzbar. So könnte der Segelstellungsstellmotor 299 ein
Elektromotor sein, während die Regler 330 und 335 elek-
trische Drehzahlregler sein könnten und das Ventil 340 eine elektrische Schaltvorrichtung sein könnte.
Leerseite
Claims (5)
- Patentansprüche :TJ Anordnung zum Blattverstellen in Segelstellung für eine Windturbine, die wenigstens ein verstellbares Blatt (10, 15) hat, das in eine Segelstellung bewegbar ist, und einen Segelstellungsstellmotor (299), mittels welchem das Verstellen des Blattes in Segelstellung steuerbar ist, gekennzeichnet durch:eine Steuereinrichtung (330, 335), die mit dem Segelstellungsstellmotor (299) zum Steuern der Arbeitsgeschwindigkeit desselben verbunden ist; und eine Einrichtung (340), die mit der Steuereinrichtung (330, 335) verbunden ist zum Verstellen der Steuereinrichtung (330, 335), um die Arbeitsgeschwindigkeit des Segelstellungsstellmotors (299) während des Verstellens des Blattes in Segelstellung wahlweise zu verändern, damit das Verstellen des Blattes in Segelstellung mit abnehmender Geschwindigkeit erfolgt.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Segelstellungsstellmotor (299) ein hydraulischer Stellmotor ist, mit dem eine Abflußleitung (305) für den Abfluß von Hydrauliköl aus dem Segelstellungsstellmotor (299) verbunden ist, daß die Steuereinrichtung (330, 335) zwei Durchflußregler enthält, die mit der Abflußleitung (305) in Verbindung stehen, und daß die Steuereinrichtungsverstelleinrichtung (340) ein Blattverstellgeschwindigkeitssteuersignal enthält, das den Durchfluß durch einen der Durchflußregler wahlweise blockiert.
- 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußregler (330, 335) parallel geschaltet sind und daß das Blattverstellgeschwindigkeitssteuerventil (340) mit einem (330) der Durchflußregler (330, 335) in Reihe geschaltet ist.
- 4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Segelstellungsstellmotor (299) ein Ausgangsteil hat, das durch Einleiten von unter Druck stehendem Hydrauliköl in den Segelstellungsstellmotor (299) bewegbar ist, und daß das Blattverstellgeschwindigkeitssteuerventil (340) durch das Segelstellungsstellmotorausgangsteil (302) betätigt wird, wobei das Ausgangsteil (302) am Anfang das Blattverstellgeschwindigkeitssteuerventil (340) öffnet, um den Durchfluß durch den einen Regler (330) zu gestatten und dadurch einen maximalen Hydraulikölabfluß aus dem Segelstellungsstellmotor (299) beim Beginn der Blattverstellung in Segelstellung zu bewirken, und anschließend das Blattverstellgeschwindigkeitssteuerventil (340) zu schließen, damit der Durchfluß durch den einen Regler (330) blockiert und dadurch der Abfluß aus dem Segelstellungsstellmotor (299) verringert und das Blatt mit kleinerer Geschwindigkeit in Segelstellung gebracht wird.
- 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsteil (302) mit einem Nocken (303) versehen
ist und daß das Blattverstellgeschwindigkeitssteuerventil (340) ein Eingangsteil (355) hat, das mit einem Nockenabtaster (360) versehen ist, der zum öffnen und Schließen
des Blattverstellgeschwindigkeitssteuerventils (340) mit
dem Nocken (303) in Berührung bringbar ist*
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: MENGES, R., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 8000 MUENCHEN |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |