NO890907L - Stansesystem for vindturbin. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen relaterer til vindturbiner og mer spesielt til en vindturbin som girer ut av vinden i en nødsituasjon.

Bakrunn for oppfinnelsen

Noen vindturbiner anvender en rotor som omfatter en eller flere aerofoilblader med fast stigning. Bladene er koblet via et vippenav, en aksel og en gearboks til en elektrisk generator eller alternator. Effektutgangen fra vindturbinen blir regulert ved å styre vinkelen (kjent som girevinkelen) mellom et plan formet av de roterende bladene og retningen på vinden. Full effekt kan oppnås når planet til bladene er vinkelrett til retningen på vinden (dvs. inn i vinden). Ingen effekt oppnås (og den aerodynamiske momentkrafta på rotoren blir minimal) når planet til bladene er parallell til retningen på vinden (dvs. ut av vinden). Effektutgangen til systemet kan varieres ved å gire rotoren sin vinkel ved grader inn og ut av vinden.

Noen systemer har automatisk styring som setter girevinkelen til å optimalisere effektutgangen til systemet. I en nødssituasjon, som f.eks. når systembelastninga tapes eller den automatiske styringa har mistet krafta, må vindturbinen gires ut av vinden for å forhindre at bladene får for stor fart. For stor fart kan medføre alvorlig skade på vindturbinens komponenter.

Oppfinnelsens prinsipp.

I samsvar med dette er det et formål med oppfinnelsen å gire et blad på en vindturbin ut av vinden i en nødssituasjon.

Det er et videre formål med oppfinnelsen å gire bladet ut på en vindturbin ut av vinden uten å støte på store vippeamplituder.

I samsvar med oppfinnelsen omfatter en vindturbin en vindretningsføler som mekanisk kontrollerer ventilen som retter utgangen av den mekaniske bladdrivende hydrauliske pumpa til å gire bladet ut av vinden i en nødssituasjon. Pumpa girer bladet ved en hastighet som er omtrent proposjonal til bladhastigheten slik at store vippeamplituder ikke er nødvendig. Blad-drivepumpa gir kraft til å gire bladet ut av vinden også hvis all elektrisk kraft er tapt.

Disse og andre formål, trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil bli mer åpenbar i lys av den følgende detaljerte beskrivelse av en beste utførelse av denne, som illustrert i vedlagte tegninger.

Beskrivelse av oppfinnelsen.

Fig. 1 relaterer til en vindturbin som omfatter nødsstansesystemet ved oppfinnelsen; og

fig. 2 viser et skjematisk diagram over nødsstansesytemet i fig. 1.

Med nå å referere til fig. 1, er vist en vindturbin 10. Vindturbinen omfatter et par aerofoilblader 15 og 20 som er montert til en vippende roterbar nav 25. Bladene og navet former en rotor. Navet er dreibart koblet til aksel 30 ved en vippepinne 35. Akselen 30 er koblet til en gearboks 40 som regulerer rotasjonshastigheten til navet og bladene til en verdi lik den ønskete hastigheten på rotasjon for elektrisk generator eller alternator 45. Generatoren eller alternatoren er koblet til gearboksen ved aksel 50. En nacell 55 stenger inn generatoren, gearboksen, de sammenkoblende akslene, et girelager 60, som roterbart støtter nacellen i et høyt, fleksibelt tårn 65, og nødsstanse- og styringssystemet 70.

Nødsstanse og styresystemet 70 omfatter: en første krets som omfatter en pressregulert, variabelt konstruert pumpe, 75 en kommandoventi 1 80, en retningsventil 85, og en giremotor 90; og, en andre krets som omfatter en kontrollventil 95, en kontrollventil 100, et mekanisk vindblad 105, og en karame-mekanisme 110 for sammenkobling av vindbladet og kontrollventilen. Den første og andre kretsen er kontrollert av en konvensjonell elektrisk kontroller (ikke vist). Kontroller kan ha en krets (ikke vist), som i og for seg er kjent, for sammenligning av girevinkelen til rotoren med en girevinkel på rotoren som er styrt av kontrolleren.

Pumpa 75 drives mekanisk ved rotor eller ved annen kjente midler slik som en aksel 110. Pumpa trekker hydraulisk væske 115 fra en sisterne 120 via et rør 125. Pumpa trykker væske til retning og kommando ventiler 85, 80 via rør 130 og til andre krets via rør 135. En forholdsvis liten mengde væske i rør 130 rettes til kommandoventil 80 via rør 140 og en forholdsvis stor mengde væske i rør 130 rettes til retningsventilen 85 via rør 145. Kommandoventilen er posisjonert elektrisk ved kontrolleren, som i og for seg er kjent, for å gi væske til venstre side 150 på den

i direksjonene ventilen via rør 155 eller til en høyre side 160 på den direksjonene ventilen via rør 165.

Retningsventilen 85 retter selektivt forholdsvis store mengder væske til å drive giremotor 90 i en første rotasjonal retning via rør 170 eller til å drive giremotor i

. en andre rotasjonal retning via rør 175. I giremotoren driver giregear 180 som, i sin tur samarbeider med girelager 60 til vinkelrotasjon av rotoren inn og ut av vinden etter

ønske. Et par trykkletteventiler 185 og akkumulatorer 190 beskytter giremotor fra for mye press på en måte som er

) kjent i teknologien.

Som nevnt overfor, retter pumpa 75 væske til andre krets via linje 135. Kontrollventil 95, som normalt er stengt ved en solenoid 195, regulerer flyt fra rør 135 til kontrollventil 100 via rør 200. Vindbladet er koblet til kontrollventilen ved kammekanisme 110. Kammekanisme 110 omfatter et kamhjul 205, som er koblet til vindbladet ved en aksel 210, og en kamrider 215, som er koblet via en plugg 220 til kontrollventilen. Kamhjulet har et senter C, et par forholdsvis flate, null-deler 225, en toppdel 230 som har en radius RI som progressivt minker for rundt 90° fra hver null-del, og en bunndel 235 som har en radius R2 som progressivt øker for 90° fra hver null-del. Kamhjulet 205 roterer fritt innenfor nødsstengene og kontrollsystemet slik at posisjonen på kamhjulet er bestemt ved posisjonen på bladet 105. Kamrideren følger konturen til kamhjulet etter som rotoren girer inn og ut av vinden.

Posisjonen til kontrollventilen blir mekanisk bestemt ved girevinkelen på rotoren og posisjonen til vindbladet. Som vist skyver rotasjon av kamhjulet med klokka kontrollventilen via kamrider og plugg til venstre. Videre, tillater rotasjon av kammen mot klokka at ventilen beveger seg mot høyre. Også, som vist, medfører rotasjon av nacelle 55 (og nødsstanse og styringssystemet) mot klokka at kamrider 215 følger konturen til kamhjulet for skyve kontrollventilen til venstre. Videre, rotasjon av nacellen med klokka tillater at kontrollventilen beveger seg mot høyre etter som kamrider følger konturen til kamhjulet.

Kontrollventilen er koblet til den venstre sida 150 på retningsventilen via rør 240 og rør 155 til høyre side 160 på retningsventilen 245 og rør 165.

Ved normal operasjon, blir kommandoventi len 80 posisjonert som, som er kjent i teknologien, sender en del hydraulisk væske til enten den venstre sida 150 eller høyre sida 160 til retningsventilen 85. Retningsventilen har blitt posisjonert ved hydraulisk væske, i sin tur, retter utgangen av pumpa i røret 145 til giremotor 90 som driver giregear 180 som samarbeider med girelager til å gire turbinen inn i eller ut av vinden som ønsket. Solonoid 195 mottar et elektrisk signal fra kontrolleren slik at hydraulisk væske ikke strømmer gjennom den andre kretsen.

I en nødssituasjon (som f.eks. tap av systemlast eller kraft, eller at rotoren ikke er posisjonert til den ønskede girevinkel), blir ikke et elektrisk signal sendt til kontrolleren til solenoid 195. Som et resultat av dette, blir solinoiden deaktivert og kontrollventilen 95 tillater hydraulisk væske å strømme til kontrollventilen 100. Bladet 105 posisjonerer kontinuerlig kamhjulet 205. Etter som rotoren girer, følger kamvrider 215 konturen og av kamhjulet på den måten posisjonerer kontrollventil 100. Kontrollventilen retter så en relativt stor strøm av hydraulisk væske via rørene 240 og 155 til venstre side 150 av retningsventilen, eller via rør 245 og 165 til høyre side 160 av retningsventilen 85 for å bevege bladene ut av vinden. Ved slik forholdsvis stor strøm går over enhver strøm fra kommandoventil 80 for å posisjonere retningsventilen til å drive giremotoren 90.

Kamrider 215 følger konturen av kamhjulet 205 til kamrider er anbragt på nulldelen 225 av kamhjulet ved dette punkt er kontrollventil 100 i nullposisjon og tillater ikke at noe strømmer igjennom. Rotoren er nå ut av vinden, og effektivt minimaliserer aerodynamisk rotorvridekraft slik at for høy hastighet på bladene blir unngått. Etter som rotoren beveger seg ut av vinden, får bladene lavere hastighet. Etter som utgangan av pumpa er omtrent proposjonal med hastigheten på rotor rotasjonen, vil mengden av giring minske etter som rotoren beveger seg ut av vinden. Høy vippekraft blir dermed ungått etter som vippeamplituden i forhold til girehastigheten giregraden er omvendt proposjonal med rotorhastigheten.

Mens en spesiell utførelse av foreliggende oppfinnelse har blitt vist og beskrevet, vil det være opplagt for de som er kjent i teknologien at de forskjellige ekvivalente konstruksjoner kan fås uten å skille seg fra den foreliggende oppfinnelsen og oppfinnelsens ide. F.eks. kan en av alminnelig kjennskap til teknologien erstatte en optisk eller andre signal for det elektriske signalet som gis ved kontrolleren for å posisjonere kommandoventilen 80 og kontrollventil 95.

Claims (4)

1. En vindturbin som omfatter et aerofoilblad montert på en roterbar nav, karakterisert ved : en hydraulisk pumpe drevet av bladet for å gi en hydraulisk utgang, en hydraulisk motor for å gire bladet i retning av vindstrømmen, kontrollmidler for å gire bladet inn og ut av vindstrømmen etter ønske, en første krets rettet av kontrollmidlene for kontroller ing av en første strøm av nevnte hydrauliske utgang for å drive den hydrauliske motoren slik at bladet gires inn og ut av vindstrømmen, og andre kretsmidler for mekanisk kontroll av en andre strøm av den hydrauliske utgangen til å kontrollere den i hydrauliske motoren slik at bladet gires ut av vinden i en nødssituasjon, og/eller de andre kretsmidlene girer bladet hvis kontrollmidlene ikke sender et signal til de andre kretsmidlene.

2. Vindturbin i samsvar med krav 1, ikarakterisert ved at andre krets omfatter: en første signalkontrollventil, ventilen tillater den andre strømmen gjennom seg ved en stans av signalet til denne, signalet kommer fra kontrollmidlene, en andre ventil for å styre den andre strømmen for å kontrollere den hydrauliske motoren, og midler for å posisjonere den andre ventilen slik at bladet gires ut av vinden.

3. Vindturbinen i krav 2, karakterisert ved at midlene for å posisjonere andre ventil omfatter: et vindblad, kam-midler koblet til vindbladet og til den andre ventilen for å posisjonere den andre ventilen som en funksjon av vinkelen mellom et plan formet av det roterende bladet og en retning på vindstrømmen, kam-midlene nuller den andre ventilen hvis planet er orientert omtrent 0° til retningen av vindstrømmen, og/eller hvis bladet og vindbladet er parallelle med hverandre.

4. Vindturbinen i krav 3, karakterisert ved at kammemidlene omfatter: et kamhjul koblet til og roterende med bladet, og en kamrider koblet til den andre ventilen, kamrideren i følger en kontur av kamhjulet etter som kamhjulet og kamriderene roterer i forhånd til hverandre og posisjonerer den andre ventilen gjennom dette.