JPH0248749B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は風車の制御装置の改良に関するもの
である。

従来の風車の回転数制御方式はプロペラと同軸
上に抵抗翼が付いており、一定風速以上の風が吹
くと遠心力ガバナーフラツプが開いて回転を抑え
る抵抗翼式や、ブレードの回転数が定格回転数を
超すとブレードに連結されたガバナーウエイトに
作用する遠心力によりブレードのピツチを大きく
して風を逃す可変ピツチ式の機械的な方式又はタ
コゼネレーター等の電気的センサーで回転数を検
出し、可変ピツチ装置の制御信号とする方式が一
般的である。

然し機械的な方式は過回転防止程度の機能しか
持たず、起動、停止時の最適な制御特性を得るこ
とができない。

また、電気的な方式はセセンサーと可変ピツチ
アクチユエータの間に電気又は電子回路が必要と
なり、装置が複雑になり、又制御信号の伝送にス
リツプリングが必要となる等信頼性と保守性の点
で問題があつた。

本発明は、上記のような従来の機械式および電
気式風車制御装置の欠点を排除するためになされ
たもので、風車の起動、停止をはじめブレードの
ピツチ変換や回転数の制御、回転数の検出を全て
信頼性と単純性、応答性に優れた油圧で行えるよ
うにした風車制御装置の提供を目的とする。

すなわち、本発明は、ブレードのピツチ変換を
行う可変ピツチシリンダーと、該可変ピツチシリ
ンダーと共通のピストンロツドを有し、ピストン
ロツド内の油路から可変ピツチシリンダーへ圧油
を供給すると共に風速が一定速度を超えるとポン
プからの圧油リザーバータンクへ戻すためのカツ
トアウトポートを設けたオイルトランスフアーシ
リンダーと、風車の回転を其の駆動源とする油圧
ポンプから重錘式ガバナーを経てオイルトランス
フアーシリンダーの油室へ連結された油路の途中
に設けけられた第１の絞り及び第２の絞りと、上
記第１の絞り前後の差圧によつてカツトアウトポ
ートとリザーバータンクを連結する戻り油路を閉
鎖する弱風カツトイン弁と、第３の絞り前後の差
圧によつて分岐もどり油路を連通する強風カツト
イン弁とによつて構成し、風車の回転後を油圧式
に検出し、設定ピツチ角以上になると自動的に圧
油をリザーバータンクへダンプさせて、風車の起
動、停止及び回転数制御を総て油圧によつて実施
することを可能にした装置である。

以下本発明を其の一実施例を示す第１図の系統
図により詳細に説明する。

１は複数枚のブレード６よりなる風車、２は其
の内部に圧縮ばね１７を内蔵し、ピストン２′の
片側に油室１９を設けて油室１９への圧油によつ
てピストンロツド１６を圧縮ばね１７に抗して軸
方向に移動させ、該ピストンロツド１６に連結さ
れたブレード６の偏心ピンを回転させてブレード
６をピツチ角の小さい運転ピツチに変換し、油室
１９の圧油リザーバータンク１５へ戻された場合
は、ピストン２′の他側面に設設けられた圧縮ば
ね１７の反力でピストン２′を逆方向に軸移動さ
せ、これによりブレード６の偏心ピンを回転させ
てブレード６をピツチ角の大きい起動ピツチに変
換する可変ピツチシリンダー、３は風車１の回転
を伝達するための歯車、４は可変ピツチシリンダ
ー２の油室１９に圧油を供給するオイルトランス
フアーシリンダーであつて、可変ピツチシリンダ
ー２のピストン２′と共通のピストンロツド１６
を有し、該ピストンロツド内に設けた油路１８を
介して可変ピツチシリンダー２の油室１９へ圧油
を供給する油室２０を備えていて、該油室２０内
を移動するピストン４′は、可変ピツチシリンダ
ー２のピストン２′の移動に追従して可変ピツチ
シリンダー２のピストン２′がブレード６を運転
ピツチに変換する位置に移動すると、油室２０に
設けられたリザーバータンク１５に通じるカツト
アウトポート５を閉鎖する位置に移動し、可変ピ
ツチシリンダー２のピストン２′がブレード６を
起動ピツチに変換する位置に移動すると、上記カ
ツトアウトポート５を開放する位置に移動するよ
う設けられている。７は歯車３によつて伝達され
た風車の回転によつて駆動される油圧ポンプ。８
は油圧ポンプ７とオイルトランスフアーシリンダ
ー４間を重錘式ガバナー１４を経て連結する油路
２１の途中に設けられた第１の絞り、９は第１の
絞り８より下流側に設けられた第２の絞り、１０
は第１の絞り８の上流側と下流側から分岐したパ
イロツト油路２４及びパイロツト油路２５に接続
され第１の絞り８前後の差圧によつて戻り油路２
２を閉鎖する弱風カツトイン弁。１１は第２の絞
り弁９の上流側と下流側から分岐したパイロツト
油路２６及びパイロツト油路２７に接続され、第
２の絞り９前後の差圧によつて分岐戻り油路２３
を連通する強風カツトイン弁、１２はリリーフ
弁、１３は逆止弁、１４の重錘式ガバナーは、歯
車１３から伝達された風車の回転数に対応して内
部スプールが移動し、ピツチ変換用油圧量を制御
するものである。

次に本発明の風車制御装置の動作について説明
する。

可変ピツチシリンダー２は単動式シリンダー
で、油圧が高くなるとピストン２′により圧縮ば
ね１７を押してブレード６を第２図の運転ピツチ
方向に移動させ、圧油が低くなると圧縮ばね１７
によりピストン２′を移動させ第２図の起動ピツ
チ方向にピツチが変換するよう風車１と連結して
いる。

風車１の回転数の油圧式検出は第１の絞り８、
第２の絞り９によつて行われる。絞りを通る流れ
の圧力損失△Ｐと流量Ｑとの間には次の(1)式の関
係が成立する。

△Ｐ∝Q² ……(1) 又流量Ｑと風車１の回転数Ｎとの間には次の(2)
式の関係が成立する。

Ｎ∝Ｑ ……(2) 上の(1)、(2)式から △Ｐ∝N² ……(3) が得られ、(3)式から絞りの差圧（圧力損失）によ
つて風車１の回転数Ｎが検出できることを示して
いる。

第３図は風速とピツチ角、回転数、出力の関係
を示すもので、本発明装置の動作を定性的に説明
している。

第１図は風車１の停止時の位置を示している
が、今風速が起動風速程度になると風車１は内部
損失トルクに打勝つて回転し始め、油圧ポンプ７
はリザーバータンク１５より油を吸入して制御油
圧回路へ圧油を吐出する。

回転数が低い場合、油圧ポンプ７から吐出した
圧油は油路２１により重錘式ガバナー１４を経て
オイルトランスフアーシリンダー４へ供給され、
その一部が油路１８を経て可変ピツチシリンダー
２の油室１９へも導入されるが、油室２０の圧油
はカツトアウトポート５よりも戻り油路２２を通
り弱風カツトイン弁１０を経てリザーバータンク
１５へ戻るので圧油は昇圧しない。この為、可変
ピツチシリンダー２のピストン２′は移動せず、
ブレード６のピツチは変化しない。

風速が増加して回転数がカツトイン弁回転数以
上になると、油圧ポンプ７からの吐出量も増加し
て第１の絞り８の前後の差圧が大となりパイロツ
ト油路２４を通つて弱風カツトイン弁１０に供給
されるパイロツト油圧が弁ばねに打勝つて弱風カ
ツトイン弁１０が左方向に切換り、今迄リザーバ
ータンク１５に開放されていた戻り油路２２が閉
鎖される。

このことによつて制御回路の圧油はリリーフ弁
１２の設定圧力迄上昇し、同時に可変ピツチシリ
ンダー２内の油室１９の圧油も昇圧し、圧縮ばね
に打勝つてピストン２′を前進させブレードピツ
チが運転ピツチになるため、風車１は更に加速を
始めると共に第２の絞り９の前後の差圧が大とな
つて強風カツトイン弁１１が切換り、分岐戻り油
路２３が開放されるがオイルトランスフアーシリ
ンダー４のカツトアウトポート５がピストン４′
によつて閉鎖されているため風車１は回転を続け
る。

定格風速以下では重錘式ガバナー１４は第１図
のスプール位置を保ち、油圧ポンプ７からの圧油
を可変ピツチシリンダー２へ供給しているためブ
レード６のピツチは運転ピツチのままであり、回
転数は風速と共に大きくなる。

定格風速以上になると重錘式ガバナー１４が回
転数の誤差に応じて可変ピツチシリンダー２への
圧油をリザーバータンク１５へ戻すように切換る
ことによつてピツチを変えて回転数が一定になる
よう作動する。

風速が大きくなると定格回転数を保つためのピ
ツチ角が起動ピツチ角方向に移るため、可変ピツ
チシリンダー２のピストン２′は後退して行く。

風速が予め設定されたカツトアウトポート風速
以上になると、オイルトランスフアーシリンダー
４のピストン４′位置がカツトアウトポート５を
開放する位置になり、可変ピツチシリンダー２の
油室１９内の圧油は重錘式ガバナー１４のスプー
ル位置に関係なく分岐戻り油路２３及び強風カツ
トイン弁１１を通つてリザーバータンク１５にダ
ンプするので風車１はフエザリングして起動ピツ
チとなり強風時でも高回転とならないようにして
風車１を保護する。

強風が治まり風速がカツトアウト風速以下にな
ると第２の絞り９前後の差圧が小さくなり、弁ば
ねによつて強風カツトイン弁１１が右行して分岐
戻り油路２３を閉鎖するため、可変ピツチシリン
ダー２のピストン２′が再び圧油によつて圧縮バ
ネ１７に打勝つて左行してブレードピツチが運転
ピツチの方向へ変化し、重錘式ガバナー１４によ
る回転数制御が機能して負荷運転が可能となる。

制御油圧回路設計の要点は第１の絞り８及び第
２の絞り９の特性と弱風カツトイン弁１０及び強
風カツトイン弁１１の特性を適合させることと、
カツトイン時のピツチ変換速度と風車１の回転数
立上り特性を適合させることである。

前者の場合、絞りの圧力損失によるエネルギー
損失を最小するため必要回転数時に、２〜３Kg
ｆ／cm²程度の圧力損失になるようにすべきで、其
の差圧で弁が作動するように弁ばねの強さと弁の
寸法を選定する方法については従来の油圧弁の設
計方法が其のまま適用できる。

又後者の場合、カツトイン時の風車１の加速特
性を良く調査して、カツトアウトポート５をピス
トン４′が通過する以前に強風カツトイン弁１１
が作動することのないようにピツチ変換速度を選
定するようにすれば良い。

本発明の風車制御装置は風車１の回転数を油圧
式に検出する油圧回路と、風速が設設定ピツチ角
以上になると自動的に圧油をリザーバータンク１
５へダンプさせる油圧弁とを組合せて、風車１の
起動、停止及び回転数制御を総て油圧によつて実
施出来るようにしたもので、信頼性、単純性に優
れ且つ高度な制御機能を発揮するものであり、当
初に記載した所期の目的を完全に達成するもので
ある。

又風車の制御装置を油圧によつて統一的に纏め
ているために負荷制御と取合いも簡単となり、風
車は自律的に制御されているため、負荷制御は独
立して設計することが可能であり、簡単化し得る
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の風車制御装置の一実施例を示
す系統図、第２図は風向とピツチ角の説明図、第
３図は風速とピツチ角、回転数、出力の関係を示
す特性線図である。 以下図面中の符号の説明、１：風車、２：可変
ピツチシリンダー、３：歯車、４：オイルトラン
スフアーシリンダー、５：カツトアウトポート、
６：ブレード、７：油圧ポンプ、８：第１の絞
り、９：第１の絞り、１０：弱風カツトイン弁、
１１：強風カツトイン弁、１２：リリーフ弁、１
３：逆止弁、１４：重錘式ガバナー、１５：リザ
ーバータンク、１６：ピストンロツド、１７：圧
縮ばね、１８：油路、１９，２０：油室、２１：
油路、２２：戻り油路、２３：分岐戻り油路、２
４，２５，２６，２７：パイロツト油路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ピストン２′の一方の側面に圧油を供給する
   油室１９を設けると共に他側面に圧縮ばね１７を
   当接して、該ピストン２′を上記油室１９に供給
   される圧油又は圧縮ばね１７の反力で軸方向に往
   復移動可能となし、ピストンの軸方向の往復移動
   でピストンロツド１６に連結されたブレード６の
   偏心ピンを回転させてブレード６のピツチを起動
   ピツチと運転ピツチに変換する可変ピツチシリン
   ダー２と、可変ピツチシリンダー２の油室１９に
   圧油を供給するシリンダーであつて、可変ピツチ
   シリンダー２のピストン２′と共通のピストンロ
   ツド１６を有し、該ピストンロツド内に設けた油
   路１８を介して可変ピツチシリンダー２の油室１
   ９へ圧油を供給する油室２０を備えていて、該油
   室２０を移動するピストン４′は、可変ピツチシ
   リンダー２のピストン２′の移動に追従して可変
   ピツチシリンダー２のピストン２′がブレード６
   を運転ピツチに変換する位置に移動すると、油室
   ２０に設けられたリザーバータンク１５に通じる
   カツトアウトポート５を閉鎖する位置に移動し、
   可変ピツチシリンダー２のピストン２′がブレー
   ド６を起動ピツチに変換する位置に移動すると、
   上記カツトアウトポート５を開放する位置に移動
   するよう設けられているオイルトランスフアーシ
   リンダー４と、風車の回転を其の駆動源とする油
   圧ポンプ７からの圧油を重錘式ガバナー１４を経
   てオイルトランスフアーシリンダー４の油室２０
   へ供給する油路２１の途中に設けられた第１の絞
   り８及び第２の絞り９と、上記第１の絞り８の上
   流側及び下流側から夫々分岐したパイロツト油路
   ２４，２５の夫々と接続し、第１の絞り８前後の
   差圧が大きくなると、オイルトランスフアーシリ
   ンダー４のカツトアウトポート５とリザーバータ
   ンク１５とを連結する戻り油路２２を閉鎖するよ
   う作動する弱風カツトイン弁１０と、上記第１の
   絞り８の下流側に設けられた第２の絞り９の上流
   側と下流側から夫々分岐したパイロツト油路２
   ６，２７の夫々と接続し、第２の絞り９前後の差
   圧が大きくなると、オイルトランスフアーシリン
   ダー４のカツトアウトポート５と弱風カツトイン
   弁１０間の戻り油路２２から分岐した分岐戻り油
   路２３がリザーバータンク１５に連通するよう作
   動する強風カツトイン弁１１とより構成され、風
   車の回転数を圧油によつて検出し設定ピツチ角以
   上になると自動的に圧油をダンプさせて、風車の
   起動、停止、再起動及び回転数制御を総て圧油の
   みで行うことを特徴とする風車制御装置。