JPS6073067A - 可変ピッチ風車の油圧式過回転防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、強風時において風車が定格直を越えて回転す
ることを防止するための油圧式ピッチ可変Ｆｊ９．ｒ？
ＩＩに寂ける、油圧制御系！７）構成に関する。

従来の数十キロワラトリ、下の中小型に車の過回転防止
装置には、（１）風車を風に対して偏向させて党風面積
を減少させる方式、（２）＆’、、車の回転軸に嘔付け
たウェートの遠心力でブレード■ピッチ角を変化させる
方式、（３）ピッチ可変眠構に連結した油圧シリンダー
の油圧ｋ　Ｋ車軸に連に１したツノバナーで制御してピ
ッチ角を変化させる方式、等がめる０上記７）（１）、
（２）　＋７）方式は、峡秒から数十秒の周期で繰ｐ返
している自然風の変動に対して、応答性が慾＜　、（３
）　′／Ｊ方式でけしＬ、容性は改善されるが、カバナ
ー及びカバナー駆動瑠速除信をゼ・賛とし、装置が跋報
になシ制ｈ＋＋υための消費トルクが大きくなる割には
制０ｖ〒肯匿の改善が躍めない等の欠点があった。

不発明は、これら従来の方式の欠点を除くために、ピッ
チｕｆ変ｍＩａｉ旬゛する風車において１、「＼１．− ピッチ可変陵信に連結しｌこ油圧シリンタ゛−抄坤圧を
−に４−ｆ：、−’ｔ４ｉ出比ＷＮ’）リー：ｙ弁で制
御し、強風時における風車Ｑ過回転の防止を確実に為村
団で付う装置を提供すること全目的とする。

この目的を達成するために、不発明ｐｃあってハ、ピッ
チ司変陵構を有する風車において、ピッチ可変除借に抽
圧シリンダーｒ連結し、油圧源からｒＡｔ鼠弁會介して
この油圧ンリンターへ油路を形暇し、油圧源と流に弁の
間の油路に一磁比し１］リリーフ弁を取付け、この−磁
比しリリリーフ弁Ｏ最大すリーフ流級よシ油圧源からの
流址を小さめに設定し、この―眠比向すリーフ弁Ｑ°巾
７流をノ虱車’７）　Ｑ’ｒｍん回転数の比例＋微分呟
で制御する町笈ヒツチ風駆の油圧式過回転防止装置が提
供される。

本発明の装置においては、朗圧シリンタ”−は屯動駐油
圧シリンダーであ夛、ピッチ可変し構とこの継動型油圧
シリンダーの連結はピッチ駆動ロッドを介して１］う０
油圧源は風車によって駆動さｉ′Ｌる１ｌｉｌＪ両ホン
ノ′及び蓄圧器であシ、さらに望ましくは、屯ｃｄ弁に
よって相互に迎１ＩＩｉ可能になっている）戦車によっ
て駆動される制御ポンプと蓄圧■δとからなっている。

さらに、ｊ戦車の偏差回転数をその北向＋倣分匝にする
罰に飽和回路を血す。また、亀崗比しリリリー７弁は風
車が予め設定した異常回転数を越える回転数になった時
に１？４　＜ように構成されている。ピッチｈ」変旨構
は風車のブレードのピッチ角を変えるように構成されて
いる。

次に、不発明の″Ｊ！：施％を趨付の図［ｈＪを参照に
しなから感覚９月する。

まず、全体のＩｈ成を説すハす２．と、第１図には、・
いて、Ｉ：ｉ−Ｉ窒■脱）Ｅ軸１の端１１≦につ「要数
のハブ２を設け、ハブ２に約してブレード３を回転９舵
に敗付ける。ｊ虱！Ｚ　＋Ｉｉ＋ｆ＋　ｉの中にこれと
ＩＩ′−Ｊ　斬ＶＣかつ軸方向に’、　＄　Ｎｂ可能に
ピッチ＃Ｌ＜ｊｌｉＺロ５ノド５をＬとけ、ピッチ駆動
ロッド５のｌ１Ｍ：カ向への移へｆカをフ゛レード３の
回転に変換するピッチ可変鵬摺４を介して、ブレード３
とピッチＴｈ４＋　’ｄｌｊＪ　”ノド５とをｍｌ・−
に１゛。

する。こ■ピッチ５ｆ乳履りう４幻ｈｇ々の陣備を々Ｖ
）　Ｔ４るが、ε′戊はプレー１−”　３の佳尤に設け
た０１．＋心ビンとピッチ駆動ロッド５υ’！Ｊ’、”
＋　ＤＩＩＩｔＣ設けｆこノノムγ１目・ら１）４って
いる。ピッチＩＩ６鉤ｐツド５υ一端をｎｇ　ｉ■夕）
都へり≠き、スラストベアリング６を介して非回転■油
圧シリンター−７に連結する。

油圧シリンダー７は哨＊＋ｒ型−ｃ２こノしを加Ｈ二す
るとピッチｍ　ＩＩ）Ｊロッド５を右方向へ押してブレ
ード３を退転ピッチへ移行させ、減圧するとスノリング
８の反力でブレード３をクエザリングビノナヘ戻す。風
車軸１に直結したギア９を介して制ｔ３Ｉｌポンプ１０
を駆動し、このポンプ１０で発生した油圧は、１゛路１
１にょシ、それぞれ諷−弁１２、を比罎比しｌＪリリー
フ弁１３、丸最弁１４へ辱かれ、さらに、亀−弁１２を
辿して蓄圧滞１５へ、苑付弁工４全曲して油圧シリンｆ
〆：一７へと辱かれる。また、電瞼比し□リリーフＩＴ
ｈ、１□３−■もど）油は前槽１６へ専がれ、油側、、
；−１：、′６＝〃・らストレーオ１７を介して再び制
御ボングｌＯυ吸込ロヘ壁！、かｉＬる。風車軸１の回
転数は回にム１１９でし２出する。なお、１８は隔整可
能々メカニカルストンバーで、ロンドはこれによって胃
・止させられる。

第２図は第１図の’に両比しｔｌ！ｌ−７弁１３を制歯
ＩＴる−６　ｊｆｉｊ　’ｍ’ｙ回路を示すものであっ
て、比しＵ＋微力　（Ｐｌｊ）ｈ絡よシ敗っている。こ
れは、まず定格り１欽Ｎｏと１転ｈ↑１９で映出した風
車軸回転Ｆ５．ｒ＜、、と（Ｑ％ΔＮ（ΔＮ＝Ｎｏ−Ｎ
ｗ）を増幅’ｄ８２０へ入れ、次に飽和回路２１で般大
（ｌｉｌ差回転回転数２０％根度の比比領域をもつ飽和
特性を作る。飽和回路２１の出力を２分し、一方を一一
路２２で微分し、他方ＩｂＬ相反転回路・２３で１８０
度位相反転、して、これら２つの信゛号を加力し、半波
整流特輯、を持った電流増幅回路２４で電流増幅し、そ
の出力を起動リレー３０（第３図）の接点ｒ１、界雷停
止リレー３４　（第３図）の接点ｒ２を経て屯田比例リ
リーフ弁１３のコイルへ供給する。

第３図は風車を起動さぜ、そして異常発生時に風車を停
止させかつ餐報を発生させる回路を示すもので、風車ｌ
１４１ｊ回転数ぺ、ど起動可能回転数ＮＳとを比較する
比較器２５、ｌ′ＪＷと工（荷結合可能回転数Ｎ。とを
比較する比較器２６、ＮＷと異常回転数Ｎｅとを比較す
る比較器２７、風速Ｖとカットアウト風速′Ｖ、：吋と
を比較する比較器２８及び風速■と運１−（可能ｊ風速
ν。を比較する比較器２９をそれぞれ設ける。これらＮ
５、Ｎｃ、　Ｎｏ、Ｖｃｕ（ｖ８（ｌＳｔ風車ごとに予
め定まる設定１直であシ、比較器２５〜２９は、測定１
論号Ｎ７、Ｖがこれら設定値ＮＢ　、Ｎｏ、　Ｎ６　、
　Ｖ（２ｕｔ、　ＶＢ　を越えたとき、出力がＬ　、ｏ
　ｙから世に変わるように構成された回路となっている
。比較器２５の出力信号によって起動リレー３０を作動
させる。また、比較器２５の出力信号をワンショット回
路３１に入れ、この出力信号で電磁弁１２を作動させる
。ワンショット回路３１は、比較器２５の出力がＬｐｗ
がら川に変わった時点で、ブレード３がフェザリングピ
ッチから起動ピッチに移行する時間幅Ｔ秒のパルスを発
生する回路構成とする。比較ヒマ２６の出力信号で負荷
を制御する。比較器２７の出力信号で７リツグフロツプ
３２を働かせて異常発生を記憶すると同時に、異常停止
リレー３４とｇ報器３５を作動させる。また、比較器２
８の出力信号でも異常停止リレー３４を作動さぜる。比
較器２９と比較器２６の出力ＩＨ号によってＡＮＤゲー
ト３６を働かせ、その出力でフリッグ７０ツブ３７を働
がぜ、警報器３８を作動させる。

以上の構成の本発明の装置の作用を以下に説明する。第
７図にプロペラ型風車のトルク係数特性を示す。通常の
グロベラ型市速風単において、ブレード先端周速度をΩ
、風速をｖ１風車半匝をＲとしたとき、ピッチｆｔ４ｏ
とトルク係数Ｃ，の関係は図Ｑようになシ、運転ピッチ
勿０〜４、起動ピッチを２０〜４０．フェザリングピッ
チ全７０〜９ｏに設定する。

風車が風を受けると回転トルクが発生し、これが負荷側
のトルクよシ大きくなると、軸１は回転を始める。この
時の回転数は、風車直圧、ノ虱速、ブレード特性にょシ
異なるが、ピッチ角が一定の場け、風速と回転数がほぼ
比的する。

従って起動可能な回転数ｌ′ｉ風車ごとに予め決めるこ
とができる。この起ｉ町叱回転数をＮ８に設定する。風
車が回転を始め、Ｎｗ＞Ｎｓとなる点で比較器２５が働
き、起動リレー３０を作動させ、その接点ｒ、が閉じる
。この時点では、へは定格回転数へ０よシ匝端に小さい
ので、ΔＮ）０となシ、飽和回路２１．取６孔増鴨回路
２４とも飽和領域にある。したがって、起動リレー３０
の接点ｒ１が閉じると電磁比し０リリ一フ升１３に最大
電流が流ｉｔで、この弁は全閉となる。異常停止リレー
３４の接点ｒ２は正ｎの場合には常に閉状態を保持して
いる。一方、ワンショット回Ｉｅｉ３１も働き、Ｔ秒た
け電磁弁１２が開くことになる。蓄圧ｆ＜；；１５に油
圧が保持されていれば、この時間の間に油は油圧シリン
ダー７の中へ注入され、ピッチ駆動ロッド５を右方向へ
押してブレード３Ｑピツチ角を起動ピッチに移行妊ぜ始
める。同時に、風車軸１０回転数も増速を始める。回転
数ｖ４％１加と共に油圧が上昇し、ピッチ駆動ロッド５
（は史に１中さ１１、メカ二カルストンパ１８で停止す
る。と几に工９起動ピンチから運転ピッチへの８；行が
兄了する。蓄圧躇１５に油圧がない場合には、比較器２
５が働いてワンショット回路がＴ秒υ時間鵬のパルスを
送った後に、鑞鉤弁１２が再び閉となり、油圧ボンダ１
０で発生する油圧で、同様にブレード３のピッチ角が起
動ピッチに移１つを始め、同時に風車軸１０回転数もゆ
っくりと増速する。―磁弁１２を閉める理由は、油圧の
上昇速度を高めるためである。

蓄圧詣への充填は風車が定格値付近で回転しているとき
、電磁弁１２を閉状態にしたままで、管路圧によシスプ
リングを押上げて自動的に少しずつ行なう。電磁弁１２
Ｆｉ蓄圧器からリリーフ弁の方向には漏れが少なく、そ
の逆方向では規定管路圧において制卸ボンダ１ｏの吐出
址の１０％冊度を流入させるようなスプリングを飢えた
直動型電磁弁を用いる。このような自動的少垣光横法は
充填のためＤ　：ｕｌＪ飢回開回路賛にすると共に、充
填に伴なう１ＩｉｌＪ　呻ボングの負荷変動を六＜シ、
ピッチ制御への影脣を小さくしている。

Ｊ風速が高まシ、風車軸１の回転数が別格回転数に近づ
くと、飽和回路２１はその比例領域に入る。第２図のＰ
Ｄ調節器は、その静特性が、横軸にＯＩ８正回転数ΔＮ
５縁も１に田力電ｔＡｆ、　ｌをとると、第４図に示す
ような％伯ユ葡持つように構改し、また、亀田比ｖ／１
Ｎｌ−７弁１３は、その電流対圧力特性が、横軸に電流
■、縦軸に管路圧Ｐをとると、第５図に示すような特性
を持つものを開用する。その結果、風車軸の偏差回転数
ΔＮとブレードのピッチ角θの静特性は第６図に示す特
性となる。ここで、比例領域と飽和領域の境をａ点とす
ると、ａ点よシ大きいΔＮでは運転ピッチ角、ｂ点は７
エザリングピツチ角であシ、ｂとａの間ではΔＮに対応
したピッチ角に落ち着くことを示す。

さて、定格風速Ｖ、下では運転ピッチ角で回転している
が、定格風速を越えると発生トルクがふえ、回転数が増
し、ΔＮがａ点からｂ点の方向に移動する。するとピッ
チ角がふえてトルクを減少させ、回転数を元の直に戻す
。

実際には、急吸な風速の変動に対し、論節器回路のゲイ
ンが小さいと追従が悲く、また、大き過ぎると回転数は
大きく振動する。この振動を防ぐために、最適ゲインと
ピッチ角の最適変化速度を設定することが重要である。

風速変動は、風速８ｍ／８〜１７ｍ／Ｓの乾曲で５ｍ／
Ｓ２程度が最大である。そこで、風速が１秒間に８　ｍ
７　Ｂから１３　ｍ７　Ｂ　に変化したとき、回転数が
一定に保持されるためには、ピッチ角は第７図上のＡ点
から約１１増してＢ点で干衡する。

ピッチ角をこの１直以上に大きく変化さぜることは、必
便以上のトルク減少を生じ、振動の原因となる。このよ
うな回転数の振動を防止するため、この実施９１４では
ηｌ弁１４によシ、ピッチｌ！１度化速度を調節してい
る。

また、この実施例の制脚万式では、第６図のａ　−ｂ点
に対応する回転数のオンセントＶｉ避けられ表い。従っ
て、設定回転政Ｎｓをあらかじめａ　−ｂ点に対応する
回転数だけ高めに設定する必要がある。また、第６図の
斜線の部分は、風速の変動によるピッチ角の変動幅であ
シ、ΔＮでりると定格回転ｖ、’７）２％２ｉｉ度とな
る０制両系が故障して制量不能になって、回転数が定格
値を大幅に越えるような＠会に６つ１、この界雷発生を
比較器２７で検出して７リノプフロツプ３２にｈ己憶す
ると同時に、り（常停止リレー３４を作動させて風車を
停止させ、警報器、３二乞から警報を発する。

−に また風速がカットアウト風速以下のときＩ、／４□、向
゛様に風車を停止させる。風速が運転可能ｊ齢速・以−
上であるにもかかわらず、風車が増速しない時には、比
較器２６と比較器２９との出力を、Ａ　ＮＤゲート３６
に入れ、界雷発生を映出して７リツプフロンプ３７を働
かせて警報器３８から警報を発する。これらフリラグフ
ロップ３２．３７は修理完了Ｖ手動でリセットできる回
路構成にしておく。

本発明の効果は、従来のガバナ一方式と比較して、＠成
部品を少なくして、かつｔｌｉｌＪ　１１特性を改善す
ることができること、起動時の負荷トルクを小さくする
ことができること、油圧断や電源断の場舒に１虱車を自
動釣に停止させることができること寺である。＠８図に
ガバナー制御方式とこの発明による制御方式のＩｉ；　
”４　Ｎを示すＯｌ？ｌｊ図（ａ）のガバナー制御υと
きの回転数Ｎ、（ｒｐｍ）の変動幅に比して、同図（ｂ
）に示すこの発明では回転数ＮＬ７）変動幅が大きく改
善されている。図○Ｏはピッチ角を示す。風速Ｖ）変動
ρΔ大きな外乱となる風車の回転数制御において、比汐
１ｊ十倣分制爾が応答性を改善するために竹幼なと七は
明らかである。

以上本発明の１実施例について説明したが、油圧シリン
ダーを風車軸と一体で回転させ、回転接手を介して油圧
を注入さ亡る方式、ｍ両比ししリリーフ弁Ｏかゎシにテ
ィジタルリリーフ弁を匿う方式、調節器をディジタル回
路で構成する方式等の笑施しリも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明■装置ｔの全体構成を説明するための説
明図であシ、第２図は第１図の石、低比向リリーフ弁の
調節す回路図であジ、第３図は風車Ｏ起動、”Ｊ４１ａ
発生時の佐・止・勘作発生の回路図であシ、嬶４図は第
２図■比り０＋微分回績の静特性を示すグラフであシ、
第５図は第１図の亀田比しｏリリーフ弁Ｑ重？ｉシ対圧
力特性荀示すグラフであシ、第６図は風車軸のｒｌｉｉ
差回転数対ブレードのピッチ角静特性を示すグラフであ
シ、第７図はプロペラ型風車のトルク係数特性を示すグ
ラフであり、第８図は従来のガバナー制御方式とこの発
明による制御の運転例の比較を示すグラフである。 １：風車！Ｉｌｌ　３ニブレード　４：ピッチ可変瞭構
　５：ピッチ駆動ロッド　７：油圧シリンダー　１０：
制御ポンプ　１２：電磁弁１３：電磁比例リリーフ弁　
１４：流鍬弁１５：蓄圧ヒべ 特許出願人　航空宇宙技術研究所長 武　１）　峻 プ（３し１ ｍ　４　１７’　、ｉ　５　５　ｌ）１第　（ｊ　ｌン
ｌ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ピッチ０Ｔ変陵構を有する風車において、ピッ
   チ町変法構に油圧シリンダーを連結し、油圧源からこの
   油圧シリンダーへ油路を形成し、この油路に亀峰比向リ
   リーフ弁を取付け、この電磁比例リリーフ弁の最大ＩＪ
   　ＩＪ−フβ１を量より油圧源から送られる流）ｉｔｌ
   ｌ−ｉ小さめに設定し、この屯阻比しリリリーフ弁の屯
   苑は風車の偏走回転数の北向＋依分回路によって制御さ
   れることを特徴とする可変ヒツチ風車υ油圧式過回転防
   止装置。
2. （２）　特許請求の範囲第１項において、油圧シリンダ
   ーは参勤型油圧シリンダーであシ、ピッチ町変鯰捕とこ
   のψ動型油圧シリンクーーＱ連結はピッチ駆動ロンドを
   介して竹うことを翁畝とする可変ピッチ風車の油圧式過
   回転防止装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項或は第２項のいずれかにお
   いて、油圧源は風単によって躯動される側脚ポンプであ
   ることを特徴とする５Ｊ変ピツチ風車の油圧式過回転防
   止装置。
4. （４）特旧−＃Ｉ）求Ｏ馳囲第１項から第３項υいずれ
   かにおいて、油圧源は蓄圧ヒ、２を含むことを特徴とす
   る可変ピッチ１虱卓■油圧式過回転防正装置。
5. （５）　髄許鮪求の範囲第１項から第３項のいずれかに
   おいて、油圧源は風車によって８ＪＡルノ」される制御
   ホングと直動型電磁弁によって■１互に、ｉ！ｉ！吐町
   ｈヒになっている蓄圧器どからなっていること７ｉｌ−
   特徴とする可変ピッチｊ虱車のｔｕ」圧式％式％
6. （６）特許請求の範囲第１槻から第５供のいずれかにお
   いて、蓄圧器への充填ｉｄ風車が定格値付近で回転して
   いるとき、ｍ罎弁を閉状朋にしたま１で首路圧によυス
   プリングを押し上けて自動的に少りずつ付なうことを性
   欲とする可変ピッチ風車の油圧式過回転防止装置。
7. （７）特許請求の範囲第１項から第６項のいずれかにお
   いて、風車Ｑ偏差回転数をその比レリ＋微分１直にする
   前に飽和回路を面すことを特徴とする可変ピッチ風車の
   油圧式過回転防止装ｇ。
8. （８）特許請求の範囲第１項から第７項のいずれかにお
   いて、電磁比例ＩＪ　ＩＪ−７弁は風車が予め設定した
   異常回転数を越える回転数になった時に開くように構成
   されていることを特徴とする可変ピッチ風車の油圧式過
   回転防止装Ｏ