DE918620C - Windkraftanlage mit verstellbaren Fluegeln und einer Anlaufhilfseinrichtung - Google Patents

Windkraftanlage mit verstellbaren Fluegeln und einer Anlaufhilfseinrichtung

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DE918620C
DE918620C DEH10833A DEH0010833A DE918620C DE 918620 C DE918620 C DE 918620C DE H10833 A DEH10833 A DE H10833A DE H0010833 A DEH0010833 A DE H0010833A DE 918620 C DE918620 C DE 918620C
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DE
Germany
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pressure medium
spring
power plant
wind
wind power
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DEH10833A
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English (en)
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Dr-Ing Ulrich Huetter
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Allgaier Werke GmbH and Co KG
Original Assignee
Allgaier Werke GmbH and Co KG
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • F03D7/02Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224Adjusting blade pitch
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/70Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05B2260/74Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades by turning around an axis perpendicular the rotor centre line
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/70Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05B2260/79Bearing, support or actuation arrangements therefor
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Description

  • Windkraftanlage mit verstellbaren Flügeln und einer Anlaufhilfseinrichtung Die Erfindung erstreckt sich auf eine Windkraftanlage mit zur Leistungsregelung voll oder teilweise um ihre Längsachse verstellbaren Flügeln und einer Anlaufhilfseinrichtung. Es ist bereits bekannt, besonders bei schnellaufenden Windkraftanlagen die Flügel oder deren Teile in Abhängigkeit von der Drehzahl oder dem auf die Flügel wirkenden Luftkraftmoment zur Leistungsregelung um ihre Längsachse zu verstellen, wobei die Flügel zumeist durch einen federbelasteten Fliehkraftregler beim überschreiten einer Solldrehzahl des Windrades im Sinne einer Verkleinerung des Anstellwinkels verdreht werden, um die Leistungsaufnahme des Windrades aus dem Wind zu begrenzen. Es sind ferner auch schon Anlaufhilfseinrichtungen bekannt, um schnelläufige Windräder bei Windgeschwindigkeiten in Betrieb zu setzen, bei denen das veThältnismäßig kleine Anlaufmoment der schmalen und im Stillstand sehr ungünstig beaufschlagten Flügel üi ihrer Betriebsstellung noch nicht ausreicht, um den Anlaufwiderstand zu überwinden. Hierzu hat man bisher bei stromerzeugenden Anlagen in der Regel den normalerweise vom Windrad angetriebenen elektrischen Generator von einer äußeren Stromquelle aus als Motor angetrieben. Dieses elektrische »Anwerfen« des Windrades ist jedoch auf stromerzeugende Anlagen beschränkt und erfordert außerdem für ein voll selbsttätiges Arbeiten verhältnismäßig verwickelte und daher auch sehr störanfällige elektrische Schalteinrichtungen. Man hat deshalb auch bereits vorgeschlagen, das Anlaufmoment durch eine selbsttätige Verstellung der Flügel auf einen günstigeren Anströmwinkel bei stillstehendem Rad zu vempößern,, wobei das Eindrehen in die Betriebsstellung mit Hilfe eines besonderen Fliehkraftreglers erfolgen sollte. Dieser verhältnismäßig einfach erscheinende Vorschlag ist jedoch kaum zu verwirklichen, weil die verfügbaren Reglerkräfte unmittelbar bei Beginn der Windraddrehung zu klein sind, um die Reibungskräfte zu überwinden.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Selbstanlauf von Windkraftanlagen hoher Schnelllaufzahl und mit zur Leistungsbegrenzung vorzugsweise durch einen Fliehkraftregler verstellbaren Flügeln auf mechanischem Wege zu verbessern. Bei derartigen Windkraftanlagen besteht nämlich die besondere Schwierigkeit, daß die Flügel zum Anlaufen in dem gleichen Drehsinn verstellt werden müssen, wie sie beim Erreichen der Solldrehzahl durch den Regler !entgegen einer Reglerfeder verstellt werden. Gemäß. der Erfindung wird diese Umkehrbewegung mit Hilfe einer der Kraftrichtung der normalen Reglerfeder entgegenwirkenden vorgespannten Feder erreicht, die bei laufender Anlage - vorzugsweise durcheinehilfskraftbetätigte Vorrichtung - selbsttätig gespannt und so außer Einwirkung auf die Flügelverstellung gebracht wird. Durch diese Ausgestaltung der Anlaufhilfe werden die Flügel bei stillstehendem Windrad selbsttätig in Anlaufstellung und sogleich bei den ersten Windradumdrehungen zunehmend in ihre Betriebsstellung verschwenkt, aus der sie beim Erreichen der Solldrehzahl, z. B. durch einen Fliehkraftregler, wiederum auf kleine Leistung verstellt werden.
  • Als Hilfskraft zum Spannen der Anlauffeder wird im weiteren Ausbau der Erfindung vorteilhaft eine durch das laufende Windrad unter Druck setzbare Flüssigkeit verwendet, die über eine Zuleitung mit einer definierten Undichtheit auf einen Arbeitszylinder wirkt. Auf diese Weise ist es möglich, unter Ausnutzung der bekannten Gesetze der Hydraulik die z. B. im Fall einer festen Kupplung mit dem Regelgestänge einschließlich der Regelfeder sehr beträchtliche Vor:spannkraft der Anlauffeder durch Verwendung einer verhältnismäßig kleinen und nur geringe Betätigungskräfte benötigenden Druckpumpe, die .auf einen Arbeitszylinder mit wesentlich größerer Kolbenfläche und/oder größerem Hub arbeitet, zu überwinden. Beim Aussetzen der Druckmittelfö.rderung im Stillstand des Windrades wird das Druckmittel von der gespannten Anlauffeder durch die definierte Undichtheit aus dem Arbeitszylinder herausgedrückt, wobei die Flügel wieder in Anlaufstellung verdreht werden.
  • Um die erforderliche Zeit für die Verstellung der Flügel in die Anlaufstellung vom Stehenbleiben des Windrades und der damit aussetzenden Druckmittelfö.rderung ,an abzukürzen, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die definierte Undichtheit in der Druckmittelzuleitung zum Arbeitszylinder als ein »hydraulisches Relais« mit selbsttätiger Veränderung des Durchflußquerschnitbes in Abhängigkeit von der Zeit auszubilden.
  • Als Druckmittelflüssigkest wird z veekmäßig das zugleich zur Schmierung der umlaufenden Teile im Kopf der Windkraftanlage dienende Öl benutzt, so daß keine zusätzlichen Betriebsmittel benötigt werden.
  • Wenn dabei die Ansaugöffnung der zur Druckmittelpumpe führenden Leitung in Höhe des mindestens erforderlichen Ölstandes im Getriebe angeordnet wird, bewirkt die erfindungsgemäße AnJ.aufhilfseinrichtung zugleich eine voll selbsttätige Sicherung gegen einen Betrieb der Anlage ohne ausreichende Ölfüllung im Getriebe, da die Flügel bei zu niedrigem Ölstand ständig in der Anlaufstellung verbleiben, so daß das Windrad nicht auf seine zur Abgabe einer nennenswerten Leistung erforderliche Drehzahl kommt.
  • Schließlich liegt es im Rahmen der Erfindung, ein mit dem Druckmittelraum des Arbeitszylinders in Verbindung stehendes, vorzugsweise in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit - z. B. durch einen Staudruckfühler - betätigbares Schaltventil anzuordnen. Auf diese Weise kann die Anlaufhilfseinrichtung zusätzlich auch zum selbsttätigen Verstellen der Windradflübl auf kleinere Leistung bei übergroßen Windgeschwindigkeiten benutzt werden, wobei diese Verstellung entweder nur durch die druckentlastete Anlauffeder bis zur Anlaufstellung oder durch Umleitung der Druckflüssigkeit auch bis zur völligen Segelstellung der Flügel mit verschwindendem Drehmoment ausgeführt werden kann.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. i eine ,schematische Darstellung des Kopfes einer Windkraftanlage mit der erfindungsgemäßen Anlaufhilfseinrichtung und Fig. 2 und 3 zwei Schnitte durch das hydraulische Relais in der Druckmitteizuleitung in vergrößertem Maßstab mit verschiedenen Stellungen des Steuerkolbens.
  • In der Fig. i bezeichnet i das Windrad, dessen drei Flügel 2, 2', 2" um die Flügellängsachsen 3, 3', 3." verdrehbar gelagert sind. Das Windrad 1 treibt über eine hohle Welle 4 und ein zweistufiges Zahn,radgetriebe 5, 6, 7, 8 einen Generator 9 zur Erzeugung von, elektrischer Energie an. Auf der Antriebswelle i o des Getriebes ist ein Fliehkraftregler i i angeordnet, der über eine durch die hohle Windradwelle 4 verlaufende Reglerstange 12, einen Lenkerstern 13 und Stoßstangen 14, 14', 14" die Windradflü,gel 2, 2', 2" beim überschreiten der Solldrehzahl entgegen einer in die Windradwelle eingebaute Reglerfeder 15 verstellt.
  • Mit der Reglerstange 12 steht ferner über einen im Gehäuse gelagerten Hebel 16 die Anlaufhilfseinrichtung 17 in Wirkungsverbindung. Diese enthält in einem Zylinder eine Schraubenfeder 18, deren Vorspannkraft der Kraftrichtung der normaJen Regle.rfeder 15 entgegenwirkt. Durch Einfügen einer Gleitverbindung .in das Betätigungsgestänge läßt sich der Einfluß der Reglerfeder auf die Anlaufhilfsfeder gegebenenfalls jedoch auch gänzlich ausschalten, wobei die erforderlichen Betätigungskräfte und damit auch die Abmessungen der Anlaufhilfseinrichtung entsprechend verringert werden können. Der Arbeitszylinder der Anlaufhiifseinrichtun. g enthält ferner eine Kolbenstange r9 mit abdichtend im Zylinder geführten Kolben 20. Von der Vorgelegewelle 2 i des Zahnradgetriebes 5 bis 8 wird über einen Exzenter 22 eine Ölpumpe 23 angetrieben, die aus dem Ölsumpf des Zahnradgetriebes durch eine Ansaugleitung 24 Öl ansaugt und durch eine Druckleitung 25 mit zwischengebautem hydraulischem Relais 26 das Druckmittel in den Zylinder der Anlaufhilfseinrichtung 17 drückt, so daß der Kolben 2o die Anlaufhilfsfeder 18 weiter zusammendrückt und dabei die Flügel 2 bis 2" in Kraftrichtung der Reglerfeder 15 in Betriebsstellung gehen läßt.
  • In den Fig. 2 und 3 isst eine beispielsweise Ausführttngsform des hydraulischen Relais 26 im Schnitt vergrößert dargestellt. In dieses tritt das von der Pumpe kommende Drucköl über die Druckleitung 25 durch den Stutzen 27 ein und verschiebt einen Steuerkolben entgegen einer Schraubenfeder 29 aus der in Abb. 2 gestrichelt eingezeichneten Lage 28' in die durch ausgezogene Linien dargestellt Stellung 28 der gleichen Fig. 2, bei der der Steuerkolben den Stutzen 3o für die Druckleitung 25 zum Arbeitszylinder der Anlaufhilfsenrichtung freigibt, wodurch die Betriebsstellung der Windradflügel herbeigeführt wird. Beim Aufhören der Förderung von Drucköl infolge Stehenbleiben des Windrades stellt sich auf beiden Seiten des in der Stellung 28 befindlichen Steuerkolbens :ein Druckausgleich ein, so daß die vorgespannte Feder 29 den mit geringem Spiel irrt Gehäuse 31 geführten Kolben langsam in die Stellung 28' verschiebt, in der ein freier Durchfluß von dem Arbeitszylinder über den Stutzen 3o zu der Rücklaufleitung 32 freigegeben wird, so daß die Anlaufhilfsfeder 18 die Blätter beschleunigt in die Anlaufstellung verdreht.
  • Sobald der Kolben 2o im Arbeitszylinder der Anlaufhilfseinrichtung 17 seine Endstellung erreicht hat, wird der Kolben durch den ansteigenden Druck in die Stellung 28" (Fig. 3) verschoben, in der das von der Ölpumpe 23 weiter geförderte Öl in die Rücklaufleitung 32 abfließt. Am Arbeitszylinder der Anlaufhilfseinrichtung 17 ist außerdem noch ein weiteres Ventil 35 angebracht, das durch eine Stauscheibe 36 in Abhängigkeit vom Winddruck betätigt wird und beim Überschreiten einer bestimmten Windgeschwindigkeit eine Verstellung der Flügel auf kleinere Leistung durch die Anlaufhilfsfeder wie folgt bewirkt: Die bei Windstille senkrecht nach unten hängende Stauscheibe 36 wird mit ansteigender Windgeschwindigkeit durch den auf ihre Fläche wirkenden Staudruck entgegen ihrem Eigengewicht um eine Drehachse 37 zunehmend in Richtung auf eine horizontale Lage verschwenkt. Das von der Stauscheibe betätigte Ventil 35 ist dabei so eingestellt, daß es bei z. B. 18 m/sec. Windgeschwindigkeit einen Durchgang vom Druckraum 38 des Arbeitszylinders der Anlaufhilfseinrichtung 17 in eine Rücklaufleitung 39 zum Ölraum freigibt, wonach die Anlaufhilfsfeder 18 die Flügel auf kleinere Leistung verstellt.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: t. Windkraftanlage mit zur Leistungsregelung voll oder teilweise um ihre Längsachse verstellbaren Flügeln und einer Anlaufhilfseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaufhilfseinrichtung (17) aus einer der Kraftrichtung der nornwlen Reglerfeder (15) entgegenwirkenden vorgespannten Feder (18) und einer von _ der laufenden Anlage, vorzugsweise hilfskraftbetätigten Spannvorrichtung (20) für die Feder (18) besteht.
  2. 2. Windkraftanlage nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfskraft zum Spannen der Anlauffeder (18) eine durch das laufende Windrad unter Druck gesetzte Flüssigkeit dient, die über eine Zuleitung mit einer definierten Undichtheit (26) auf einen Kolben (20) im Arbeitszylinder der Anlaufhilfseinriehtung (r 7 ) wirkt.
  3. 3. Windkraftanlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Ausbildung der definierten Umdichtheit (26) in der Druckmittelleitung als hydraulisches Relais mit bei Aufhören der Förderung des Druckmittels selbsttätiger Veränderung des Durchlaßquerschnittes in Abhängigkeit von der Zeit, derart, daß zwischen dem Druckmittelraum des Arbeitszylinders und einer Rücklaufleitung zum ölsammelraum eine Verbindung hergestellt wird.
  4. 4. Windkraftanlage nach den Ansprüchen t bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmittel das Getriebeschmieröl verwendet wird.
  5. 5. Windkraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnung (24) der zur Druckmittelpumpe führenden Leitung in der Höhe des mindestens erforderlichen Ölstandes im Getriebe angeordnet ist.
  6. 6. Windkraftanlage nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Druckmittelraum des Arbeitszylinders der Anlaufhilfseinrichtung (17) ein vorzugsweise in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit betätigbares Ventil (35, 36) angeschlossen ist, das bei Erreichen einer bestimmten Windgeschwindigkeit eine Verbindung zwischen dem Druckmittelraum und einer Rücklaufleitung zum ölsammelraum freigibt.
DEH10833A 1951-12-22 1951-12-22 Windkraftanlage mit verstellbaren Fluegeln und einer Anlaufhilfseinrichtung Expired DE918620C (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1092850B (de) * 1956-10-08 1960-11-10 Karl Wolf Dipl Ing Leistungsregeleinrichtung fuer Windkraftanlagen
DE1118110B (de) * 1958-01-30 1961-11-23 Martin Walter Windkraftmaschine mit waagerechter Radachse

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1092850B (de) * 1956-10-08 1960-11-10 Karl Wolf Dipl Ing Leistungsregeleinrichtung fuer Windkraftanlagen
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