JP2004512450A - 風力タービン用各ブレード調整システム - Google Patents

Abstract

【課題】風力タービンにおいて、ブレード角度調整システムの信頼性を増加させる。
【解決手段】本発明は、ブレード結合の交差平面内で実質的に少なくとも１つ
の可動ロッカーアーム（１０、２０、３０）に結合され、該ロッカーアームとともにレバー機構を形成する２つのドライブユニット（１４、１８）を含む風力タービン用各ブレード調整システムに関する。各ドライブユニットは直線的伸長を生じる。レバー機構の各末端は、ハブへの力伝導リンクおよび各ピボット接続（１６、２４）を通じて調整されるべきブレード上の要素を備えている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は請求項１の前文に記載される風力タービン用各ブレード調整システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電を調節または制御するために、近代的風力タービンはしばしば回転子ブレード角度調整システムを装備している。調節または制御する機能のほかに、ブレード調整システムはなおも安全ブレーキ機能を有し、回転子ブレードは大きな正または負の角度にセットされ、その結果、回転子がブレーキトルクを生じる。
【０００３】
従来から公知である大きな風力タービン用ブレード角度調整システムは、電気および水圧により操作されるシステムに分けられる。回転子ブレードが抗摩擦ベアリングによってハブへの接続点に装備されることは、全てのシステムに共通する。
【０００４】
一般に、電気的作動システムは回転子ブレード１個当たり１個の連動モーターを含み、かつ、小歯車および歯状突起を有するリムによって、これはブレード根でトルクを生じる。モーターは回転子ブレードに固定され得、ハブへ接続する歯状突起を有するリム中で作動するか、あるいはブレードベアリング上の回転子ブレード側面の歯状突起を有するリム中で作動する。モーターへの電気供給は、スリップリングシステムによって行う。もしも、スリップリングシステムまたは全電源が故障するなら、モーターへ電池から電力を供給する。
【０００５】
水圧作動システムは、ブレード角度調整目的には水圧シリンダーを使用する。集合的ブレード調整の場合には、１つの水圧シリンダーは調整力をハブ中へ、そして調整機能によって、回転子ブレード根上のピボットへ移送する。水圧各ブレード調整システムは、各回転子ブレード用水圧シリンダーを有し、かつ、これは回転子ブレードピボットに直接的に作用する。水圧は、次いで、回転伝導によってハブ中へ移送される。もしも、回転伝導が故障するなら、水圧シリンダーはハブ内の圧力貯蔵装置によって補充される。
【０００６】
このような水圧調整装置は、ＤＥ Ｃ２ ３１ １０ ２６３から公知であり、これは緊急状態で安全である水圧システムを記載し、その中では、２つのサーボドライブがレバーにより接合された接続要素上で作動する。しかしながら、零点同期化は複雑である。さらに、ブレード位置を維持するために、別な機械作動ロッキング要素を有する必要がある。
【０００７】
上記出願と同時に出願した出願ＤＥ Ｃ２ ３１ １０ ２６５には、ブレード調整装置の詳細が記載され、それは同じ角度でブレードを維持するが、それらの個々の操作を阻止できない。
【０００８】
回転子ブレードを調節する装置を記載する ＤＥ Ａ１ ４２ ２１ ７８３も参照される。ここではモーターとともに、かつ歯状突起セグメントリンクでもって回転子ブレード部へ、同軸上に配置されたギアがブレードの調整をもたらす。
【０００９】
最後に、 ＤＥ Ａ１ １９８ １１ ９５２は水平回転子風力プラントの回転子ブレードを固定する方法、およびこの方法を実施する装置であって、回転子ブレードの縦軸周りの予定された調整角度範囲を永久ブロッキングするための手段を特徴とする装置を記載する。該手段は外方へ突き出したつめで形成される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ブレード角度調整システムの信頼性を増加することにある。信頼性は風力タービンの安全性において必須である。さもないと、未制御状態が生じて、回転子速度がブレード調整システムによって減速され得ない。
【００１１】
したがって、操作上の安全性およびこのようなシステムの故障に対する安全保証には、最大級の重要性が必要である。電気ブレード角度調整システムは、電源の故障、例えば幹線故障またはケーブル断線の場合、サーボモーターは電池形式の電力貯蔵装置で間に合わせなければならない。それらはまず、後者へ切換えられなければならない。したがって、電気調整システムは、故障の場合ですら、数種の電気部品に依存していて、たびたび電力故障となる幹線または落雷による過電圧によって損傷を受け得る。
【００１２】
しかしながら、水圧シリンダーの大きさおよび結合構造状況ゆえに、これまで公知である水圧ブレード調整システムは回転子ハブのベアリング構造に開口部を必要とする。このような開口部は明らかに望ましくない。なぜなら、一方ではそれらはハブの動的負荷能力を低下させ、他方、特に海洋風力タービンの場合、湿度または塩分を含んだ大気が入ることに対して、密閉が困難あるいは不可能となる。ブレード角度を正確にセットし、かつ、同時に未接続の場合に大きな角度を調節するための個々の水圧シリンダーを使用することは、設計において妥協を生じ、設定の正確さの不都合となる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、主請求項の態様によって解決される。従属請求項は本発明の有利な実施態様を提供する。
【００１４】
調節可能性を改善し、かつ、水圧ブレード調節システムの大きさを減少させるためには、調節および切断機能が互いに分離され得る。調節シリンダーは、電力または速度調節に必要な角度範囲内のみで回転子ブレードを調整する。一方、切断シリンダーは調節または切断位置中へ調整機構によって調節シリンダーを移動させる。
【００１５】
この構成では、調節シリンダーの設計は、単に調節機能に基づく。調節シリンダーのより短い運動はまた、必要な経路測定システムのより高い解決策につながる。
【００１６】
切断シリンダーは、調節可能性を考慮することなく、調整力と速度に関する調整機能において最適な方法で設計され得る。
【００１７】
このシステムの他の本質的利点は、全体的大きさの縮小である。２つのシリンダーを使用し、その配置は調整する関連物の結合構造によって決定されるけれども、このシステムは完全にハブ内に置かれ、その結果、後者は制御された方法で完全に囲まれるか、または空気に曝され得る。
【００１８】
さらに、調整システムの開口部の必要性がないから、ハブ構造は最適な力束（ｆｏｒｃｅ ｆｌｕｘ）となるように設計され得る。
【００１９】
図面では、次のものが示される。
図１：切断位置、すなわちブレード角度９０°を有するシステム。
図２：操作位置、例えばブレード角度３０°を有する主ロッカーアーム。
図３：ブレード角度約０°である完全に伸ばした調節シリンダーを有するブレードロッカーアーム。
図４：切断位置にある第２構成のシステム。
図５：操作位置、すなわちブレード角度３０°である図２の構成を有するシステム。
図６：ブレード角度約０°である完全に伸ばした調節シリンダーを有する図５のシステム。
図７：図式で示す水圧回路図。
【００２０】
図１に示すブレード調整システムの場合、主ロッカーアーム１０はハブ側面突起１２に固定され、切断シリンダー１４によって、その関節点または支点１６のまわりを回動するように保持され、それはまた、主ロッカーアーム１０に対してある角度で回転子ハブに固定され（図２と対比して示される）、切断シリンダー１４の伸びにより、主ロッカーアーム１０は大きな角度で回動することができる。
【００２１】
主ロッカーアーム１０の末端で、かつ、該ロッカーアーム１０とわずかな角度を有する部分と実質的に平行に、該主ロッカーアームに固定された調節シリンダー１８が備えられ、これはブレードロッカーアーム２０上で作動する。ブレードロッカーアーム２０は、切断シリンダー１４が主ロッカーアーム上で作動する領域に近い主ロッカーアーム１０の中心領域に、同様に回動するように取りつけられている。
【００２２】
長さの違いを補正するために設けられた結合ロッド２２によって、ブレードピボット２４を有する該ブレードロッカーアーム２０は、調整されるべきブレードと順に回動して接続される。ここで、調節シリンダー１８および切断シリンダー１４を伸ばして、ブレード調整がなされ得る。シリンダーの１つが故障した場合に、所望経路の少なくとも一部が他のシリンダーの操作中に包囲され、その結果、少なくとも所望のブレード角度へのほぼ調整がなされ得る。
【００２３】
本発明の所望の結果を得るには、個々のブレード調整システムが、ブレード接続の交差平面内に実質的に配置されたロッカーアームへ取りつけられて、直線的伸長を生じる２つのドライブ１４、１８を有することができる。ロッカーアームの一端は、それぞれ、力伝導関節を有する１つのピボット接続１６、２４によって、ハブおよび調整されるべきブレードの上の要素に備えられ、その結果、レバーギアが得られる。
【００２４】
正確な設定目的およびブレード切断手段のために、２つの異なった伸長生成直線ドライブが備えられている。１つは電気スピンドルドライブとして構成され、これは短いストローク可変速度ドライブとして特に提案される。しかしながら、両直線ドライブはまた水圧シリンダー１４、１８として構成され得る。
【００２５】
上記図面で示された変更例は、操作位置でブレードロッカーアームの支点が回転子ブレード軸上に正確に配置されるとの利点を有する。この配置では、ブレードピボット２４およびロッカーアームが調節工程中、同じ軸の周りを移動する。調節シリンダー１８の結合構造配置は、全制御範囲にわたって、実質的に一定なブレード調整モーメントおよびブレードボルトへの接線方向の力を導入することができる。
【００２６】
図４〜６に示される第２変更例は、１つのロッカーアーム３０を有し、ここで、調節シリンダー１８がブレードピボット２４を直接に操作して、その結果、構造上の経費を節減して実施することができる。
【００２７】
図７に示される水圧回路は、独立した圧力貯蔵システムと断線および調節シリンダーを一体化させることが可能であり、その結果、漏電による圧損および回路の１つでの線断線が他の回路の機能を損なわない。これは、もしも１つの回路が故障したなら、別個の水圧操作および操作連結の選択的結合構造の結果として、システムの安全性のための非臨界的ブレード角度に、回転子ブレードがなおも調整され得ることを確実に行う。これはまた、調節シリンダーが直接にブレードピボットに作用する本発明の第２変更例においても可能となる。
【００２８】
図７に示される調節および断線シリンダーへの圧力供給は、故障の場合、バルブ２８によって個々に絶たれ得る。これらのバルブは２／２方向バルブとして構成される。両回路は水圧ポンプ３４から、さらに供給されなくても、シリンダーが完全に挿入され得るように配置された個々の圧力貯蔵装置３２を有する。
【００２９】
調節シリンダーは、２つの２／２方向バルブ３８によって中心位置で、シリンダーから分離された比例バルブ３６によって調節される。
【００３０】
断線シリンダーは４／２方向バルブ４０で調節される。したがって、調整シリンダーはその末端位置中へ移動し、バルブへの電圧供給が故障した場合には、断線シリンダーが自動的に断線位置中へ移動する。
【００３１】
【図面の簡単な説明】
【図１】切断位置、すなわちブレード角度９０°を有するシステム。
【図２】操作位置、例えばブレード角度３０°を有する主ロッカーアーム。
【図３】ブレード角度約０°である完全に伸ばした調節シリンダーを有するブレードロッカーアーム。
【図４】切断位置にある第２構成のシステム。
【図５】操作位置、すなわちブレード角度３０°である図２の構成を有するシステム。
【図６】ブレード角度約０°である完全に伸ばした調節シリンダーを有する図５のシステム。
【図７】図式で示す水圧回路図。
【００３２】
【符号の説明】
１０：可動主ロッカーアーム
１２：ハブ側面突起
１４：水圧切断シリンダー、直線ドライブ
１６：ピボット接続
１８：水圧調節シリンダー、直線ドライブ
２０：可動ブレードロッカーアーム
２２：結合ロッド
２４：ブレードピボット接続
２８：バルブ
３０：可動ロッカーアーム
３２：圧力貯蔵装置
３４：水圧ポンプ
３６：比例バルブ
３８：２／２方向バルブ
４０：４／２方向バルブ

Claims (8)

1. ブレード接続の交差平面内で、少なくとも１つの可動ロッカーアーム（１０、２０、３０）に実質的に取りつけられ、直線的伸長を生じて、ロッカーアーム（１０、２０、３０）とともにレバーギアを形成する２つのドライブ（１４、１８）を特徴とし、かつ、レバーギアの一端は１つのピボット接続（１６，２４）によって、ハブおよび調整されるべきブレード上の要素への力伝導関節を備えた風力タービン用各ブレード調整システム。
2. 前記ロッカーアームは、レバーギアの平面内で相互に回動し得る、少なくとも２つの部分ロッカーアーム、主ロッカーアーム（１０）およびブレードロッカーアーム（２０）を含むことを特徴とする、請求項１記載の風力タービン用各ブレード調整システム。
3. ２つの異なった伸長を生じる直線ドライブ（１４、１８）が存在することを特徴とする、請求項１または２記載の風力タービン用各ブレード調整システム。
4. より短いストロークを有する直線ドライブ（１８）は、電気スピンドルドライブとして構成されることを特徴とする、先の請求項１〜３のいずれかに記載の風力タービン用各ブレード調整システム。
5. 両直線ドライブ（１４、１８）は水圧シリンダーとして構成されることを特徴とする、先の請求項１〜４のいずれかに記載の風力タービン用各ブレード調整システム
6. １つの直線ドライブ（１４）はハブ上に支持されていることを特徴とする、先の請求項１〜５のいずれかに記載の風力タービン用各ブレード調整システム。
7. １つの直線ドライブ（１８）はロッカーアームの２つの部分ロッカーアーム（１０、２０）に対して互いに回動することを特徴とする、先の請求項１〜６のいずれかに記載の風力タービン用各ブレード調整システム。
8. ２つの圧力貯蔵装置（３２）を有する２つの別個の水圧回路を特徴とし、該水圧回路は２／２方向バルブによって個々に切断され、切断シリンダー（１４）は４／２方向バルブで制御される、請求項５〜７のいずれかに記載の風力タービン用各ブレード調整システム。

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