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Sicherheitsvorkehivng an Flügelverstellvorrichtungen für Windkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsvorrichtung an Flügelverstellvorrichtungen
für Windkraftmaschinen, bei welchen die Flügelverstellung mittels eines Stellkolbens
vorgenommen wird, der auf der einen Seite unter dem Einfluß einer Druckfeder steht
und auf der anderen Seite durch ein flüssiges oder gasförmiges Druckmittel beaufschlagt
wird.
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Es ist eine Sicherheitsvorkehrung für Windkraftmaschinen bekannt,
bei welcher eine das Flügelrad als Ganzes in den Wind sch@i-cnkende Flosse mittels
eines in der oben angegebenenWeise arbeitenden Stehkolbens beeinflußt wird. Dabei
ist zur Schaffung des, Druckmittels, nämlich Druckhift, eine vom Flügelrad angetriebene
IZ--olbenpump@e, vorgesehen, deren Zylinderraum mit :einem Entlüftungsventil versehen
ist, das der Wirkung einer Feder und der Gegenwirkung einer Winddruckfläche unterworfen
ist. Bis zu einer-gewissen Windgesch@@,indigkeit hält die Feder das Ventil offen,
so daß die Pumpe nur ins Freie fördern und den Stellkolben nicht beeinflussen kaum;
über dieser WindL-e.schwindigkeit bringt die Winddru.ekfläche das Ventil zum Schließen,
so daß die Pumpe Druckluft vor den Stehkolben schaffen kann und dieser sodann über
die Flosse die Verstellung des Rades vornimmt. Diese Sicherheitsvorkehrung wirkt
langsam, weil es im Gefahrfall geraume Zeit dauert, bis die Pumpe genügend Druckluft
zur Verstellung des Stellkolbens geschaffen hat, ist also wenig wirksam. Da außerdem
die Winddruckfläche mit dem Rad verstellt wird, so ist die Feder auch bald «-ieder
in der Lage, das Ventil zu öffnen, wodurch das Rad wieder zurückverstellt wird,
also Pendelerscheinungen eingeleitet werden, die gefahrbri.ngend sein können.
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Es ist anderseits eine Sicherheitsvorkehrung der eingangs ,angegebenen
Art bekannt, bei der der Druckmittelraum vor dem Stehkolben durch ein Kegelventil
zum In-den-Wind-Stellen entleerbar ist, das durch vorn Flügelrad angetriebene Fliehgewichte
betätigt wird. Da es aber beim Aufkommen von Sturm längere Zeit dauert, bis das
Flügelrad und mit diesem die Fliehgewichte die zur Auslösung erforderliche
hohe
Drehzahl erreicht haben, so ist siüch hiermit eine wirksame Sicherung nicht erzielbar.
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Nach dem Neuen der Erfindung ist der Druckmittelraum vor dem Stellkolben
bei ztineh.mendem Wind durch eine mittels einer Winddruckflä ehe betätigte Auslösung,
z. B. in Form eines Drehschiebers mit weitem Durchgang,zum In-deti-'#Ä-ind-Stell@enderFlügelschnell
entleerbar. Diese Sicherheitsvorkehrung wirkt sehr schnell, so daß die Flügel des
Rades und nicht zuletzt auch der Mast bei Sturm nur wenig beansprucht werden. Da
ferner die Winddruekfläche immer gegen den Wind angestellt bleibt. so können Pendelerscheinungen
nicht auftreten.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels
scbaubildlich erläutert. Die Zeichnung zeigt hiervon in Fig. i einen senkrechten
Hauptschnitt und in Fig.2 einen senkrechten Querschnitt nach der Ebene 11-II der
Fig. i, -wogegen in Fi.3 ein Querschnitt durch einen Flügel nach' der Ebene III-III
der Fig. i dargestellt ist.
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Nach der Zeichnung besitzt dab Flügelrad i zu ei Flügel 2, die an
der hohl ausgebildet--n Welle 3 zum Zweck der Verstellmöglichkeit um die FlügelachsenA-A
bei a gelagert sind. Die Flügel 2 -weisen innerhalb der Welle 3 Zahnräder 5 auf
und können nach Fig. 2 über die in diese Zahnräder eingreifenden, an der zur Welle
3 gleichachsigen Regelstange 6 sitzende Zahnstangen 7 verstellt werden, so da-ß
sie bei sehr niedriger Windgeschwindigkeit zur .Windrichtung W die in Fig. 3 voll
ausgezogene Stellring einnehmen, bei größeren Windgeschwindigkeiten aber, bei denen
die Win.dkraftmas:chine Arbeit leistet, gegen die strichpunktiert angedeutete, übergroßen
Windgeschwindigkeiten entsprechende Stellung verstellt werden, in der sie nahezu
in der Windrichtung liegen.
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Die Welle 3 liegt gleichachsig in einer Hohlwelle 8 und ist mit dieser
über die Keilwellenprofile 9 auf Verdrehen gekuppelt. Die Hohlwelle 8 ist bei io
im Lagerkörper i i gelagert, im Sinn der Drehachse unverschiebbar, und trägt das
Kegelrad i 2, das über das Kegelritze- 13 die Abtriebswelle 14 antreibt. Die Welle
3 ist mitsamt dem Flügelrad i unter den Windkräften in Achsrichtung gegenüber der
Hohlwelle 8 verschiebbar, und zwar gegen die Wirkung einer zwischen beide Wellen
eingespannten Schraubendruckfeder 15.
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Die Verstellung der Regelstange 6 erfolgt voll einem Kolbenantrieb
16 aus, der einerseits einen Druckraum 17 und anderseits ein-Schraubendruckfeder
18 ausweist und von einer Steuereinrichtung i 9 aus beeinflu.ßbar ist. Das Druckmittel.
für den Kolbentrieb 16, zweckmäßii4ei--veise eine Flüssigkeit mit niedrigem Gefrier-
bzw. Stockpunkt, z. B. gewisse 0-c oder deren Mischungen, liefert hierbei eine -von
der Abtriebsivelle 1 4. angetriebene Zahnradpttnipe 2o aus einem Vorratsbehälter
21, der das aus dem Druckraum i; abfließende Druckmittel aufnimmt, -wobei an die
Druckleitung ein Windkesse122 angeschlossen ist und zwischen Druck- und Sauleitung
ein L'berströmventil 23 liegt.
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Zur Betätigung der Steuereinrichtung id ist die Welle 3 über das Kegelrad
12 hinaus verlängert und weist dort eine Ringnut 2.1 auf, in die ein Gabelstück
25 eingreift, das derum über eine Stange 26 an einen einerseits die Steuereinrichtung
t 9 beeinflussenden und anderseits vom Kolbetitricb 16 riickgefiilirteti Hchel27
angelenkt ist.
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Zur schnellen-Entlüftung des Druckrau.nies 17 des Kolbentriebes ist
ein Drehschieber 28 mit groi')cin Durclitrittsquerschnitt vorgesehen, der von einer
in den Wind ragenden, gewiclitshel.asteten Stauscheibe 29 gesclil:osseii gehalten,
hei übergroßen Windgeschwindigkeiten aber gegen dun Vorratsbehälter2i hin :.r,@'ü1111(".
wird.
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Die veranschauUchte Windkraftmaschin;@ wirkt so, dal.i beim Anwachsen
der Windgeschwindigkeit der hierbei vergröberte Atialschub des Rades i dieses in
Achsrichtung gegen die Spannung der Schraubendruckfeder 15 verschiebt. Hierbei wälzen
sich die -Zahnräder 5 auf den Zahnstangen 7 ab, wodurch die Flügel 2 des Rades um
ein gerin-es Maß mehr in die Windrichtung W gestellt werden, gleichzeitig .aber
auch die Steuereinrichtung ic verstellt -wird, die Druckmittel aus dem Druckratun
17 in den Vorratsbehälter 21 <'ihfllClien lä1:)t und dadurch der Feder i 8 die
Möglichkeit gibt. die Flügel 2 über die Regelstange 6 im angegebenen Sinn -weiter
zu verstellen. Di,: vorgesehene Rückführung durch den Hebel 2,.-lä -')t es hierbei
erreichen, daß jeder Axialverschiebung des Rades i eine gang bestimmte Verstellung
der Flügel2 zugeordnet ist und jeder Windgeschwindigkeit eine ganz hestimmte Flügelstellung
entspricht. Bei einer Verringerung der Windgeschwindigkeit hingegen -wird dem Druckraum
17 von der Pumpe 20 und vom Windk.essel22 aus Druckmittel zugeführt, wodurch die
Flüge12 im umgekehrten Sinn verstellt werden und wieder in eine der Wiiidgc_selilvindigkeit
"nisprechende Stellung kommen.
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Wenn hierbei der KolbentrieL 16 nicht ginügend verzögert arbeitet.
so kann beispielsweise die Drti:ckleittrng für das Druckmittel mit einer zusätzlichen
Drosselversehen werden.
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Bei Sturm wird die Stauscheibe 29 ausgeschwenkt und dadurch der Drehschieber
28 so verstellt, dati er den Druckraurn17 des Kolb.
entriebes unmittelbar
mit dem Vorratsbehälter 21 verbindet.. Dadurch kommt die Feder 18 schnell
zur Wirkung und bringt die Flügel in die in Fig. g strichpunktiert angegebene sturmsichere
Lage.
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Um das Rad i jeweils gegen den Wind richtig anstellen zu können, sind
selbstverständlich der Lagerkörper i i, die Pumpe 2o, der Windkessel2i usw. um eine
senkrechte Achse drehbar, wie dies an sich bekannt ist. Dia erwähnten Teile können
natürlich mit Ausnahme der Stauscheibe 28 unter einer stromlinienförmigen Verkleidung
liegen, wie dies ebenfalls an sich bekannt ist. Dies ist aber alles in der Zeichnung
nicht mehr veranschaulicht.