KR850000998B1 - 구동열 교란 차단부를 지닌 풍동터어빈 - Google Patents

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KR850000998B1 KR1019810001359A KR810001359A KR850000998B1 KR 850000998 B1 KR850000998 B1 KR 850000998B1 KR 1019810001359 A KR1019810001359 A KR 1019810001359A KR 810001359 A KR810001359 A KR 810001359A KR 850000998 B1 KR850000998 B1 KR 850000998B1
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Abstract

내용 없음.

Description

구동열 교란 차단부를 지닌 풍동터어빈
제1도는 본 발명의 풍동터어빈의 양호한 실시예의 날개피치 변경 제어부및 터어빈과 연결된 피치변경 장치의 개략도로서 터어빈의 일부분이 구조를 상세하게 도시하기 위해 절취된 도면.
제2도는 제1도의 풍동터어빈의 기어장치의 확대 입면도로서 기어장치및 스프링 설치부의 일부분이 구조를 상세하게 도시하기 위해 절치된 도면.
제3도는 정상터어빈 작동 조건하에서 터어빈 출력과 풍속사이의 관계를도시하는 그래프.
제4도는 하나의 임의의 풍속에서 터어빈 동력비와 날개 피치각 사이의 관계를 도시하는 그래프.
바람에너지로 부터 전력을 발생시키는 장치인 풍동터어빈에 대한 관심은 풍동터어빈의 효율의 개선에 쏟아족다. 대형 풍동 터어빈에서 효율을 향상시키기 위하여 가변 피치날개에 대한 개선이 이루어져왔다. 가변 피치날개를 지니는 한형태의 풍동 터어빈은 "자동피치 및 요오제어를 지닌 풍동터어빈"이란 명칭의 체니주니어의 미합중국 특허 제4,083,651호에 기재된다. 이 특허에 대해 언급하면, 풍동터어빈 날개의 피치가 풍동터어빈의 속도를 제어할 목적으로, 다시 말해서 터어빈 날개에 의해서 얻어지는 바람 에너지의 양을 제어할 목적으로 풍속조건에 따라서 조절된다. 또한, 피치가 돌풍, 바람흑름의 비대칭, 비틀림, 진동등에 의해 터어빈 구동열에 교란을 감소시키게 조절되어 이러한 교란으로부터 풍동 터어빈 부하(전력 발전기 또는 유사한것)에 어떤 악영향을 최소로 한다.
체니주니어의 터어빈 날개의 피치가 날개에 연결된 피봇트 전자부재의 배치에 의해서 자동적으로 제어된 다고 하더라도, 여러가지 시스템이 풍동터어빈 날개의 피치를 디지탈로 제어하기 위해 개발되거나 다른 상응항 방법으로 개발되어 왔다. 예를들어서, 디지탈날개 피치제어 시스템은 "복수개의 형태의 풍동터어빈 제어 시스템"이란 명칭의 코스의 미합중국 특허 제4,193,055호에서 도시된다. 이러한 특허는 본 출원에서 참조된다.
코스의 제어시스템에서는, 시스템출력이 축토오크의 페루프함수및 여러가지 다른 작동 변수와 기준신호로서 결정되는 피치각 기준신호이다. 고속 풍속조건에서, 즉 많은 바람에너지가 풍동터어빈 부하를 구동시키기 위해 요규되는 것보다 많이 얻어지고 터어빈이 그 날개로 부터 바람에너지를 흘려보낼대 돌풍 및 터어빈 회전자를 통한 바람흑름의 비대칭으로 축토오크의 돌발적인 변경이 발생할때 감지되는 터처빈 구동열의 기계적인 교란이 야기되며 제어시스템이 기준값으로 축 토오크를 유지시키도록 날개의 피치를 조절하고 교란의 크기를 감소시켜서 발전기에 미치는 구동열교한 영향을 최소로 한다. 한계 풍동속도 조건에서, 코스의 제어시스템이 발전기를 구동시키느데 사용되기 위해 날개에 의해서 얻어진 바림 에너지의 양을 최대로 하게끔 풍동 터어빈 날개의 피치가 조절된다. 이러한 한계 조건하에서, 제어시스템은 일정한 축토오크를 유지하도록 날개피치를 조절할 수 없어서 돌풍과 바람흐름의 비대칭에 대한 보정이 행해진다. 따라서, 돌풍 및 바람흐름 비대칭으로 부터 풍동 터어빈 구동열의 토오크 반작용과 같은 교란을 흡수하는 장치없이 이러한 교란이 손상될 위험을 지니며 발전기로 구동열을 통하여 전달된다.
진동 및 토오크 반작용에 의한 구동열의 충격 및 교란을 흡수하기위한 여러가지 장치가 종래에 제시되어 왔다. 이러한 충격및 진동 흡수장치는 베네트의 미합중국 특허 제2,844,048호 쉬미터의 미합중국 특허 제3,146,629호 및 시몬의 미합중국 특허 제3,460,405호에서 도시된다.
이러한 특허를 분석하여 보면 그 장치가 충격 및 진동을 흡수하도록 풍동터어빈 구동열에 사용가능하게 제시되었으나 한계 바람조건하의 풍동 터어빈의 바람에너지 용량을 증진시켰다는 것을 알수 있다.
풍동 터어빈 부하를 구동열 교란으로 부터 차단시키는 공지의 장치는 주터어빈 축에 위치된 점성 연결부를 지닌다. 이러한 연결부는 부하에 전달되는 에너지의 손실을 위해 고려되고 따라서 구동열 교란문제에 대한 모든 가능한 해결을 주지못한다는 것은 명백하다.
본 발명의 주 목적은 종래의 결점을 극복하는 풍동 터이빈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 진동, 토오크 반작용에 의해 구동열에의 교란으로 부터 터어빈 부하의 차단을 위한 장치를 지니는 풍동터어빈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 진동, 토오크 반작용에 의해 구동열에의 교란으로부터 터어빈 부하의 차단을 위한 장치를 지니는 풍동터어빈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 이러한 차단을 이루는 장치가 한계바람 조건하의 터어빈 날개의 에너지 흡수능력을 향상시키는 구동열교란 차단부를지니는 풍동터이빈을 제공하는 것이다.
첨부된 청구범위와 도면으로 부터 보다 명백해지는 이런저런 목적이 전기 발전기 또는 교류발전기와 같은 부하를 회전구동 시키기에 적합한 허브 또는 회전자 위에 설치된 다수의 에어포일날개를 지니는 구동열을 지니는 본 발명의 풍동터어빈에 의해서 이루어진다. 회전자의 회전 속도가 스프링과 같은 탄성장치에 의해서 엔진실과 같은 터어빈의 비회전부에 견고하게 설치되는 기어에 의해서 부하의 작동속도에 비교되는 값으로 올간다. 양호한 실시예에서, 기어가 다수의 코일 스프링에 의해서 선회하게 지지되는 케이스속에 설치되고 돌풍으로부터의 토오크반작용을 흡수함으로 해서 기인하는 스프링위의 케이스의 진동과 구동열 공명의 진동의 각각의 설치 스프링과 연결된 대시 포트와 같은 완충장치에 의해서 감쇄된다. 견고하게 설치된 기어에 의해서 이러한 구동열 교란으로 부터 발전기 또는 교류발전기를 차단시키는 것을 날개 피치 제어시스템의 최소의 풍속조건하에서 최대의 에너지를얻기 위해 날개피치를 조절하게하여 풍동터어빈의 전체효율 및 성능을 증진시킨다.
본 발명의 상기 특징과 정점이 하기의 설명과 첨부된 도면에 의해서 명백해진다.
제1도 및 제2도를 참조하며, 본 발명의 풍동터어빈이 도번(10)으로 도시되고 2개 또는 그 이상의 가변피치날개(15)를 지니며 피치는 피치 변경장치(25)로 부터의 유압유체의 제어된 흐름을 제공받는 유압액튜 에이터(20)에 의해서 그 종축주의에서 날개를 선회시켜서 조절된다. 피치 변경장치는 공지의 형태이며 본 발명의 일부가 아니다. 피치 변경장치가 풍동터어빈의 시동/정지의 입력신호, 터어빈 회전자 속도, 회전자 속도수, 회전자 가속제한, 회전자 감속제한, 풍속, 축 토오크, 발전기속도 및 발전기 온/오프 라인에 상응하여 날개 피치각 기준 신호를 계산하는 날개피치각 제어기(30)에 의해서 제어된다. 날개피치 각제어기(30)의 상세부가 상기의 코스의 미합중국 특허에 도시된다.
풍동터어빈(10)은 날개(15)가 위에 설치되는 회전자인 허브(35)를 지니는 구동열을 구비하며 회전자 즉 허브는 간격진 베어링부(45)에 의해서 지지되는 주축(40)에 고정된다. 풍동 터어빈(10)에 의해서 얻어진 바람 에너지가 발전기(50)을 구동시킨다. 발전기(50)의 정상(동기) 작동속도와 비교되는 값으로 주축(40)의 속도를 상승시키도록, 구동열에 의해 발전기(50)에 주축(40)을 연결시키는 기어장치(55)를 설치한다. 풍동터어빈의 정상작동으로 부터 발생하는 비틀림 진동과 돌풍으로 부터 발생하는 반작용토오크로 부터 발전기(50)을 차단 시키기 위해서 또한 최소의 풍속 조건에서 날개피치각 제어부가 최대의 바람에너지를 얻기 위해 날개피치각을 조절하여서 터어빈의 효율을 증대시키기 위해서, 기어장치(55)가 한단부가 기어박스에 그리고 다른 단부가 엔진실(70)의 바닥부분(65)에 작동 가능하게 연결된 스프링 설치부(60)에 의해서 터어빈의 비회전 부분에 견고하게 고정된다. 엔진실, 구동열 및 허브가 수직의 요오축 주위에서 좌우로 피봇트되나, 이러한 피복트 이동은 "터어빈의 비회전부분"과 같이 회전이라고 하지는 않는다.
제3도를 참조하면, 풍동터어빈의 출력이 풍속에 대해 도시되어 있는데 컷인 속도 이하에서는 터어빈이 유용한 전력을 발생시킬 수 없다는 것이 도시된다. 컷인과 정격 사이의 속도에서는, 풍속의 증가가 터어빈 출력의 증가를 이룬다. 이러한 작용역역에서는, 풍동터어빈에 의한 유용한 전력의 발생을 유지시키기 위하여 터어빈에 의해서 얻어진 바람 에너지의 양이 최적이라야 한다. 정격이상의 풍속에서는, 보다 많은 에너지가 정격속도로 터어빈과 발전기를 구동시키도록 바람으로 부터 얻어지며, 따라서 터어빈이 그 날개로 부터 동력을 흘려보낸다. 따라서, 제3도에서는 한계 풍속조건, 즉 컷인과 정격 사이의 풍속에서 날개 피치각 제어기(30)가 바람에너지를 얻는데 최적이 되게 터어빈 날개 피치각을 계산하여야 하며, 정격 및 컷아웃트 이하의 풍속에서는, 얻어진 에너지의 일부분만이 정격전력으로 터어빈의 작동을 유지시키는 것이 요구되고 제어기(30)가 정격전력으로 발전기의 출력을 유지시키기에 적당한 에너지를 얻는 피치각을 계산한다. 컷아우트 이상의 속도에서는 풍속이 커서 터어빈이 손상되지 않도록 정지된다.
상기의 토스의 특허에서 설명된것 같이 발전기가 작동되어 유동한 전력그리드로 동기화되는 동안 피치각을 제어할 때에 날개 피치각 제어기(30)에 의해 풍속, 축토오크, 회전자 속도및 발전기 속도에 따라서 날개 피치각이 설정된다. 발전기가 작동되면, 동기 작동속도로 고정되고 따라서 날개 피치각 기준신호의 조절은 회전자 및 발전기의 속도보다 축토오크 및 풍속에 따르게 된다. 코스의 특허의 제6도를 보면, 날개각 기준신호를 유도하는 시간이 온라인 축토오크 제어에 있어서 기준 축토오크와 실제의 축토오크의 비교치 및 회전자 속도와 발전기속도의 비교치로 부터 발생하는 오차신호의 여러가지 작동에 의해서 얻어진다는 것을 볼 수 있다. 정격이상의 풍속에서는 충분한 바람에너지가 정격속도로 터어빈을 구동시키는데 사용되기 때문에 날개피치가 발전기를 동기 구동시키는데 요구되는 것보다 그 이하의 값으로 터어빈의 출력을 낮추지 않고 터어빈의 바람흐름의 비대칭과 돌풍에 대해 보상하도록 계속적으로 조절된다.
더우기, 코스의 특허를 고려해보면, 제6도의 온라인 축토오크제어회로가 정상작동하에서 구동열속에 비틀림 공명을 감쇄시킨다는 것이 보여진다.
코스의 특허의 온라인 토오크 제어를 참조하면, 발전기가 작동되고 풍동터어빈이 컷인과 정격사이의 속도에서 작동될때, 실제의 축토오크가 실제의 토오크 신호를 부터 감산된 기준 토오크 신호보다 절대크기가 적어서 다이나믹 보상회로에 음의 오차신호를 발생시킨다. 이러한 음의 오차기 온라인 축토오크제어기의 출력과 같은 날개피치각으로 부터 유도되는 양의 시간을 발생시킨다. 이러한 양의 출력이 코스의 적분지(제8도)에서 적분될때 발생된 낮은 피치각이 입력으로서 최대 및 최소적분기 정지를 이행하는 회로에 이송된다. 이러한회로는 피치각제어기(30)으로서 최소 피치각(최대 바람 에너지 포획을 위한)을 설정한다. 코스의 특허는 최소날개각이 회전자 속도와 풍속의 함수로서 계획되는 것을 도시한다. 모든 실제의 목적을 위해서, 회전자속도가 발전기가 유용한 그리드로 동기화될때 일정하게 유지되기 때문에 컷인 및 정력 풍속사이에서 날개 피치각이 풍속의 기루우프 함수로서 계획되는 것을 알 수 있다. 따라서, 축토오크가 날개피치의 조절을 위해서 근본적인 것이 아니기 때문에 컷인과 정격속도 사이의 영역에서, 피치가 축토오크 교란및 진동에 상응하게 조절되지 못한다.
더우기, 날개피치각이 축토오크에 상응하여 조절되면, 이러한 조절은 상기에서와 같이 낮은 풍속조건에서 최적화되게 요구되는 터어빈의 바람에너지 흡수능력을 감소시킨다. 제4도를 참조하며, 터어빈 동력비(터어빈의 출력/터어빈에 의해서 흡수된 바람흐름의 사용 가능한 동력)가 날개피치각에 대해 구성된다. 발생곡선이날개피치각 β1에 상응한 PR1의 동력비에서 최고로 되는 것이 보여진다. 따라서, 단지하나의 피치각이 최적의 터어빈 효율에 상응하고, 그 피치각으로 부터의 피치각의 조절이 효율을 필요한 만큼 낮춘어서 터어빈이 사용 가능한 전력을 생산하도록 풍속의 범위를 감소시키는 것을 알 수 있다.
터어빈의 효율을 증지시키기 위하여, 본 발명의 풍동터빈은 날개 피치조절을 할 필요없이 컷인과 정격 풍속사이의 작동영역에서 구동축교란으로부터 발전기를 차단시키는 장치를 지닌다. 제1및 제2도에 참조하면, 이러한 차단장치가 엔진실(70)과 같은 텅빈의 비회전부분에 견고하게 설치된 기어장치(55)를 지닌다. 양호한 실시예에서, 기어장치(55)가 유성치차 장치를 지니며, 주축(40)과 발전기(50)의 회전자가 동축으로 위치된다. 따라서, 제2도에서 도시되듯이, 기어가 태양기어와 결합하는 다수의 유성기어(80)를 구동시키는 태양기어(75)와 외부링기어(85)를 지닌다. 물론, 유성기어의 다수의 단이 요구되는 기어비를 이루게 요구되고 일정수의 이러한 단이 본 발명으로부터 이탈되지 않고 사용될 수 있음을 알 수 있다. 더우기, 발전기와 터어빈축이 동축상으로 위치될 필요가 없을 경우에는 여러가지 다른 기어장치가 사용될 수 있다.
회전가능한 기어가 공지의 적당한 방법으로 케이스(90)속에 위치되고 지지된다. 케니스(90)이 그위에 1차 및 2차 아암 또는 그로부터 외부로 연장하는 u자형 고리(95)를 지니며, 각각의 자형 고리는 스프링 설치부(60)과 케이스의 회전연결을 위한 위치에 제공된다.
각각의 스프링 설치부가 볼트에 의해서 엔질실 바닥(65)에 고정된 하우징(105)에 의해서 횡으로 제한받고 그 속에 위치되는 스프링(100)을 지닌다. 스프링이 하우징(105)의 바닥과 링크(115)의 한단부에 선회 가능하게 연결되는 스프링 지지판(110)사이에 위치되고 이러한 링크의 다른 단부가 u자형 고리(95)에 선회가능하게 연결된다. 따라서, 그 종축주위의 기어 케이스(90)의 선회이동이 스프링(100)에 전달되고 이러한 스프링의 하나를 압축시키고 다른 스프링을 연신시키는 것을 볼 수 있다. 따라서, 그구조와 작동특성에 기인하여 동풍터어빈 회전자의 비틀림 진동과 돌풍에 의해서 야기되는 구동열교란으로부터 발생하는 케이스속의 기어의 토오크 반작용이 스프링(100)에 의해서 발전기(50)으로부터 차단되어 이러한 교란으로부터 발전기 손상의 휘험을 최소화시킨다. 더우기, 엔질실과 기어의 견고한 연결이 날개피치각 조절과 무관하게 이러한 충격흡수 또는 교란차단을 제공한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 피치각의 조절이 효율의 손실을 지니며 이러한 구동열 교란을 이루기 위한 유일한 장치를 제공하는종래의 풍동터어빈과 대조적으로, 본 발명에서는 한계풍속조건에서의 터어빈 효율이 날개 피치각 제어장치에 의해서 최적으로 유지되고 모든 충격흡수(교란차단)가 기어와 엔진실의 견고한 연결에 의해서 이루어진다.
근본적인 비틀림 진동으로 부터의 스프링(100)위의 기어케이스의 진동을 완화시키기 위해서, 감쇄장치가 기어및 터이빈 엔진실에 작동되게 연결된다. 양호한 실시예에서, 이러한 감쇄장치가 하우징(105)의 하부에서 엔진실 바닥에 그 시린더를 연결하는 대쉬포트(120)을 지니며, 대쉬포트 피스톤이 스프링 지지판(110)과 링크(115)에 그 피스톤로드를 연결한다.
따라서, 본 발명이 돌풍, 바람흐름 비대칭 및 장치의 진동특성에 기인하여 풍동터어빈으로부터의 구동열 교란이 풍동 터어빈 부하로부터 효고과적으로 차단된 풍동터어빈을 부하에 기계적으로 연결시키는 개선된 장치를 제공하는 것을 알 수 있다. 더우기, 이러한 교란 차단이 한계속도 조건에서 날개 피치 제어시스템가 무관하게 이루어져서 이러한 조건의 터이빈의 효울이 최적화 되는 것을 알 수 있다.
비록 본 발명의 상세한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 여러가지 변경 및 생략이 본 발명의 정신과 영역으로부터 이탈되지 않고 이루어질 수 있음을 이 분해의 기술자들은 이해할 것이다. 따라서, 여러가지 다른 형태의 스프링 또는 탄성부재가 기어를 풍동터어빈의 비회전 부분에 연결심킬 수 있음을 알 수 있다. 유사하게, 어떤 형태의 감쇄 장치가 본 발명으로부터 이탈되지않게 사용될 수 있다. 또한, 양호한 실시예에서 감쇄장치가 스프링과 동축으로 내부에 위치되었지만, 스프링과 감쇄장치 사이의 다른 상응한 상대위치가 사용될 수 있다.

Claims (1)

  1. 다수의 가변 피치 에어포일 날개(15)가 발전기(50)를 구동시키는 회전자상에 설치되고, 그 날개의 피치가 날개 피치각 제어기(30)에 의해서 제어되며, 그 제어기의 출력은, 풍속이 고속일 때에는 소정의 출력을 유지하면서 구동 열교란으로부터 발전기 부하를 차단시키는데 필요한 날개피치를 나타낸고, 풍속이 한계속도 조건에서는 구동열교란에 관계없이 최대회전자 출력에 필요한 날개피치를 나타낸며, 발전기 운전속도까지 회전자의 회전속도를 증가시키는 기어장치(55)를 구비한 풍동 터어빈에 있어서, 돌풍이나 기류의 비대칭 및 고유의 구동열 공명과같은 조건에 의한 구동열에의 교란으로 부터 상기 발전기(50)부하를 차단시키고 한계 풍속조건에서는 상기 교란과는 무관하게 날개피치각 제어기(30)에 의해 회전자 출력을 극대화시키도록 날개피치각 제어기와는 독립적으로 풍동터어빈의 비회전 부분에 기어장치(55)를 탄성적으로 설치하기 위한 날개의 피치각 제어기에 연결되지 않은 스프링 설치부(60)가 제공된 것을 특징으로 하는 구동열교란 차단부를 지닌 풍동터어빈.
KR1019810001359A 1980-04-22 1981-04-21 구동열 교란 차단부를 지닌 풍동터어빈 KR850000998B1 (ko)

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US142783 1980-04-22
US142,783 1980-04-22

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