JP2007138945A

JP2007138945A - 風力タービンタワーの変位を減衰させるためのシステムおよび風力タービン

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Publication number: JP2007138945A
Application number: JP2006313424A
Authority: JP
Inventors: Andre Riesberg; アンドレ・リースベルグ; Christian Schram; クリスチャン・シュラム; Mathias Gurk; マチアス・ガーク; Holger Luehn; ホルガー・ルーン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2007-06-07
Also published as: EP1811171A3; CA2568279A1; US20070114799A1; CN101029626A; AU2006236092A1; EP1811171A2

Abstract

【課題】風力タービンタワーの変位を減衰させるためのシステムを提供する。
【解決手段】変位を減衰させるためのシステム（１１１）であって、複数の表面（２２６、２２８、２３０）を含む風力タービンタワー（１０４）と、前記風力タービンタワーの振動の周波数を、第１ビーム（２２２）および水タンク（３５２）の一方を前記風力タービンタワー内部の前記複数の表面に結合することによって制御するように構成されたプロセッサ（１１３）とを備えるシステム（１１１）。風力タービンタワー（１０４）の変位を減衰させる方法において、第１ビーム（２２２）および水タンク（３５２）の一方を風力タービンタワー内部の複数の表面（２２６、２２８、２３０）に結合することによって風力タービンタワーの振動周波数を制御することを含む方法。
【選択図】図３

Description

本発明は概ね風力タービンに関し、とりわけ風力タービンタワーの変位を減衰させるためのシステムおよび風力タービンに関する。

発電用に使用される風力タービンの風力タービンタワーにおいては望ましくない振動が生じる可能性がある。望ましくない振動が生じるかどうかは、風力タービンタワーの設計および複数の気象条件による。
米国特許第５，７９５，１３４号公報米国特許第５，９０７，２９１号公報米国特許第６，２７５，３６８Ｂ１号公報米国特許第６，６７２，８３７Ｂ１号公報米国特許第６，９３５，１４２Ｂ２号公報

望ましくない振動は、風力タービンタワーおよび風力タービンの他の部分に対して荷重を生じ、それに起因して疲労損傷を招き、かつ風力タービンタワーの損傷が緩やかに進み、ついには風力タービンを停止に至らしめるため、耐用期間短縮の原因となる虞がある。望ましくない振動はまた、風力タービンに対する荷重の影響を予測する上で不確実性因子を加える。

１つの態様においては、風力タービンタワーの変位を減衰させるシステムが提供される。そのシステムには、複数の表面を含む風力タービンタワーと、第１ビームおよび水タンクの一方を風力タービンタワー内部の複数の表面に結合することによって風力タービンタワーの振動周波数を制御するように構成されたプロセッサとを含む。

別の態様においては、風力タービンが提供される。その風力タービンには、複数の表面を含む風力タービンタワーと、風力タービンタワーによって支持されたナセルと、少なくとも１つのブレードを含み、ナセルに結合されたウインドロータと、第１ビームおよび水タンクの一方を風力タービンタワー内部の複数の表面に結合することによって風力タービンタワーの振動周波数を制御するように構成されたプロセッサとを含む。

また別の態様においては、風力タービンタワーの変位を減衰させる方法が提供される。その方法は、第１ビームおよび水タンクの一方を風力タービンタワー内部の複数の表面に結合することによって風力タービンタワーの振動周波数を制御することを含む。

図１は、風力タービン１００の一実施形態の概略図である。風力タービン１００はナセル１０２と、タワー１０４と、少なくとも１つのロータブレード１０８および回転ハブ１１０を有するロータ１０６とを含む。タワー１０４の例は、ラティスタワーおよび管状タワーを含む。ナセル１０２はタワー１０４頂部に搭載され、その一部を図１に示す。ロータブレード１０８はハブ１１０に取り付けられる。

図２は、ナセル１０２、タワー１０４、およびハブ１１０を含むシステム１１１の実施形態の概略図である。ナセル１０２はプロセッサ１１３を含む制御パネル１１２を収容する。本明細書において使用する用語プロセッサは、単に当技術分野でプロセッサと称される集積回路に限らず、広く制御装置、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラム可能論理制御装置、応用指向集積回路、その他のプログラム可能な回路を指す。

ハブ１１０は可変ブレードピッチドライブ１１４を含む。ナセル１０２はまた、主ロータ軸１１６の一部、ギヤボックス１１８、発電機１２０、および軸継手１２２も収容する。ヨードライブ１２４およびヨーデッキ１２６はナセル１０２内に収容される。気象ブーム１２８はナセル１０２に結合される。ナセル１０２はさらに、主軸受１３０および主フレーム１３２を収容する。プロセッサ１１３はロータ１０６およびナセル１０２内に収容された構成要素を制御する。代替の実施形態においては、プロセッサ１１３はタワー１０４内に置かれ、別のプロセッサが制御パネル１１２内に置かれる。他方のプロセッサはロータ１０６およびナセル１０２内に収容された構成要素を制御する。他方のプロセッサはプロセッサ１１３と通信する。

可変ブレードピッチドライブ１１４は、風を受けてハブ１１０を駆動するブレード１０８のピッチを制御するために設けられる。代替実施形態においては、ブレード１０８の複数のピッチがブレードピッチドライブ１１４によって個別に制御される。

主ロータ軸１１６は低速度軸とされ、主軸受１３０を介してハブ１１０に連結され、かつ軸１１６の対向端でギヤボックス１１８に連結される。ギヤボックス１１８はデュアルパスジオメトリを利用して、主ロータ軸１１６より高速で作動中の密閉高速度軸を駆動する。あるいは、主ロータ軸１１６は発電機１２０に直結される。高速度軸は、主フレーム１３２に搭載された発電機１２０を駆動するために使用される。ロータ１０６のトルクは、軸継手１２２を介して発電機１２０に伝達される。

ヨードライブ１２４およびヨーデッキ１２６は風力タービン１００のためのヨーオリエンテーションシステムを与える。気象ブーム１２８は制御パネル１１２のプロセッサ１１３のための情報を与え、その情報は風向および／または風速を含む。風向の例は、左−右方向および右−左方向を含む。

図３は、風力タービン１００の一例とされる風力タービン２００の一実施形態の概略図である。風力タービン２００は、ハブ１０、ロータブレード１０８、ナセル１０２、タワー２０２、振動センサ２０４、および複数のドライバ２０６、２０８、２１０、２１２を含む。タワー２０２は管状スチールタワーで、タワー１０４の一例とされる。振動センサ２０４の１つの例は加速度計を含む。ドライバ２０６、２０８、２１０および２１２はタワー２０２内部に置かれる。代替の実施形態においては、ドライバ２０６、２０８、２１０および２１２はナセル１０２内に置かれる。タワー２０２は複数の緩衝装置２１４、２１６、２１８および２２０と、複数のビーム２２２および２２４に結合される。ビーム２２２および２２４は、ステンレススチールおよび／または炭素鋼等の金属製とされる。緩衝装置２１４、２１６、２１８および２２０の一例は、油圧シリンダを含む。代替の実施形態においては、タワー２０２は４つの緩衝装置２１４、２１６、２１８および２２０より多くの緩衝装置に結合される。さらに別の代替実施形態においては、タワー２０２は２つのビーム２２２および２２４より多くのビームに結合される。

ビーム２２２はタワー２０２の内面２２６に緩衝装置２１６を介して結合され、タワー２０２の内面２２８に緩衝装置２１８を介して結合される。一例として、ビーム２２２はリベット止めおよび／または締着等により、緩衝装置２１６および２１８に取り付けられる。別の例として、緩衝装置２１６は内面２２６に締着され、緩衝装置２１８は内面２２８に締着される。ビーム２２４はタワー２０２の内面２２６に緩衝装置２１４を介して結合され、タワー２０２の内面２２８に緩衝装置２２０を介して結合される。一例として、ビーム２２４はリベット止めおよび／または締着等により、緩衝装置２１４および２２０に取り付けられる。別の例として、緩衝装置２１４は内面２２６に締着され、緩衝装置２２０は内面２２８に締着される。代替実施形態においては、タワー２０２は緩衝装置２１４および２２０とビーム２２４に結合されるが、緩衝装置２１６および２１８とビーム２２２には結合されない。別の代替実施形態においては、タワー２０２は緩衝装置２１６および２１８とビーム２２２に結合されるが、緩衝装置２１４および２２０とビーム２２４には結合されない。振動センサ２０４は内面２２８あるいは外面２３０等、タワー２０２の表面に結合される。

風等の気象条件は、タワー２０２に振動を生じさせる。振動センサ２０４はその振動を検出して、電気的に検出された信号２３２を発生させる。プロセッサ１１３は電気的に検出された信号２３２を入力として受けるとともに、電気的に検出された信号２３２の振動周波数を求めるためのフーリエ変換装置等、周波数変換装置を含む。プロセッサ１１３はさらに、電気的に検出された信号２３２の振動周波数がタワー２０２の固有振動数の範囲内かどうかを判断する。固有振動数の範囲は、タワー１０４の高さと風力に対するタワー１０４の抵抗によって決まる。範囲の一例は、第１方向スパンを１．５メートル、第１方向に反対の第２方向スパンを１．５メートルとするタワー１０４の毎秒振動数を含む。スパンはタワー１０４のナセル１０２等、最上部で測定される。範囲の別の例には、各振動の幅を最上部第１方向に１．５メートル、最上部第２方向に１．５メートルのとき毎分５乃至１０振動を含む。プロセッサ１１３が振動周波数を固有振動数の範囲内と判断した場合には、プロセッサ１１３は緩衝装置２１４、２１６、２１８、および２２０の少なくとも１つを対応するドライバ２０６、２０８、２１０、および２１２の少なくとも１つを介して制御することにより、振動周波数が固有振動数の範囲外となるまで振動周波数を減衰させる。プロセッサ１１３が振動周波数を固有振動数の範囲外と判断した場合には、プロセッサ１１３は緩衝装置２１４、２１６、２１８、および２２０を制御しない。

プロセッサ１１３は緩衝装置２１４、２１６、２１８、および２２０の少なくとも１つを、対応するドライバ２０６、２０８、２１０、および２１２の少なくとも１つを介して制御することによって振動周波数を減衰させる。例えば、風がロータブレード１０８の面に垂直な左−右方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３は緩衝装置２１４および２２０の少なくとも１つを制御してビーム２２４の長さを短縮する。別の例として、風がロータブレード１０８の面に垂直な右−左方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３は緩衝装置２１６および２１８の少なくとも１つを制御してビーム２２２の長さを短縮する。また別の例として、風がロータブレード１０８の面に垂直な左−右方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３は緩衝装置２１４および２２０の少なくとも１つを制御してビーム２２４の長さを短縮し、かつ緩衝装置２１６および２１８の少なくとも１つを制御してビーム２２２の長さを伸長する。さらにまた別の例として、風がロータブレード１０８の面に垂直な右−左方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３は緩衝装置２１４および２２０の少なくとも１つを制御してビーム２２４の長さを伸長し、かつ緩衝装置２１６および２１８の少なくとも１つを制御してビーム２２２の長さを短縮する。

図４は、風力タービン１００の一例とされる風力タービン２５０の一実施形態の概略図である。風力タービン２５０は、ハブ１１０、ロータブレード１０８、ナセル１０２、およびタワー２５２を含む。タワー２５２は複数の鋼脚２５４、２５６、２５８、および２６０、ならびに複数の溶接スチールプロファイル２６２により作られるラティスタワーとされる。タワー２５２はタワー１０４の一例とされる。タワー２５２は緩衝装置２１４、２１６、２１８および２２０と、ビーム２２２および２２４に結合される。あるいは、タワー２５２は４つの緩衝装置２１４、２１６、２１８および２２０より多くの緩衝装置に結合される。さらに別の代替実施形態においては、タワー２５２は２つのビーム２２２および２２４より多くのビームに結合される。

ビーム２２２は脚２５４に緩衝装置２１６を介して、かつ脚２６０に緩衝装置２１８を介して結合される。一例として、ビーム２２２は、リベット止めおよび／または締着等により緩衝装置２１８に取り付けられ、緩衝装置２１８は脚２６０に締着される。また別の例として、ビーム２２２は、リベット止めおよび／または締着等により緩衝装置２１６に取り付けられ、緩衝装置２１６は脚２５４に締着される。ビーム２２４は脚２５６に緩衝装置２２０を介して、かつ脚２５８に緩衝装置２１４を介して結合される。一例として、ビーム２２４は、リベット止めおよび／または締着等により緩衝装置２２０に取り付けられ、緩衝装置２２０は脚２５６に締着される。また別の例として、ビーム２２４は、リベット止めおよび／または締着等により緩衝装置２１４に取り付けられ、緩衝装置２１４は脚２５８に締着される。振動センサ２０４はスチールプロファイル２６２のいずれか１つに取り付けられる。適宜、振動センサ２０４は脚２５４、２５６、２５８、および２６０のいずれか１つに取り付けられる。

気象条件によってタワー２５２に振動が生じたときは、プロセッサ１１３は緩衝装置２１４、２１６、２１８、および２２０の少なくとも１つを制御し、図３に関する先の説明と同様にして振動周波数を減衰させる。

図５は、ビーム２２２および２２４（図４）を含まない従来技術の風力タービンタワーに対する風の影響を示すグラフである。図では風速がｙ軸３０２に、時間がｘ軸３０４に取られている。線図３０６は時間に関する風速を示し、線図３０８は従来技術による風力タービンタワーの振動等、変位を示す。従来技術の風力タービンタワーの振動は減衰されていない。

図６は、ビーム２２２および２２４（図３）の少なくとも１つを含むタワー１０４（図１）に対する風の影響を示すグラフである。線図３１０はタワー１０４の時間に関する振動等、変位を示す。タワー１０４の受ける変位が従来技術の風力タービンタワーの受ける変位より少ないことが注目される。

図７は、水タンク３５２がタワー２０２に結合された風力タービン２００の一実施形態の概略図である。水タンク３５２の表面３５４は、締着および／またはリベット止め等によりタワー２０２の内面２２６に取り付けられる。水タンク３５２の表面３５４の反対側に位置する別の表面３５６もまた、締着および／またはリベット止め等によりタワー２０２の内面２２８に取り付けられる。あるいは、水タンク３５２の表面３５４は、ステンレススチールおよび／または炭素鋼等、金属製のビーム４０２および４０４（図８に示す）の少なくとも１つを介してタワー２０２の内面２２６に取り付けられる。水タンク３５２の表面３５６はまた、金属製ビーム４０６および４０８（図８に示す）の少なくとも１つを介してタワー２０２の内面２２８に取り付けられる。ビーム４０２および４０４は、締着および／またはリベット止め等により水タンク３５２の表面３５４に取り付けられ、かつまた、締着および／またはリベット止め等により内面２２６に取り付けられる。ビーム４０６および４０８は、締着および／またはリベット止め等により水タンク３５２の表面３５６に取り付けられ、かつまた、締着および／またはリベット止め等により内面２２８に取り付けられる。

図８は、風力タービン２５０の一実施形態の概略図である。水タンク３５２の表面３５４は、締着および／またはリベット止め等によりビーム４０２および４０４に取り付けられ、水タンク３５２の表面３５６は、締着および／またはリベット止め等によりビーム４０６および４０８に取り付けられる。ビーム４０２は、締着および／またはリベット止め等により脚２５８に取り付けられ、ビーム４０４は締着および／またはリベット止め等により脚２５４に取り付けられる。さらに、ビーム４０６は締着および／またはリベット止め等により脚２５６に取り付けられ、ビーム４０８は締着および／またはリベット止め等により脚２６０に取り付けられる。代替の実施形態においては、ビーム４０２は脚２５４および２５８に結合されたスチールプロファイル２６２の１つに取り付けられ、ビーム４０４もまた脚２５４および２５８に結合されたスチールプロファイル２６２の別の１つに取り付けられる。さらに別の代替実施形態においては、ビーム４０６は脚２５６および２６０に結合されたスチールプロファイル２６２の１つに取り付けられ、ビーム４０８もまた脚２５６および２６０に結合されたスチールプロファイル２６２の別の１つに取り付けられる。

図９は、タワー１００の変位を減衰させるためのシステム４５０の一実施形態の図である。システム４５０は、水タンク３５２、複数の容器４５２および４５４、プロセッサ１１３、および振動センサ２０４を含む。容器４５２および４５４は水タンク３５２内に置かれる。容器４５２は流量制限弁４５６を含み、容器４５４は流量制限弁４５８を含む。容器４５２は水タンク３５２の内面４６０に取り付けられる。例えば、容器４５２は、締着および／またはリベット止め等により内面４６０に取り付けられた金属棒に締着および／またはリベット止め等により取り付けられる。容器４５４もまた、水タンク３５２の内面４６２に取り付けられる。例えば、容器４５４は、締着および／またはリベット止め等により内面４６２に取り付けられた金属棒に締着および／またはリベット止め等により取り付けられる。容器４５２および４５４は、水タンク３５２の底側４６４の中央の各対向側に置かれる。容器４５２の外面４６８と水タンク３５２の内面４６０の間の垂直間隔４６６は容器４５２の外面４７２と容器４５４の外面４７４の間の垂直間隔４７０に等しくされる。外面４６８および４７２は流量制限弁４５６の各対向側に位置する。垂直間隔４６６はまた、容器４５４の外面４７８と水タンク３５２の内面４６２の間の垂直間隔４７６に等しくされる。外面４７４および４７８は流量制限弁４５８の各対向側に位置する。代替の実施形態においては、垂直間隔４６６は間隔４７０および４７６の少なくとも１つと不等とされる。水タンク３５２は水４８０を含む。代替実施形態においては、システム４５０は容器４５２および４５４の一方を含まない。

振動センサ２０４は振動を検出して電気的に検出された信号２３２を発生させる。プロセッサ１１３は電気的に検出された信号２３２を入力として受け、振動が固有振動数の範囲内かどうかを判断する。プロセッサ１１３が振動を前記範囲内と判断した場合には、プロセッサ１１３は流量制限弁４５６および４５８の少なくとも一方をドライバ２０６および２０８の少なくとも一方を介して制御することにより、振動周波数が固有振動数の範囲外となるまで振動周波数を減衰させる。プロセッサ１１３が振動周波数を前記範囲外と判断した場合には、プロセッサ１１３は流量制限弁４５６および４５８を制御しない。

プロセッサ１１３は、流量制限弁４５６および４５８の少なくとも一方をドライバ２０６および２０８の少なくとも一方を介し制御して、振動周波数を減衰させる。例えば、風がロータブレード１０８の面に垂直な左−右方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３は流量制限弁４５８を開き、流量制限弁４５６は開かない。流量制限弁４５８が開くとき、水タンク３５２からの水は、容器４５４内の水位が水タンク３５２内の水位に等しくなるまで流量制限弁４５８を介して容器４５４に流入する。プロセッサ１１３は振動周波数が固有振動数の範囲外となるまで流量制限弁４５８を開く。プロセッサ１１３は振動周波数を前記範囲外と判断すると流量制限弁４５８を閉じる。別の例として、風がロータブレード１０８の面に垂直な右−左方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３は流量制限弁４５６を開き、流量制限弁４５８は開かない。流量制限弁４５６が開くとき、水タンク３５２からの水は、容器４５２内の水位が水タンク３５２内の水位に等しくなるまで流量制限弁４５６を介して容器４５２に流入する。プロセッサ１１３は振動周波数が固有振動数の範囲外となるまで流量制限弁４５６を開く。プロセッサ１１３は振動周波数を前記範囲外と判断すると流量制限弁４５６を閉じる。

代替の実施形態においては、プロセッサ１１３は流量制限弁４５６および４５８を同時に制御して、振動周波数を減衰させる。例えば、風がロータブレード１０８の面に垂直な左−右方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３は流量制限弁４５８を流量制限弁４５６より早く開く。プロセッサ１１３は振動周波数が前記範囲外となるまで流量制限弁４５６および４５８を開く。プロセッサは振動周波数を前記範囲外と判断すると流量制限弁４５６および４５８を閉じる。別の例として、風がロータブレード１０８の面に垂直な右−左方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３は流量制限弁４５６を流量制限弁４５８より早く開く。

図１０は、タワー１００の変位を減衰させるためのシステム５００の一実施形態の図である。システム５００は、水タンク３５２、蓋５０２および流量制限弁４５６付きの容器４５２、蓋５０４および流量制限弁４５８付きの容器４５４、ドライバ２０６、２０８、２１０および２１２、ドライバ５０６、振動センサ２０４、プロセッサ１１３、および空気圧ポンプ５０８を含む。蓋５０２はエアフローバルブ５１０を含み、蓋５０４はエアフローバルブ５１２を含む。空気圧ポンプ５０８の一例は空気圧縮機を含む。蓋５０２は、溶接等により容器４５２に固着され、蓋５０４も溶接等により容器４５４に固着される。蓋５１４もまた、溶接等により水タンク３５２に固着される。代替の実施形態においては、システム５００は蓋５０２付き容器４５２を含み、蓋５０４付き容器４５４は含まない。別の代替実施形態においては、システム５００は蓋５０４付き容器４５４を含み、蓋５０２付き容器４５２は含まない。

振動センサ２０４は振動を検出して電気的に検出された信号２３２を発生させる。プロセッサ１１３は電気的に検出された信号２３２を入力として受け、振動が固有振動数の範囲内かどうかを判断する。プロセッサ１１３が振動を前記範囲内と判断した場合には、プロセッサ１１３はドライバ２０６を介して流量制限弁４５６、ドライバ２０８を介して流量制限弁４５８、ドライバ５０６を介して空気圧ポンプ５０８、ドライバ２１０を介してエアフローバルブ５１０、およびドライバ２１２を介してエアフローバルブ５１２の少なくとも１つを制御することにより、振動周波数が固有振動数の範囲外となるまで振動周波数を減衰させる。プロセッサ１１３が振動周波数を前記範囲外と判断した場合には、プロセッサ１１３は流量制限弁４５６および４５８、空気圧ポンプ５０８、およびエアフローバルブ５１０および５１２を制御しない。

プロセッサ１１３は流量制限弁４５６、流量制限弁４５８、空気圧ポンプ５０８、エアフローバルブ５１０、およびエアフローバルブ５１２の少なくとも１つを制御して、振動周波数を減衰させる。例えば、風がロータブレード１０８の面に垂直な左−右方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３はエアフローバルブ５１２を開き、エアフローバルブ５１０は開かない。エアフローバルブ５１２が開くとき、水タンク３５２からの空気は、容器４５４内の空気圧が水タンク３５２内の空気圧に等しくなるまでエアフローバルブ５１２を介して容器４５４に流入する。プロセッサ１１３は振動周波数が固有振動数の範囲外となるまでエアフローバルブ５１２を開く。プロセッサ１１３は振動周波数を前記範囲外と判断するとエアフローバルブ５１２を閉じる。別の例として、風がロータブレード１０８の面に垂直な右−左方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３はエアフローバルブ５１０を開き、エアフローバルブ５１２は開かない。エアフローバルブ５１０が開くとき、水タンク３５２からの空気は、容器４５２内の空気圧が水タンク３５２内の空気圧に等しくなるまでエアフローバルブ５１０を介して容器４５２に流入する。プロセッサ１１３は振動周波数が固有振動数の範囲外となるまでエアフローバルブ５１０を開く。プロセッサ１１３は振動周波数を前記範囲外と判断するとエアフローバルブ５１０を閉じる。

プロセッサ１１３はドライバ５０６を介して空気圧ポンプ５０８を付勢することによって圧縮空気を供給し、振動周波数が前記範囲内となるまで水タンク３５２内の空気圧を上昇させる。水タンク３５２内の圧力上昇によって、空気が水タンク３５２からエアフローバルブ５１０を介して容器４５２に流入するときに容器４５２内の圧力が上昇する。同様に、水タンク３５２内の圧力上昇によって、空気が水タンク３５２からエアフローバルブ５１２を介して容器４５４に流入するときに容器４５４内の圧力が上昇する。プロセッサ１１３は振動周波数を前記範囲外と判断するとポンプを消勢する。

代替の実施形態においては、プロセッサ１１３は流量制限弁４５６、流量制限弁４５８、エアフローバルブ５１０、エアフローバルブ５１２、および空気圧ポンプ５０８の少なくとも２つを同時に制御して、振動周波数を減衰させる。例えば、風がロータブレード１０８の面に垂直な左−右方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３はエアフローバルブ５１２および流量制限弁４５８をエアフローバルブ５１０および流量制限弁４５６より早く開く。プロセッサ１１３は振動周波数が前記範囲外となるまでエアフローバルブ５１２および流量制限弁４５８を開く。プロセッサ１１３は振動周波数を前記範囲外と判断するとエアフローバルブ５１２および流量制限弁４５８を閉じる。別の例として、風がロータブレード１０８の面に垂直な右−左方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３はエアフローバルブ５１０および流量制限弁４５６を流量制限弁４５８およびエアフローバルブ５１２より早く開く。また別の例として、風がロータブレード１０８の面に垂直な左−右方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３はエアフローバルブ５１０および流量制限弁４５６は開かずに、エアフローバルブ５１２および流量制限弁４５８を開く。さらに別の例として、風がロータブレード１０８の面に垂直な右−左方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３は流量制限弁４５８およびエアフローバルブ５１２は開かずに、エアフローバルブ５１０および流量制限弁４５６を開く。

別の例として、風がロータブレード１０８の面に垂直な左−右方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３はエアフローバルブ５１２、流量制限弁４５８、およびエアフローバルブ５１０を開き、流量制限弁４５６は開かない。プロセッサ１１３は、振動周波数が前記範囲外となるまでエアフローバルブ５１２、流量制限弁４５８、およびエアフローバルブ５１０を開く。プロセッサ１１３は振動周波数を前記範囲外と判断するとエアフローバルブ５１０および５１２および流量制限弁４５８を閉じる。また別の例として、風がロータブレード１０８の面に垂直な右−左方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３はエアフローバルブ５１０、流量制限弁４５６、およびエアフローバルブ５１２を開き、流量制限弁４５８は開かない。プロセッサ１１３は、振動周波数が前記範囲外となるまでエアフローバルブ５１０、流量制限弁４５６、およびエアフローバルブ５１２を開く。プロセッサ１１３は振動周波数を前記範囲外と判断するとエアフローバルブ５１０、流量制限弁４５６、およびエアフローバルブ５１２を閉じる。

別の例として、風がロータブレード１０８の面に垂直な左−右方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３はエアフローバルブ５１２、流量制限弁４５８、およびエアフローバルブ５１０を流量制限弁４５６より早く開く。プロセッサ１１３は振動周波数が前記範囲外となるまでエアフローバルブ５１２、流量制限弁４５８、エアフローバルブ５１０、および流量制限弁４５６を開く。プロセッサは振動周波数を前記範囲外と判断するとエアフローバルブ５１２、流量制限弁４５８、エアフローバルブ５１０、および流量制限弁４５６を閉じる。また別の例として、風がロータブレード１０８の面に垂直な右−左方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３はエアフローバルブ５１０、流量制限弁４５６、およびエアフローバルブ５１２を流量制限弁４５８より早く開く。プロセッサ１１３は振動周波数が前記範囲外となるまでエアフローバルブ５１０、流量制限弁４５６、エアフローバルブ５１２、および流量制限弁４５８を開く。プロセッサは振動周波数を前記範囲外と判断するとエアフローバルブ５１０、流量制限弁４５６および４５８、およびエアフローバルブ５１２を閉じる。

プロセッサ１１３はドライバ５０６を介して空気圧ポンプ５０８を付勢するかまたは消勢することにより、空気圧ポンプ５０８を制御する。プロセッサ１１３はエアフローバルブ５１０、流量制限弁４５６、流量制限弁４５８、およびエアフローバルブ５１２の少なくとも１つを制御しつつ、同時に空気圧ポンプ５０８を制御する。代替の実施形態においては、プロセッサ１１３は空気圧ポンプ５０８は制御せず、一方同時にエアフローバルブ５１０、流量制限弁４５６、流量制限弁４５８、およびエアフローバルブ５１２の少なくとも１つを制御する。

図１１は、タワー１００の変位を減衰させるためのシステム５５０の一実施形態の図である。システム５５０は、水タンク３５２、流量制限弁４５６付き容器４５２、流量制限弁４５８付き容器４５４、ドライバ２０６、２０８、２１０、２１２、および５０６、振動センサ２０４、プロセッサ１１３、および複数の油圧シリンダ５５２、５５４、および５５６を含む。油圧シリンダ５５２はピストン５５８およびハウジング５６０を含み、油圧シリンダ５５４はピストン５６２およびハウジング５６４を含み、油圧シリンダ５５６はピストン５６６およびハウジング５６８を含む。ピストン５５８はピストンヘッド５７０を含み、ピストン５６２はピストンヘッド５７２を含み、ピストン５６６はピストンヘッド５７４を含む。ピストンヘッド５７０は垂直間隔４６６（図９）を封止し、ピストンヘッド５７２は垂直間隔４７０（図９）を封止し、ピストンヘッド５７４は垂直間隔４７６（図９）を封止する。代替の実施形態においては、システム５５０は油圧シリンダ５５２、５５４、および５５６を必ずしもすべて含まない。

振動センサ２０４は振動を検出して電気的に検出された信号２３２を発生させる。プロセッサ１１３は電気的に検出された信号２３２を入力として受け、振動が固有振動数の範囲内かどうかを判断する。プロセッサ１１３が振動周波数を前記範囲内と判断した場合には、プロセッサ１１３はドライバ２０６を介して流量制限弁４５６、ドライバ２０８を介して流量制限弁４５８、ドライバ５０６を介して油圧シリンダ５５２、ドライバ２１０を介して油圧シリンダ５５４、およびドライバ２１２を介して油圧シリンダ５５６の少なくとも１つを制御することにより、振動周波数が固有振動数の範囲外となるまで振動周波数を減衰させる。プロセッサ１１３が振動周波数を前記範囲外と判断した場合には、プロセッサ１１３は流量制限弁４５６および４５８、油圧シリンダ５５２、５５４、および５５６を制御しない。

プロセッサ１１３は油圧シリンダ５５２、５５４、および５５６の少なくとも１つを制御して、振動周波数を減衰させる。例えば、風がロータブレード１０８の面に垂直な左−右方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３はピストン５５８を制御して押進し、底面４６４側に下向き方向に力を加え、かつピストン５６２および５６６の少なくとも一方を制御して退行させ、下向き方向の力を弱める。別の例として、風がロータブレード１０８の面に垂直な右−左方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３はピストン５６６を制御して押進し、下向き方向に力を加え、かつピストン５５８および５６２の少なくとも一方を制御して退行させ、下向き方向の力を弱める。また別の例として、風がロータブレード１０８の面に垂直な左−右方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３はピストン５５６を制御して下向き方向への力の加え方をピストン５６２および５６６により下向き方向の力を弱める速度より早い速度で強める。さらに別の例として、風がロータブレード１０８の面に垂直な右−左方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３はピストン５６６を制御して下向き方向への力の加え方をピストン５５８および５６２により下向き方向の力を強める速度より早い速度で強める。

代替の実施形態においては、プロセッサ１１３は流量制限弁４５６、流量制限弁４５８、油圧シリンダ５５２、油圧シリンダ５５４、および油圧シリンダ５５６の少なくとも２つを同時に制御して、振動周波数を減衰させる。例えば、風がロータブレード１０８の面に垂直な左−右方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３は流量制限弁４５８を開き、流量制限弁４５６は開かず、ピストン５５８を制御して下向き方向の力を加え、ピストン５６２および５６６の少なくとも一方を制御して下向き方向の力を弱める。別の例として、風がロータブレード１０８の面に垂直な右−左方向に吹いている場合には、プロセッサ１１３は流量制限弁４５６を開き、流量制限弁４５８は開かず、ピストン５６６を制御して下向き方向の力を加え、ピストン５５８および５６２の少なくとも一方を制御して下向き方向の力を弱める。

図１２は、タワー１００の変位を減衰させるためのシステム６００の一実施形態の図である。システム６００は、プロセッサ１１３、直流電圧源等の電圧源６０２、トライアック６０４、およびバルブ６０６を含む。トライアック６０４はドライバ２０６、ドライバ２０８、ドライバ２１０、ドライバ２１２、およびドライバ５０６（図１１）のいずれかの一例とされる。バルブ６０６は流量制限弁４５６、流量制限弁４５８、エアフローバルブ５１０、およびエアフローバルブ５１２（図１０）のいずれかの一例とされる。バルブ６０６はソレノイド６０８、弁体６１０、およびスプリング６１２を含む。

プロセッサ１１３は電気的に検出された信号２３２を受け、かつ電気的に検出された信号２３２をアナログ形式からディジタル形式に変換するアナログディジタル変換器を含む。電気的に検出された信号２３２に基づき、プロセッサ１１３はバルブ６０６を制御すると判断する。プロセッサ１１３はプロセッサ出力信号６１４をトライアック６０４に送ることによってバルブ６０６を制御する。トライアック６０４は導通状態となり、プロセッサ出力信号６１４をトライアック６０４のしきい値より上と判断するとトライアック出力信号６１６を発生させる。ソレノイド６０８は、トライアック出力信号６１６を受けると電磁界を生成させ、その電磁界によって弁体６１０がバルブ６０６の開口端側にスプリング６１２の力に抗して押圧される。バルブ６０６の開口端はバルブ６０６の外部環境に対して開いている。スプリング６１２の力に抗する弁体６１０の運動はスプリング６１２を圧縮し、バルブ６０６をその外部に位置する環境に対して開く。

電気的に検出された信号２３２に基づき、プロセッサ１１３はバルブ６０６を制御しないと判断し、プロセッサ出力信号６１４を送らない。プロセッサ出力信号６１４を受けないと、トライアック６０４はプロセッサ出力信号６１４をトライアック６０４のしきい値より下と判断し、遮断状態となり、トライアック出力信号６１６を発生させない。ソレノイド６０８は、トライアック出力信号６１６を受けないと電磁界を生成させず、スプリング６１２は伸長する。スプリング６１２の伸長によって弁体６１０がバルブ６０６の閉鎖端側に押圧され、それによってバルブ６０６が閉じる。バルブ６０６の閉鎖端はバルブ６０６の外部環境に対して開いていない。

図１３は、タワー１００の変位を減衰させるためのシステム６５０の一実施形態の図である。システム６５０は、プロセッサ１１３、電圧源６０２、バルブ６０６、ＮＰＮバイポーラ接合形トランジスタ（ＢＪＴ）６５２、および油圧シリンダ６５４を含む。油圧シリンダ６５４は、緩衝装置２１４、緩衝装置２１６、緩衝装置２１８、緩衝装置２２０、油圧シリンダ５５２、油圧シリンダ５５４、および油圧シリンダ５５６（図４および１１）のいずれかの一例とされる。ＮＰＮＢＪＴ６５２はドライバ２０６、ドライバ２０８、ドライバ２１０、ドライバ２１２、およびドライバ５０６（図１１）のいずれかの一例とされる。代替の実施形態においては、ＮＰＮＢＪＴ６５２に代えてＰＮＰＢＪＴもしくは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が使用される。油圧シリンダ６５４はハウジング６５６と、ピストンヘッド６６０を含むピストン６５８とを含む。ハウジング６５６はスプリング６１２を含む。ハウジング６５６は、ハウジング５６０、ハウジング５６４、およびハウジング５６８（図１１）のいずれかの一例とされる。ピストン６５８は、ピストン５５８、ピストン５６２、およびピストン５６６（図１１）のいずれかの一例とされる。ピストンヘッド６６０は、ピストンヘッド５７０、ピストンヘッド５７２、およびピストンヘッド５７４（図１１）のいずれかの一例とされる。ハウジング６５６は穿孔かつ螺刻された孔を含む。該孔にはホース６６２が挿入される。該孔はハウジング６５６へのオイル注入口となる。該孔はまた、ハウジング６５６内のオイルの出口ともなる。ハウジング６５６はまた、空気の出入り口となる別の孔も含む。

電気的に検出された信号２３２に基づき、プロセッサ１１３はプロセッサ出力信号６１４をＮＰＮＢＪＴ６５２に送ることによってバルブ６０６を制御する。ＮＰＮＢＪＴ６５２は導通状態となり、プロセッサ出力信号６１４をＮＰＮＢＪＴ６５２のしきい値より上と判断するとＢＪＴ出力信号６６４を発生させる。バルブ６０６はＢＪＴ出力信号６６４を受けて開き、オイルをオイル溜めからホース６６２を介してハウジング６５６に流れさせる。ホース６６２を介するハウジング６５６へのオイルの流れによって、ピストンヘッド６６０は、下向き方向、左−右方向、右−左方向等、ある方向に力を加え、スプリング６１２を圧縮させる。スプリング６１２に対して力が加わることによって、ビーム２２２および２２４（図４）のいずれかの長さが短縮される。

電気的に検出された信号２３２に基づき、プロセッサ１１３は油圧シリンダ６５４を制御せず、かつプロセッサ出力信号６１４を送らない。プロセッサ出力信号６１４を受けないと、ＮＰＮＢＪＴ６５２はプロセッサ出力信号６１４をＮＰＮＢＪＴ６５２のしきい値より下と判断し、遮断状態となり、ＢＪＴ出力信号６６４を発生させない。バルブ６０６は、ＢＪＴ出力信号６６４を受けず閉じ、バルブ６０６を介してオイル溜めからハウジング６５６へのオイルの流れが停止される。スプリング６１２はバルブ６０６が閉じたときに伸長する。スプリングの伸長によってピストンヘッド６６０が退行し、下向き方向、右−左方向等、左−右方向、ある方向への力が弱められる。スプリング６１２に対する力が弱まることにより、ビーム２２２および２２４（図４）のいずれかの長さが伸長する。

ある装置を駆動するドライバは、その装置が本システム内に含まれない限り本システム内には含まれないことに留意のこと。例えば、エアフローバルブ５１０付きの蓋５０２がシステム５００内に含まれない場合には（図１０）、ドライバ２１０はシステム５００内には含まれない。

風力タービンタワー１００の変位を減衰させるための本システムおよび方法の技術的効果には、振動周波数が固有振動数の範囲外となるまで振動周波数を減衰させることを含む。振動周波数の減衰は、タワー１００を風の方向に振動させることによって達成される。例えば、風が左−右方向に振動する場合には、タワー１００はプロセッサ１１３によって左−右方向に振動するように制御される。別の例として、風が右−左方向に振動する場合には、タワー１００はプロセッサ１１３によって右−左方向に振動するように制御される。

以上に本発明を様々な具体的実施形態に関して説明したが、当業者は、本発明に変更を加えて実施することも可能とされ、そのような変更は特許請求の範囲の理念と保護範囲内に属することを認識するであろう。

風力タービンの一実施形態の概略図である。図１の風力タービンのナセル、タワー、およびハブを含むシステムの一実施形態の概略図である。風力タービンの別の実施形態の概略図である。風力タービンのさらに別の実施形態の概略図である。ビームを含まない従来技術の風力タービンタワーに対する風の影響を示すグラフである。タワーがビームを含むときの図１の風力タービンのタワーに対する風の影響を示すグラフである。風力タービンの一実施形態の概略図である。風力タービンの別の実施形態の概略図である。図１のタワーの変位を減衰させるためのシステムの一実施形態の図である。図１のタワーの変位を減衰させるためのシステムの別の実施形態の図である。図１のタワーの変位を減衰させるためのシステムのまた別の実施形態の図である。図１のタワーの変位を減衰させるためのシステムのなおまた別の実施形態の図である。図１のタワーの変位を減衰させるためのシステムのさらに別の実施形態の図である。

符号の説明

１０ハブ
１００風力タービンタワー
１０２ナセル
１０４タワー
１０６ロータ
１０８ロータブレード
１１０ハブ
１１１システム
１１２制御パネル
１１３プロセッサ
１１４ブレードピッチドライブ
１１６軸
１１８ギヤボックス
１２０発電機
１２２軸継手
１２４ヨードライブ
１２６ヨーデッキ
１２８気象ブーム
１３０主軸受
１３２主フレーム
２００風力タービン
２０２タワー
２０４振動センサ
２０６ドライバ
２０８ドライバ
２１０ドライバ
２１２ドライバ
２１４緩衝装置
２１６緩衝装置
２１８緩衝装置
２２０緩衝装置
２２２ビーム
２２４ビーム
２２６内面
２２８内面
２３０外面
２３２電気的に検出された信号
２５０風力タービン
２５２タワー
２５４脚
２５６脚
２５８脚
２６０脚
２６２スチールプロファイル
３０２ｙ軸
３０４ｘ軸
３０６線図
３０８線図
３１０線図
３５２水タンク
３５４表面
３５６表面
４０２ビーム
４０４ビーム
４０６ビーム
４０８ビーム
４５０システム
４５２容器
４５４容器
４５６流量制限弁
４５８流量制限弁
４６０内面
４６２内面
４６４底側
４６６垂直間隔
４６８外面
４７０垂直間隔
４７２外面
４７４外面
４７６垂直間隔
４７８外面
４８０水
５００システム
５０２蓋
５０４蓋
５０６ドライバ
５０８空気圧ポンプ
５１０エアフローバルブ
５１２エアフローバルブ
５１４蓋
５５０システム
５５２油圧シリンダ
５５４油圧シリンダ
５５６油圧シリンダ
５５８ピストン
５６０ハウジング
５６２ピストン
５６４ハウジング
５６６ピストン
５６８ハウジング
５７０ピストンヘッド
５７２ピストンヘッド
５７４ピストンヘッド
６００システム
６０２電圧源
６０４トライアック
６０５トライアック
６０６バルブ
６０８ソレノイド
６１０弁体
６１２スプリング
６１４プロセッサ出力信号
６１６トライアック出力信号
６５０システム
６５２ＮＰＮＢＪＴ
６５４油圧シリンダ
６５６ハウジング
６５８ピストン
６６０ピストンヘッド
６６２ホース
６６４ＢＪＴ出力信号

Claims

変位を減衰させるためのシステム（１１１）であって、
複数の表面（２２６、２２８、２３０）を含む風力タービンタワー（１０４）と、
前記風力タービンタワーの振動の周波数を、第１ビーム（２２２）および水タンク（３５２）の一方を前記風力タービンタワー内部の前記複数の表面に結合することによって制御するように構成されたプロセッサ（１１３）とを備えるシステム（１１１）。
前記風力タービンタワー（１０４）の振動を検出するように構成された振動センサ（２０４）をさらに備え、前記プロセッサ（１１３）は前記振動の周波数が前記風力タービンタワーの固有振動数の範囲内かどうかを判断するように構成された請求項１記載のシステム（１１１）。
緩衝装置（２１４）をさらに備え、前記第１ビーム（２２２）は前記表面（２２６、２２８、２３０）に前記緩衝装置を介して結合される請求項１記載のシステム（１１１）。
前記風力タービンタワー（１０４）の振動を検出するように構成された振動センサ（２０４）であって、前記プロセッサ（１１３）は前記振動の周波数が前記風力タービンタワーの固有振動数の範囲内かどうかを判断するように構成された振動センサと、
緩衝装置（２１４）であって、前記第１ビーム（２２２）は前記表面（２２６、２２８、２３０）に前記緩衝装置を介して結合され、前記プロセッサは前記緩衝装置に結合され、かつ前記プロセッサは前記緩衝装置を制御することによって前記風力タービンタワーの振動の固有振動数を減衰させるように構成された緩衝装置とをさらに備える請求項１記載のシステム（１１１）。
前記プロセッサは前記水タンク（３５２）内のバルブに結合される請求項１記載のシステム（１１１）。
前記表面（２２６、２２８、２３０）に結合された第２ビーム（２２４）をさらに備える請求項１記載のシステム（１１１）。
前記水タンク（３５２）は流量制限弁（４５６）を含む容器（４５２）を含み、かつ前記プロセッサ（１１３）は前記流量制限弁および前記容器内部の水位を制御することによって前記風力タービンタワー（１０４）の振動の固有振動数を減衰させるように構成された請求項１記載のシステム（１１１）。
複数の表面（２２６、２２８、２３０）を含む風力タービンタワー（１０４）と、
前記風力タービンタワーによって支持されたナセル（１０２）と、
少なくとも１つのブレード（１０８）を含み、かつ前記ナセルに結合されたウインドロータ（１０６）と、
第１ビーム（２２２）および水タンク（３５２）の一方を前記風力タービンタワー内部の前記複数の表面に結合することによって前記風力タービンタワーの振動の周波数を制御するように構成されたプロセッサ（１１３）とを備える風力タービン（１００）。
前記風力タービンタワー（１０４）の振動を検出するように構成された振動センサ（２０４）をさらに備え、前記プロセッサ（１１３）は前記振動の周波数が前記風力タービンタワーの固有振動数の範囲内かどうかを判断するように構成された請求項８記載の風力タービン（１００）。
前記表面（２２６、２２８、２３０）に結合された第２ビーム（２２４）をさらに備える請求項８記載の風力タービン（１００）。