DE959450C - Windkraftanlage mit um ihre Laengsachsen voll oder teilweise verstellbaren Fluegeln - Google Patents

Description

• Windkraftanlage mit um ihre Längsachsen voll oder teilweise verstellbaren Flügeln Die Erfindung erstreckt sich auf eine Windkraftanlage mit um ihre Längsachsen voll oder teilweise verstellbaren Flügeln auf eine bestimmte Anlaufstellung mit großer Steigung beim völligen oder angenäherten Stillstand des Windrades und auf eine gewollte Wind@radhöchstdrehzahl im Normalbetrieb mit kleiner Flügelsteigung. Es wurde bereits vorgeschlagen, bei derartigen Windkraftanlagen die Flügel mit Hilfe zweier in entgegengesetztem Sinn auf das Verstellgestängeeinwirkenden Federn dadurch in die jeweils erforderliche Winkeleinstellung zu verschwenken, daß die stärkere »Anlauffeder«, die die Flügel auf eine große Steigung zu-verdrehen. sucht, bei laufendem Windrad von einem druckmittelbeaufschlagten Arbeitskolben zusätzlich gespannt und damit außer Einwir kung auf die Flügelverstellung gebracht wird. Es ist ferner bekannt, für die Flügelverstellung von Windkraftanlagen allein zur Leistungsbegrenzung einen Sbellkolben zu verwenden, der auf der einen Seite unter dem Einfluß einer Druckfeder steht und auf der anderen Seite durch ein flüssiges oder gasförmiges Druckmittel beaufschlagt wird. Bei einer weiteren bekannten Regeleinrichtung für Windkraftanlagen mit druckmdttelbetätigter Verstelleinrschtung für die Flügel ist auch bereits eine Umkehrbewegung der Flügel von einer Anlaufstellung mit großer Flügelsteigung über dne Vollbetriebsstellung bei kleiner Flügelsteigung zur Drosselstellung mit wieder vergrößerter Steigung vorgesehen. Bei dieser in ihrem Gesamtaufbau verhältnismäßig verwickelten Regeleinrichtung sollen die Flügel in Abhängigkeit von einem Steuerorgan verstellt werden, das seine Impulse allein von dem mit dem Quadrat der Winddrehzahl ansteigenden (Stau-) Druck im Druckmittel erhält. Ein solches Steuerungsverfahren enthält jedoch so viele Einflußgrößen für den sich einstellenden Flüssigkeitsdruck, wie z. B. die temperaturabhängige Viskosität und die davon abhängigen Druckverluste in den verschiedenen Abdichtungsstellen, daß es nur höchst ungenau arbeiten kann, zumal die verfügbaresSteuerkräfte bei kleinen Windraddrehzahlenzum \Terstellen der Flügel aus der oder in die Anlaufstellung - nur außerordentlich klein sind.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders einfache und betriebssichere Regeleinrichtung der geschilderten Art für Windkraftanlagen zu schaffen, die, einmal die Höchstdrehzahl des Windrades mit ausreichender Genauigkeit begrenzt und zugleich bei stillstehender Anlage die Flügel wieder mit Sicherheit in ihre Anlaufstellung mit großer Steigung verschwenkt. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wnndradwelle in an sich bekannter Weise als Zylinder eines Druckflüssigkeitsmotors ausgebildet ist, dessen Stellkolben mit der Flügelverstellvorrichtung verbunden und auf der einen, Seite durch eine während des Betriebes geförderte Druckflüssigkeit und auf der anderen durch eine vorgespannte Feder belastet ist, die die Flügel auf große Steigung zu verstellen sucht, und daß in die Druckflüssigkeitszuleitung ein durch eine Fliehkrafteinirichtung betätigbares Steuerorgan eingeschaltet ist, daß bei Überschreiten der Solldrehzahl des Windrades in an sich ebenfalls bekannter Weise Druckflüssigkeit aus dem Stellmotor abzuführen gestattet, und daß das Druckflüssigkeitssystem, vorzugsweise zwischen Kolben und Zylinderwand des Druckflüssigkeitsstellmotors in Verbindung mit Abflußöffnungen der Zylinderwand, mit einer »definierten Undichtheit« versehen ist. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt die Flügelverstellung in einer Richtung - auf große Steigung - durch Federkraft, während der Druckflüssigkeitsstellmotor das Verdrehen: der Flügel in die Normalbetriebsstellung -mit kleiner Steigung - übernimmt. Der F1iehkraftregler braucht bei dieser Anordnung nur die verhältnismäßig kleinen Kräfte zum Betätigen des Steuerorgans in der Druckflüssigkeitsleitung zu überwinden, um die Höchstdrehzahl des Windrades unter Benutzung der auf die Flügel immer im Sinn einer Verstellung auf große Steigung einwirkenden Feder zu begrenzen, die gleichzeitig bei stillstehendem Windrad zum Verstellen. der Flügel in die Anlaufstellung dient unter Verdrängung der im Arbeitszylinder befindlichen Flüssigkeitsfüllung durch die »definierte Undichtheit« im Druckmittelsystern. Durch die Unterbringung des Arbeitszylinders und der Feder im Inneren der hohlen Windrad-,velle wird die FlügelveTstellvorrichtung infolge Fortfalls fast aller Übertragungsteile noch weiter erheblich vereinfacht. Besonders zweckmäßig ist es dabei, daß die zur Übertragung der Windradleistung von den Flügeln auf die anzutreibende Arbeitsmaschine sowieso sehr stark zu bemessende Windradwelle selbst als Arbeitszylinder ausgestaltet ist, wodurch sich eine weitere Werkstoff-und Arbeitsersparnis ergibt.
• Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnungen. Von diesen zeigen im einzelnen Fig. i den Kopf einer Windkraftanlage mit der erfindungsgemäßen Anlaufhilfe und Regeleinrichtung im Längsschnitt und Fig. a einen Teilschnitt nach der Linie II-II der Fig. i.
• In der Zeichnung ist das Windrad mit i bezeichnet, dessen Flügel z, a' um die Flügellängsachsen 3, 3' verdrehbar gelagert sind. Das Windrad i treibt über eine Hohlwelle 4 und zwei Kegelradgetriebe 5, 6 bzw. 7, 8 eine Arbeitsmaschine z. B. in Form einer nicht mit dargestellten Kolbenwasserpumpe an. Auf der Windradwelle 4 ist ein Fliehkraftregler i i mit einer oder mehreren Reglerfedern 15 angeordnet. In der hohlen Windradwelle 4 ist eine Regelstange 12 verschiebbar gehaltert, die über einen Lenkerstern 13 und Stoßstangen 14, 14' die Windradflügel z, 2' im einen oder anderen Drehsinn zu bewegen gestattet. Die Regelstange 12 wird bei stillstehender Anlage durch eine Schraubenfeder 18 so weit in die hohle Windradwelle 4 hineingedrückt, daß sich die Flügel in Anlaufstellung, d. h. unter einem günstigen Anströmwinkel mit großem Auftriebsbehvert zur Anblasrichtung befinden. An ihrem in der hohlen Win.dradwelle befindlichen Ende trägt die Regelstange i2 einen Kolben :2o, der in einem als Arbeitszylinder ausgebildeten Teil 17 der Windradwelle 4 abdichtend geführt ist. Von der Abtriebswelle io wird über einen Exzenter 22 eine Ölpumpe 23 angetrieben, die aus. dem Ölsumpf des unteren Kegelgetriebes durch ein Sieb 24 Öl ansaugt und, durch eine Druckleitung 25 in den Arbeitszylinder 17 preßt, sobald das Windrad bei aufkommendem Wind sich zu drehen beginnt. Durch das auf den Kolben 2o wirkende Drucköl wird die Regelstange entgegen der Wirkung der Feder 18 zunehmend aus der Windradwelle herausgedrückt, wobei die Windradflügel 2, 2' in ihre Arbeitsstellung mit kleiner Steigung verstellt werden. In der Druckleitung 25 von der Ölpumpe --3 zum Arbeitszylinder 17 ist ein mit dem Fliehkraftregler ii in Wirkungsverbindung stehendes Steuerorgan 4o eingeschaltet, das beim Überschreiten der Solldrehzahl des Windrades eine Ölaustrittsöffnung freigibt, so daß die Feder 18 die Flügel wieder auf kleinere Leis.tungsaufnahrne verstellt. Der Weg des Kolbens ao wird nach außen dadurch begrenzt, daß dieser in seiner äußersten. Lage eine oder mehrere Durchbrechungen 41 in der Wandung der als Arbeitszylinder dienenden Windradhohlwelle 4 öffnet, durch die das von der Pumpe geförderte Öl wieder austreten kann. Gemäß einer besonders vorteilhaftenAusführungsform werden dieDurchbrechungen 41 derart angeordnet, daß das aus dem Zylinder 17 austretende Öl in, einen Schmiermittelraum 42 für die Windradlager geleitet und auf diese Weise eine Umlaufschmierung der lebenswichtigen Hauptlager sichergestellt wird. Zum willkürlichen Verstellen der Windra.dflügel auf kleine bzw. ganz verschwindende Leistung ist .in der Druckleitung 25 noch ein weiteres Steuerorgan 27 angebracht, das entweder durch eine Stauscheibe 36 in Abhängigkeit vom Winddruck oder von Hand oder durch eine beliebige andere Kraft - z. B. bei einer Anlage zur Wasserförderung durch einen Schwimmer od. dgl. - betätigt werden kann.
• Als »definierte Undichtheit« zur Druckentlastung des Arbeitszylinders 17 beim Stillstand der Anlage ist es in der vorliegenden. Ausführungsform ausreichend, dem Kolben 2o z. B. durch Verwendung normaler Kolbenringe zum Abdichten eine gewisse Durchlässigkeit zu geben, wobei auch das im Betrieb an dem Kolben vorbeidringende Öl durch besondere Kanäle 43 zweckmäßig in den Schmiermittelraum für die Hauptlager abgeleitet wird.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Windkraftanlage mit um ihre Längsachse voll oder teilweise verstellbaren Flügeln und einer Einrichtung zur selbsttätigen Flügelverstellung auf eine bestimmte Anlaufstellung (große Flügelsteigung) beim völligen oder angenäherten Stillstand des Windrades und auf eine gewollte Win.dradhächstdrehzahl im Normalbetrieb (kleine Flügelsteigung), dadurch gekennzeichnet, daß die Windradwelle (4) in an sich bekannter Weise als Zylinder (i7) eines Druckflüssigkeitsstellmotors ausgebildet ist, dessen Stel.lkolben (2o) mit der Flügelverstellvorrichtung verbunden und auf der einen Seite durch eine während des Betriebes geförderte Druckflüssigkeit und auf der anderen durcheine vorgespannte Feder (r8) belastet ist, die die Flügel auf große Steigung zu verstellen: sucht, und daß in die Druckflüssigkeitszuleitung (25) ein durch eine Fliehkrafteinrichtung betätigbares Steuerorgan (i4) eingeschaltet ist, daß bei Überschreiten der Solldrehzahl des Wind= rades in an sich ebenfalls bekannter Weise Druckflüssigkeit aus dem Stellmotor abzuführen gestattet, und daß das Druckflüssigkedtssystem, vorzugsweise zwischen Kolben und Zylinderwand des Druckflüssigkeitsstellmotors in Verbindung mit Abflußäffnungen (4i, 43) der Zylinderwand, mit einer »definierten Undichtheit« versehen ist.
2. 2. Windkraftanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen, (4i, 43) der Zylinderwand des Stellmotors mit -einem Schmierraum (42) für die Lager der Windradwelle in Verbindung sind.
3. 3. Windkraftanlage nach Anspruch i oder folgendem, dadurch gekennzeichnet, daß in die Druckflüssigkeitszuleitung (25) ein weiteres willkürlich betätigbares Steuerorgan (27) eingeschaltet ist, das in an sich bekannter Weise Druckflüssigkeit aus dem Stellmotor abzuführen gestattet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 7.31 46o; 862 28o; französische Patentschrift Nr. 922 9i8.