KR101166224B1 - 발전설비를 위한 가변 속도 변속기 - Google Patents

발전설비를 위한 가변 속도 변속기 Download PDF

Info

Publication number
KR101166224B1
KR101166224B1 KR1020067021613A KR20067021613A KR101166224B1 KR 101166224 B1 KR101166224 B1 KR 101166224B1 KR 1020067021613 A KR1020067021613 A KR 1020067021613A KR 20067021613 A KR20067021613 A KR 20067021613A KR 101166224 B1 KR101166224 B1 KR 101166224B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
hydrodynamic
transmission
power branch
branch
Prior art date
Application number
KR1020067021613A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070028353A (ko
Inventor
마틴 틸세르
안드레아스 바스테크
Original Assignee
보이트 터보 게엠베하 운트 콤파니 카게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 보이트 터보 게엠베하 운트 콤파니 카게 filed Critical 보이트 터보 게엠베하 운트 콤파니 카게
Publication of KR20070028353A publication Critical patent/KR20070028353A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101166224B1 publication Critical patent/KR101166224B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H47/00—Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing
    • F16H47/06—Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing the fluid gearing being of the hydrokinetic type
    • F16H47/08—Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing the fluid gearing being of the hydrokinetic type the mechanical gearing being of the type with members having orbital motion
    • F16H47/10—Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing the fluid gearing being of the hydrokinetic type the mechanical gearing being of the type with members having orbital motion using two or more power-transmitting fluid circuits
    • 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
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • 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
    • F03D15/00—Transmission of mechanical power
    • 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
    • F03D15/00—Transmission of mechanical power
    • F03D15/10—Transmission of mechanical power using gearing not limited to rotary motion, e.g. with oscillating or reciprocating members
    • 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
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F03D9/255—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H47/00—Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing
    • F16H47/06—Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing the fluid gearing being of the hydrokinetic type
    • F16H47/07—Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing the fluid gearing being of the hydrokinetic type using two or more power-transmitting fluid circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/38—Control of exclusively fluid gearing
    • F16H61/48—Control of exclusively fluid gearing hydrodynamic
    • F16H61/64—Control of exclusively fluid gearing hydrodynamic controlled by changing the amount of liquid in the working circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/40—Transmission of power
    • F05B2260/406—Transmission of power through hydraulic systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/1016—Purpose of the control system in variable speed operation
    • 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
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • 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

Abstract

풍력 발전기 또는 수력 발전기의 동력 변환기와 간접적으로 연결되는 입력축과;
실질적으로 일정한 출력속도를 가지고, 발전기와 간접적으로 연결되는 출력축;
간접적으로 입력축과 연결되고, 동력을 출력축과 간접적으로 연결되는 제1 동력분기 및 제2 동력분기로 나누는 중첩기어;
적어도 두개의 유체역학 회전체로 구성되고, 유체역학 회전체 중 적어도 하나는 제1 동력분기와 간접적으로 연결되는 제2 동력분기로 구성되는 발전설비를 위한 가변 속도 변속기.
Figure R1020067021613
변속기, 유체역학 회전체, 풍력 발전설비, 풍차

Description

발전설비를 위한 가변 속도 변속기{A variable-speed transmission for a power-generating plant}
본 발명은 발전설비를 위한 가변 속도 변속기와 관련된 발명으로서, 특히 풍력 발전기나 수력 발전기와 같은 유체 유동 엔진으로 구동되고 발전기에 의해 전력을 발생시키는 발전설비(power-generating plant)에 관한 것이다.
동력 변환기를 이용하여 공기 또는 물의 유동으로부터 운동 에너지를 얻는 발전설비는 두가지 이유에서 특별한 특징을 보여준다. 그 한가지로는, 유동 매체의 최대 이용가능한 운동 에너지는 시간에 따라 유동적이라는 점이다. 또 다른 한가지는, 유동성에 의한 운동 에너지를 동력 변환기(예:풍차(wind rotor)나 수차(water turbine))의 운동 에너지로 변환하는 동력 변환은 고유한 특성을 보여주는데, 그 특성은 각 유동 속도에 동력 변환기의 최적 속도를 지정해 주면, 그 속도에서 최대 동력 변환이 발생한다는 점이다. 지정된 유동 속도와 최적 속도는 동력 변환기의 기하학적인 형상에 의존한다. 조합된 유동 속도와 최적 회전 속도는 동력 변환기의 치수와 기하학적인 형상에 의존한다. 이러한 사실로부터, 수력 발전설비와 같은 발전설비는 오히려 가변 입력 속도로 운전되어질 수 밖에 없고, 각각 적용된 작동 유 체의 유동 속도에 따라 가능한 최적속도로 맞춰져야만 한다는 것을 알 수 있다.
상술한 발전설비에 대한 또 다른 요구조건은 발전기가 전형적으로 일정한 시스템 주파수로 작용하는 상호연결된 전기분포망(network grid)에 연결된다는 사실로부터 얻어진다. 일정한 시스템 주파수는 상호연결된 전기분포망을 안정화시키기 위한 주요 제어 변수와 관련이 있기 때문에, 전기분포망으로 상기 발전설비에 의하여 제공되는 전력은 주파수 -그리고 상- 순응방식으로 공급되어져야 한다. 한편으로, 이것은 주파수 변환기에 의해 얻어질 수 있는데, 주파수 변환기는 각각 필요로 하는 주파수를 가지도록 발전기를 여자시켜 시스템 주파수와의 차이를 보정해 주고, 따라서 가변 속도 발전기를 실현할 수 있도록 한다. 유동 매체의 운동 에너지에 의해 구동되는 발전설비에 대한 이런 접근방식의 어려움은 풍차(windrotor)나 수차(water turbine)의 동력 흡수특성이 주파수 변환기에 의한 제한 내에서만 우열을 가릴 수 있다는 점과, 복합요구조건들은 발전기의 특성이 주파수 변환기로 인해 한정되어 변하지 않는 결과로 개루프 혹은 폐루프 제어에 놓여 있다는 점이다. 결과적으로, 통상의 발전설비를 상호연결된 전기분포망과 연결하기 위해 주파수 변환기로 실현되는 공지된 구현방식은 최적이 아니다. 왜냐하면 전기분포망에 작용하는 조화 부하와 상당한 무효전력의 발생을 피할 수 없는 이유 때문이다. 따라서 본 출원에서는 종래기술과는 반대로 기술되는데, 가변 속도 변속기가 통상의 발전설비에 대해 제시되고, 가변속도 변속기의 출력축은 실질적으로 일정속도로 회전하며, 입력 속도는 속도 가변으로 실현될 수 있음과 동시에 최적 설정 속도로 조절되어 질 수 있다. 이것은 부분부하 영역에서 유동 매체로부터 최적의 동력흡수를 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 정속도 발전기를 구동시킬 수 있다.
아래의 접근방식들이 상기의 요구조건들을 충족하는 변속기로 알려져 왔다.
첫 번째 시스템에서, 유동 매체로부터 동력 변환기에 의해 흡수되는 운동 에너지는 중첩기어(superposition gear)로 전달된다. 발전기와 작은 서보모터로의 동력 분할이 중첩기어에 의하여 실현된다. 대략 유입동력의 3분의 1이 일반적으로 서보모터로 전달된다. 서보모터가 모터로서 혹은 발전기로서 서로 다른 주파수를 가지고 운전된다는 사실에서, 발전기 속도는 안정화되어질 수 있고, 발전기는 주파수 고정 방식으로 운전될 수 있으며, 전기분포망에 직접 연결되어질 수 있다. 서보모터는 그것 자체로 주파수 변환기에 의하여 전기분포망으로 연결되거나, 대안으로서 발전기와 기계적으로 연결된 보조 모터에 의해 서보모터가 공급된다. 상기 시스템은 시스템의 제어 기술면에서 복잡하며, 효율면에서도 제한적이다. 또한 상기에서 설명한 것과 같은 문제들은 주파수 변환기가 사용될 때 발생한다.
전기 서보모터는 유압으로 운전되는 두 번째 시스템에서는 유압 펌프와 모터로 대체된다. 이 경우에도 복합 제어 특성의 문제가 발생한다. 추가적인 문제는 느린 응답 특성과 그와 관련된 지연시간 및 유압 구성요소로 인한 높은 비선형 요소(factor)들이다.
풍력 및 수력 발전소와 같은 발전설비에 있어서, 상호연결된 전기분포망과 연결된 발전기의 구동장치와 관련하여 상술한 바와 같은 기본적인 문제 외에 추가적인 문제점들이 있다. 이 문제점들은 시동 또는 정지 과정, 심각한 전기분포망 상의 불안정성 또는 전부하 상태에서 입력축 상의 속도 제한의 결과로서 발생하는 부하 분산과 같은 특별한 운전 상태에서 발생한다. 후자의 문제점은 소정의 경계치 아래의 소음으로 유지하도록 하기 위하여 풍차 블레이드의 끝이 소정의 속도를 초과하지 않아야 하는 풍력 발전설비에서 특히 잘 발생한다. 각각의 경계치는 육상(onshore) 혹은 근해(offshore)와 같은 풍력 발전설비의 위치에 의존하여 변할 수 있다. 오히려 속도 제한 풍력 발전소의 경우에 있어서는, 외력(reactivity)에 있어서 유연하게 대처하여야 하는데, 이것은 돌풍이 발생하는 경우 속도 제한 풍력발전소는 짧은 기간 동안 풍차의 회전속도가 증가하더라도 그 후에 곧 경계치로 돌아가도록 하여야 함을 의미한다. 만일 변속기가 그러한 문제점을 충족시킨다면, 돌발적으로 발생하는 충격력은 약화되어질 수 있다. 돌풍에 의해 만들어지는 활용가능한 추가적인 에너지를 발전설비가 흡수하여, 더 큰 동력의 형태로 활용될 수 있도록 함이 바람직하다.
본 발명은 상기의 문제점들을 충족하는 변속기로 구성된 발전설비를 제공함을 목적으로 한다. 특히, 변속기는 상호연결된 전기분포망과 직접 연결된 발전기를 구동하기 위하여 실질적으로 일정한 출력 속도를 만들어 낼 수 있어야 한다. 입력축은 풍차 또는 수차와 같은 동력 변환기에 대해 속도 가변 방식으로 최적의 동력 흡수 특성을 가져야 한다. 더욱이, 입력 속도는 또한 소정의 경계치 이상으로 조절하거나 줄일 수 있어야 한다. 속도 한정에 더하여, 그러한 운전 상태들은 예를 들어 시동 또는 정지 상태 혹은 부하 분산이다. 게다가 발전설비를 위한 변속기는 편리한 제어 특성과 외력에 대한 유연성을 보여주고, 건설과 제조에 있어서 단순성으로 특화될 수 있도록 제공되어야 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 발명자들은 변속기에 있어 동력의 흐름은 적어도 두 개의 유체역학 회전체를 가지고 적어도 두 개의 동력 분기(分伎)로 나누어질 필요가 있다고 인식해 왔다. 이러한 목적을 위해, 변속기는 바람직한 실시예에서 간접적으로 입력축과 운전상 연결되는 중첩 기어(superposition gear)로 구성되며, 동력 흐름을 제 1 및 제2 동력 분기로 나눈다. 제 1 동력 분기는 발전기를 구동하는 출력축과 간접적으로 연결된다. 출력축 주파수에 요구되는 항구성은 제 2 동력 분기에서 동력 흐름을 개루프 혹은 폐루프 제어를 통하여 이룰 수 있다.
본 발명에 따르면, 제 2 동력 분기는 적어도 두 개의 유체역학적 회전체로 구성되는데, 유체역학 회전체 중의 적어도 하나는 제 1 동력분기와 중첩기어가 있는 구동측 상의 제 2 동력 분기 사이를 운전상 연결한다. 제 2 동력 분기에서 동력 흐름은 전방 또는 후방 양쪽으로 흐를 수 있다는 점에 주목해야 한다. 전방(forwards direction)은 동력 흐름이 구동방향(driven direction)에서 오는 것으로 이해할 수 있다. 이 경우에, 동력 유입은 제 1 동력 분기와 제 2 동력 분기를 연결하는 유체역학적 회전체를 통하여 제 2 동력 분기에서 제 1 동력 분기로 흐르도록 설정된다. 만일 동력이 제 2 동력 분기로 거꾸로 흐른다면, 즉 제 1 동력 분기에서 중첩 기어로 역으로 흐르는 것을 의미하는데, 결과적으로 무효 동력 흐름이 존재하며, 또한 무효 동력 흐름은 발전설비의 변속기에 놓인 상술한 요구조건들이 충족되어지는 방식으로 조절될 수 있다.
제 1 유체역학 회전체에 추가하여, 제 2 동력 분기는 적어도 하나의 제 2 유체역학 회전체로 구성된다. 제 2 유체역학 회전체에 대해 요구되는 추가적인 구조상의 어려움은 많은 이점으로 인하여 상쇄된다. 한편, 제 2 유체역학 회전체는 제 1 유체역학 회전체와 비교하여 다른 디자인 또는 다른 형상을 가질 수 있다.
적절한 유체역학 회전체로는 유체역학 컨버터, 유체역학 커플링, 지연기 및 TRILOK 토크 컨버터를 적용할 수 있다. 이들 유체역학 회전체의 각각은 어떠한 적용 혹은 운전 영역에 대해 이점을 제공한다. 만일 유체역학 컨버터가 제 1 및 제 2 동력 분기를 연결하기 위해 사용된다면, 이는 유체역학 컨버터의 특성들이 풍차나 수차와 같은 자연력에 의해 구동되는 동력변환기의 특성들과 조화하게 되는 특별한 이점을 가지게 한다. 이러한 이유 때문에 구동축에 요구되는 주파수의 항구성은 자동 조절 특성의 결과로서 자동적으로 얻어진다. 그리고 자동 조절 특성이 아래에서 더 상세하게 설명된다.
비록 유체역학 커플링에 대한 어떤 자동 조절 특성이 실현 불가능할지라도, 유체역학 컨버터와 비교해 소정의 운전 영역에서는 높은 효율성 때문에 유체역학 커플링에 대한 이점들이 여전히 존재한다. 이것은 특히 전부하 영역에 적용되는데, 전부하 영역에서 변속기의 입력속도는 대부분의 경우 조절되고 제한된다. 다른 한편으로 TRILOK 토크 컨버터는 효율성과 제어 특성과 관련된 소정의 운전 영역에서의 이점들을 조합한다. 결과적으로, 각 유체역학 회전체들은 소정의 운전 영역 또는 운전 상태에서 이점들을 제공한다. 따라서 적어도 두개의 유체역학 회전체를 사용하고자 하는 경우, 다른 종류의 유체역학 회전체들을 조합할 수 있다. 그렇게 되면 요구조건에 따라서, 유체역학 회전체들 사이의 전환이 가능하게 되고, 혹은 각각의 무게를 바꾸는 것이 가능하게 된다. 이것은 유체역학 회전체에 작동 유체로 수위를 채움으로써 가장 쉬운 방식으로 실행될 수 있다.
또한 다른 디자인의 유체역학 회전체를 사용하는 것 외에, 제 2 동력 분기에 병렬로 설치되는 두 개의 유체역학 컨버터와 같이 여러 개의 유사한 타입을 사용하는 것도 가능하다. 두 개의 유체역학 컨버터는 디자인 특성에 의하여 혹은 상류측 흐름 또는 하류측 흐름에 지정된 변속기 구성요소들에 따라 서로 구별된다. 따라서 다른 운전 상태에서 본 발명에 따른 변속기를 조정하는 것이 가능하다. 만일 다른 디자인의 사용이 가능하다면, 개선된 방법으로 자연력의 시변 동력 포텐셜에 맞출 수 있도록 디자인을 변경함으로써도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예는 제 2 유체역학 회전체가 제 1 유체역학 회전체의 개루프 및 폐루프 제어를 위해 사용됨을 더 제공한다. 제 1 유체역학 회전체는 일반적으로 제 1 동력 분기로부터 제 2 동력 분기로 그리고 그 반대로 흐르는 동력 흐름을 조절하거나 제어하는 역할을 한다. 이것은 일반적으로 반동부재(reaction member)에 의하여 이루어진다. 이들은 예를 들어 유체역학 회전체를 위한 유도깃(guide blades)이다. 만일 자기 조절 특성 및 그와 관련된 유도깃의 최적 설정(setting) 상태에 대한 요구조건이 운전 중에 발생한다면, 근본적으로 유도깃의 최적 설정을 바꿀 필요가 있다. 이것은 유체역학 컨버터에 손실이 발생하게 하고 이러한 연결에서는 효율이 줄어들게 한다. 더욱이, 이러한 목적을 위해 필요한 기계적인 조정 메커니즘은 마모로부터 자유롭지 않으며, 기계적인 조정 메커니즘은 자기 조절 특성 외의 모든 운전상태에 대하여 유도깃 설정에 있어 한 번의 영구적인 조정만으로 자연력에 의해 유입되는 변동이 심한 동력에 반응할 수 있다는 점에서 하나의 역할을 한다. 유도깃의 위치조정의 빈도 외에, 반응 속도에 대한 일반적으로 높은 요구조건의 경우에 주의할 필요가 있다. 제 2 유체역학 회전체(예 : 지연기)로, 필요한 조정은 유체역학 컨버터에 있어서 유도깃에 해당하는 반동부재의 움직임을 조정함으로써 달성할 수 있는 것이 아니라, 오히려 제 2 동력 분기에 있어서 제 1 및 제 2 유체역학 회전체 사이의 무게를 측정함으로써 달성된다. 만일 반대측 상의 무게 변화가 각각의 작동유체의 수위를 조절함에 의해 발생한다면, 그러한 변경은 실질적으로 마모없이 실행되어질 수 있고, 원하는 만큼 자주 반복되어질 수 있다.
본 발명은 아래에서 첨부된 도면을 참고하여 더 상세하기 설명된다. 첨부된 도면으로,
도 1은 제 1 및 제 2 동력 분기를 가진 가변 속도 변속기를 나타내며, 제 2 동력 분기는 유체역학 컨버터와 유체역학 커플링으로 구성된다.
도 2는 도 1에 따른 변속기의 동력/속도 특성을 나타낸다.
도 3은 제 1 및 제 2 동력 분기를 가진 가변 속도 변속기를 나타내며, 제 2 동력 분기는 두개의 유체역학 컨버터로 구성된다.
도 4는 도 3에 따른 변속기의 동력/속도 특성을 나타낸다.
도 5는 제 1 및 제 2 동력 분기를 가진 가변 속도 변속기를 나타내며, 제 2 동력 분기는 유체역학 컨버터와 지연기로 구성된다.
도 6은 도 5에 따른 변속기의 동력/속도 특성을 나타낸다.
도 7은 풍력발전소의 최고점에서의 실제 동력 곡선을 개략적으로 나타낸다.
풍력발전소의 풍차 동력 pR 은 풍속 νw 와 대략적으로 연관된다. 즉,
p R = k c P (νw , w R , β) νw 3
k라는 표현은 풍차깃의 기하학적 형상과 공기밀도와 같은 다양한 상수값을 조합한 것이다. 또한 cp 는 동력 변환계수로 지정된 것인데, 그 값은 풍속 νw, 회 전자 속도 ωR, 소위 피치각 β라고 불리는 풍차깃의 각 상태에 의존한다. 이 동력 변환계수는 풍속 νw 가 증가함에 의해 전체적인 최대 동력값이 더 큰 풍차 속도 ωR 를 따라 바뀌게 되는 특성을 갖는다.
도 7은 풍속을 고려한 풍차(wind rotor)의 실제 동력을 보여줌으로써 이러한 관계를 나타내고 있다. 상기 도면은 곡선들(실선 곡선들)의 그룹을 보여주고 있는데, 상기 곡선들은 예시적인 방법으로 풍속 18m/s, 16m/s, 14m/s, 12m/s, 8m/s에서 일정한 풍차깃(rotor blade) 위치에서의 공기 유동으로부터 얻어지는 다양한 풍차(rotor) 회전속도로 직경 70m의 풍차(wind rotor)에 의해 얻어지는 동력을 나타낸다. 증가하는 풍속에 따라 최적 풍차 속도가 더 높은 값으로 바뀌는 것이 특징적이다. 각각의 최대 동력들은 포물선으로 나타낸 곡선상에 위치한다. 이 최적 동력 흡수곡선을 따라 속도를 유도하는 것이 본 발명에 따른 변속기의 입력축에 대한 동력을 최적화하는 속도유도로써 아래에서 제시된다. 따라서 가변속도 시스템은 가용 풍속에 의존하는 최적 동력 변환계수들에서 운전되어 질 수 있다. 부분적인 부하에서 가변속도로 운전하는 것 외에, 풍력발전소는 각각 전부하에 도달되고 유지되는 정격속도와 관련되는 소정의 정격 동력에 따라 설계됨이 전형적이다.
도 7은 파선으로 나타낸 곡선들의 그룹을 기초로 하여 다른 풍차 속도에서 상기 풍속에 대한 풍차의 토크를 나타낸다. 예시된 토크 곡선은 풍속에 의존하는 동력과 관련되어 있다. 즉, 각 최적동력 속도에 해당하는 토크 값이 있는데, 최적동력 속도는 각각의 풍속에서 최대 토크에 상응하지 않지만 어떤 다른 값을 추정할 수 있다(도 7에 있는 굵은 토크 진행 곡선을 볼 것). 발전기는 본 발명에 따른 변속기를 통하여 풍차에 의하여 얻어진 이러한 토크로 구동된다. 도 7에 나타낸 동기 발전기에 대한 토크/속도 비는 변속기의 종동축에 작용하는 50 hz의 고정된 시스템 주파수때문에 상이하게 전달된 토크에 대해 1500 rpm의 일정속도가 종동부에서 미리 정해짐을 뜻한다. 만일 동기 발전기 대신에 비동기 발전기가 사용된다면, 선형영역에서의 운전시에 아주 가파른 토크/속도비로 인해 변속기의 종동축의 속도가 실질적으로 일정한 값을 가지게 되리라는 것을 추정할 수 있기 때문에, 그 상황은 대체로 유사하다.
도 1은 본 발명에 따른 변속기 1의 첫 번째 실시예를 나타낸다. 변속기 1은 제1 동력 분기 7과 두 개의 유체역학 회전체 즉, 제2 동력 분기 상에 병렬로 배열된 유체역학 컨버터 12와 유체역학 커플링을 가지는 제2 동력 분기 18로 구성되며, 두 개의 유체역학 회전체는 간접적으로나마 제1 동력 분기 7과 운전상 연결된다. 상기 도면은 변속기 1의 입력축 2가 간접적으로나마 풍력발전소와 연결됨을 상세히 보여준다. 본 실시예에서, 제1 변속기 4는 풍력발전소의 풍차(rotor) 3과 입력축 2 사이에 일정한 변속비를 가지고 배치된다. 여기서 보인 실시예에서, 변속기 1에서 동력을 분기하기 위해 중첩기어 5(예로써 유성기어)가 사용되는데, 속도 n1과 동일한 속도로 구동되고 입력축 2와 연결되는 유성 캐리어 6을 가진다.
중첩기어 5의 구동축상에 현재 두개의 동력 분기가 있다. 제1 동력 분기 7은 변속기 1의 출력축 10으로 선기어(sun wheel) 9를 통하여 동력을 유도한다. 일정한 속도로 회전하는 출력축 10은 간접적으로나마 발전기 11을 구동시키며, 유체역학 컨버터 12와 운전상 연결된다. 이러한 목적을 위해, 출력축 10은 유체역학 컨버터 12의 펌프 휠 13과 간접적으로나마 연결된다. 조정깃(adjusting blades)을 가진 유도휠(guide wheel)은 유체역학 컨버터 12에서 반동부재 15로서 사용되고, 상기 유도휠에 의해 터빈휠 14로 가는 동력 흐름이 조절될 수 있다. 반동부재는 본 실시예에서 변속기 1을 운전하는 동안 최적화된 위치에 고정된다.
컨버터 12의 터빈 휠 14는 제2 동력분기 18에서 두개의 유체역학 회전체에 대한 부분 동력 흐름들이 합쳐지는데 사용되는 또 다른 기어 구성요소(예를 들어 제2 중첩기어 22)와 간접적으로나마 연결된다. 유체역학 회전체들 각각은 부분동력 흐름과 연관된다. 제1 부분동력 분기 18.1은 유체역학 컨버터 12에 의해 발생하고, 제2 부분동력 분기 18.2는 다른 유체역학 커플링 30에 의해서 발생한다. 이러한 목적을 위해, 유체역학 커플링 30의 펌프 휠 31은 제1 동력분기 7과 간접적으로나마 운전상 연결되며, 상기 펌프 휠 31은 유체역학 커플링 30에 작동 유체로 수위를 채움에 따라 터빈 휠 32와 고정 변속기 16.2와 같은 중간에 낀 기어부재를 통하여 또 다른 변속기 구성요소 16.2와 제2 중첩기어 22로 토크나 동력 흐름을 전송한다.
제1 부분동력 흐름 18.1과 제2 부분동력 흐름 18.2 사이의 상대비는 유체역 학 컨버터 12와 유체역학 커플링 30에 작동 유체로 수위를 채움으로써 조절될 수 있다. 에너지를 흡수하는 풍차(wind rotor) 3이 부분 부하 상태에 있을 때는, 유체역학 컨버터를 거의 활성화하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 상태는 적절히 최적화되지만 고정된 위치를 가지는 반동부재 15로 이루어진다. 전 부하(full load)로의 전이과정에서 유체역학 커플링에 변화가 생기며, 그 변화는 풍력 발전소에 있어서 풍차의 속도를 감속할 수 있게 한다.
도 2는 도 1에 따른 변속기에 대한 유체역학 컨버터 12 또는 유체역학 커플링 30이 활성화 되어지는 다른 운전 범위들을 나타낸다. 상기 도면은 입력 속도에 의존하는 변속기 1의 기계적인 출력을 나타낸다. 제1 변속기 4는 단순함 때문에 생략하였으며, 풍력발전소의 경우에 입력속도는 풍차(wind rotor)의 속도에 해당한다. 각 절대값들이 발전설비의 동력변환기의 크기와 기하학적 형상에 의존하기 때문에 출력은 임의의 단위로 나타낸다. 변속기는 16.3 rpm 이하의 입력 회전수에 대해 본 실시예의 컨버터 운전범위 내에서 운전된다. 곡선 그룹 201, 202, 203, 204 와 205가 나타나 있다. 각 곡선은 유체역학 컨버터 12의 반동부재 15의 다른 조정값에 해당한다.
중첩기어 5와 컨버터의 상류 혹은 하류측에 선택적으로 제공되어질 수 있는 또다른 기어부재의 변속비는 그 기술분야의 기술을 가진 자의 지식 범위 내에서 선택될 수 있다. 유사하게, 컨버터의 치수를 조정하여, 풍력발전소의 풍차(rotor) 3 의 동력흡수특성이 반동부재를 최적 위치에 놓은 컨버터에 의해 실질적으로 모방될 수 있으며, 따라서 자기 조절특성의 조건 내에서 일정속도가 출력축 10에 얻어질 수 있다. 따라서 풍차는 포물선을 따라 동력을 최적화하는 속도로 운전되어질 수 있다. 반동부재 15의 이 최적위치는 실질적으로 참조번호 204를 가진 곡선에 상응한다. 컨버터 영역에서 발전기의 전력은 이러한 특성을 적절히 따르며, 그러한 것이 16.3 rpm보다 작은 풍차 속도에 대하여 파선 250으로 도 2에 나타나 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 변속기 1은 전형적으로 낮은 입력 속도를 높은 출력 속도로 바꾸어 발전기를 구동시킨다. 제2 동력분기에서 동력을 분기하기 위한 중첩기어 5의 종동부에 배치되는 유체역학 회전체는 높은 회전속도로 운전되어질 수 있고, 따라서 효율적으로 운전되어질 수 있다.
본 실시예에서, 더 높은 동력 유입을 위해 풍차의 속도를 제한할 필요가 있다. 이렇게 하는 이유는 소음 발생이나 각 구성요소의 강도와 관계된 관점 때문일 수 있다. 이러한 목적을 위해, 소정 속도 경계이상에서 전환이 유체역학 커플링 30에서 바람직하게 이루어져야 하고, 출력은 유체역학 커플링과 연관된 곡선 210을 따라야 한다. 특성곡선의 정확한 위치와 경사는 그 기술분야의 지식을 가진 자의 분별력 내에서 유체역학 커플링 30과 그 상류 또는 하류에 관련 기어부재의 치수를 맞춤으로써 설계될 수 있다. 또 다른 개선으로서, 컨버터 영역과 커플링 영역 사이의 변이는 각 유체역학 회전체를 일부만 채우거나 완전히 비우는 순차적인 방법에 의해 이루어질 수 있다.
커플링 영역에서, 유체역학 커플링의 가파른 특성곡선 210이 바람직하며, 따라서 풍차속도의 제한이 넓은 범위에서 이루어진다.
또한, 유체역학 커플링 30이 유체역학 컨버터 12에 비해 상대적으로 더 높은 효율을 가질 때, 상기에서 언급한 본 발명에 따른 변속기 1에 대해 컨버터 영역으로부터 커플링 영역으로의 전환이 바람직하게 이루어진다. 따라서 상기 변속기에서 동력 손실들은 최소화될 수 있다.
유체역학 커플링 30이 결국 제어가능한 방식으로 설계되어 져야 하기 때문에, 발전설비의 시동 또는 정지와 같은 그런 특별한 운전상태보다는 오히려 유체역학 커플링 30을 통하여 이루어지는 제어가 바람직하다. 높은 유동성이 있는 커플링의 그런 선호되는 적용이 부하 분산의 경우에도 이루어진다. 다른 유체역학 회전체 사이의 전환은 유체역학 컨버터 12 또는 유체역학 커플링 30에 채우는 작동 유체의 수위를 조절함으로써 이루어질 수 있다.
변속기의 제2 동력분기 18의 또 다른 바람직한 실시예가 도 3에 제시된다. 제1 동력분기 7과 제2 동력분기 18 사이의 연결은 같은 타입의 두 개의 유체역학 회전체인 제1 유체역학 컨버터 12와 제2 유체역학 컨버터 24에 의하여 만들어진다.
제1 유체역학 컨버터 12와 제2 유체역학 컨버터로부터 시작되는 제2 동력 분 기 18의 병렬로 된 부분동력 흐름 18.1 과 18.2는 또 다른 기어부재(예:제2 중첩기어 22)에 의해 합쳐지고, 중첩기어 5의 내부로 맞물리는 기어휠 17을 경유하여 되돌아 간다. 제2 유체역학 컨버터뿐만 아니라 제1 유체역학 컨버터 모두 각각 펌프 휠 13, 26을 경유하여 아무튼 간접적으로나마 제1 동력 분기 7에 접속하고, 각각 터빈 휠 14와 27을 경유하여 제2 동력 분기 18과 간접적으로 운전상 연결된다. 유도휠 15와 28은 현재 경우에 있어서 고정 방식으로 설치되는 것으로 나타내진다.
제1 동력분기 7로부터 병렬로 분기된 두 개의 유체역학 컨버터 12, 24를 사용하여, 변속기 1의 두 가지 다른 형상을 서로 바꾸는 것이 가능하다. 제1 및 제2 유체역학 컨버터 12, 24의 구조상의 조정에 의해 그리고 부분 동력분기 상에 추가적인 기어를 삽입함으로써 설계상의 차이점이 만들어질 수 있다. 이것은 제1 부분 동력 흐름 18.1에 대해 제1 유체역학 컨버터 12로부터 시작하는 부분 분기로 조정되는 고정기어변속장치 16.1을 근거로 하여, 도 3에 표현되어 있다. 두 개의 유체역학 컨버터를 사용함으로써, 유입 동력의 넓은 범위에 걸친 변속기의 자기 조절 특성을 확대하는 것이 가능하다. 또한 실질적으로 일정하게 유지되는 출력 축의 속도에 더하여 설정치 곡선에 따라 풍차속도가 따를 수 있도록, 제2 부분 동력 흐름 18.2의 제2 부분 분기가 전부하 영역으로 변이를 위해 사용되는 방식으로 제2 유체역학 컨버터와 제2 동력 분기 하류측 상에 가능한 기어부재를 구성하는 것도 가능하다.
제1 유체역학 컨버터 12와 제2 유체역학 컨버터 24를 통한 부분 동력 흐름의 비는 각각 작동유체의 수위 조절을 통해 마모로부터 자유로운 방식으로 달성될 수 있다. 또한 독립적으로 각 유체역학 컨버터를 운전하는 것이 가능하다. 병렬 운전과 각 유체역학 컨버터에 대한 속도/토크 비의 개별적인 조절이 가능하다. 더욱이, 두 개의 유체역학 컨버터 12, 24 사이에 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 전환이 이루어진다. 즉, 이것은 두 개의 유체역학 컨버터가 작은 속도차로 제한되는 하나의 전환 범위를 제외하고는 동시에 운전되지 않는다는 것을 의미한다. 결과적으로, 상기 전환영역 밖의 제2 동력 분기 18의 전체 동력 흐름은 제1 부분 동력 흐름 18.1 혹은 제2 부분 동력 흐름 18.2와 연관된다.
도 4는 도 3의 본 발명에 따른 변속기의 달리 설계된 유체역학 컨버터 12와 24에 대한 특성군을 나타낸다. 도 4에서는, 변속기 1의 출력이 입력 속도에 대해 임의 단위로 표시된다. 파선들을 가진 특성군은 제1 유체역학 컨버터 12에 대한 반동부재 301,302, 303, 304와 305의 다른 설정(setting)에 의한 것을 나타낸다. 자기 조절 특성은 실질적으로 동일한 상태를 유지하려는 반동부재의 최적 설정과 연관된다. 본 도면상에서, 이것은 실질적으로 참조 번호 304로의 설정에 상응한다. 제2 유체역학 컨버터는 더 높은 입력 속도를 위해 설계되고, 더 가파른 특성군을 보여준다. 이것은 당해 기술분야에서 통상적인 기술의 범위내에서 유체역학 컨버터 24의 치수를 변경함으로써 그리고 상류측 혹은 하류측 기어부재를 제공함으로써 가능하다. 도 3에서, 고정 기어변속장치 16.1은 예를 들어 제1 유체역학 컨버터의 터 빈측과 연관된다. 반면에 이것은 제2 유체역학 컨버터 24에 대해서는 생략된다.
도 4에서, 제2 유체역학 컨버터 24에 할당된 특성군은 제2 유체역학 컨버터 24의 반동부재 28의 다른 위치에 대응하는 401, 402, 403, 404 및 405의 곡선그룹으로 나타난다. 상기 도면에서, 301, 302, 303, 304 및 305의 곡선그룹은 제1 유체역학 컨버터 12를 작동유체로 채울 때, 반동부재 15의 각각 다른 위치에 대한 변속기의 입력속도/출력특성의 개요를 나타낸다.
이제, 두 개의 유체역학 컨버터 12, 24에 대해 각각 작동 유체로 채우는 수위를 조절함으로써 두 개의 특성그룹 간에 전환이 가능하다. 이것은 풍차 속도가 15 rpm 이상인 것에 대해 도 4에 나타나는데, 도면에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 변속기의 실시예의 입력속도와 출력의 결과비가 두 변환기에 선택된 반동부재를 최적으로 설정함으로써 참조 번호 350에 따라 선정되어 지도록 하기 위함이다.
도 5는 중첩기어 5를 이용하여 제1 동력 분기 7과 제2 동력 분기 18 간의 동력 분기를 가지는 본 발명에 따른 가변 속도 변속기의 또 다른 실시예를 보여주며, 제2 동력 분기 18은 나란히 배열된 두 개의 유체역학 회전체로 구성된다. 본 실시예에 있어서, 두 개의 유체역학 회전체는 유체역학 컨버터 12와 지연기(retarder) 20이다. 다른 구성요소들은 도 1과 도 3에 따른 동력 전달 계통에 상응하고, 참조 번호들에 대응하여 선정된다.
상술한 실시예를 변경함으로써, 도 5에 따른 실시예는 단지 유체역학 컨버터 12를 경유하여 제1 동력 분기 7 및 제2 동력 분기 18이 종동측(driven side) 상에서 하나의 연결로 구성된다. 또한 비록 제2 동력 분기 18(지연기 20)에서 제2 유체역학 회전체가 중첩기어 5에 간접적으로나마 역으로 작용한다고 할지라도, 그것이 제1 동력 분기 7과 제2 동력 분기 18을 연결해 주지는 않는다.
반면에, 도 6은 제1 유체역학 회전체, 즉 유체역학 컨버터 12에 어떠한 조절도 없이 전부하로의 변이에 있어 최적동력 유도영역을 유지하도록 지연기가 사용되는 것을 보여준다. 지연기는 반동부재 15 즉, 유도깃(guide blades)을 영구적으로 설정하고서 운전된다. 도 6은 유입된 입력속도에 대한 출력을 임의의 단위로 상세하게 다시금 보여준다. 본 경우에서는 16 rpm 보다 약간 높은 경계속도 아래에서, 유체역학 컨버터 12만이 수위가 채워지고 유도휠(guide wheel)의 고정된 위치에서 운전되며, 그 위치에서 풍차는 최적 동력을 얻을 수 있는 방식으로 회전한다. 본 실시예에서, 그것은 실질적으로 참조번호 504로 지정된 반동부재의 조정에 상응한다. 특성군의 다른 곡선들 501, 502, 503 및 505는 본 경우에 있어서 최적이 아닌 반동부재의 다른 위치들에 할당된 것이다. 상기 지연기에 지연기 특성곡선 600이 할당되도록, 지연기 20은 상술한 경계속도로 채워진다. 특성곡선 600은 실질적으로 선택된 변환기 특성곡선보다 더 가파른데, 실질적으로 풍차속도에 제한이 있기 때문이다. 따라서, 풍차속도에 의존하는 발전기의 그에 따른 전력 출력은 파선으로 나타나는 곡선 550으로 도 6에 나타난다.
제2 유체역학 회전체(본 경우에 있어서는 지연기 20)가 가변인 것과 비교하여, 도 5의 본 발명에 따른 변속기의 이점(advantage)은 풍력발전소의 최적 동력 유도를 위한 운전상태가 유지될 필요가 있는 경우에(예:전 부하(full load) 상태에서 풍차속도의 제한이 필요하기 때문에) 유도휠의 포지션(position)을 강제로 바꾸지 않아도 된다는 점이다. 제2 유체역학 회전체 없이, 자연력의 광범위한 동력범위에 대하여 실질적으로 유도휠의 위치를 영구적으로 고정하여 작동시키는 것은 일반적으로 불가능할 것이다. 대신, 유체역학 컨버터 12를 통한 동력 흐름은 유도휠의 시변(time-variable) 조정을 통하여 민첩하게 제어되어 져야만 할 것이다. 기계적인 마모와 반동성에 놓인 높은 요구조건 외에, 유체역학 컨버터 12가 가능한 가장 높은 효율성을 가지고 운전되는 것이 더 이상 불가능한 경우에 있어서는 위 실시예는 부적절하다. 도 3에 따르면, 추가적인 유체역학 회전체(본 경우에서는 지연기 20)는 유체역학 컨버터 12와 병렬로 제2 동력 분기 18과 통합된다. 최적 동력을 유지하는 자기조절 운전상태 이외의 특별한 운전 상태에 대해 유체역학 컨버터 12의 유도휠 15를 조정하는 것을 피하기 위해, 지연기 20의 수위는 유체역학 컨버터 12의 설정치를 바꾸지 않고서도 제2 동력 분기 18 상에서 동력흐름을 제어할 수 있는 방식으로 조정된다. 더욱이, 위 설명에 따라 유체역학 컨버터 12에서 지연기 20으로 완전히 전환하는 것도 가능하다. 컨버터로부터 지연기 영역으로의 이러한 변이에 있어서는, 그 과정에서 본 발명에 따른 변속기 1의 제1 동력 분기 7과 제2 동력 분기 18 사이의 연결은 중단된다.
본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 지식 범주 내에서, 동력 흐름을 개루프 혹은 폐루프로 제어하기 위해 동력 전달 계통의 하나로서 적어도 두 개의 유체역학 회전체를 가진 동력분기형 변속기의 발명사상에 대한 또 다른 실시예를 구현하는 것이 가능하다. 또한 특히 두 개 이상의 유체역학 회전체를 사용하는 것과 유체역학 회전체 형상을 또 다른 설계 유형으로 실현하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 변속기 외에, 제2 동력 분기에 있어서 적어도 두 개의 유체역학 회전체를 제어하기 위한 한가지 방법이 제시된다. 특히 이 방법은 운전상태와 풍차 혹은 수차에 의해 입력되는 에너지에 따라 각 유체역학 회전체의 작동유체의 수위를 제어하거나 조절하는 것이다. 바람직하게는, 소정의 입력 속도경계 이상에서 가중치가 바뀐다. 또한 몇 가지 일정하지 않은 경계치를 사용하는 것과 점진적인 방식으로 각 유체역학 회전체의 가중치를 변화시키는 것도 가능하다. 또한 대안으로서 풍차에 의해 혹은 소정의 운전상태의 발생에 의해 소정의 속도 경계를 초과함으로써 제1 유체역학 회전체로부터 적어도 하나의 제2 유체역학 컨버터로 완전히 전환하도록 만드는 것도 가능하다. 이것은 전환한 유체역학 회전체 혹은 전환된 유체역학 회전체의 수위를 완전히 비우거나 완전히 채우도록 한다.
본 발명은 발전설비를 위한 가변 속도 변속기와 관련된 발명으로서, 특히 풍력 발전기나 수력 발전기와 같은 유체 유동 엔진으로 구동되고 발전기에 의해 전력을 발 생시키는 발전소의 변속기에 관한 발명에 해당한다. 즉, 자연력을 최적으로 흡수하여 전력을 발생시키는 변속기에 관한 발명으로서, 산업상 활용성이 높은 발명이다.

Claims (19)

  1. 풍력발전기 또는 수력 발전기의 동력 변환기와 간접적으로 연결되는 입력축(2);
    발전기(11)와 간접적으로 연결되고, 실질적으로 일정한 속도를 가지는 출력축(10);
    상기 입력축(2)과 간접적으로 연결되고, 동력을 제 2 동력분기(18) 및 출력축(10)과 간접적으로 연결되는 제 1 동력분기(7)로 나누는 중첩기어(5); 및
    적어도 두 개의 유체역학 회전체로 구성되며, 그 중 적어도 하나는 간접적으로 제 1 동력분기(7)와 연결되는 상기의 제 2 동력분기(18);
    를 가지는 것을 특징으로 하는 발전설비용 가변 속도 변속기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 동력분기(18)의 유체역학 회전체의 적어도 하나는 유체역학 컨버터, 유체역학 커플링, TRILOK 토크 컨버터 및 지연기로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 발전설비를 위한 가변 속도 변속기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    유체역학 회전체들이 제 2 동력분기 상에 병렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 발전설비를 위한 가변 속도 변속기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제 2 동력분기(18)의 각 유체역학 회전체들에 작동유체의 수위를 바꾸기 위한 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 발전설비를 위한 가변 속도 변속기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제 2 동력분기(18)의 유체역학 회전체 중 하나로 사용되는 유체역학 컨버터는 고정된 유도휠의 포지션에서 작동되는 것을 특징으로 하는 발전설비를 위한 가변 속도 변속기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    출력축(10)이 입력축(2)보다 더 큰 속도를 가지는 것을 특징으로 하는 발전설비를 위한 가변 속도 변속기
  7. 제 1 항에 있어서,
    제 2 동력분기(18)는 적어도 하나의 고정 변속기어장치(16)로 구성되는 것을 특징으로 하는 발전설비를 위한 가변 속도 변속기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    제 1 동력분기(7)와 간접적으로 연결되는 유체역학 컨버터(12)의 펌프 휠(13)과, 제 2 동력분기(18)과 간접적으로 연결되는 유체역학 컨버터(12)의 터빈 휠(14)을 가지는 유체역학 컨버터(12)로 제 1 동력분기(7)와 제 2 동력분기(18) 사이의 연결이 이루어지는 것을 특징으로 하는 발전설비를 위한 가변 속도 변속기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제 1 동력분기(7)와 간접적으로 연결되는 유체역학 커플링(30)의 펌프 휠(31)과, 제 2 동력분기(18)과 간접적으로 연결되는 유체역학 커플링(30)의 터빈 휠(32)을 가지는 유체역학 커플링(30)으로 제 1 동력분기(7)와 제 2 동력분기(18) 사이의 연결이 이루어지는 것을 특징으로 하는 발전설비를 위한 가변 속도 변속기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    제 1 동력분기(7)와 간접적으로 연결되는 TRILOK 토크 컨버터의 펌프 휠과, 제 2 동력분기(18)과 간접적으로 연결되는 TRILOK 토크 컨버터의 터빈 휠을 가지는 TRILOK 토크 컨버터로 제 1 동력분기와 제 2 동력분기 사이의 연결이 이루어지는 것을 특징으로 하는 발전설비를 위한 가변 속도 변속기.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    지연기(retarder)가 제 2 동력분기(18)에 간접적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 발전설비를 위한 가변 속도 변속기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    제 1 유체역학 회전체와 제 2 유체역학 회전체로부터의 동력 흐름이 제 2 중첩기어(22)에 의해 제 1 동력분기(7)로 합쳐지며, 제 1 유체역학 회전체에 의해 제 1 동력분기(7)와 제 2 동력분기(18) 사이의 1차 연결이 이루어지고, 제 2 유체역학 회전체에 의하여 제 1 동력분기(7)와 제 2 동력분기(18) 사이의 2차 연결이 이루어지는 것을 특징으로 하는 발전설비를 위한 가변 속도 변속기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    제 1 유체역학 회전체는 유체역학 컨버터(12)이고, 제 2 유체역학 회전체는 유체역학 커플링(30)인 것을 특징으로 하는 발전설비를 위한 가변 속도 변속기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    고정 변속기어장치(16.2)는 유체역학 커플링(30)과 제 2 중첩기어(22) 사이에 놓이는 것을 특징으로 하는 발전설비를 위한 가변 속도 변속기.
  15. 제 12 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 유체역학 회전체는 유체역학 컨버터인 것을 특징으로 하는 발전설비를 위한 가변 속도 변속기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    고정 변속기어장치는 유체역학 컨버터의 터빈 휠 중 적어도 어느 하나와 제 2 중첩기어(22) 사이에 놓이는 것을 특징으로 하는 발전설비를 위한 가변 속도 변속기.
  17. 풍력 또는 수력 발전기의 동력 변환기;
    발전기; 및
    제 1 항의 가변 속도 변속기;
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 발전설비.
  18. 제 1 항에 따른 변속기(1)의 개루프 또는 폐루프 제어 방법에 있어서,
    상기 변속기(1)의 제 2 동력분기(18)에 있어서 유체역학 회전체를 채우는 것이 상기 변속기의 입력속도에 의존하게 하는 것을 특징으로 하는 변속기(1)의 개루프 또는 폐루프 제어 방법.
  19. 제 1 항에 따른 변속기(1)의 개루프 또는 폐루프 제어 방법에 있어서,
    상기 변속기(1)의 제 2 동력분기(18)에 있어 입력속도에 대한 첫 번째는 속도 경계 미만에서 제 1 유체역학 회전체는 작동유체로 가득 채우고 제 2 유체역학 회전체는 비워지도록 하며, 입력속도에 대한 두 번째는 속도 경계 이상에서 제 1 유체역학 회전체는 비워지도록 하고 제 2 유체역학 회전체는 작동유체로 가득 채우는 것을 특징으로 하는 변속기(1)의 개루프 또는 폐루프 제어 방법.
KR1020067021613A 2004-06-12 2005-02-15 발전설비를 위한 가변 속도 변속기 KR101166224B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004028619.1 2004-06-12
DE102004028619A DE102004028619A1 (de) 2004-06-12 2004-06-12 Drehzahlgeregeltes Getriebe für eine Energieerzeugungsanlage
PCT/EP2005/001484 WO2005121550A1 (de) 2004-06-12 2005-02-15 Drehzahlgeregeltes getriebe für eine energieerzeugungsanlage

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070028353A KR20070028353A (ko) 2007-03-12
KR101166224B1 true KR101166224B1 (ko) 2012-07-17

Family

ID=34961355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020067021613A KR101166224B1 (ko) 2004-06-12 2005-02-15 발전설비를 위한 가변 속도 변속기

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7794348B2 (ko)
EP (1) EP1756423B1 (ko)
JP (1) JP4888977B2 (ko)
KR (1) KR101166224B1 (ko)
CN (1) CN1842651A (ko)
BR (1) BRPI0504140A (ko)
DE (1) DE102004028619A1 (ko)
WO (1) WO2005121550A1 (ko)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10314757B3 (de) * 2003-03-31 2004-11-11 Voith Turbo Gmbh & Co. Kg Antriebsstrang zum Übertragen einer variablen Leistung
ITBZ20050063A1 (it) 2005-11-29 2007-05-30 High Technology Invest Bv Pacco di lamierini per generatori e motori elettrici e procedimento per la sua attuazione
ITBZ20050062A1 (it) 2005-11-29 2007-05-30 High Technology Invest Bv Rotore a magneti permanenti per generatori e motori elettrici
EP1934474B1 (en) 2005-09-21 2010-03-17 High Technology Investments B.V. Combined labyrinth seal and screw-type gasket bearing sealing arrangement
AT504395B1 (de) * 2006-11-21 2009-05-15 Amsc Windtec Gmbh Ausgleichsgetriebe einer windkraftanlage und verfahren zum ändern oder umschalten des leistungsbereichs dieses ausgleichsgetriebes
JP4339374B2 (ja) * 2007-04-27 2009-10-07 本田技研工業株式会社 動力装置
JP4852474B2 (ja) * 2007-05-29 2012-01-11 本田技研工業株式会社 動力装置
GB0711043D0 (en) * 2007-06-08 2007-07-18 Orbital 2 Ltd Variable radio transmission
DE102007035636B3 (de) * 2007-07-27 2009-04-09 Voith Patent Gmbh Hydrodynamischer Wandler
KR100832053B1 (ko) * 2007-08-21 2008-05-27 김동용 유체 토크 컨버터를 이용한 풍력 발전 시스템
EP2107237A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-07 AMSC Windtec GmbH Wind energy converter comprising a superposition gear
EP2107238A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-07 AMSC Windtec GmbH Variable ratio gear
IT1390758B1 (it) 2008-07-23 2011-09-23 Rolic Invest Sarl Generatore eolico
IT1391939B1 (it) 2008-11-12 2012-02-02 Rolic Invest Sarl Generatore eolico
IT1391770B1 (it) 2008-11-13 2012-01-27 Rolic Invest Sarl Generatore eolico per la generazione di energia elettrica
IT1392804B1 (it) 2009-01-30 2012-03-23 Rolic Invest Sarl Imballo e metodo di imballo per pale di generatori eolici
EP2392069A2 (en) * 2009-01-30 2011-12-07 DeWind Co. Wind turbine with lvrt capabilities
US8008797B2 (en) * 2009-02-13 2011-08-30 Bernard Joseph Simon System for converting wind power to electrcial power with transmission
IT1393937B1 (it) 2009-04-09 2012-05-17 Rolic Invest Sarl Aerogeneratore
IT1393707B1 (it) 2009-04-29 2012-05-08 Rolic Invest Sarl Impianto eolico per la generazione di energia elettrica
IT1394723B1 (it) 2009-06-10 2012-07-13 Rolic Invest Sarl Impianto eolico per la generazione di energia elettrica e relativo metodo di controllo
IT1395148B1 (it) 2009-08-07 2012-09-05 Rolic Invest Sarl Metodo e apparecchiatura di attivazione di una macchina elettrica e macchina elettrica
IT1397081B1 (it) 2009-11-23 2012-12-28 Rolic Invest Sarl Impianto eolico per la generazione di energia elettrica
US20110121575A1 (en) * 2009-11-25 2011-05-26 Gary Anetrini Systems, methods, and kits for power generation
US8018082B2 (en) * 2009-11-25 2011-09-13 General Electric Company Method and apparatus for controlling a wind turbine
IT1398060B1 (it) 2010-02-04 2013-02-07 Wilic Sarl Impianto e metodo di raffreddamento di un generatore elettrico di un aerogeneratore, e aerogeneratore comprendente tale impianto di raffreddamento
IT1399201B1 (it) 2010-03-30 2013-04-11 Wilic Sarl Aerogeneratore e metodo di rimozione di un cuscinetto da un aerogeneratore
IT1399511B1 (it) 2010-04-22 2013-04-19 Wilic Sarl Generatore elettrico per un aerogeneratore e aerogeneratore equipaggiato con tale generatore elettrico
ITMI20110377A1 (it) 2011-03-10 2012-09-11 Wilic Sarl Macchina elettrica rotante per aerogeneratore
ITMI20110378A1 (it) 2011-03-10 2012-09-11 Wilic Sarl Macchina elettrica rotante per aerogeneratore
ITMI20110375A1 (it) 2011-03-10 2012-09-11 Wilic Sarl Turbina eolica
CN102418672B (zh) * 2011-12-20 2014-02-12 顾为东 风力和水力综合发电系统
US8536722B1 (en) 2012-02-29 2013-09-17 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind-turbine-generator control system, wind turbine generator, wind farm, and wind-turbine-generator control method
CN103206509B (zh) * 2013-04-15 2016-02-17 孔照林 液力变速箱及其动力传递方法
DE102013114703A1 (de) * 2013-12-20 2015-06-25 Andritz Atro Gmbh Wasserkraftanlage zur Erzeugung elektrischer Energie

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11287179A (ja) 1998-03-31 1999-10-19 Kayaba Ind Co Ltd 発電装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE653589C (de) * 1935-11-03 1937-11-27 Aeg Hydromechanische Kraftuebertragung fuer Landfahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge
GB504390A (en) * 1936-10-29 1939-04-25 Walther Voith Improvements in hydraulic power transmitters having speed-responsive regulators
DE1600228A1 (de) * 1967-06-03 1970-02-05 Joachim Wetterhahn Hydraulisch gesteuertes Umlaufgetriebe,insbesondere fuer Kraftfahrzeuge
US4239977A (en) * 1978-09-27 1980-12-16 Lisa Strutman Surge-accepting accumulator transmission for windmills and the like
SE419113B (sv) * 1979-11-14 1981-07-13 Allmaenna Ingbyran Vindkraftverk for huvudsakligen mekanisk transmission av ett variabelt turbinvarvtal till ett synkront utgaende varvtal
SE8203944L (en) * 1982-06-24 1983-12-25 Svenska Varv Vindenenergi Ab Soft shaft interconnecting device - has shafts aligned coaxially and interconnected by gearing between hydraulic pump-motor unit
US4774855A (en) 1982-08-17 1988-10-04 Vickers Shipbuilding And Engineering Limited Apparatus for providing an electrical generator with a constant rotational speed from a variable speed input
GB2136883B (en) * 1983-03-23 1988-02-10 English Electric Co Ltd Wind or water turbine power generating system
JPS60101355A (ja) * 1983-11-08 1985-06-05 Daikin Mfg Co Ltd 流体伝動装置
DE3441877A1 (de) * 1984-11-16 1986-05-22 Voith-Turbo Gmbh & Co Kg, 7180 Crailsheim Kraftuebertragungsaggregat zum antrieb einer drehzahlvariablen arbeitsmaschine
JPH01117940A (ja) * 1987-10-30 1989-05-10 Isuzu Motors Ltd ターボコンパウンドエンジン
DE3823793A1 (de) * 1988-07-14 1990-01-18 Voith Turbo Kg Kraftuebertragungsaggregat zum drehzahlvariablen antrieb einer arbeitsmaschine
JP3822100B2 (ja) * 2001-12-21 2006-09-13 株式会社小松製作所 風力発電装置
JP2004162652A (ja) * 2002-11-14 2004-06-10 Nsk Ltd 風力発電装置
DE10314757B3 (de) * 2003-03-31 2004-11-11 Voith Turbo Gmbh & Co. Kg Antriebsstrang zum Übertragen einer variablen Leistung
DE10357292B4 (de) * 2003-12-05 2006-02-02 Voith Turbo Gmbh & Co. Kg Verfahren für die Steuerung eines Antriebsstrangs für eine Strömungskraftmaschine mit Drehzahlführung, Kraftstoßreduktion und Kurzzeitenergiespeicherung
DE102006040930A1 (de) * 2006-08-31 2008-03-20 Nordex Energy Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Windenergieanlage mit einem Synchrongenerator und einem Überlagerungsgetriebe

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11287179A (ja) 1998-03-31 1999-10-19 Kayaba Ind Co Ltd 発電装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP4888977B2 (ja) 2012-02-29
US20080197636A1 (en) 2008-08-21
EP1756423B1 (de) 2014-09-24
DE102004028619A1 (de) 2006-01-05
JP2008502861A (ja) 2008-01-31
KR20070028353A (ko) 2007-03-12
CN1842651A (zh) 2006-10-04
WO2005121550A1 (de) 2005-12-22
BRPI0504140A (pt) 2006-10-24
US7794348B2 (en) 2010-09-14
EP1756423A1 (de) 2007-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101166224B1 (ko) 발전설비를 위한 가변 속도 변속기
CN100441859C (zh) 用于涡轮机的传动线路
US7914411B2 (en) Drive train for the transmission of a variable power
US8206262B2 (en) Differential gear on a wind power plant and method for changing or switching the power range of said differential gear
EP2276924B1 (en) Method for operating a wind energy converter, control device for a wind energy converter, and wind energy converter
JP5334963B2 (ja) 可変比トランスミッション
KR102014567B1 (ko) 발전 시스템 및 유압 제어 시스템
CN1637279A (zh) 带有液压传动装置的风力发电装置的控制系统
KR20110087282A (ko) 풍력발전소
KR20070085927A (ko) 해류를 사용하는 에너지 변환기용의 유체 역학적 구동 체인
CN103470720B (zh) 低速比液力变矩器及导叶调节方法
US8039977B2 (en) Drive train for an immersion energy production system
GB2445413A (en) Fluid turbine with secondary turbine driven by induced flow
RU2761706C1 (ru) Способ повышения коэффициента установленной мощности ветроэлектрической станции
EP3705715A1 (en) Systems and methods for generating energy from a liquid flow
Mihailidis et al. A CVT system for wind energy converters
RU2173745C2 (ru) Бесплотинная гидроэлектростанция
KR20180064138A (ko) 판형구동소자 유동막 제어기술 가변속 토크컨버터

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150702

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160630

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180628

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190627

Year of fee payment: 8