EP1442217A1 - Verfahren und vorrichtung zur verzögerung eines rotors einer windkraftanlage - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur verzögerung eines rotors einer windkraftanlage

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EP1442217A1
EP1442217A1 EP02782753A EP02782753A EP1442217A1 EP 1442217 A1 EP1442217 A1 EP 1442217A1 EP 02782753 A EP02782753 A EP 02782753A EP 02782753 A EP02782753 A EP 02782753A EP 1442217 A1 EP1442217 A1 EP 1442217A1
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deceleration torque
brake
torque
unit
deceleration
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EP02782753A
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Norbert Hennchen
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Individual
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0244—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for braking
    • F03D7/0248—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for braking by mechanical means acting on the power train
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a method for decelerating a drive train, in particular a rotor of a wind power plant, in which a deceleration torque which is reduced in comparison with the maximum deceleration torque is initiated in order to avoid an undesirably high load. Furthermore, the invention relates to a device for performing the method.
  • An aerodynamic brake known as a wing or blade tip brake, serves as the service brake. This aerodynamic brake is always triggered, for example, due to the centrifugal force that occurs when the wind speed exceeds a maximum permissible value.
  • the blade tip rotates, for example, by 80 ° and thus acts as an aerodynamic brake.
  • the second brake system usually has a mechanical, in particular spring-actuated disc brake, which is arranged as an emergency or parking brake on the fast shaft between the transmission and the generator.
  • the mechanical brake unit is only used in critical situations or for locking in the idle state, for example for service activities.
  • the brake system is activated electromechanically or hydraulically during operation. If an emergency arises that requires the wind turbine to be braked quickly, the electricity supply of the electrotechnical brake unit switched off or the hydraulic pressure reduced by opening a valve. As a result, the braking unit is activated by the pretensioning force of a spring element and thus transmits the required deceleration torque until the wind turbine stops.
  • the brake unit generally acts on the fast shaft of the transmission because a low torque corresponding to the transmission ratio of a transmission occurs there.
  • the decelerating moment brings about moments of inertia, the major part of which is caused by the rotation of the rotor blades.
  • the power transmission between the brake unit and the rotor blades takes place via the gearbox and a main shaft.
  • the main shaft and the other shafts of the gearbox are twisted by the onset of the deceleration torque. If the maximum deceleration torque is suddenly introduced, this leads to torsional vibrations.
  • These torsional vibrations cause peak torque loads, the amount of which can reach twice the deceleration torque. These undesirably high loads can damage the gearbox, the main shaft and the rotor blade holders.
  • the invention has for its object to provide a method for reliable and fast deceleration of the rotor of the wind turbine, in which an undesirable peak load, in particular above the maximum deceleration torque, can be excluded. Furthermore, a device for performing the method is to be created.
  • the first-mentioned object is achieved according to the invention with a method according to the features of patent claim 1.
  • the sub-claims 2 to 6 relate to particularly expedient developments of the invention.
  • a method is thus provided in which, after the deceleration torque has been introduced, at least one additional deceleration torque is initiated with a time shift which is matched to the natural frequency of the wind turbine.
  • the deceleration torque is introduced with a time delay such that an undesired oscillation, in particular torsional oscillation, cannot occur.
  • a reduced deceleration torque is first initiated and the deceleration torque is increased step by step in one or more stages or continuously according to the natural frequency of the wind turbine.
  • the rotor can be decelerated much more and therefore comes to a standstill earlier, which results in a considerable gain in safety.
  • a particularly advantageous embodiment of the method is achieved in that the time shift essentially corresponds to half the period of the torsional natural frequency of the wind power plant.
  • a possible torsional vibration is hereby avoided by the occurrence of torque peaks being excluded by the superimposition of the decelerating torques introduced.
  • a further particularly practical embodiment is also achieved if the natural frequency of a drive train of the wind turbine is used to determine the additional deceleration torque. All rotating elements attributable to the drive train are taken into account, so that possible vibrational loads on the overall system are avoided in an optimal manner.
  • the two deceleration torques are set hydraulically, in order in this way to achieve any gradation of the deceleration torques introduced.
  • the hydraulic elements do not have to act directly on the brake unit, but can also only be used as control elements in order to achieve independence of the brake unit from a possible failure of the pressure supply device.
  • a further, particularly favorable modification of the present invention is also achieved in that the deceleration moments are essentially of the same size in order to achieve the most uniform possible introduction of the deceleration moments. This reliably eliminates possible drive train vibrations.
  • the maximum deceleration torque to be initiated is distributed evenly over the rotating system's rotating time.
  • the reaction forces occurring when the deceleration torque is introduced are determined and the temporal shift or the amount of the deceleration torque to be introduced subsequently is determined therefrom.
  • the deceleration torque can be introduced in a metered manner in accordance with the detected reaction forces in order to be able to react flexibly to any undesirable loads that may occur.
  • the wind power plant is equipped with a control unit by means of which all essential parameters and optionally also external operating conditions are recorded and converted into a corresponding command for the deceleration torque to be initiated by means of a control program.
  • the time shift, the deceleration torque, or both are varied to counteract undesirable load conditions.
  • the second object of creating a device for decelerating a drive train in particular a rotor of a wind turbine, in which a decelerating torque which is reduced compared to the maximum decelerating torque in order to avoid an undesirably high load can be transmitted for carrying out the method solved that by means of the brake unit, in addition to the reduced deceleration torque with a time shift matched to the natural frequency, at least one additional deceleration torque can be transmitted.
  • the maximum deceleration torque is gradually introduced in a sequence that is coordinated with the natural frequency of the wind power plant, in order to prevent the rotating system from vibrating.
  • the chronological sequence, as well as the gradation of the deceleration moments is determined by essential parameters that are determined individually or depending on the design.
  • a particularly advantageous embodiment is also achieved in that the brake unit counteracts a brake unit in a rest position by means of a holding unit. against a preload force definable brake body.
  • a failure of the holding unit for example as a result of damage or a power failure, leads to activation of the braking unit in that the pretensioning force acts on the brake body and thus transmits the required deceleration torque.
  • a further, particularly favorable embodiment of the present invention is also achieved in that the brake body can be fixed in different positions by means of the holding unit for setting the first and the additional deceleration torque.
  • a predetermined deceleration torque is introduced in each position of the holding unit in order to enable the deceleration torque to be increased step by step until the maximum deceleration torque is reached.
  • the holding unit has a hydraulic cylinder through which a force counteracting the desired pretensioning force is introduced. To trigger the deceleration torque, therefore, only the hydraulic cylinder is actuated by the pressure supply device in such a way that it returns to its rest position and the pretensioning force acts on the brake body of the brake unit.
  • a particularly reliable embodiment of the device is also achieved in that the hydraulic cylinder is acted upon by a fluid from a pressure supply device in the rest position of the brake unit, so that a failure of the pressure supply leads to an immediate initiation of the deceleration torque. A malfunction of the holding unit therefore in no case leads to the cancellation of the deceleration torque.
  • the electrical energy for supplying the braking unit can be stored by means of a capacitor, so that the functionality of the device is ensured in any case even if the electrical energy supply fails.
  • the method and the device can be used with any drive train. They are also suitable for rail-bound vehicles as well as for road vehicles, as well as for other machines. In addition to applications for avoiding high loads, to increase the accuracy, applications are also conceivable for those uses which serve for positioning and handling, for example in the case of actuators or handling machines.
  • the invention permits various embodiments. To further clarify its basic principle, one of these is shown in the drawing and is described below. This shows in
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of a valve of the device shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a basic illustration of a device 1 according to the invention for decelerating a rotor, not shown, of a wind power plant.
  • a hydraulic fluid is pumped from a pressureless tank 3 into a pressure supply device 4 designed as a pressure accumulator via a pump 2 in order to bring it into operational readiness.
  • a valve 9 is set by applying a control voltage such that there is an essentially unimpeded flow of hydraulic fluid.
  • the necessary pressure is built up in a holding unit 11 equipped with a hydraulic cylinder 10 in order to move the brake body 6 against the biasing force F R of a spring element 12 into the illustrated rest position of the brake unit 5.
  • a possible drainage of the hydraulic fluid via two valves 13, 14 designed as electrically operable ball seat valves is avoided by applying a control voltage. If, however, a switching unit 15 is actuated, the valve 9 closes and the valve 14 is opened without delay. The hydraulic fluid can thus flow into the tank 3 via a pressure reducer 16 until the deceleration torque corresponds to approximately half of the desired maximum deceleration torque.
  • the valve 13 is also opened via a delay switch 17 with a time shift which corresponds to half a period of the drive train natural frequency.
  • the electrical energy required in particular to control the valves 9, 13, 14 is provided by means of a capacitor 18, the circuit diagram of which is shown by way of example in FIG. 2.
  • the switching unit 15 In its closed switching position, the switching unit 15 enables the capacitor 18 to be charged via a resistor 19. The valve 14 is therefore switched directly. If the switching unit 15 is actuated in an emergency, the valve 14 is supplied with electrical energy via a diode 20 until the capacitor 18 discharges is. The delay time results from the capacitance of the capacitor 18 and the power consumption and the electrical switching point of the valve 14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur Verzögerung eines Antriebsstranges, insbesondere eines Rotors einer Windkraftanlage. Um eine unerwünscht hohe Belastung, verursacht durch Torsionsschwingungen infolge einer schlagartigen Einleitung des Verzögerungsmomentes zu vermeiden, wird mittels einer Bremseinheit (5) das eingeleitete Verzögerungsmoment in einer zeitlichen Abfolge schrittweise erhöht, die auf die Eigenfrequenz der Windkraftanlage abgestimmt ist. Hierdurch können mögliche Torsionsschwingungen zuverlässig vermieden werden, so dass der Stillstand vorzeitig erfolgt und die konstruktive Auslegung entsprechend solcher Drehmomente bemessen sein kann, die durch das maximale Verzögerungsmoment erreicht werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Verzögerung eines Rotors einer Windkraftanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verzögerung eines Antriebsstranges, insbesondere eines Rotors einer Windkraftanlage, bei dem zur Vermeidung einer unerwünscht hohen Belastung ein gegenüber dem maximalen Verzögerungsmoment verringertes Verzögerungsmoment eingeleitet wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Moderne Windkraftanlagen weisen in der Regel zwei unterschiedliche Bremssysteme auf. Als Betriebsbremse dient dabei eine aerodynamische Bremse, die als Flügel- oder Blattspitzenbremse bekannt ist. Diese aerodynamische Bremse wird beispielsweise aufgrund der auftretenden Zentrifugalkraft immer dann ausgelöst, wenn die Windgeschwindigkeit einen maximal zulässigen Wert übersteigt. Die Blattspitze dreht sich dabei beispielsweise um 80° und wirkt damit als aerodynamische Bremse.
Das zweite Bremssystem weist üblicherweise eine mechanische, insbesondere federbetätigte Scheibenbremse auf, die als Not- oder Parkbremse an der schnellen Welle zwischen dem Getriebe und dem Generator angeordnet ist. Die mechanische Bremseinheit wird lediglich in kritischen Situationen oder zum Festsetzen im Ruhezustand, beispielsweise für Servicetätigkeiten, eingesetzt.
Das Bremssystem wird im Betriebsfall elektromechanisch oder hydraulisch aktiviert. Tritt ein Notfall auf, der ein schnelles Abbremsen der Windkraftanlage erfordert, wird die Stromver- sorgung der elektrotechnischen Bremseinheit abgeschaltet bzw. der hydraulische Druck durch Öffnen eines Ventils verringert. Dadurch wird die Bremseinheit durch die Vorspannkraft eines Federelementes aktiviert und überträgt so das erforderliche Verzögerungsmoment bis zum Stillstand der Windkraftanlage. Die Bremseinheit wirkt dabei im allgemeinen auf die schnelle Welle des Getriebes, weil dort ein der Übersetzung eines Getriebes entsprechendes, niedriges Drehmoment auftritt.
Durch das Verzögerungsmoment werden Trägheitsmomente wirksam, deren wesentlicher Anteil durch die Rotation der Rotorblätter verursacht wird. Die Kraftübertragung zwischen der Bremseinheit und den Rotorblättern erfolgt über das Getriebe und eine Hauptwelle. Durch das einsetzende Verzögerungsmoment werden die Hauptwelle sowie die weiteren Wellen des Getriebes tordiert. Dies führt bei einer schlagartigen Einleitung des maximalen Verzögerungsmomentes zu Torsionsschwingungen. Diese Torsionsschwingungen verursachen Drehmomentspitzenbelastungen, deren Betrag das Zweifache des Verzögerungsmomentes erreichen kann. Durch diese unerwünscht hohen Belastungen können das Getriebe, die Hauptwelle sowie die Rotorblattaufnahmen beschädigt werden.
Um solche Beschädigungen zu vermeiden ist es in der Praxis auch bereits bekannt, ein gegenüber dem maximalen Verzögerungsmoment wesentlich reduziertes Verzögerungsmo- ment einzuleiten. Dies geschieht beispielsweise durch ein elektrisch steuerbares Drosselventil. Als nachteilig hat sich dabei jedoch erwiesen, dass diese Drosselventile funktionsbedingt geringe Durchlassquerschnitte aufweisen, die leicht verstopfen können und dadurch zu einem Ausfall der Bremseinheit führen. Aus Sicherheitsgründen werden deshalb stets einfache Ventile parallel bzw. je nach Schaltungsanordnung in Reihe geschaltet, um im Notfall über eine große Querschnittsfläche der Ventile einen schnellen Abfluss der Hydraulikflüssigkeit zu gewährleisten. Daher können auch bei dieser Art der Verzögerung die maximalen Verzögerungsmomente auftreten. Die Windkraftanlage muss daher für Notsituationen für eine das maximale Verzögerungsmoment übertreffende Spitzenbelastung ausgelegt sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur zuverlässigen und schnellen Verzögerung des Rotors der Windkraftanlage zu schaffen, bei dem eine unerwünschte, insbesondere über dem maximalen Verzögerungsmoment liegende Spitzenbelastung ausgeschlossen werden kann. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden. Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 6 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem nach dem Einleiten des Verzögerungsmomentes zumindest ein zusätzliches Verzögerungsmoment mit einer auf die Eigenfrequenz der Windkraftanlage abgestimmten zeitlichen Verschiebung eingeleitet wird. Hierdurch wird das Verzögerungsmoment zeitversetzt derart eingeleitet, dass eine unerwünschte Schwingung, insbesondere Torsionsschwingung, nicht auftreten kann. Hierzu wird zunächst ein reduziertes Verzögerungsmoment eingeleitet und entsprechend der Eigenfrequenz der Windkraftanlage das Verzögerungsmoment schrittweise in einem oder mehreren Stufen oder aber kontinuierlich erhöht. Auf diese Weise kann der Rotor wesentlich stärker verzögert werden und kommt somit früher zum Stillstand, woraus sich ein erheblicher Sicherheitsgewinn ergibt. Weithin ist es dabei nicht erforderlich, die Windkraftanlage auf Belas- tungen auszulegen, die oberhalb des maximalen Verzögerungsmoments liegen, weil diese in der Praxis nicht auftreten können. Eine schlagartige Einleitung des maximalen Verzögerungsmomentes tritt dabei ebenso wenig auf.
Hierbei wird eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens dadurch erreicht, dass die zeitliche Verschiebung im wesentlichen der halben Periode der Torsionseigenfrequenz der Windkraftanlage entspricht. Hierdurch wird eine mögliche Torsionsschwingung vermieden, indem durch die Überlagerung der eingeleiteten Verzögerungsmomente das Auftreten von Drehmomentspitzen ausgeschlossen wird.
Eine weitere besonders praxisnahe Ausgestaltung wird auch dann erreicht, wenn zur Bestimmung des zusätzlichen Verzögerungsmomentes die Eigenfrequenz eines Triebstranges der Windkraftanlage zugrunde gelegt wird. Dabei werden alle dem Triebstrang zuzurechnenden, rotierenden Elemente berücksichtigt, so dass in optimaler Weise mögliche Schwingungsbelastungen des Gesamtsystems vermieden werden.
Dabei erweist es sich ebenfalls als besonders zweckmäßig, wenn die beiden Verzögerungsmomente hydraulisch eingestellt werden, um auf diese Weise eine beliebige Abstufung der eingeleiteten Verzögerungsmomente zu erreichen. Die hydraulischen Elemente müssen dabei nicht unmittelbar auf die Bremseinheit wirken, sondern können auch lediglich als Stell- elemente eingesetzt werden, um so die Unabhängigkeit der Bremseinheit von einem möglichen Ausfall der Druckversorgungseinrichtung zu erreichen. Eine weitere, besonders günstige Abwandlung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die Verzögerungsmomente im wesentlichen gleich groß sind, um so eine möglichst gleichmäßige Einleitung der Verzögerungsmomente zu erreichen. Hierdurch werden mögliche Schwingungen des Triebstranges zuverlässig ausgeschlossen. Das maximal einzuleitende Verzögerungsmoment wird so über die Umlaufzeit des rotierenden Systems gleich verteilt.
Eine weitere besonders erfolgversprechende Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfah- rens wird auch dann erreicht, wenn die bei der Einleitung des Verzögerungsmomentes auftretenden Reaktionskräfte erfasst und daraus die zeitliche Verschiebung oder der Betrag des nachfolgend einzuleitenden Verzögerungsmomentes bestimmt wird. Hierdurch kann das Verzögerungsmoment entsprechend der erfassten Reaktionskräfte dosiert eingeleitet werden, um so auf möglicherweise auftretende, unerwünschte Belastungen flexibel reagieren zu können. Die Windkraftanlage ist hierzu mit einer Steuereinheit ausgestattet, durch die alle wesentlichen Parameter und wahlweise auch äußere Betriebsbedingungen erfasst und mittels eines Steuerprogramms in einen entsprechenden Befehl für das einzuleitende Verzögerungsmoment umgesetzt werden. Je nach den ermittelten Umständen wird wahlweise die zeitliche Verschiebung, das Verzögerungsmoment oder beides variiert, um unerwünschten Belastungszuständen entgegenzuwirken.
Die zweitgenannte Aufgabe, eine Vorrichtung zum Verzögern eines Antriebsstranges, insbesondere eines Rotors einer Windkraftanlage, bei der zur Vermeidung einer unerwünscht hohen Belastung mittels einer Bremseinheit ein gegenüber dem maximalen Verzögerungsmo- ment verringertes Verzögerungsmoment übertragbar ist, zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mittels der Bremseinheit zusätzlich zu dem verringerten Verzögerungsmoment mit einer auf die Eigenfrequenz abgestimmten zeitlichen Verschiebung zumindest ein zusätzliches Verzögerungsmoment übertragbar ist. Hierdurch wird das maximale Verzögerungsmoment schrittweise in einer auf die Eigenfre- quenz der Windkraftanlage abgestimmten Abfolge eingeleitet, um so das Entstehen von Schwingungen des rotierenden Systems zu verhindern. Die zeitliche Abfolge, wie auch die Abstufung der Verzögerungsmomente, wird dabei durch wesentliche Kenngrößen festgelegt, die individuell oder bauartbedingt bestimmt werden.
Dabei wird eine besonders vorteilhafte Ausführungsform auch dadurch erreicht, dass die Bremseinheit einen mittels einer Halteeinheit in einer Ruhestellung der Bremseinheit entge- gen einer Vorspannkraft festlegbaren Bremskörper aufweist. Hierdurch führt ein Ausfall der Halteeinheit, beispielsweise infolge einer Beschädigung oder eines Stromausfalles, zu einer Aktivierung der Bremseinheit, indem die Vorspannkraft auf den Bremskörper wirkt und damit das erforderliche Verzögerungsmoment überträgt.
Eine weitere, besonders günstige Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird auch erreicht, indem der Bremskörper mittels der Halteeinheit zur Einstellung des ersten und des zusätzlichen Verzögerungsmomentes in unterschiedlichen Positionen festlegbar ist. Hierbei wird in jeder Position der Halteeinheit ein vorbestimmtes Verzögerungsmoment eingeleitet, um so die schrittweise Erhöhung des Verzögerungsmomentes bis zum Erreichen des maximalen Verzögerungsmomentes zu ermöglichen.
Dabei ist es besonders einfach, wenn die Halteeinheit einen Hydraulikzylinder aufweist, durch den eine der gewünschten Vorspannkraft entgegenwirkende Kraft eingeleitet wird. Zum Auslösen des Verzögerungsmomentes wird daher lediglich der Hydraulikzylinder von der Druckversorgungseinrichtung derart angesteuert, dass dieser in seine Ruhelage zurückkehrt und die Vorspannkraft auf den Bremskörper der Bremseinheit wirkt.
Dabei ist eine besonders zuverlässige Ausgestaltung der Vorrichtung auch dadurch erreicht, dass der Hydraulikzylinder in der Ruhestellung der Bremseinheit mit einem Fluid aus einer Druckversorgungseinrichtung beaufschlagt ist, so dass ein Ausfall der Druckversorgung zu einer sofortigen Einleitung des Verzögerungsmomentes führt. Eine Fehlfunktion der Halteeinheit führt daher in keinem Fall zu einer Aufhebung des Verzögerungsmomentes.
Hierbei ist es auch besonders günstig, wenn die elektrische Energie zur Versorgung der Bremseinheit mittels eines Kondensators speicherbar ist, so dass die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung auch bei einem Ausfall der elektrischen Energieversorgung in jedem Fall sichergestellt ist.
Das Verfahren und die Vorrichtung sind bei beliebigen Antriebssträngen einsetzbar. Dabei eignen sie sich ebenso für schienengebundene Fahrzeuge als auch für Straßenfahrzeuge, wie auch für sonstige Maschinen. Neben Anwendungen zur Vermeidung hoher Belastungen sind zu Steigerung der Genauigkeit darüber hinaus auch Anwendungen bei solchen Einsatzzwecken denkbar, die der Positionierung und Handhabung dienen, beispielsweise bei Aktua- toren oder Handhabungsautomaten. Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Fig.1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäße Vorrichtung;
Fig.2 ein Schaltbild eines Ventils der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung.
Figur 1 zeigt in einer Prinzipdarstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Verzö- gern eines nicht dargestellten Rotors einer Windkraftanlage. Über eine Pumpe 2 wird zur Herstellung der Betriebsbereitschaft aus einem drucklosen Tank 3 eine Hydraulikflüssigkeit in eine als Druckspeicher ausgeführte Druckversorgungseinrichtung 4 gefördert. In der dargestellten Ruhestellung einer Bremseinheit 5, in der ein Bremskörper 6 gegenüber einer auf einer Hauptwelle 7 angeordneten Bremsscheibe 8 beabstandet ist, ist ein Ventil 9 durch An- legen einer Steuerspannung derart eingestellt, dass ein im wesentlichen ungehinderter Durchfluss einer Hydraulikflüssigkeit gegeben ist. Hierdurch wird in einer mit einem Hydraulikzylinder 10 ausgestatteten Halteeinheit 11 der erforderliche Druck aufgebaut, um den Bremskörper 6 entgegen der Vorspannkraft FR eines Federelementes 12 in die dargestellte Ruhestellung der Bremseinheit 5 zu bewegen. Zugleich wird ein möglicher Ablauf der Hyd- raulikflüssigkeit über zwei als elektrisch betätigbare Kugelsitzventile ausgeführte Ventile 13, 14 durch Anlegen einer Steuerspannung vermieden. Wird hingegen eine Schalteinheit 15 betätigt, schließt das Ventil 9, und das Ventil 14 wird unverzögert geöffnet. Die Hydraulikflüssigkeit kann dadurch über einen Druckminderer 16 in den Tank 3 abfließen, bis das Verzögerungsmoment etwa der Hälfte des gewünschten maximalen Verzögerungsmomentes ent- spricht. Über einen Verzögerungsschalter 17 wird mit einer zeitlichen Verschiebung, die einer halben Periode der Triebstrangeigenfrequenz entspricht, auch das Ventil 13 geöffnet. Die Hydraulikflüssigkeit fließt dadurch vollständig in den Tank 3 ab, so dass die Vorspannkraft FR des Federelementes 12 uneingeschränkt auf den Bremskörper 6 wirkt. Hierdurch wird das maximale Verzögerungsmoment ausgelöst.
Die insbesondere zur Steuerung der Ventile 9, 13, 14 erforderliche elektrische Energie wird mittels eines Kondensators 18 bereitgestellt, dessen Schaltbild in Figur 2 beispielhaft dargestellt ist. Die Schalteinheit 15 ermöglicht in ihrer geschlossenen Schaltstellung einen Ladevorgang des Kondensators 18 über einen Widerstand 19. Das Ventil 14 wird daher direkt geschaltet. Wird die Schalteinheit 15 bei einem Notfall betätigt, erfolgt die elektrische Energieversorgung des Ventils 14 über eine Diode 20 so lange, bis der Kondensator 18 entladen ist. Die Verzögerungszeit ergibt sich dabei aus der Kapazität des Kondensators 18 sowie dem Stromverbrauch und dem elektrischen Schaltpunkt des Ventils 14.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Verzögerung eines Antriebsstranges, insbesondere eines Rotors einer Windkraftanlage, bei dem zur Vermeidung einer unerwünscht hohen Belastung ein gegen- über dem maximalen Verzögerungsmoment verringertes Verzögerungsmoment eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einleiten des Verzögerungsmomentes zumindest ein zusätzliches Verzögerungsmoment mit einer auf die Eigenfrequenz der Windkraftanlage abgestimmten zeitlichen Verschiebung eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Verschiebung im wesentlichen der halben Periode der Torsionseigenfrequenz entspricht.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des zusätzlichen Verzögerungsmomentes die Eigenfrequenz eines Triebstranges der Wind- kraftanlage zugrunde gelegt wird.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verzögerungsmomente hydraulisch eingestellt werden.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsmomente im wesentlichen gleich groß sind.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Einleitung des Verzögerungsmomentes auftretenden Reaktionskräfte erfasst und daraus die zeitliche Verschiebung oder der Betrag des nachfolgend einzuleitenden Verzögerungsmomentes bestimmt wird.
7. Vorrichtung (1) zum Verzögern eines Antriebsstranges, insbesondere eines Rotors einer Windkraftanlage, bei der zur Vermeidung einer unerwünscht hohen Belastung mittels einer
Bremseinheit (5) ein gegenüber dem maximalen Verzögerungsmoment verringertes Verzögerungsmoment übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Bremseinheit (5) zusätzlich zu dem verringerten Verzögerungsmoment mit einer auf die Eigenfrequenz abgestimmten zeitlichen Verschiebung zumindest ein zusätzliches Verzögerungsmoment über- tragbar ist.
8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (5) einen mittels einer Halteeinheit (1 1 ) in einer Ruhestellung der Bremseinheit (5) entgegen einer Vorspannkraft (FR) festlegbaren Bremskörper (6) aufweist.
9. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskörper (6) mittels der Halteeinheit (11 ) zur Einstellung des ersten und des zusätzlichen Verzögerungsmomentes in unterschiedlichen Positionen festlegbar ist.
10. Vorrichtung (1) nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinheit (1 1) einen Hydraulikzylinder (10) aufweist.
1 1 . Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikzylinder (10) in der Ruhestellung der Bremseinheit (5) mit einem Fluid aus einer Druckversorgungs- einrichtung (4) beaufschlagt ist.
12. Vorrichtung (1) nach zumindest einem Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie zur Versorgung der Bremseinheit (5) mittels eines Kondensators (18) speicherbar ist.
EP02782753A 2001-11-05 2002-10-31 Verfahren und vorrichtung zur verzögerung eines rotors einer windkraftanlage Withdrawn EP1442217A1 (de)

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